含氮废水处理工艺

1 引言

已有研究表明，稳定同位素技术是探索氮的来源及转化途径的一种重要手段.δ15N 可

区分不同来源的氮，含氮化肥通常是由大气中的氮加工生产而来，其δ15N 值多在 0 左右;

土壤有机氮经缓慢的氨化作用转化为 NH4+，然后经硝化作用转化为具有相近δ15N 组成的

NO3-，其δ15N 范围为 2‰~8‰;来源于生活污水与人畜粪便的氮素具有较高的同位素值，其

δ15N 范围为 8‰~20‰.在氮转化的各种物理、化学及生物过程中，由于 14N 通常优先参与

反应使残余物质中富集 15N，从而产生δ15N 分馏效应.因此，可以利用δ15N 的分馏特征，

结合反应系统中氮的浓度变化及水力条件等，识别氮的转化途径.上述方法被广泛应用于环

境水体氮的溯源分析及其转化过程研究，O、B、Sr 等同位素的应用，进一步提供了有价值

的氮污染溯源及过程转化信息.

太湖是中国第三大淡水湖泊，2013 年 TN 为Ⅴ类，处于中度富营养状态.由于太湖富营

养化成因的复杂性，同位素等技术被应用于氮污染的溯源研究，与聚类及主成分分析等方法

对比，同位素方法可为氮污染来源提供直接证据.利用δ15N-NO3-研究了苏州、无锡地区河

网及太湖东部的氮污染来源，揭示主要氮源为土壤有机氮、大气沉降及围网养殖;同时，以

水体高浓度的 N2O 及高δ15N-NO3-特征值表征了研究湖区反硝化作用的发

生.Townsend-Small 等(2007)与 Chen 等(2013)利用δ15N-NO3-及δ18O-NO3-研究了太湖北

部湖区、湖心区及北部入湖河流的氮污染来源，研究认为北部湖区及其入湖河流的主要氮源

为生活污水与粪便;同时，以水体 NO3-的δ15N 与δ18O 线性分馏关系表征了湖区反硝化作

用的发生.

以上研究成果表明，太湖水体氮污染来源具有时空差异，而目前的研究区域主要集中于

太湖北部及东部湖区，研究对象为河湖水体.太湖入湖河流主要分布于湖区北部与西部，其

中，北部入湖水量占太湖上游来水总量的 25%，西部入湖水量占 75%，西部上游区是太湖水

化学成分的重要来源，而有关该区域的氮污染同位素溯源研究尚未见报道;同时，沉积物作

为湖区反硝化等作用发生的主要场所，其δ15N-NO3-与δ15N-NH4+分析亦未见报道.因此，

本文以竺山湾以南的西部湖区及其上游南河水系为研究对象，利用δ15N-NO3-与δ

15N-NH4+，结合水文过程特征，首次对太湖西部主要入湖河流、西部湖区水体及沉积物氮污

染进行溯源研究;同时，综合分析δ15N-NO3-与δ15N-NH4+的分馏效应及各形态氮的浓度分

布特征，开展湖区氮转化途径研究，以期为太湖流域氮污染控制提供科学依据.

2 材料与方法

2.1 样品采集与制备