水質(zhì)總磷總氮在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

何炳堅(jiān)　梁永祥　關(guān)綺文

摘 要：隨著水污染問(wèn)題的不斷嚴(yán)重化，人們對(duì)水資源的保護(hù)意識(shí)逐漸提高。在水質(zhì)中，總磷總氮是其重要的檢測(cè)內(nèi)容，為了有效的提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量，逐漸研究出水質(zhì)總磷總氮在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)在設(shè)計(jì)運(yùn)行的過(guò)程中，還有待提高。通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，文章通過(guò)研究基于紫外催化——過(guò)硫酸鉀化分光光度法的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，并設(shè)計(jì)出紫外線加強(qiáng)氧化——消解反應(yīng)器以及通道自動(dòng)校準(zhǔn)與自動(dòng)進(jìn)樣集成控制系統(tǒng)，從而可以在低溫度下以及常壓條件下快速監(jiān)測(cè)水質(zhì)總磷總氮含量，其具有較好的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)；總磷；總氮；在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：X853 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）23-0025-01

隨著水污染以及水環(huán)境的日益惡化，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行研究，以便對(duì)水質(zhì)與廢水進(jìn)行在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，尤其是針對(duì)水質(zhì)中總磷總氮指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而有效的控制水污染。根據(jù)我國(guó)水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及污水排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，傳統(tǒng)的總磷總氮監(jiān)測(cè)技術(shù)通常是采用手工采樣以及實(shí)驗(yàn)室人工檢測(cè)的方法，不僅周期長(zhǎng)且工作復(fù)雜，無(wú)法達(dá)到理想的監(jiān)測(cè)效果。因此，在本文中主要研究水質(zhì)總磷總氮在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，以便快速監(jiān)測(cè)水質(zhì)總磷總氮指標(biāo)，提高監(jiān)測(cè)質(zhì)量與水平。

1 水質(zhì)總磷總氮在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)分析

1.1 水質(zhì)總磷總氮在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)的儀器與試劑

在實(shí)驗(yàn)儀器方面，需要使用的儀器設(shè)備包括：總磷總氮在線監(jiān)測(cè)儀器、分析電子天平、電熱恒溫水浴鍋、不銹鋼手提式壓力蒸汽滅菌鍋、自動(dòng)雙重純水蒸餾器等。在使用試劑方面主要包括：15 mg/ml過(guò)硫酸鉀溶液、15 mg/ml氫氧化鈉溶液、24 mg/ml抗壞血酸溶液、500 mg/l磷標(biāo)準(zhǔn)溶液與氮標(biāo)準(zhǔn)溶液、硫酸溶液、酒石酸銻鉀、鹽酸溶液等。另外，無(wú)氨水的提取主要是從1 000 ml蒸餾水中加入0.1 ml的硫酸，在全玻璃蒸餾器中除去前50 ml的流出液，并將流出液收集在玻璃瓶中密封保存。而鉬酸鹽溶液的制備主要是將12 g的鉬酸銨溶于700 ml水中，將0.48 g的酒石酸銻鉀溶于100 ml水中，攪拌均勻后倒入160 ml的濃硫酸，并混合均勻，這種溶液可以穩(wěn)定2個(gè)月左右的時(shí)間[1]。

1.2 水質(zhì)總磷總氮在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)方法

首先，總氮分析方法。其主要分為在線監(jiān)測(cè)方法與國(guó)標(biāo)方法，在線監(jiān)測(cè)方法中，主要是在水中加入氫氧化鈉與過(guò)硫酸鉀溶液，通過(guò)85 ℃的紫外線照射，將其分解為硝酸根離子。將被消解的水樣本冷卻到一定的溫度后，選取一部分為試樣，加入氯化氫將其調(diào)節(jié)至pH2～3，之后在220 nm波長(zhǎng)的位置測(cè)量吸光度參數(shù)，并計(jì)算出水中總氮的濃度值。這種方法可以在常壓以及低溫條件下使用。另外，國(guó)標(biāo)方法主要是在60 ℃以上的水溶液中，將過(guò)硫酸鉀溶液分解成硫酸氫鉀與原子態(tài)氧，將硫酸氫鉀離解成氫離子，通過(guò)氫氧化鈉的堿性介質(zhì)分解完成。其中的原子態(tài)氧可以在高溫下將水樣本中的氮化合物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，同時(shí)，將此過(guò)程中的有機(jī)物進(jìn)行氧化分解。并且使用紫外線分光光度法在200 nm與275 nm波長(zhǎng)位置測(cè)量吸光度的參數(shù)，其兩者之差就是校正吸光度值，該方法檢出限為0.05 mg/L[2]。

