氨氮（Ammonia 氮）是指以氨或銨離子形式存在的化合氮，即水中以游離氨（NH3）和銨離子（NH4+）形式存在的氮。一般為含氮有機化合物發(fā)生分解反應(yīng)而生成，氨氮在水中形成的游離氨具有刺激性氣味，氨氮在微生物作用下可以轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，其水溶液可以和堿性溶液生成淡黃棕色配位化合物。氨氮是水體中的營養(yǎng)素，可導(dǎo)致水富營養(yǎng)化現(xiàn)象產(chǎn)生，是水體中的主要耗氧污染物，對魚類及某些水生生物有毒害。氨氮檢測方法，通常有納氏比色法、苯酚-次氯酸鹽（或水楊酸-次氯酸鹽）比色法和電極法等，氨氮含量較高時，尚可采用蒸餾﹣酸滴定法。對于氨氮污染的處理則以吸附法、化學(xué)法、膜吸收法、吹脫法等方法進行處理，對其監(jiān)測則以微控技術(shù)為主。
分布
氨氮為以游離氨氣和銨鹽形式存在。水中氨氮的來源主要為生活污水、工業(yè)廢水和農(nóng)田排水等，一般為含氮有機化合物發(fā)生分解反應(yīng)而生成。氨氮在水中的組成主要取決于水的酸度和溫度，當(dāng)水的酸度較低時，氨氮以游離氨為主，反之，則以鹽為主；在水溫影響下，氨氮組成則與酸度條件下組成相反。據(jù)報道，加拿大水生系統(tǒng)每年氨氮排放量達(dá)到62000噸。2011年，美國所有企業(yè)僅僅地表水的氨氮排放量高達(dá)470萬磅。2019年，中華人民共和國生態(tài)環(huán)境部報告，中國2019年的氨氮排放總量約為46.3萬噸。
分子結(jié)構(gòu)
氨氮在水體中以離子氨()和非離子氨()兩種形式存在。其中氨氣分子里的氮有一個孤對電子，可以結(jié)合成質(zhì)子，顯示堿性；可作為Lewis堿，形成配位化合物（如加合物）；氨分子上有三個活性氫，可以被取代而發(fā)生取代反應(yīng)；氨分子的空間結(jié)構(gòu)是三角錐型，極性分子。
銨根則是由氨分子和氫離子配位形成的，呈正四面體結(jié)構(gòu)，四個氮氫鍵的鍵數(shù)相同。
理化性質(zhì)
氨氮中游離氨具有刺激性氣味，分子質(zhì)量為34.062，本身易溶于水。氨氮在水中呈酸性，在微生物作用下，氨氮可以轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，氨氮水溶液可以和堿性溶液形成淡黃棕色絡(luò)合物。
對人體和環(huán)境的危害
健康危害
氨氮中的游離氨具有毒性，能夠?qū)θ梭w健康產(chǎn)生非致癌風(fēng)險。當(dāng)空氣中氨氣濃度達(dá)到50mg/m3，人體暴露在這種環(huán)境下2小時后，人體的鼻子、眼睛和呼吸道就會出現(xiàn)刺激感，當(dāng)氨氮空氣濃度為9.2mg/m3，人體長期暴露在這種環(huán)境下，人體呼吸道、咽喉、肺部會出現(xiàn)病變。并且由氨氮轉(zhuǎn)化的亞硝酸鹽可以和銨類化合物生成致癌物，進入人體會引起高鐵血紅蛋白癥和嬰兒藍(lán)血癥。
生物危害
水生生物危害
氨氮對水生物起危害作用的主要是游離氨，其毒性比銨鹽大幾十倍，并隨堿性的增強而增大。在高濃度下會對水生動物造成脅迫作用，從而使其生理結(jié)構(gòu)被破壞，引起氧化損傷、免疫抑制，嚴(yán)重還會影響糖代謝。氨氮中的NH3可以直接進入水生生物的細(xì)胞膜，從而破壞膜結(jié)構(gòu)，進而影響細(xì)胞的蛋白質(zhì)代謝并對脫氧核糖核酸造成損傷。其能夠擾亂甲殼亞門自身的新陳代謝系統(tǒng)，從而降低其自身免疫力，導(dǎo)致組織損傷，使得外部病原更容易入侵。氨氮對水生生物的毒性效應(yīng)包括急性毒害效應(yīng)和慢性毒害效應(yīng)兩種，慢性氨氮中毒危害為：攝食降低，生長減慢，組織損傷，降低氧在組織間的輸送。魚類對水中氨氮比較敏感，當(dāng)氨氮含量高時會導(dǎo)致魚類死亡。急性氨氮中毒危害為：水生物表現(xiàn)亢奮、在水中喪失平衡、抽搐，嚴(yán)重者甚至死亡。
