含氮化合物及其测定的环境意义
(1)氮的分类和循环作为地球大气中的主要成分,氮在所有的动、植物生命活动中扮演着重要的角色。氮在环境中有多种氧化态,且各种氧化态之间的转化可以由生物来完成。在不同的好氧或是厌氧条件下,微生物可以将氮或者氧化为高价态,或者还原为低价态。单纯从化学的角度来看,氮有七种价态:
-Ⅲ 0 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ V
NH3 N2 N2O NO NO2O3 N2O N2O5
在水环境的氮循环中主要是NH3、N2、N2O3和N2O5这几种氧化态之间的相互转化。具体来讲,水中氮的存在形式有氨氮(NH3+、NH4+)、有机氮(蛋白质、尿素、氨基酸、胺类、腈类、硝基化合物等)、亚硝酸盐氮(NO2-)、硝酸盐氮(NO3-)。
大气中的N2可以通过植物的固氮作用转变为有机含氮化合物,有机含氮化合物在氨化细菌的作用下,转变为NH3,亚硝化细菌可以将其氧化为NO2-,通过硝化细菌的作用进一步将NO2-氧化为NO3-,植物和微生物可以利用NO3-、NH3合成自身的蛋白质等物质。NO3-在缺氧条件下,可以被反硝化为NO2-,并最终还原为N2释放到大气中,如此便构成了一个完整的氮循环。其中发生的一些生化过程可以用反应方程式表示如下:
N2+某些细菌→有机氮
NO3-+CO2+绿色植物+阳光→有机氮
NH3+CO2+绿色植物+阳光→有机氮
有机氮+细菌→NH3
NH3+O2+亚硝化细菌→NO2-
NO2-+O2+硝化细菌→NO3-
NO3-+反硝化细菌→NO2-
NO2-+反硝化细菌→N2
(2)水中含氮化合物测定的环境意义水中的含氮化合物是一项重要的卫生指标。它可以反映水体受污染的程度与进程。最初进入水中的往往是有机氮和氨氮,其中有机氮首先被分解转变为氨氮,然后在有氧条件下,氨氮在亚硝酸菌和硝酸菌的作用下逐步被氧化为亚硝酸盐和硝皇放理有机氮酸盐。
当水中含有大量有机氮和氨氮出时,说明水近期受到污染,因此具有较大的潜在健康危害。当水中的含氮化合物主要是硝酸盐时,说明水受到污染已经有较长时间,自净过程已基本完成,对公共卫生影响不大了。
氮(磷)是藻类生长所需的关键性因素之一,当水体(特别是流动缓慢的湖泊、水库、内海等水域)中含氮、磷和其他营养物质过多时,将促使藻类等浮游生物的大量繁殖,形成“水华”或“赤
潮”,造成水体的富营养化。藻类的死亡和腐败会引起水体中溶解氧大量减少,将引起水生生物特别是鱼类大量死亡。水源水中如存在少量氨氮,便会使给水处理中的加氯量大为增加,从而增加水处理的成本。
含氮化合物对人和生物有毒害作用。当水中氨氮(主要是非离子氨)超过1mg/L时,将使水生生物血液结合氧的能力降低,超过3mg/L时,许多鱼类将会死亡。亚硝酸盐可使人体正常的血红蛋白氧化成高铁血红蛋白,失去输送氧的能力。亚硝酸盐还会与仲胺类反应生成致癌性的亚硝胺类物质。硝酸盐本身没有毒性,但摄入人体后,会经肠道微生物作用转变为亚硝酸盐而出现毒性作用。
