城市污水氮污染排放特征及来源探讨
城市污水处理厂氨排放系数的研究现状
城市污水处理厂氨排放系数的研究现状城市污水处理厂氨排放系数的研究现状一、引言随着城市化进程的加快和人口的增加，城市污水处理厂承担着处理和排放大量废水的重要责任。
然而，由于废水中含有氨氮等有机物质，城市污水处理厂的氨氮排放对环境和生态系统产生了重要影响。
因此，对城市污水处理厂氨排放系数的研究具有重要意义。
二、城市污水处理厂氨排放的来源城市污水处理厂中废水中的氨主要来自于人类生活废水、工业废水和农业废水。
其中，人类生活废水是主要的氨源，其中包括排泄物、洗涤物、洗车废水等。
工业废水中含有大量的氨，尤其是化工、纺织、制药等工业。
农业废水主要来自于农田灌溉、农业养殖等。
这些不同来源的废水经过城市污水处理厂的处理，会排放一定量的氨氮。
三、城市污水处理厂氨排放系数的测定方法测定城市污水处理厂氨排放系数的方法有很多，常见的方法包括：采样分析法、动态测验法、模型模拟法和监测测算法等。
1. 采样分析法：该方法通过定期采集废水样品，利用氨析出试剂进行氨氮的析出，然后通过分析仪器测定氨氮的浓度，进而计算出废水中氨的排放量。
2. 动态测验法：该方法通过在污水处理厂的出口设置流量计和氨氮测定仪器，实时监测废水中氨氮的浓度和流量，从而计算出废水中氨的排放量。
3. 模型模拟法：该方法通过建立氨排放的数学模型，考虑废水中氨的产生、转化和排放过程，推算出废水处理厂氨排放的系数。
4. 监测测算法：该方法通过对废水处理厂进行长时间监测和抽样，采集大量的数据，然后通过统计学方法进行分析，计算出废水处理厂氨排放的系数。
四、城市污水处理厂氨排放系数的影响因素城市污水处理厂氨排放系数受到多种因素的影响，主要包括废水的氨浓度、水的处理工艺、处理设施的运行状态等。
1. 废水的氨浓度：废水中氨的浓度越高，城市污水处理厂的氨排放系数也会相应增加。
2. 水的处理工艺：不同的污水处理工艺对氨的去除效果不同，影响氨排放系数。
3. 处理设施的运行状态：处理设施的运行状态会影响废水中氨的去除效果，进而影响氨排放系数。
我国主要河流水系硝态氮污染特征及定量源解析
我国主要河流水系硝态氮污染特征及定量源解析我国主要河流水系硝态氮污染特征及定量源解析一、引言近年来，我国水环境污染问题日益威胁着人们的生计和可持续发展。
其中，硝态氮污染是水质污染的主要因素之一。
硝态氮是指水体中存在的硝酸盐和亚硝酸盐，它们通常由人类活动引起的农业、工业和城市污水排放等过程产生。
硝态氮的过量积累会导致水体富营养化，引发藻类过度生长，从而破坏水生态系统平衡，并对人类健康产生潜在的威胁。
因此，研究我国主要河流水系硝态氮污染特征及源解析具有重要意义。
二、硝态氮污染特征1. 区域差异根据我国各地区农业、工业和生活废水排放差异，硝态氮污染在各个河流水系中存在显著的区域差异。
南方地区由于农田化肥和农业活动的增加，硝态氮污染较为严重；而北方地区由于工业化进程加快，工业废水排放是硝态氮污染的主要来源。
2. 季节变化硝态氮的污染程度受季节变化的影响较大。
在农业区域，农作物生长的季节是硝态氮浓度升高的主要原因，尤其是春季和夏季。
而在工业区域，硝态氮污染主要与工业废水排放强度有关，因此，夏季是硝态氮浓度升高的高峰期。
3. 河流水质变化随着硝态氮的积累，河流水质也会发生变化。
一方面，硝态氮的富集催生藻类的过度生长，导致水体富营养化，使水质恶化；另一方面，硝态氮是一种重要的水体污染源，其长期积累会使河流变得污浊，影响水生生物的生存环境。
三、硝态氮污染源解析硝态氮的源解析对于制定针对性的水环境治理措施具有重要意义。
根据硝态氮的来源不同，可以将硝态氮主要分为农业源、工业源和城市源。
1. 农业源农业活动是硝态氮的重要来源。
农田化肥的广泛应用是农业源硝态氮污染的主要原因之一。
此外，农田灌溉和农作物生长过程中的氮素转化也会导致硝态氮的积累。
2. 工业源工业生产过程中的废水排放是硝态氮的重要来源之一。
很多工业过程中使用的化学品和原材料中含有氮元素，废水中的氮元素通过不完全降解过程而转化为硝态氮。
3. 城市源城市污水处理厂处理不完全以及雨污混流等都是城市源硝态氮污染的重要渠道。
污水排海引发的氮磷流失问题分析
污水排海引发的氮磷流失问题分析近年来，随着城市化进程的加快，污水处理成为了一个严峻的问题。
其中，污水排海引发的氮磷流失问题备受关注。
本文将从污水排海的原因、氮磷流失的危害以及解决方案等角度进行分析。
一、污水排海的原因污水排海是由于城市人口增加、工业发展以及生活水平提高等原因导致的。
随着人口的增长，城市污水的产生量也在不断增加。