2 水質(zhì)總磷總氮在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的測(cè)試方法

2.1 線性范圍

為了更加準(zhǔn)確的檢測(cè)出地表水與廢水濃度以及變化情況，需要對(duì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的檢測(cè)線性范圍進(jìn)行研制，可以將其分為低濃度檔與高濃度檔?？偭椎谋O(jiān)測(cè)線性范圍中低濃度檔為0～2.0 mg/L，高濃度檔為0～20.0 mg/L?？偟谋O(jiān)測(cè)線性范圍中低濃度檔為0～5.0 mg/L，高濃度檔為0～50.0 mg/L?！?%FS/d為零點(diǎn)漂移，±3%FS為量程漂移[3]。

2.2 靈敏度與校準(zhǔn)曲線分析

總磷在線監(jiān)測(cè)技術(shù)中，校準(zhǔn)曲線以及線性回歸分析為上述兩檔，其低、高量程檔校準(zhǔn)曲線中分別設(shè)置了5各不同的濃度水平標(biāo)準(zhǔn)溶液，在低量程檔中，其濃度參數(shù)，如圖1所示。高量程檔濃度參數(shù)，如圖2所示。

另外，在總氮在線監(jiān)測(cè)方法中，其校準(zhǔn)曲線與線性回歸分為0～5 mg/L、0～50.0 mg/L兩檔。其低、高量程檔校準(zhǔn)曲線中分別設(shè)置了5檔各不同的濃度水平標(biāo)準(zhǔn)溶液，在低量程檔中，其濃度參數(shù)，如圖3所示。高量程檔濃度參數(shù)，如圖4所示。

各種不同的濃度水平標(biāo)準(zhǔn)樣品均通過(guò)6～7次的檢測(cè)，之后采用最小二乘法對(duì)其進(jìn)行線性回歸分析，并且需要建立樣本的濃度——吸光度校準(zhǔn)曲線。通過(guò)上圖分析，總磷與總氮的濃度曲線均具有明顯的線性關(guān)系，相關(guān)線性系數(shù)均超過(guò)0.99，符合在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的需求。另外，在低檔濃度中總磷與總氮的測(cè)量靈敏度高于高檔濃度。

2.3 準(zhǔn)確度與精密度分析

為了有效的減少在線監(jiān)測(cè)技術(shù)測(cè)量的誤差，需設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的精密度與準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證分析，總磷根據(jù)低、高檔次配置兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測(cè)，其中a標(biāo)準(zhǔn)溶液為1.20 mg/L；b標(biāo)準(zhǔn)溶液為12.0 mg/L?？偟卜譃閏標(biāo)準(zhǔn)溶液3.0 mg/L；d標(biāo)準(zhǔn)溶液25.0 mg/L。通過(guò)反復(fù)檢測(cè)10次以上，分析其結(jié)果數(shù)據(jù)。其中，低濃度與高濃度檔范圍均具有較好的精密度與準(zhǔn)確度，尤其是在低濃度檔中，具有更高的精密度與準(zhǔn)確度。其中總磷監(jiān)測(cè)的精密度與準(zhǔn)確度比較理想，總氮監(jiān)測(cè)的精密度與準(zhǔn)確度相對(duì)較差[4]。

2.4 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)與國(guó)標(biāo)方法比較分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)與國(guó)標(biāo)方法比較，前者具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。首先，在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要在國(guó)標(biāo)方法的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，有效的降低了溫度與壓力條件，其檢測(cè)時(shí)間較短。其次，在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的測(cè)量范圍更大。其主要采用的是可選擇的分檔方法，測(cè)量對(duì)象不僅包括低污染濃度的地表水，還包括高濃度的污水與廢水。另外，其整體系統(tǒng)符合工業(yè)自動(dòng)化的需求。該項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)主要采用的是PLC研發(fā)自動(dòng)控制系統(tǒng)，充分運(yùn)用PLC的性能與優(yōu)勢(shì)，在水質(zhì)總磷總氮測(cè)量中實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)采樣、監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)自動(dòng)收集的工序。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的水質(zhì)總磷總氮監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，可以有效的實(shí)現(xiàn)水質(zhì)總磷總氮在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)，其符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水平，具有縮短監(jiān)測(cè)時(shí)間，在低溫以及常壓狀態(tài)下能夠進(jìn)行檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可以極大地提高水質(zhì)總磷總氮監(jiān)測(cè)水平與質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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