氣相分子吸收光譜法在沼氣發(fā)酵過程中氨氮測定上的應用

(1.天津大學環(huán)境科學與工程學院，天津 300072；2. 上海安杰環(huán)保科技股份有限公司，上海 201906；3. 北京市理化分析測試中心，北京100089)

1 引言

厭氧微生物對禽畜糞便的有機物進行分解，同時產生沼氣、沼渣、沼液，獲得的沼渣、沼液有機肥料可用于解決土地長期施用化肥帶來的污染危害，保護了自然環(huán)境[1]。沼液是沼氣生產后的殘余物，目前處理方式主要還是以自然還田為主[2]，經過厭氧發(fā)酵處理產生的沼液含有較高的化學需氧量(chemical oxygen demand, COD)，N和P幾乎全部保留，可生化性差，如得不到妥善處理，隨意排放會引起湖泊河流富營養(yǎng)化、土壤和地下水污染等環(huán)境問題，造成巨大危害[3，4]。

沼液中氨氮的測定基本采用分光光度法[5]，該方法檢測時水樣因為受顏色、渾濁度、離子等干擾不能直接測定，必須前處理脫色、絮凝沉淀、過濾、蒸餾或萃取，前處理復雜且耗時、耗力，實驗結果容易受操作人員專業(yè)熟練度等人為因素影響，抗干擾能力弱，不能測量復雜物質。氣相分子吸收光譜法與分光光度法相比具有測定速度快、手續(xù)簡單，抗干擾性強等優(yōu)勢，本實驗擬采用氣相分子吸收光譜法測定沼氣發(fā)酵前固體廢棄物和發(fā)酵后沼液的氨氮含量，探究沼氣發(fā)酵過程中氨氮的變化情況，為沼液的環(huán)境安全處理提供初步依據。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

氣相分子吸收光譜儀：型號為AJ-3700(上海安杰環(huán)保科技股份有限公司)。

氨氮標準溶液：國家標準樣品編號GSB 04-2832-2011，1000mg/L，184023-2有效期至：2019年10月10日；氫氧化鈉、次溴酸鈉、氯化鉀、鹽酸、無水乙醇、溴酸鉀及溴化鉀：分析純；實驗用水：無氨水。

禽畜糞便：河北聚碳生物科技有限公司。

2.2 方法依據及原理

方法依據：HJ/T195—2005 水質 氨氮的測定 氣相分子吸收光譜法[6]。

方法原理：氣相分子吸收光譜法中氨氮項目的測定采用次溴酸鹽氧化法，將待測物質中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮，利用亞硝酸鹽氮在乙醇催化作用下，快速分解生成NO2氣體，使用氣相分子光譜儀于NO2特征吸收峰214.6nm處進行檢測。

2.3 實驗步驟

固體廢棄物前處理：稱取固液混合物試樣40g，放入500mL聚乙烯瓶中加入200L氯化鉀溶液在20℃士2℃的溫度條件下在恒溫水浴震蕩器中恒溫震蕩提取l h。然后靜置溶液30min，待其自然分層，取上層清液。

沼液前處理：量取混勻后的沼液10g，離心取清夜。

標準曲線繪制：配制濃度為0.0000mg/L、0.2000mg/L、0.5000mg/L、1.0000mg/L、2.0000mg/L氨氮標準系列溶液，放置于自動進樣器相應的位置上，設置軟件后測定。

樣品測定(氣相分子吸收光譜法)：兩類樣品手動稀釋50倍，上樣，設置軟件后測定，7次平行實驗。

樣品測定(分光光度法)：參照《HJ 535—2009 水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》[7].

3 結果與分析

3.1 儀器試驗條件選擇

溫度選擇：儀器在試驗過程中對試劑及環(huán)境都有一定的溫度要求，低溫條件下氧化劑不能完全氧化氨氮，重復試驗結果表明20℃～30℃為最佳試驗溫度，所以在氣溫較低的條件下需要充分預熱。

稀釋倍數選擇：結合納氏試劑分光光度法選擇水樣稀釋倍數。取少量水樣，滴入3滴左右納氏試劑，觀察水樣顯色程度，與納氏試劑分光光度法標準曲線進行顏色比較，根據經驗確定稀釋倍數。這樣既減輕了水樣在儀器中的測定次數，又加快了整個試驗過程，節(jié)省了試驗時間與試劑[8]。

3.2 線性范圍

如圖1所示，所擬合的函數為y= 0.0862x-0.0001，其中r= 0.99994，線性系數完全滿足一般實驗室對于分析的要求。

圖1 氨氮標準曲線

3.3 樣品的測定及計算公式

氣相分子吸收光譜法測定固體廢棄物的氨氮含量=[軟件計算濃度]×稀釋倍數；

氣相分子吸收光譜法測定沼液的氨氮含量=[軟件計算濃度]×稀釋倍數

分光光度法測定參照《HJ 535-2009 水質 氨氮的測定 納氏試劑分光光度法》。

結果見表1。

表1 樣品測定結果

3.4 分析結果

以上檢測結果表明，利用氣相分子吸收光譜法與傳統(tǒng)的分光光度法測定沼氣發(fā)酵過程中氨氮含量結果相近，且從發(fā)酵前后的變化情況來看，雖然厭氧發(fā)酵之后氨氮含量有所降低，降低比例可達到28.90%，但仍有71.10%的氨氮還是被保留在沼液中。

4 結語

通過結果可以看出，在沼液的利用時應注意污染物的檢測，并進行更有針對性的處理，才能更有效地對沼液進行資源化無害化利用。同時，氣相分子吸收光譜法能夠大大提高沼液中氨氮測定的速度，提高工作效率，該方法在沼氣工程檢測領域具有巨大的推廣價值。