而传统的污水处理设施往往无法满足庞大的处理需求，因此，许多城市选择将污水直接排入海洋。
二、氮磷流失的危害氮磷是污水中的主要污染物之一，它们对海洋生态环境造成了严重的危害。
首先，氮磷的大量输入会导致海水富营养化，引发藻类大量繁殖。
这些藻类在大量繁殖的过程中会消耗大量的氧气，导致海洋缺氧，危及海洋生物的生存。
其次，藻类繁殖过程中会产生毒素，对海洋生态系统造成毒害。
此外，氮磷流失还会导致海洋中的鱼类和其他水生生物大量死亡，破坏渔业资源。
三、解决方案为了解决污水排海引发的氮磷流失问题，我们需要采取一系列的措施。
首先，应加强污水处理设施的建设和升级，提高处理效率。
这样可以有效减少污水中的氮磷含量，降低对海洋环境的污染。
其次，应加强对污水排放的监管，建立严格的排放标准和处罚机制，以确保污水不会直接排入海洋。
同时，还可以鼓励企业和居民使用环保型产品，减少污水的产生量。
另外，开展科学研究也是解决氮磷流失问题的重要途径。
科学家可以深入研究氮磷的来源和流动规律，为制定更有效的防治措施提供科学依据。
此外，还可以开展生态修复工作，通过人工增加海洋生物的数量和种类，促进海洋生态系统的恢复和稳定。
总之，污水排海引发的氮磷流失问题是一个严重的环境挑战。
为了保护海洋生态环境，我们需要加强污水处理设施的建设和升级，加强监管和科学研究，同时进行生态修复工作。
只有综合施策，才能有效解决这一问题，保护我们的海洋环境。
城市大气中无机氮污染状况及其生态环境效应
城市大气中无机氮污染状况及其生态环境效应城市化进程中，城市大气中的无机氮污染日益成为了一个严重的环境问题。
无机氮主要来自于工业排放、农业农药使用、机动车尾气排放和燃煤等活动。
其广泛的排放与利用量不仅对城市生态环境产生了深远的影响，还威胁到人类健康。
一、无机氮污染的来源无机氮主要包括氨（NH3）、硝酸盐（NO3^-）和硝酸气（HNO3）等。
氨主要来自于农业活动，尤其是农药的使用和动物的粪便排放。
硝酸盐和硝酸气则来自于工业和交通尾气排放，以及燃煤等活动。
农业活动是无机氮的主要排放源，特别是氨的排放。
在农业生产过程中，农作物施用农药和化肥会产生氨的挥发，而畜禽养殖和农田排放等也是氨的重要来源。
二、无机氮污染的影响1. 大气污染：氮氧化物的排放是主要的大气污染源之一。
氨通过挥发和扩散进入大气中，形成氨气雾，不仅对人体呼吸系统有害，还会与其他大气污染物发生反应，形成细颗粒物，对空气质量产生负面影响。
2. 水体污染：无机氮经过大气沉降进入水体，会引发水体富营养化，产生藻华和蓝藻等有害藻类，导致水体水质恶化。
同时，硝酸盐的过量沉积还会造成地下水的硝酸盐污染，对水生态系统造成严重破坏。
3. 生态系统影响：过量的无机氮会导致植物生长异常，破坏植物群落的稳定性。
氨的挥发还会对叶面进行腐蚀，使植物叶片凋落和叶片的功能受损，进而影响光合作用的进行。
此外，过量的无机氮也会导致土壤酸化，并对土壤微生物生态系统造成破坏。
4. 健康影响：无机氮污染对人体健康造成潜在风险。
氮氧化物的排放会导致空气中细颗粒物增加，对呼吸系统产生刺激作用，加重哮喘和慢性阻塞性肺疾病等呼吸系统疾病的发生。
同时，硝酸盐也会通过饮用含硝酸盐的水引发亚硝胺的生成，亚硝胺是一种强致癌物质，对人体健康构成重大威胁。
三、减少城市无机氮污染的对策1. 加强管理措施：加强农田施肥管理，合理控制氮肥的用量，减少农业活动对无机氮的排放。
同时，加强工业和交通尾气的防治，推动科技创新，降低生产和交通活动对大气中无机氮的排放。
武汉城市污水水质特征分析
武汉城市污水水质特征分析武汉城市污水水质特征分析引言：随着城市化的不断推进和人口的快速增长，城市污水处理已成为一项重要的环保任务。
武汉作为中国重要的中心城市之一，其污水处理及水质特征分析对城市水环境管理和可持续发展至关重要。
本文将对武汉城市污水水质特征进行分析，以期为城市水环境保护和污水处理提供参考。
一、武汉城市污水产生与排放情况1. 武汉市人口数量持续增加，因此城市污水产生量逐年增加。
2. 武汉市市区及周边地区的污水排放主要集中在污水处理厂，并通过排水管网排入江河湖库。
二、武汉城市污水水质分析1. 化学指标分析a) 武汉污水中总悬浮固体（TSS）的含量随着水域的不同而有所变化。
污水处理前，TSS含量较高，达到100 mg/L以上；处理后，在排放口的TSS含量可降至20 mg/L以下。
b) 生化需氧量（BOD）是衡量有机污染物含量的重要指标。
武汉市区污水处理前，BOD含量普遍超标，达到50 mg/L以上；处理后，BOD含量可有效降至30 mg/L以下。
c) 氨氮是污水中的一种重要指标，其含量可反映污水中的氮污染情况。
