氮的存在形式

水体中氮元素的形式及转化进入水体中的氮主要有无机氮和有机氮之分。无机氮包括氨态氮（简称氨氮）和硝态氮。氨氮包括游离氨态氮NH3-N和铵盐态氮NH4+-N；硝态氮包括硝酸盐氮NO3--N和亚硝酸盐氮N02—N。有机氮主要有尿素、氨基酸、蛋白质、核酸、尿酸、脂肪胺、有机碱、氨基糖等含氮有机物。可溶性有机氮主要以尿素和蛋白质形式存在，它可以通过氨化等作用转换为氨氮。成分分析目前，国标针对水质中氮的分析主要分总氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、凯氏氮5个方面。一）总氮总氮是指可溶性及悬浮颗粒中的含氮量（通常测定硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、无机铵盐、溶解态氨几大部分有机含氮化合物中氮的总和）可溶性总氮是指水中可溶性及含可过滤性固体（小于0.45刚颗粒物）的含氮量。总氮是衡量水质的重要指标之一。总氮的测定方法，一是采用分别测定有机氮和无机氮化合物（氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮）后加和的办法。二是以过硫酸钾氧化，使有机氮和无机氮转变为硝酸盐后，通过离子选择电极法对溶液中的硝酸根离子进行测量，也可以用紫外法或还原为亚硝酸盐后，用偶氮比色法，以及离子色谱法进行测定。（二）氨氮氨氮是指游离氨（或称非离子氨，NH3）或离子氨（NH4+）形态存在的氨°pH较高，游离氨的比例较高；反之，铵盐的比例高。氨氮是水体中的营养素，可导致水富营养化现象产生，是水体中的主要耗氧污染物，对鱼类及某些水生生物有毒害。氨氮对水生物起危害作用的主要是游离氨，其毒性比铵盐大几十倍，并随碱性的增强而增大。氨氮毒性与池水的pH值及水温有密切关系，一般情况，pH值及水温愈高，毒性愈强。常用来测定氨的两个近似灵敏度的比色方法是经典的纳氏试剂法和苯酚-次氯酸盐法；滴定法和电极法也常用来测定氨；当氨氮含量高时，也可采用蒸馏-滴定法。（国标有纳氏试剂法、水杨酸分光光度法、蒸馏-滴定法）（三）硝酸盐氮水中硝酸盐是在有氧条件下，各种形态含氮化合物中最稳定的氮化合物，通常用以表示含氮有机物无机化作用最终阶段的分解产物。当水样中仅含有硝酸盐而不存在其他有机或无机的氮化合物时，认为有机氮化合物分解完全。如果水中含有较多量的硝酸盐同时含有其他含氮化合物时，则表示有污染物已经进入水系，水的“自净”作用尚在进行。硝酸盐氮的测定方法有离子选择电极法、酚二磺酸分光光度法、镉柱还原法、紫外分光光度法、戴氏合金换元法、离子色谱法、紫外法。其中电极法测量方便，范围宽，而且价格便宜，对水样要求较低；酚二磺酸分光光度法测量范围宽，显色稳定；镉柱还原法适用于水中低含量硝酸盐测定；戴氏合金换元法适用于污染严重并带深色水样；离子色谱法需要专用仪器，但可于其他阴离子联合测定。（四）亚硝酸盐氮亚硝酸盐是氮循环的中间产物。亚硝态氮不稳定，可以氧化成硝酸盐氮，也可以还原成氨氮。因此，在测定其含量的同时，并了解水中硝酸盐和氨的含量，则可以判断水系被含氮化合物污染的程度及自净情况。水中亚硝酸盐的测定方法通常采用重氮-偶联反应，使生成红紫色染料。该方法灵敏度高、检出限低、选择性强。重氮试剂选用对氨基苯磺酰胺和对氨基苯磺酸，偶联试剂为N-（l-萘基）-乙二胺和a-萘胺（有毒），N-（1-萘基）-乙二胺用得较多。亚硝酸盐氮的测定方法有N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、萃取分光光度法、离子色谱法、气相色谱法等。