植物危害
氨氮濃度過高會導(dǎo)致水生植物死亡，高濃度的氨氮會引起植物體內(nèi)活性氧自由基的累積，不僅會破壞葉綠素，還會導(dǎo)致膜脂過氧化，使得植物體內(nèi)MDA累積，抑制植物體內(nèi)可溶性蛋白的合成，對植物造成不可逆損傷。
污染處理方法
吸附處理
利用生物碳的吸附作用可以達(dá)到去除水體氨氮污染的作用，生物碳吸附作用主要表現(xiàn)在三個方面，首先是依賴于其表面的官能團結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可以發(fā)生反應(yīng)呈現(xiàn)電負(fù)性，從而對氨氮中的銨根離子產(chǎn)生吸附；其次是利用生物碳本身的分子作用力達(dá)到吸附氨氮的效果；最后則是利用生物碳本身孔徑的大小，起到對氨氮污染物的快速吸附。也可以使用沒藥樹進行吸附，即通過對樹脂進行負(fù)載過渡金屬形成金屬基樹脂，使得金屬基樹脂具有更大得比表面積和吸附位點，金屬離子可以以配位共價鍵的方式吸附氨氮形成配位化合物，從而利用樹脂的吸附作用和金屬離子的化學(xué)作用達(dá)到對氨氮的雙重吸附作用。
吹脫法
該法通過向氨氮污水中加入氧化鈣，調(diào)節(jié)氨氮水中PH至堿性，使得氨氮組成中氨氣占比升高，進而使用真空泵對其進行吹脫，從而達(dá)到去除廢水中氨氮的目的。除傳統(tǒng)吹脫法外，還可以利用吹脫一離子交換耦合工藝進行處理，因為工業(yè)提釩過程中會產(chǎn)生大量的氨氮廢水，吹脫法在氨氮濃度較低時不再適用，所以可以結(jié)合離子交換法進一步除去廢水中氨氮。即先使用吹脫法對氨氮廢水進行第一步處理，使得氨氮濃度降低，隨后使用陽離子交換沒藥樹對氨氮溶液進行處理，樹脂可以將溶液中的銨根離子吸附，從而進一步除去溶液中的氨氮。
也可以利用氨和水分子在揮發(fā)度上的不同，使得氨氮污水在精餾塔中達(dá)到氣液相平衡，使得氨氮以氨氣形式從水中分離，并且可以以液氨或氨水形式回收。
生物法
可以利用微生物處理氨氮廢水，包括生物硝化法和反硝化法，首先在有氧條件下，使用自養(yǎng)型硝化細(xì)菌通過硝化作用將水中氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽鹽氮和亞硝酸鹽氮，隨后在缺氧條件下，反硝化細(xì)菌利用水體中的有機化合物將硝酸鹽鹽氮和亞硝酸鹽氮還原為氮氣，從而達(dá)到去除水體氨氮的作用。此外，還可以利用水生植物可以利用氨氮作為營養(yǎng)物質(zhì)的特點，使用水生植物處理氨氮廢水，并且植物自身還會加強對氨氮的耐受性。蘆葦和大花美人蕉作為水生植物，其對氨氮具有很強耐受性，不僅對氮磷具有消除作用，還具有一定的觀賞性。
電極法
可以通過構(gòu)建三維電極對氨氮廢水進行處理，該法先使用活性炭對氨氮廢水進行吸附處理，防止氨氮在電解過程中產(chǎn)生吸附干擾，待活性炭吸附平衡后，向溶液通電進行電解實驗，該法一方面通過陽極的電解作用，使得氨氮直接被氧化分解為氮氣，另一方面，陰極產(chǎn)生的氫氧根和體系內(nèi)的臭氧液可以間接氧化氨氮，生成硝氮和亞硝氮。另外，在電極法的基礎(chǔ)上，還可以通過在電極上固定適宜微生物，使得在適宜電流條件下，不僅可以通過電極處理氨氮廢水，將氨氮轉(zhuǎn)化為氮氣，而且微生物也可以通過自身新陳代謝對氨氮污水進行處理，達(dá)到雙重處理的作用。
化學(xué)法
直接反應(yīng)法
垃圾填埋場的滲濾液中往往含有高濃度的氨氮，可以使用電化學(xué)法對滲濾液進行處理。該方法不僅可以加速反應(yīng)進程，還可以利用鎂作為陽極電解出的鎂離子，和濾液中的銨根離子和磷酸鹽離子反應(yīng)生成磷酸銨鎂沉淀，而陰極通過電解水生成氫氧根使得溶液PH穩(wěn)定。而對于低濃度氨氮廢水的處理，則可以使用氯化法，該法通過向氨氮廢水中通入氯氣或次氯酸鈉，從而達(dá)到將NH3-N氧化成N2的目的，這是因為氯氣或次氯酸鈉可以和水反應(yīng)生成具有強氧化性的次氯酸，HOCl不僅可以氧化氨使其轉(zhuǎn)化為氮氣，還可以對水體起到漂白消毒的作用。