武汉市区污水中氨氮含量一般在20 mg/L左右，经过处理排放后，氨氮含量可有效降至5 mg/L以下。
2. 生物指标分析a) 细菌、病毒和寄生虫等微生物生物标志物。
污水中常含有大量的病原微生物，例如大肠杆菌、致病性病毒等。
通过适当的处理，这些微生物可被有效去除。
b) 水生生物的生长和繁殖情况。
一些水生动植物对水质有较高的敏感性，在水体中存在可以反映水质特征的生物指标。
在武汉的汉江、长江等水域中，鱼类等水生生物种群的丰富度和组成表明水质已有所改善。
三、武汉市区污水处理措施1. 污水收集和中转系统的建设a) 武汉市区逐渐建设起一套完善的污水收集和中转系统，以确保污水能够被有效收集和转运至污水处理厂。
b) 针对污水管网老化和泄漏问题，进行了相关的管道维修和替换工作。
2. 污水处理厂的升级改造a) 武汉市区已建成多座污水处理厂，不断加大投资力度进行升级改造，以提高处理效果和达到更严格的排放标准。
北京北运河水系水质污染特征及污染来源分析
北京北运河水系水质污染特征及污染来源分析近年来，随着城市化进程的加速，北京北运河水系面临着严峻的水质污染问题。
本文将从水质污染的特征和污染来源两个方面进行分析。
一、水质污染的特征1.化学污染物浓度超标通过对北运河水样的监测，发现其中多种化学污染物的浓度超过了国家标准，例如重金属、农药残留等。
这些化学污染物的存在不仅会对水生生物造成直接的损害，还可能通过食物链进一步影响人类健康。
2.富营养化北运河水系水域周边的农田、城市排污口等源头排放的养分，使水体中的氮、磷等富营养化物质浓度提高。
这导致水体中的藻类和水草等植物大量繁殖，形成蓝藻水华和水生植被堆积。
这些富营养化现象不仅破坏了水体生态平衡，还使水体的水质变差。
3.微生物污染北运河水系水体还存在大肠菌群等微生物的污染现象。
这些微生物的存在表明水体受到了来自农田、畜禽养殖场等农业活动的污染。
大肠菌群的存在使得水体中潜在的病原微生物的风险增加，对人体健康构成潜在恐吓。
二、污染来源分析1.农业活动排放农田中使用的化肥和农药成分，在降雨的冲洗下，沿着农田坡面流入北运河水系水中。
这些化肥和农药的排放量及浓度高矮直接干系到水质的曲直。
此外，农田中畜禽养殖场排放的大量养分和粪便也是水质污染的重要来源之一。
2.城市污水排放城市中的污水、工业废水和生活垃圾直接或间接地进入北运河水系，造成水体富营养化、化学污染等问题。
尤其是城市化进程加快后，城市面积增大，污水排放量也相应增加，给水质污染带来了更大的压力。
3.自然因素北运河水系水质污染问题还与自然因素相关。
如一些陡坡、山地、裸露土壤等容易出现水土流失，导致大量的泥沙和养分进入水系。
同时，长时间的干旱或降雨不均也会对水体的水质造成一定的影响。
三、污染治理对策为了改善北运河水系的水质，应实行以下措施：1.强化农业面源污染治理，推广科学耕作和生态农业，缩减化肥、农药的使用量。
加强农业废弃物的资源化利用，缩减农业活动对水体的污染。
天津市地表水环境氮污染特征及来源解析
天津市地表水环境氮污染特征及来源解析秦保平,房玉梅,高 翔,李 婧(天津市环境监测中心,天津300191) 摘要:以天津市引滦河道、于桥水库、景观河道及主要地表河流的氮营养盐监测结果和工业源、城镇生活源及非点源的排放资料为依据,研究了天津市地表水氮污染水平、特征、变化规律及主要来源。
结果表明,主要地表河流总氮、氨氮、硝态氮和亚硝态氮年均值分别为8.83m g/L 、6.10m g/L 、0.370mg /L 和0.267mg/L,污染较严重;景观水体氨氮年平均含量为0.204～9.91mg/L ,均值为1.52mg/L,污染程度次之。
于桥水库主要污染物为总氮,年均值为1.81m g/L,氨氮年均值为0.097mg/L ,污染相对较轻。
地表水全年氨氮入河总量为34027.9t,其中入境河流带入量为18185.1t,占53.4%,境内源入河量为15842.8t,占46.6%。
境内污染主要来源于工业企业、城镇生活以及城市和农村非点源的排放。
其中,工业点源占13.5%;城镇生活源占60%;各类非点源占26.5%。
