絮凝沉淀法測(cè)定氨氮的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化探討

郭 宏， 黨晉華， 許 濤， 王林芳， 喬鵬明

(山西省環(huán)境科學(xué)研究院，山西 太原 030027)

分析與測(cè)試

絮凝沉淀法測(cè)定氨氮的實(shí)驗(yàn)優(yōu)化探討

郭 宏， 黨晉華， 許 濤， 王林芳， 喬鵬明

(山西省環(huán)境科學(xué)研究院，山西 太原 030027)

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HJ535-2009，采用絮凝法處理氨氮水樣時(shí)需調(diào)節(jié)pH=10.5。通過研究獲取一個(gè)準(zhǔn)確的加堿量，能夠使沉淀過程迅速完成，消除濁度、色度和懸浮物干擾。并針對(duì)水樣類別，采取適當(dāng)?shù)娜臃绞胶腿恿?，以?jié)省時(shí)間。補(bǔ)充檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的操作可行性，提高分析方法的精密度和準(zhǔn)確度。

氨氮絮凝沉淀法；加堿量；取樣；預(yù)處理優(yōu)化

引 言

水中氨氮的來源主要為生活污水中含氮有機(jī)物受微生物作用的分解產(chǎn)物、焦化廢水和合成氨化肥廠廢水以及農(nóng)田排放等。此外，在無氧環(huán)境中，水中存在的亞硝酸鹽亦可受微生物作用，還原為氨。在有氧環(huán)境中，水中氨亦可轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}，甚至繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}。上述水中各種形態(tài)的氮化合物，即水質(zhì)氨氮。

魚類對(duì)水中氨氮比較敏感，含量高時(shí)會(huì)致其死亡，同時(shí)給人類的飲用水安全和生命健康帶來風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)今社會(huì)工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展也伴生了嚴(yán)重的工業(yè)污染，進(jìn)一步使得人類生活用水和生產(chǎn)用水惡化，時(shí)有污染事件發(fā)生，威脅著人類文明的可持續(xù)發(fā)展。測(cè)定水質(zhì)氨氮有助于評(píng)價(jià)水體被污染和“自凈”狀況，進(jìn)而采取有效的污染控制對(duì)策和精準(zhǔn)的靶向治理措施，凈化水環(huán)境。

1 實(shí)驗(yàn)方案

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HJ535-2009，采用某廠污水樣、標(biāo)準(zhǔn)樣品、實(shí)驗(yàn)用水及現(xiàn)場(chǎng)水空白，通過絮凝沉淀比色法測(cè)定，以觀察沉淀物形狀來確定樣品的加堿量，擬減少靜置時(shí)間；分析吸光度(或濃度)與加堿量、沉淀表觀效果的關(guān)系；針對(duì)水樣類別，采取適當(dāng)?shù)娜臃绞健⒘科骶吆腿恿?，以期?jié)省時(shí)間，并力求避免沉淀物帶入上清液。以此為提綱，策劃系列實(shí)驗(yàn)，探求結(jié)果，進(jìn)一步指導(dǎo)氨氮樣品的測(cè)定分析。

2 實(shí)驗(yàn)過程

2.1 儀器

1) 可見分光光度計(jì)：具1 cm和2 cm比色皿；

2) 精密pH計(jì)；

3) mlG1玻璃砂芯漏斗[1](鹽酸洗)；

4) 50 mL具塞刻度比色管；

5) 100 mL三角瓶。

6) 實(shí)驗(yàn)室常規(guī)玻璃器皿。

2.2 試劑(括號(hào)內(nèi)對(duì)應(yīng)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)HJ535-2009序號(hào))

下述內(nèi)容中試劑為分析純和有證標(biāo)物：

1) 無氨去離子水(4.1)；

2) 納氏試劑(4.4)；

3) 酒石酸鉀鈉溶液(4.5)；

4) 硫酸鋅溶液(4.7)；

5) 氫氧化鈉溶液(4.8)；

6) 氨氮標(biāo)準(zhǔn)溶液(4.14)；

7) 氨氮標(biāo)準(zhǔn)樣品；

8) 硫酸；

9) 1+1鹽酸洗液。

2.3 絮凝沉淀法預(yù)處理步驟

2.3.1 絮凝沉淀

搖勻水樣，取100 mL樣品放入三角瓶，加入1.0 mL硫酸鋅溶液，再加氫氧化鈉，逐滴加入，或以0.1 mL為單位邊加邊搖，直至產(chǎn)生礬花下沉明顯、靜置3 min不溶。同步測(cè)試pH值，要求10.5±0.5。靜置10 min，取其上清液比色分析。