間接反應(yīng)法
工業(yè)電錳渣中含有氨氮，因為傳統(tǒng)方法不適用，所以采取水洗-草酸浸取法去除氨氮污染，該法首先使用水對粉碎后的電錳渣進行浸泡，使得氨氮溶于水中，隨后使用草酸浸泡，草酸一方面能夠使得溶液的銨鹽溶解釋放出氨氣，也能夠和硫酸鈣反應(yīng)，使其放出其包裹的銨鹽。另一方面草酸會逐漸再溶液中呈現(xiàn)電負(fù)性，使得其可以和銨根反應(yīng)，使溶液中氨氮處理更完全。也可以利用疏水性膜將氨氮廢水和所用吸收液分離，通過改變氨氮廢水的PH，使得氨氮廢水中的銨根離子轉(zhuǎn)化為氨氣，氨氣通過疏水性膜后被膜內(nèi)的吸收液吸收，生成不揮發(fā)物質(zhì)，使得其可以進一步回收利用。
安全事宜
氨氮監(jiān)測
對于地表水的氨氮監(jiān)測，可以將微控技術(shù)與順序注射技術(shù)二者相結(jié)合的方法，建立水質(zhì)氨氮在線監(jiān)測系統(tǒng)。通過自主設(shè)計的系統(tǒng)控制及數(shù)據(jù)顯示模塊來控制的自動進樣測定系統(tǒng)，結(jié)合氨氮監(jiān)測的水楊酸法和納氏法，從而達(dá)到對水體氨氮水平進行自動監(jiān)測的目的。也可通過衛(wèi)星遙感監(jiān)測，主要利用高分辨率遙感數(shù)據(jù)和智能算法進行水質(zhì)參數(shù)的反演。例如，研究中使用了Landsat 8 OLI和GF-1 WFV衛(wèi)星數(shù)據(jù)，結(jié)合反向傳播神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BPNN）和多元線性回歸（MLR）模型來估算湖泊氨氮濃度。此外，哨兵2號衛(wèi)星（Sentinel-2）的遙感影像也被用于通過不同波段組合的反射率建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，反演氨氮含量。
對于地表水、地下水、生活污水和工業(yè)廢水中氨氮的測定，用《納氏試劑分光光度法》測定以游離態(tài)的氨或銨根等形式存在的氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色配位化合物，該絡(luò)合物的吸光度氨氮含量成正比，與波長420nm處測量吸光度。
對于地下水的氨氮監(jiān)測，可以用水楊酸分光光度法，在清洗測量室后，待分析樣品被加人測量室，并加熱一定溫度后，將一定量的緩沖溶液（調(diào)節(jié)試樣pH>7）和水楊酸鹽注入測量室，并進行基線校正。而后加入次氯酸鈉溶液到測量室，生成藍(lán)綠色化合物，在一定波長（約697nm）下進行比色測量，生成顏色的深淺程度正比于樣品中氨氮的濃度。另外還可以用納氏試劑分光光度法。
海水氨氮監(jiān)測的國家標(biāo)準(zhǔn)法，推薦的是靛酚藍(lán)法和次溴酸氧化法。次溴酸氧化法靈敏度很高、反應(yīng)快速、簡便，但是只適用于清潔海水。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
《室內(nèi)空氣質(zhì)量》標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)空氣中氨氣濃度的應(yīng)小于0.2mg/m3。研究表明，人體在室內(nèi)對于氨的嗅閾值為0.23mg/m3，日本測定的氨嗅覺閾值為1.15mg/m3。
《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)規(guī)定，Ⅰ-Ⅲ類地表水中的氨氮濃度限值分別為0.15、0.5、1.0mg/L。