关键词:地表水;氮污染特征;氮来源;天津 中图分类号:X522 文献标识码:A文章编号:(K)09088(原1002-1264)(2009)04-0037-04C on tam i na ted C ha racter and Source of N itr ogen i n T i an j i n Sur fa ce W a terQ IN B ao 2p ing,FANG Yu 2me i,G AO Xiang,L I J ing (Tianjin Envir om ental Monitoring Center,Tianjin 300191,China )Abstrac t:B ased on the survey and monit oring results fr om som e p ri m ary surface wate r and the different pollutantdischarge the conta m inated leve ls and cha r acters,m ain pollution and s ources of nitr ogen of sur face water in Tianjin were studied .The results indicated that som e pri m ary rivers were most heavily polluted by nitr ogen .And the annual average va lue of t ota l nitr ogen,ammonia nitr ogen,nitrate -N and nitrite nitr ogen wer e sepa r ately 8.83m g/L, 6.10m g/L,0.370m g/L and 0.267m g/ndscape rive rs we r e more se ri ously conta m inated .The annual ave r age levels of a mmonia nitr ogen varied fr om 0.204m g/L t o 9.91mg/L,and the ave r age concentr a tion was 1.52m g/L.Total nitr ogen was the m ain pollutant of Yuqiao R ese r voir which wa s relatively l ow polluted .And the average concentr a ti on of total nitr ogen and a mmonia nitr ogen per yea r were 1.81m g/L and 0.097mg/L.The total annual a mount of a mmonia nitr ogen discharged int o surface water was 34027.9tons,of which external sources int o the surface wa ter were 18185.1tons,accounting for 53.4%,and inte ri or sources int o the surf ace wate r were 15842.8tons,accounting f or 46.6%.The polluti on of nitr ogen com esm ainly fr o m industrie s,m unici pal se wage,a s well as urban and rur a l non-point s ources .Among the m ,the sour ces f or m industries accounted f or 13.5%,m unici pa l se wage acc ounted f or 60.1%,non-point s ources accounted for 26.5%.Key wor ds:surface water;conta m inated cha r acte r of nitr ogen;nitr ogen s ource;Tianjin 天津地处海河流域下游,近年来入境水资源量呈下降趋势。
城市二氧化硫氮氧化物悬浮物的来源危害及其防治解决方案
城市二氧化硫氮氧化物悬浮物的来源危害及其防治解决方案城市中的二氧化硫、氮氧化物和悬浮物是空气污染的主要源头之一，对人类健康和环境造成了严重的威胁。
为了减少这些污染物的排放和消除它们造成的危害，我们需要采取适当的防治措施。
氮氧化物主要来自于交通尾气和工业排放。
它们会形成酸雨，破坏土壤和水体中的生态系统。
此外，氮氧化物还会使空气中的臭氧含量增加，这对人类的健康有较大的危害，尤其是对老年人和儿童。
悬浮物是由于燃烧过程中产生的颗粒物和灰尘悬浮在空气中。
这些微小颗粒可以被人体吸入，对呼吸系统造成伤害。
此外，它们还会对能见度产生负面影响，并影响城市的美观度。
针对这些污染物造成的危害，我们需要采取合适的防治措施来降低它们的排放。