2.3.2 取樣量和取樣方式

針對(duì)水質(zhì)類別，確定適當(dāng)?shù)娜恿俊Ｈ恿?10.00 mL，移液管取樣；10.00 mL≤取樣量<25.00 mL，直接傾倒上清液；25.00 mL<取樣量≤50.00 mL，玻璃砂芯漏斗過濾[1]上清液至具塞刻度比色管中。若測(cè)定大批量樣品，一般可直接傾倒上清液；若有絮凝分離不清情形，再用砂芯漏斗過濾[1]。

2.4 測(cè)定記錄

2.4.1 實(shí)驗(yàn)方法

直接比色法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，見表1。

表1 校準(zhǔn)曲線系列表

空白樣品、標(biāo)準(zhǔn)樣品分別為不加酸與加酸制備樣，采取直接比色法和絮凝沉淀法對(duì)照測(cè)定，結(jié)果見表2和第36頁表3。

表2 空白測(cè)定表

實(shí)際樣品分別為不加酸與加酸制備樣，采取絮凝沉淀法對(duì)照測(cè)定，結(jié)果見第36頁表4。

2.4.2 實(shí)驗(yàn)條件

標(biāo)液10 mg/L，波長420 nm，溫度(17±1)℃，比色皿2 cm，顯色后放置10 min。

2.4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，標(biāo)準(zhǔn)曲線3個(gè)指標(biāo)均符合氨氮回歸參數(shù)要求；同批的實(shí)驗(yàn)用水作空白，無論加酸與否，無論直接比色法還是絮凝沉淀法，實(shí)驗(yàn)室空白與現(xiàn)場(chǎng)空白吸光度均值均無差別，且吸光度≤0.030，符合檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；以同步的標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定中直接比色法驗(yàn)證，測(cè)定值符合保證值范圍，首先說明實(shí)驗(yàn)儀器、試劑、人員分析(不含絮凝沉淀環(huán)節(jié))質(zhì)控系統(tǒng)正常且優(yōu)良。

上述樣品測(cè)定中，污水樣pH值、加堿量、產(chǎn)生沉淀形狀及同步pH值、吸光度值全方位對(duì)照，以同步的標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定表3中絮凝法來驗(yàn)證預(yù)處理過程，表明該批次實(shí)際水樣測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，反映出該方式絮凝預(yù)處理效果的優(yōu)異性。

表3 標(biāo)樣測(cè)定表①

表4 樣品測(cè)定表

3 結(jié)果討論

3.1 加堿量

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)HJ535-2009所載，絮凝沉淀法預(yù)處理100 mL水樣，加1.0 mL硫酸鋅、0.1 mL～0.2 mL氫氧化鈉[2]。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，空白或清潔水樣，不加酸處理，絮凝加堿量0.1 mL～0.2 mL；加酸處理的空白或清潔水樣，加堿量需0.4 mL。此為實(shí)驗(yàn)室試劑空白和現(xiàn)場(chǎng)空白或清潔水樣的經(jīng)驗(yàn)加堿量。到此求出本實(shí)驗(yàn)室試劑空白和現(xiàn)場(chǎng)空白或清潔水樣的經(jīng)驗(yàn)加堿量。

對(duì)于污水樣，加堿量大于0.2 mL，不宜確定一個(gè)固定的加堿量，應(yīng)逐滴加入，充分搖勻，觀察礬花下沉明顯[3]，無論呈絮狀還是粒狀，放置3 min不溶，加入的氫氧化鈉量基本剛剛好。若有不足或過頭，酸堿回調(diào)，直至沉淀不溶，不測(cè)pH值亦可。靜置10 min取樣，此處縮短了時(shí)間，減少了測(cè)定pH值程序。

水樣pH=10.5左右時(shí)，生成的礬花最好。pH值過低或過高都會(huì)影響沉淀效果。pH值過低，礬花少，不易沉淀，存在細(xì)顆粒，干擾去除也不完全；加入納氏試劑后，會(huì)生成新絮狀物，水樣變混，影響比色。pH值過高，已生成的氫氧化鋅共沉淀物會(huì)直接溶解，無法得到澄清水樣[3]。應(yīng)加酸或堿，回調(diào)pH值到10.5穩(wěn)定。但pH值會(huì)隨時(shí)間的延長而降低，沉淀形狀會(huì)由絮狀大團(tuán)變成小顆粒狀。絮凝穩(wěn)定后，盡快測(cè)定。