（国标采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法、气相色谱法等）（五）凯氏氮凯氏氮是以凯氏法测得的的含氮量。它包括氨氮和在此条件下能被转化为铵盐而测定的有机氮化合物。此类有机氮主要指蛋白质、胨、氨基酸、核酸、尿素以及大量合成的，氮为负三价的有机氮化合物。不包括叠氮化合物、联氮、偶氮、腙、硝酸盐、腈、硝基、亚硝基、肟和半卡巴腙类含氮化合物。由于水中一般存在的有机化合物多为前者，因此，在测定凯氏氮和氨氮后，其差值即称之为有机氮。测定原理是加入硫酸加热消解，使有机物中的胺基以及游离氨和铵盐均转变为硫酸氢铵，消解后的液体，使呈碱性蒸馏出氨，吸收于硼酸溶液，然后以滴定法或光度法测定氨含量。测定凯氏氮或有机氮，主要是为了了解水体受污染状况，尤其在评价湖泊和水库的富营养化时，是个有意义的指标图3"为ARGs^MGEs和门水平微生物何的RDA分析.RDA1和RDA2分别解标rARGs^iS的64.9%和23.9%•打微生物样落一致.ARGs国诸也衣现为S1V1处理各时间点兎离软近.ARGs丰度变化较小.SM处理ARG,囚谱与J〔他处理的区别任J：tetX和TnQ/6//545丰度较高.这可能是由于该处理各时期样品中Actnobaderii.<CbacimonetessBac/eroidetes和缥旋体门(Spirocha$tes)I：度较高适成的.£H处理前30天ARGs 较稳定，与发酵产物中有所差井.在厌緘发酵前30天,SH处理与SM处理主整区别在千sulKretG.tetW和crmX丰度较离•与SL处理的主要区别在于$“〃、snf2和aac(6')•ib-cr丰度较离*这左娶是由于该处理中Piuteobacteria和Tenericutesh/S较高导致的.SH处理第60天与其他时期样品差界主要在于WfG、wW.ermQ.ermX和州M掘度升髙・这可能与其中加也Frnicmes虫度升高有关.液态灰氧发曲过程中ARO因谱变化说大.IMirrWik发酵的进行.任RDA1上的得分送渐輝低.金RDA2匕的得分逐渐升高.在厌氧发酵前期(5-15天)•£L处理中Syner砖tetes俶生物与英他处理和比徉度较爲・随希厌氧发酵的进行.Syn?痞羅心半度降低.FirmZgEuryardiaeota、初"2和【SCM半度升离，9致样品中tetG>tetW>ennQ、rrtnXt/nrA丰度升爲.抗生索抗性墓因(ARGs)作为一种新型环境污染物•其危:”在于可以通过水半族肉转移使致病菌获得抗性.从而导致抗生索失效，严巫戚胁人类健康。抗生索利皿金属作为词料添加列被大诡用于规模化养殖业，导致話贞党便成为抗牛•索、呃金属和ARGs的丑要储〃库。厌気发酣址密禽粪便资源化利用的处理•途径之一，发酵产物沼液沼流的农用是ARGs进入环境的虹要途径.本文用实验室模拟的方法硏尤了畜倒资便殘留的抗生素和璽金属、发酵参数(温度、含固址)以及潘加剂对厌氧发酵过程和产物中ARGs的影响,分析了ARGs、移动墓因元件(MGEs)和微生物群落的关系,以期揭示不同肉蛍够响ARGs变化的微生物学机理.取得的主耍结果和结论如下：1.2.1.4水力停留时间(HRT)HRT是折一个消化器内的发傅料液按体积计算被全部置换所需的时间。商丁•厌缸发酵过程中产甲烷谊的生氏繁幻速度较慢，只尙使荒①仆机场充分接烛并4反应活内有定够长的停田时间才能垠大跟反地分耕仆机物产生沼代刚.然而IIRT过长，微生物生长後殖侨需的能滩和营养元索己消耗过多无法满足微生物的活动所需，其活性急剧卜降导致厌氧发醋过程产气状况左这祥就会得不偿失•仃研究发现Z/HRT=4〜12d电用内果枳产气绘最鬲的HRT为2・这堆闵为1IRT过丘反而进入产气相的营养物质牧少•产气话低.