首先，国家和地方政府应该制定和执行更加严格的环保法规。
对于排放严重的工业企业，应该采取强制性的减排措施，并对超标排放进行处罚。
其次，城市交通是氮氧化物和悬浮物的重要源头，因此需要加强对车辆的排放标准的监管。
国家和地方政府应该鼓励人们使用公共交通工具和非机动车，以减少尾气排放。
另外，提高燃煤和燃油的燃烧效率也是降低二氧化硫和氮氧化物排放的有效方法。
政府和企业可以投入更多资金和技术来研发和推广清洁能源和低污染燃料，如太阳能、风能和天然气。
此外，城市绿化可以帮助吸收部分污染物，提高空气质量。
政府和居民应该鼓励植树造林，营造更加清洁的城市环境。
最后，加强公众的环保意识和教育也是减少污染物排放的重要手段。
政府、学校和社区应该加强环境教育，教导公众正确的环保知识和行为，如减少能源消耗、垃圾分类、节约用水等。
总结起来，城市中的二氧化硫、氮氧化物和悬浮物源自于工业、交通和燃烧过程，对人类健康和环境造成严重威胁。
为了减少污染物的排放和消除其危害，我们需要采取综合的防治措施，包括加强法规监管、控制车辆尾气排放、提高燃煤和燃油的燃烧效率、加强城市绿化和加强公众环保意识教育。
只有坚决地采取这些措施，才能减少污染物的排放，改善城市空气质量，保护人类健康和环境。
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城市污水氮污染排放特征及来源探讨1 引言随着全球城市化的发展，城市生态系统对外来营养氮素的依赖度增大，驱动着人为活化氮大量生产，影响着全球氮循环，由此导致的环境问题已威胁到人类健康与生命安全，越来越多的人认为其是继生物多样性减少和全球变暖之后的第三大环境问题.城市生态系统代谢严重依赖外部物质和能量，其所需要的物质能量为其他自然生态系统的10~100倍，故其高氮输入导致城市成为全球氮研究的热点.城市生态系统氮污染物排放主要有废物、废气、废水3种主要形式.其中，城市污水排放量随着城市化呈逐年递增趋势，污水处理过程导致的氮污染物排放成为城市生态系统氮污染的主要来源，污水处理过程中还会向环境中输出含氮污染物，包括温室气体、处理尾水及剩余污泥，这些输出产物在一定程度上削弱了污水处理的环境效益.目前，国内外有关氮污染输出的研究大都集中在流域、大气沉降及沟渠的污染性氮元素输出方面，在涉及城市污水处理过程中导致的氮污染输出的生态环境效应方面上的研究很少，以往有关污水氮污染防治的研究主要集中在工程方面.从代谢系统层面上分析城市污水氮污染输出的动态变化并探讨此氮污染物的可能来源，有助于理解城市化过程中污染性氮素的循环过程，可为城市低氮管理提供理论支撑.本研究以污水流为主线，以污水处理厂的地理范围为边界，忽略其内部复杂的氮去除工艺，将其视为灰箱.输入项为城市雨污合流管输送到处理厂的污水中夹带的氮素，输出项主要包括污水处理过程中排放到大气、水和土壤等环境介质的含氮污染物质.在污水处理过程中，这类污染性氮素的输入、处理与输出过程可视为城市区域小尺度氮代谢过程，此过程所造成的环境影响可视为其产生的废物、废水及废气等含氮污染物直接排向环境的活化氮量总和，本文将污水氮污染排放简化为污水处理过程中排向环境的污染性氮量的总和.在处理过程中原污水内的氮素主要有以下几个去向：反硝化为氮气(N2)和氧化亚氮(N2O)、流失到地表水、渗透到地下水及中水回用，往往其输出氮总通量略低于输入通量，部分氮沉积到系统的活性淤泥中.其中，N2O作为全球主要温室气体，Khalil教授曾对全球N2O产生源进行了汇总计算，估算出污水处理过程中N2O排放量占全球总释放量的2.5%~25%.此外，北京市污泥处理方式主要为堆置，残留在污泥中的氮素大部分将渗透到土壤和地下水中，易造成二次污染，本文统视污泥中的氮素全部排向环境.同时，探讨污水中的氮素来源可以为从源头上减少氮污染物提供参考，从而减少污水处理过程中的氮污染排放.目前，研究较多的是利用稳定性同位素示踪技术来示踪污染源.目前，国内较多利用自然水体NO3--N 的δ15N值和悬浮有机质的δ15N值来示踪氮的来源，而城市污水氮来源溯踪方面的研究缺乏.相比之下，国内关于水体NH4+-N的δ15N值的研究较少，而涉及多种氮污染源的NO3--N 的δ15N值范围的研究较多.鉴于此，本研究利用城市污水中硝酸盐的δ15N值，来探讨城市污水氮的潜在可能来源.北京市海淀区是全国著名的科技文化区域，涵盖密集的居民区和科教文卫区，也覆盖风景区和少量工业区，是个典型的现代城市区域，但由于近几年的过度城市化，人口的迅速增长导致城市污水产量急剧增加，故污水处理过程中衍生的氮污染效应愈发突出.