從空白、標(biāo)樣絮凝后看，若干份平行水樣給予相同的加堿量、礬花3 min不溶、pH值均達(dá)到10.5時(shí)，絮凝沉淀形狀有所不同，有的呈絮團(tuán)塊狀，有的呈細(xì)小顆粒片狀層。此情形說明水樣的不均質(zhì)性，應(yīng)充分搖勻，保持足夠的凝聚吸附能力，靜置10 min取樣。形狀雖有差異，但只要上清液不渾濁，不會(huì)影響測(cè)定。

3.2 取樣量及方式

針對(duì)水質(zhì)類別，確定取樣量。地表水、地下水、湖庫水：10.00 mL～50.00 mL；生活污水，造紙、焦化、合成氨化肥廠氨氮特征工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水處理廠污廢水進(jìn)口與排口：0.1 mL～10.0 mL。取樣范圍：0.1 mL～50.0 mL。若超標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍，可采用空白稀釋或減少取樣量；若取樣量不足50 mL，未檢出，可加大取樣量至50 mL。取樣方式依據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟：取樣量≤10.00 mL，移液管取樣；10.00 mL<取樣量≤25.00 mL，直接傾倒上清液；25.00 mL<取樣量≤50.00 mL，玻璃砂芯漏斗過濾上清液至具塞刻度比色管中實(shí)施，盡可能避免沉淀物帶入上清液。此舉不僅避免了沉淀物帶入比色液，而且不存在定性濾紙過濾對(duì)比色液含氨量的影響[4]，過濾時(shí)間少于采用定性濾紙過濾或離心時(shí)間，長期使用省電、省時(shí)、省力。若傾倒上清液，帶入些許沒有分離徹底的絮凝體，影響顯色液的吸光度，使得納氏試劑分光光度法分析結(jié)果偏高。此時(shí)，可滴加硫酸澄清，去除懸濁度的影響[5]。

4 結(jié)束語

上述內(nèi)容是絮凝沉淀法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。據(jù)此方式預(yù)處理，解決了絮凝關(guān)鍵問題，可以補(bǔ)充檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的操作可行性，提高分析方法的精密度和準(zhǔn)確度，保證不同檢測(cè)人員之間檢測(cè)結(jié)果的一致性和可比性，對(duì)促進(jìn)檢測(cè)工作的多快好省具有積極意義。

[1] 陳紅霞，陶巧健，邵楊芬.納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮[J].硅谷,2015(3):71-72.

[2] 環(huán)境保護(hù)部.水質(zhì)氨氮的測(cè)定：納氏試劑分光光度法：HJ535-2009[S].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,2009.

[3] 彭秀霞，關(guān)柏清.氨氮測(cè)定中的常見問題分析及解決方法[J].黑龍江環(huán)境通報(bào),2011,35(1):36-37,42.

[4] 潘海婷，朱日龍，羅岳平.氨氮實(shí)驗(yàn)室空白偏高的影響因素研究[J].中國環(huán)境監(jiān)測(cè)，2012,28(5):83-87.

[5] 施新峰，婁明華，錢佩琪.消除絮凝沉淀法測(cè)定氨氮的干擾[J].干旱環(huán)境監(jiān)測(cè)，2013，27(1)：37-38，48.

Experimental optimization of flocculation and precipitation for determination of ammonia nitrogen

GUO Hong, DANG Jinhua, XU Tao, WANG Linfang, QIAO Pengming

(Shanxi Institute of Environmental Sciences, Taiyuan Shanxi 030027, China)

According to the standard HJ535-2009, the flocculation process is used to deal with the water of ammonia nitrogen, which needs to be adjusted with pH=10.5. To obtain an accurate content of alkali through research makes the precipitation process completed quickly, eliminating turbidity, chroma and suspended solids in water samples.An appropriate amount of sampling using the right way for water samples saves time.The feasibility of the standard operation is completed, and the precision and accuracy of analysis method is improved.

flocculation of ammonia nitrogen; alkali; sampling; pretreatment optimization

2016-12-08

山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目(20150313001-2)和山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2013011040-7)

郭 宏，女，1971年出生，2008年畢業(yè)于中北大學(xué)，本科，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.10

O657

A

1004-7050(2017)01-0034-04