隨著城市化的發(fā)展，城市生態(tài)系統(tǒng)對外來營養(yǎng)氮素的依賴度增大，驅(qū)動著人為活化氮大量生產(chǎn)，影響著氮循環(huán)，由此導(dǎo)致的環(huán)境問題已威脅到人類健康與生命安全，越來越多的人認為其是繼生物多樣性減少和變暖之后的第三大環(huán)境問題.城市生態(tài)系統(tǒng)代謝嚴重依賴外部物質(zhì)和能量，其所需要的物質(zhì)能量為其他自然生態(tài)系統(tǒng)的10~100倍，故其高氮輸入導(dǎo)致城市成為氮研究的熱點.城市生態(tài)系統(tǒng)氮污染物排放主要有廢物、廢氣、廢水3種主要形式.其中，城市污水排放量隨著城市化呈逐年遞增趨勢，污水處理過程導(dǎo)致的氮污染物排放成為城市生態(tài)系統(tǒng)氮污染的主要來源，污水處理過程中還會向環(huán)境中輸出含氮污染物，包括溫室氣體、處理尾水及剩余污泥，這些輸出產(chǎn)物在一定程度上削弱了污水處理的環(huán)境效益.
目前，國內(nèi)外有關(guān)氮污染輸出的研究大都集中在流域、大氣沉降及溝渠的污染性氮元素輸出方面，在涉及城市污水處理過程中導(dǎo)致的氮污染輸出的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)方面上的研究很少，以往有關(guān)污水氮污染防治的研究主要集中在工程方面.從代謝系統(tǒng)層面上分析城市污水氮污染輸出的動態(tài)變化并探討此氮污染物的可能來源，有助于理解城市化過程中污染性氮素的循環(huán)過程，可為城市低氮管理提供理論支撐.本研究以污水流為主線，以污水處理廠的地理范圍為邊界，忽略其內(nèi)部復(fù)雜的氮去除工藝，將其視為灰箱.輸入項為城市雨污合流管輸送到處理廠的污水中夾帶的氮素，輸出項主要包括污水處理過程中排放到大氣、水和土壤等環(huán)境介質(zhì)的含氮污染物質(zhì).在污水處理過程中，這類污染性氮素的輸入、處理與輸出過程可視為城市區(qū)域小尺度氮代謝過程，此過程所造成的環(huán)境影響可視為其產(chǎn)生的廢物、廢水及廢氣等含氮污染物直接排向環(huán)境的活化氮量總和，本文將污水氮污染排放簡化為污水處理過程中排向環(huán)境的污染性氮量的總和.在處理過程中原污水內(nèi)的氮素主要有以下幾個去向：反硝化為氮氣(N2)和*(N2O)、流失到地表水、滲透到地下水及中水回用，往往其輸出氮總通量略低于輸入通量，部分氮沉積到系統(tǒng)的活性淤泥中.其中，N2O作為主要溫室氣體，Khalil教授曾對N2O產(chǎn)生源進行了匯總計算，估算出污水處理過程中N2O排放量占總釋放量的2.5%~25%.此外，北京市污泥處理方式主要為堆置，殘留在污泥中的氮素大部分將滲透到土壤和地下水中，易造成二次污染，本文統(tǒng)視污泥中的氮素全部排向環(huán)境.同時，探討污水中的氮素來源可以為從源頭上減少氮污染物提供參考，從而減少污水處理過程中的氮污染排放.目前，研究較多的是利用穩(wěn)定性同位素示蹤技術(shù)來示蹤污染源.目前，國內(nèi)較多利用自然水體NO3--N 的δ15N值和懸浮有機質(zhì)的δ15N值來示蹤氮的來源，而城市污水氮來源溯蹤方面的研究缺乏.相比之下，國內(nèi)關(guān)于水體NH4+-N的δ15N值的研究較少，而涉及多種氮污染源的NO3--N 的δ15N值范圍的研究較多.鑒于此，本研究利用城市污水中硝酸鹽的δ15N值，來探討城市污水氮的潛在可能來源.