本研究选取北京海淀区某现代化污水处理厂为研究点，其服务范围基本覆盖海淀区，结合探访调查与长时间定点采样，分析城市污水氮污染排放的动态变化，以期为减少污水处理过程造成的环境负效应提供参考.2 材料与方法2.1 研究区域概况海淀区位于北京城区的西北部，地跨北纬39°53′~40°09′，东经116°03′~116°23′，属暖温带半湿润季风气候，年均气温11.5 ℃，年平均降雨量568.19 mm，雨热同季，但季节分配不均，76.12%的雨水集中在夏季.海淀区地处近郊，管辖内有7个建制镇和22个街道办事处，是首都著名的科研、文化、旅游区，并且是重要的副食品生产基地.全区面积426 km2，人口城市化率接近97%.2014年海淀区城镇居民家庭人均可支配收入45952.7元，家庭人均消费性支出29429.5元.目前，海淀区日均污水排放量高达25651万m3，并通过雨污合流管道进入污水处理厂.采样点选取在服务此区域的某大型污水处理厂，该污水处理厂服务人数约为81.4万人，同时具有两种污水处理工艺，一种是厌氧-缺氧-好氧(A2/O)处理工艺，另一种是基于前者的联合生物膜反应器的处理工艺(A2/O-MBR).2.2 样品采集与处理水样采集时间为2014年10月至2015年9月，每个月采样1次，并在每个季度中旬选取1天进行全日取样，时间从早上9点到晚上9点，取样频率在2015年1和4月为每3 h 采样1次，之后为增加趋势明显程度，在7和9月改为每2 h采样 1次.采样点分别布置于A2/O处理工艺及A2/O-MBR处理工艺的进水、出水口及尾水排河口.样品保存在采样瓶中，水样当天被带回实验室进行水化学分析.污泥样品来自各工艺产生的脱水干污泥.处理水量与污泥拉运量等变化数据来自于厂内运行统计数据.2.3 样品分析方法水质各项指标依照国家标准中的水样化学分析方法分析，包括总氮(TN)、硝态氮(NO3--N)、铵态氮(NH4+-N).TN测定采用碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法，NO3--N测定采用紫外分光光度法，NH4+-N测定采用纳氏试剂比色法;具体使用的是德国进口Smartchem140全自动化学分析仪进行测量.使用德国Elementar公司的Vario EL III元素分析仪进行污泥氮含量测定.稳定性氮同位素分析采用阴离子交换树脂法进行前处理，利用美国Thermo公司的DELTA V ADVANTAGE 稳定同位素质谱仪通过样品在线燃烧系统，将AgNO3粉末样品中的氮转化成氮气，得出δ15N值，样品测试在中国科学院生态环境研究中心实验室进行.该方法采用的N 参考标准为国际上通用的同位素参考标准USGS32(硝酸钾)，测定δ15N的标准偏差为±0.4‰.一般采用千分偏差δsample值来描述稳定同位素比率，δsample值指样品中氮稳定同位素的比值相对于标准样品氮同位素比值的千分偏差，其定义如下：(1)式中，R表示15N/14N的比值，一些标准物质中不同的δ15N值在不同实验室之间广泛作为对比标准，因此，确定δ15N值的分析精度是通过对比这些标准参考物质的结果所得到.2.4 氮代谢分析方法为了更科学地分析城市区域处理每一单位的污水氮量所付出的环境代价，定义污水处理过程中氮排放总量与处理污水氮总量的比值为氮污染排放率，计算公式如下：(2)式中，PN为氮污染排放率;Noutput和Ninput分别为污水氮污染物排放总量和污水氮输入总量;NLiquid为尾水的氮量;NGaseous代表主要温室气体N2O的氮总量，其中，北京城市污水处理过程中去除1 kg总氮量的N2O释放系数为0.8 g²kg-1(Yan et al.，2014);NSolid 为残留在污泥中的氮量;NTreatment为每日处理污水的氮量.3 结果与讨论3.1 城市污水氮污染排放特征分析3.1.1 城市污水氮浓度时间变化分析城市污水氮浓度以污水处理厂的进水氮浓度表示，如图 1所示，城市污水各形态氮表现出较为明显的月变化特征.其中，城市污水中TN、NH4+-N浓度高且随时间变化趋势显著;而NO3--N浓度较低，变化趋势波动不明显.TN浓度1年内的变化范围为34.975~59.987 mg²L4-1，每月平均值为48.947 mg²L-1，在2015年6月达到峰值;NH4+-N浓度1年内的变化范围为20.185~42.303 mg²L-1，每月平均值为30.395 mg²L-1.多月的浓度数据显示，NH4+-N、NO3--N分别占TN的43.92%~85.72%和0.06%~8.31%，其中，NH4+-N的比例从2014年10月至2015年9月有较明显的逐渐递减后又逐渐递增的趋势.NH4+-N为城市污水氮污染物的主要成分.