肉此选择适宜的HRT对于厌紙发酵过程也是至关IR要的.表2・1牛粪和接种物理化性质Table2-1Charactersofrawmaterialcattlemanureandinoculum有机质Organicmatter(%)总凯氏氮TKN(g/k对C/N含水率Moisturecontent(%)牛粪Caitlcmanure71.216.225.58.6接种物inoculum30.815.120.491.224.4确肢二甲曜唳的测定方法砍胺类药物主要用于细菌感染性疾病的预防和治疗，抗曲谱广，对躺疾杆菌、脑膜炎球菌、大肠杆菌、变形杆曲、肺炎杆菌、鼠疫杆菌等作用效果显茗,因此，被广泛添加在畫您饲料中，用于防治畜鑫患球由病、血冠病、霜乱及伤寒竽病症。但由F磺胺类药物大部分以药物原形随粪便排出，所以测定发酵过程中的磺胺二甲喘唉浓度变化很有意义.试验方法对厌氧发酵第Id、6、18d、30d、42d、50d的发酵进行多点取样法取样，利用高效液相色谱法测定发酵液中碳胺二甲哦唳的浓度.色谱条件与系统适用性试验填充柱为十八烷基硅烷键合硅胶，流动相为乙脂03%醋酸技溶液(20：80),檢测波长为260mm理论板数按顒胺二甲喘噪峰计算不低于3000。测定方法吸取ImL发酵液賈于lOOmLfi：瓶中，加10mL0.1mol・L」NaOH溶液"充分晃动使礦胺二甲咗瞼溶于NaOH溶液，用乙肘・0.3%醋酸钗溶液稀释至刻度，揺匀后过滤，准确址取S.OmL续滤液，置T50mLft瓶中，用乙睛03%醋酸诜溶液稀释至刻度.充分摇匀，准确吸馭10心桶释后溶液注入液相色诺仪，记录色谱图。准确称ft25mg二甲喘咙对照，置于50mLi:瓶中，加2.5mL0・lnioH」NaOH洛液充分溶解，用乙赂0.3%醋酸钱溶液稀释至刻度，充分摇匀并从中吸取15nL稀释液，置于50mL址瓶中，用乙m-0.3%醋酸钱洛液稀释至刻度，摇匀，准确吸取」恥1・稀释后溶液注入液相色谱仪，记录色谱图，按外标法以峰面积计算即得。色谱条件填充柱；十八烷基硅烷键合硅胶流动相：乙躺一0.?%醋酸诜溶液(20：80)检测波长：260nm丢统适用性试验：tR=3.398Wg=0.】07N%.CV・N%.CV・论)3CHD(0jDHK100IJfit管方法u.lBt也m霸濯矗13.1.1 its)的•!走Fl用倔•■干叶鼻巧冷tp下所年ITS«jX1009(.武《ka—样屈世平&的wb一一(CLiwht«M77J•■见<CV>H tW•.1J-I2F瞬箪口理钗比的，•定*rS：(Y.・Va)NXO.OOJXi.lX100w穴呻V.—ImLi■v.—(mLi•■N—KVrZK的自■成厦OLQQ—<AKImg^*的亶怆託忡Ml自干00兀ITnw.II—唧t丰・IW—样/干賈X)・钊用帆氏总軋庚■定古甄量・HM5ftinT«r«.氏中N——h*O.标股温旳力1R蔽厦斗v—**毘曲札 («L>•V.—空白洽WJtSQ棍冷/R的体粳：O1L).0034—豪0自*嵐的(“.w—阳干亶(门•:-二！X141□1B<J11.12Kfctitt(CL)wxmrAttfattff.Bit氓«cv.朴玮用末壬毛和带仟朗駅hie置鹰赋阿比为»：［憎％笈件・用WOOmLL口较憎対发"裁・・蒔耙盪厶渍小比・<5仗为l・WMH嗚口;RQH的30% •件11出亜矗人的H昱功将鼻al (tt/Beitt«i*)>•nEn«A-*ftT«t.幷!t护勺勺•宣6JL陀为Rf,WC,4OC.,45C.5Ol、・号#|&喟下诚宅'％,«►%,1,%.Id%.16%.I瞅6个走JS金洽配.