《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749—2006)也將氨氮列為水質(zhì)非常規(guī)指標(biāo)之一，限值為0.5mg/L。
《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T14848-93)規(guī)定，Ⅰ-ⅠV類地表水中的氨氮濃度限值分別為0.02、0.02、0.2、0.5mg/L。
《世衛(wèi)組織全球空氣指南》規(guī)定，大氣中氨的24小時平均濃度不應(yīng)超過200μg/立方米（0.2mg/m3）。
《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）規(guī)定，一至三級氨氮的水中排放限值是一級標(biāo)準(zhǔn)的A標(biāo)準(zhǔn)為5mg/L（水溫>12℃時）和8mg/L（水溫≤12℃時）；一級標(biāo)準(zhǔn)的B標(biāo)準(zhǔn)為8mg/L（水溫>12℃時）和15mg/L（水溫≤12℃時）；二級標(biāo)準(zhǔn)為15mg/L（水溫>12℃時）和25mg/L（水溫≤12℃時）；三級標(biāo)準(zhǔn)為25mg/L（水溫>12℃時）和30mg/L（水溫≤12℃時）。
《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)規(guī)定，對我國海水氨氮質(zhì)量基準(zhǔn)進行研究，采用美國EPA推薦的物種敏感度排序(SSR)技術(shù)，結(jié)合美國海水氨氮水質(zhì)基準(zhǔn)數(shù)學(xué)模型，搜集利用我國15種海水水生生物的非離子氨毒性數(shù)據(jù)，根據(jù)非離子氨氮和總氨氮轉(zhuǎn)換公式，得出水體在不同pH值、溫度和鹽度條件下的總氨氮水質(zhì)基準(zhǔn)在pH為7.0~9.0、溫度為0~30℃的范圍內(nèi)，鹽度為10時，基準(zhǔn)最大濃度(CMC)和基準(zhǔn)連續(xù)濃度(CCC)的范圍分別為0.089~57.141mg/L與0.007~4.365mg/L;鹽度為20時，CMC和CCC的范圍分別為0.092~61.152mg/L與0.007~4.671mg/L;鹽度為30時，CMC和CCC的范圍分別為0.095~65.446mg/L與0.007~4.999mg/L。
參考資料 >
Ammonia nitrogen.pubchem..2023-04-25
撫仙湖氨氮遙感估算研究.漢斯期刊.2024-11-06
丹江口水庫總氮、氨氮遙感反演及時空變化研究. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報.2024-11-06
水質(zhì) 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法.生態(tài)環(huán)境部.2024-10-01
《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 》(GB/T14848-93).上杭縣人民政府.2023-04-30
WHO global air quality guidelines.世界衛(wèi)生組織.2024-10-04
《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918----2002 .北京中天恒遠(yuǎn).2024-10-04
中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(Sea water quality standard).生態(tài)環(huán)境部.2024-09-27
我國氨氮海水質(zhì)量基準(zhǔn)的探討.www.hyxb.org.cn.2024-09-27