图 1城市污水各种形态氮污染物浓度月动态变化特征除了部分中水回用外，处理完后的尾水大都排入周围河道，其中，各种形态氮的浓度变化如图 2所示.由图 2可知，城市污水中TN、NO3--N浓度随时间变化趋势显著;NH4+-N浓度较低，变化趋势不显著.其中，TN浓度变化范围为10.395~20.041 mg²L-1，每月平均值为14.789 mg²L-1，并在2月达到峰值，随后逐渐呈现递减趋势;NO3--N波动变化范围为2.338~17.8 mg²L-1，但在3月和5月NO3--N浓度低于NH4+-N.整体上，NO3--N是处理后尾水氮污染物的主要成分.TN浓度较处理之前明显减少，氮去除率整体范围在53.86%~82.32%，12月氮去除率最低.由于此时是北京的冬季，气温低，影响生物细菌和酶的活性，进而影响到污水处理过程的反硝化系统，降低氮去除效果.图 2处理尾水氮浓度月变化除了分析污水氮浓度四季变化外，探讨1天内不同时间段的污水氮浓度变化可更进一步剖析城市居民日常生活对污水氮变化的影响.如图 3所示，从整体上看，秋季氮日浓度值要低于其他3个季节，春、秋季早上浓度值较高，之后逐渐降低，春季在下午15:00达到谷值，傍晚18:00达到峰值;而秋季在傍晚19:00达到谷值，之后在夜间21:00陡然上升;夏季TN 日浓度值整体上高于其它3个季度，变化趋势不明显，冬季TN浓度在15:00达到峰值，之后的18:00达到谷值.从四季整体来看，中午11：00—13:00 TN浓度较高，这段时间是居民下班的时间段，涉及到用餐和休息，使得污水出现高峰排放.18:00—21:00是居民下班后晚间活动高峰期，是另一个污水排放高峰区间.上述结果说明，此区域城市污水氮来源深受居民作息影响，人类排泄物与冲洗废水(生活黑水)是重要的污水氮源.北京市居民经济富裕和生活条件好，高氮食物消费比例高，导致食物消费氮足迹较高，氮素经消化后几乎都排出体外，使得产生的生活黑水中TN浓度随之增高.图 3城市污水氮浓度四季日变化趋势3.1.2 城市污水氮代谢特征分析城市污水处理过程中的氮污染排放量如表 1所示，研究期间其1年内排放总量约为10³104 t，月平均排放量为7730.045 t，变化范围为5698.921~10331.594 t.北京污水处理厂一般以水温<14 ℃为寒冷季节(2014年10月—2015年4月)，水温>14 ℃为温暖季(2015年5—9月).寒冷季节平均氮污染排放量为8648.416 t，温暖季节平均排放量为6444.326 t.其中，N2O为主要的气态氮污染物，月均排放氮量14.544 t，以排河尾水形式的月均氮排放量是7603.037 t，而以污泥为载体的月均氮排放量是112.464 t.由此得出，以液相氮排放量最多，平均占总氮污染排放的98.35%，且集中在寒冷季(2014年11月—2015年2月).其次是固相氮排放，平均占总氮排放的1.45%，因污泥夹带着大量污水氮，若得不到妥善的无害处理，这部分污染性氮素将会导致危害更大的二次污染及卫生问题.相比较而言，气相排放量较少，但不可忽视，因N2O温室效应势能比其他温室气体大得多.城市居民人均月氮污染排放量具有显著的月变化特征，如图 4所示，整体上月均氮排放量为0.95 kg²人-1²月-1，研究期间其呈现出先增加后逐渐下降的趋势.其中，12月达到最高值1.269 kg²人-1²月-1，最低值出现在5月(0.7 kg²人-1²月-1).由此推断，城市污水氮污染排放量具有较显著的时间变化特征，其中，2014年11月—2015年2月是排放的高峰期，此时正值北京寒冷季节，主要由于北京城市的北温带季风性气候使得冬季温度较低，这将会影响到污水处理厂生物反应池微生物的活动，进而可能会造成硝化、反硝化过程效率降低，污水氮去除效果较差，出水氮浓度较高.此外，根据污水处理厂监测数据，冬季北京城市居民污水排放量一般较多，工厂可能会存在超负荷工作现象.表 1 固液气形态的氮污染排放总量图 4城市污水氮污染排放率月变化趋势及人均氮污染排放量月变化特征根据以上结果，进而分析研究时段内氮污染排放率(图 4)，总体上呈先升后降趋势，其变化范围为18.81%~45.87%，平均每月氮污染物排放率为31.15%，其中，最高值出现在12月，输出的污染性氮素占总输入氮量的46.26%，最低值出现5月，排放率为19.418%.寒冷季节城市污水平均氮排放率为35.33%，温暖季节为26.279%.由此可推测，在1年中寒冷季节氮污染排放率较高，在寒冷季节处理等量污水氮，对周围环境造成的负面影响较大.