<5)试验数据记录及处理计算公式：磺胺二甲唏噪墩％=AjtCrVD・W討Ar・W*W*式中：Cr——对照品浓度(mol-L-1)W——取样量Cg)W—平均样虫(g)D—稀释倍数Ax——品绦面积Ar 对照話峰面积英文缩略表英文缩写英文全称中文冬称ADAnaerobicdigestion厌敏发酵TSTotalsolids总固体VSVolatilesolids挥发性丙体FWFreshweight鲜重CODChemicaloxygendemand化学需软虽BODBiologicaloxygendemand生化需氧嚴VFA\Folatilefettyacids挥发性脂肪酸NHf-NAmmonianitrogenAMPTSAutomaticmethanepotentialtestsystem屮烷潜力测试系统risInoculationratio接种比CHiMethane甲烷COiCarbondioxide二氧化礦H：SHydrogensulfide验化氢NaOHSodiumhydroxide氢氧化钠GWPGlobalvanningpotential全球増温潜势BMPBiochemicalmethanepotential生化甲烷潜力CMChickenmanureDMDairymanure奶牛粪SMSwinemanure绪光测定BMP的程序如下：（1） 取50niL接种污泥加入到125mL血清瓶中,再加入50niL剩余活性污泥。同时取50mL接种污泥作空白样。（2） 在连接气路询用氮气吹洗反应瓶lmin以驱除反应瓶屮的剩余空气，然后迅速用胶塞密封瓶II。（3） 将反应瓶置于35°C的坏境卜进行培养。每II分別记录泥样和空门样的CR产量，直至产气停止。CH』气体测尢采用血清瓶液体置换系统。用于置换气体的液体是NaOH'溶液，其浓度范围是15〜50g/L。当沼气通过强碱溶液时，苴小的CO?转化为碳酸盐被溶液吸收，只有CR气体可以通过溶液，同时等体积的碱液从血清瓶进入量筒。由血清瓶流入量筒的液体体积就是沼气中＜2已的体枳。（4） 結果计算：白报道证明，35C卜每产生395111LCHJ体，相出于减少了IgCODo因此通过产CH4总里町计算岀液相中COD的减少虽。试验装置:T阴水沼振荡器T阴水沼振荡器试验过程中的误羞分析：反应瓶总容积125mL・装入液体体积100111L・顶部气体空间25niLo当反应瓶由常温（20C）升高到反应温度（35°C）的过程中，液体体枳变化十分微小，故忽略不计c顶部气体体积的变化服从理想气体状态方程，由丁-整个系统最终与大气相连，因此，PlPz；T：二293・15K,F25mL,T尹308・15K,Vf308.15*25/293.15=26mLo反应瓶顶部空间气体休积由常温（20°C）升高到反应温度（35°C〉的过程中增大了IniL。而本实验的冃的足测定剩余污泥的BMP利热水解拆剩余污泥的BMP,通过比较两者的BMP结果明确热水解対剩余污泥厌氧消化能力的影响。试验所采用的测定方法在温度从常温升高到反应温度的过稈中确实会给试验结果带来lmL的系统误羌，但对两者的比较不会产生影响。沼气的主要成分分为屮烷（含虽大约60%）、二氧化碳（大约40%）,另外还有微量硫化氢、氢气、氮气和饱和水蒸气等。木试验恨据化学吸收原理，用碱液吸收沼气中二氣化碳和硫化氢，在测定CH；的结果中实际上包含了氮气等微量气体的体积，使CU结果偏岛。但-般沼气中所含氮气等微虽气体较少，故忽略不计。2丄4样品检测和方法总同体（TS）、挥发性|間体（VS）用灼烧减巫法测定，测定温度分别为105・C和5500pH用数字pH计测定:化学需氣兄（CODw）采用HACHCOD快速测定方法测定：牛物需讯址（BOD5）利用OxiTopIS6（WTW,Gennany