(1)氮的分類和循環作為地球大氣中的主要成分,氮在所有的動、植物生命活動中扮演著重要的角色。氮在環境中有多種氧化態,且各種氧化態之間的轉化可以由生物來完成。在不同的好氧或是厭氧條件下,微生物可以將氮或者氧化為高價態,或者還原為低價態。單純從化學的角度來看,氮有七種價態:
-Ⅲ 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ V
NH3 N2 N2O NO NO2O3 N2O N2O5
在水環境的氮循環中主要是NH3、N2、N2O3和N2O5這幾種氧化態之間的相互轉化。具體來講,水中氮的存在形式有氨氮(NH3+、NH4+)、有機氮(蛋白質、尿素、氨基酸、胺類、腈類、硝基化合物等)、亞硝酸鹽氮(NO2-)、硝酸鹽氮(NO3-)。
大氣中的N2可以通過植物的固氮作用轉變為有機含氮化合物,有機含氮化合物在氨化細菌的作用下,轉變為NH3,亞硝化細菌可以將其氧化為NO2-,通過硝化細菌的作用進一步將NO2-氧化為NO3-,植物和微生物可以利用NO3-、NH3合成自身的蛋白質等物質。NO3-在缺氧條件下,可以被反硝化為NO2-,并最終還原為N2釋放到大氣中,如此便構成了一個完整的氮循環。其中發生的一些生化過程可以用反應方程式表示如下:
N2+某些細菌→有機氮
NO3-+CO2+綠色植物+陽光→有機氮
NH3+CO2+綠色植物+陽光→有機氮
有機氮+細菌→NH3
NH3+O2+亞硝化細菌→NO2-
NO2-+O2+硝化細菌→NO3-
NO3-+反硝化細菌→NO2-
NO2-+反硝化細菌→N2
(2)水中含氮化合物測定的環境意義水中的含氮化合物是一項重要的衛生指標。它可以反映水體受污染的程度與進程。最初進入水中的往往是有機氮和氨氮,其中有機氮首先被分解轉變為氨氮,然后在有氧條件下,氨氮在亞硝酸菌和硝酸菌的作用下逐步被氧化為亞硝酸鹽和硝皇放理有機氮酸鹽。
當水中含有大量有機氮和氨氮出時,說明水近期受到污染,因此具有較大的潛在健康危害。當水中的含氮化合物主要是硝酸鹽時,說明水受到污染已經有較長時間,自凈過程已基本完成,對公共衛生影響不大了。
氮(磷)是藻類生長所需的關鍵性因素之一,當水體(特別是流動緩慢的湖泊、水庫、內海等水域)中含氮、磷和其他營養物質過多時,將促使藻類等浮游生物的大量繁殖,形成“水華”或“赤
潮”,造成水體的富營養化。藻類的死亡和腐敗會引起水體中溶解氧大量減少,將引起水生生物特別是魚類大量死亡。水源水中如存在少量氨氮,便會使給水處理中的加氯量大為增加,從而增加水處理的成本。
含氮化合物對人和生物有毒害作用。當水中氨氮(主要是非離子氨)超過1mg/L時,將使水生生物血液結合氧的能力降低,超過3mg/L時,許多魚類將會死亡。亞硝酸鹽可使人體正常的血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白,失去輸送氧的能力。亞硝酸鹽還會與仲胺類反應生成致癌性的亞硝胺類物質。硝酸鹽本身沒有毒性,但攝入人體后,會經腸道微生物作用轉變為亞硝酸鹽而出現毒性作用。