该污水处理厂是典型的大规模现代化污水处理厂，采用两种污水处理工艺：一是A2/O 处理工艺，该工艺目前为我国污水处理厂普遍采用的A2/O处理工艺;二是在A2/O处理工艺的基础上，添加了膜处理环节的A2/O-MBR工艺，其处理流程大部分与前者相似.鉴于相关的研究结果，北京城市污水处理厂的A2/O-MBR工艺在全年无论在温暖季、寒冷季还是汛期均能维持较稳定的污染物去除率与较好的除氮效果(郁达伟等，2015).为了探索不同工艺对氮污染排放率的影响，在同等条件下对此厂的两种工艺除污过程进行分析，结果表明，A2/O 处理工艺造成的环境氮污染排放率显著高于A2/O-MBR处理工艺，平均高10%左右(图 5).由此可知，在处理同等的污水氮的过程中，较为先进的处理工艺将有助于减少污水处理中导致的氮环境污染.污水处理是缓解城市氮污染的重要手段，但在处理过程中导致的氮污染排放易诱发二次污染，尤其是在冬季，故改进污水处理工艺来减少氮污染排放率，对缓解城市区域的氮污染具有重要意义.图 5不同污水处理工艺的氮污染排放率变化特征3.2 城市污水氮来源探讨海淀区的城市用地类型主要包括居民区、商业用地和科教文卫用地.为了探讨污水氮的来源，可以简化将污水中的氮来源分为天然来源和人为来源，因城市中不同来源的δ15N通常具有不同的特征值.本文假设污水管道密封性很好，水体水力停留在管道里面时间短，受到生物化学过程的影响很小，产生的分馏作用有限，导致N同位素分馏作用比较小，在本研究中视为忽略.基于这一原理，可以尝试利用δ15N辨析污水可能来源，由于研究区内的城市污水管道为雨污合流，其天然来源主要是大气降雨.根据北京城市生态站对海淀区降雨的长期监测结果，大气降雨δ15N范围值介于-10.093‰~+5.828‰之间;人为来源为生活黑水(黑水中的氮主要来自人粪尿，包含了生活污水中95%左右的氮)，其δ15N变化范围设为+5‰~+25‰.城市污水各季节δ15N值变化范围如表 2所示，总体上变化范围为0.644‰~24.726‰，不同季节之间存在差异，其中，秋季δ15N值较高，平均值为20.858‰，而夏、春两季δ15N 值较低，平均值分别为5.010‰和5.225‰.将测定结果与各种潜在来源作比较(图 6)，春、夏季节可能受大气降雨影响较多，且北京海淀区城市化程度高，雨水大部分通过不透水硬地面进入排污管，整体上氮同位素值较低，潜在来源主要是生活黑水和大气降雨.冬季的δ15N 范围较广，为1.752‰~19.637‰，其低值或由雨雪天气沉降混合导致.秋季氮同位素均值显著较高，这与所采样的时间段无雨有密切关系，导致低δ15N值的雨水混合比例较低，故其主要受高δ15N值的生活黑水影响.鉴于混合污水样品硝酸盐δ15N高度异质性，在相同天气条件下增加采样规模可减少这类差异.综上所述，研究时期居民日常作息产生的生活黑水是城市污水氮的主要来源.从源头上提高生活黑水的处理率，尤其是居民作息高峰时间段，可通过在宾馆与社区等小尺度城市区域内、采用生活污水的源分离、分质处理与资源化技术，通过黄、褐水处理与回用、黑水资源化(如小型黑水资源化与处理装置安装)雨水收集等途径，可使城市污水氮量在输往污水处理厂之前得到削减，这有助于减少因城市污水处理导致的氮素负环境效应.图 6各季节城市污水δ15N值对比(方框表示不同来源的同位素值，其中，NP表示降水来源氮同位素范围值，NH表示人类排泄物氮同位素范围值)表 2 城市污水不同季节的δ15N值变化情况综上所述，本文初步分析了城市污水氮污染排放特征，但仅基于其主要污水处理厂的即时污水数据，没有涵盖未得到处理的少量的城市污水.同时，本文利用地表水氮稳定同位素示踪来源的方法来探讨城市污水潜在氮来源，所用的不同污染源δ15N值分布范围存在重叠，仅利用单一氮稳定同位素示踪法尚不能明确污染来源，只能初步推测其可能潜在来源，作为理论参考，目前国内关于此方面的研究尚缺.因此，在未来研究中，利用多同位素示踪的方法并结合相关模型，如IsoSource源解析模型与稳定同位素贝叶斯混合模型，同时结合惰性元素氯离子与硫硼同位素，应能更精确地研究城市污水氮来源及其在城市氮循环的影响.鉴于本研究结果，寒冷季是北京城市区域氮污染防治的重要时刻，污水处理应广泛采用较先进的污水处理工艺如A2/O-MBR工艺，以适应该地区长期低温气候，从而减少污水处理衍生的氮污染影响.除此之外，城市居民应增加污水处理厂也是城市潜在氮源的意识，污水处理过程并不能完全去除水体中的氮污染物，部分污染氮素在处理过程中会流失回到城市环境去.政府应大力推广社区及科教文卫机构内生活黑水资源化设施的建立，在各分散区内形成分散式分质排污及资源化处理，既可减少输往处理厂的污水氮量，又可节约用水.同时，提倡居民低氮饮食的习惯，减少日常高氮食物的消费.具体参见污水宝商城资料或更多相关技术文档。