河流水質(zhì)中氨氮、硝酸鹽氮和總氮的測(cè)定及處理研究

龍瑞鳳

（四川省阿壩生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 阿壩州624000）

前言

河流的水質(zhì)問(wèn)題深刻影響著人們的日常生活、水產(chǎn)業(yè)以及農(nóng)業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，由于農(nóng)業(yè)的發(fā)展、生活污水以及重工業(yè)廢水的排放，不可避免地造成了水質(zhì)中的氨氮類成分的堆積，從而加快了水質(zhì)的惡化，給水質(zhì)的處理也造成了一定影響。水質(zhì)中總氮包括：有機(jī)態(tài)氮和無(wú)機(jī)態(tài)氮，其中游離氨、銨鹽、硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮以及其他形式的氨氮是導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。水體富營(yíng)養(yǎng)化后，不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的影響，長(zhǎng)期飲用對(duì)人體也會(huì)造成較大的危害。因此，對(duì)水質(zhì)中的氨氮、硝酸鹽氮和總氮進(jìn)行監(jiān)測(cè)并有效地處理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

河流水質(zhì)中氨氮的測(cè)定，首先，要對(duì)水體有一個(gè)全面、準(zhǔn)確的分析和判斷；其次，利用合適的方法對(duì)水體進(jìn)行相應(yīng)的檢測(cè)，可以明確污染物的主要成分，有利于制定相應(yīng)的處理措施。

1 水質(zhì)中氨氮、硝酸鹽氮和總氮的測(cè)定方法

1.1 顯色劑對(duì)比法

顯色劑對(duì)比法原理為：水體中游離的氨氮與所用的化學(xué)試劑接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，可生成黃棕色的絡(luò)合物。絡(luò)合物顏色與氨氮的量成正比關(guān)系，通過(guò)將黃棕色絡(luò)合物的顏色與標(biāo)準(zhǔn)色卡比對(duì)，即可判斷水體中氨氮含量的高低。顯色劑比色法測(cè)定氨氮的含量使用范圍為0.05～2.00 mg·L-1。該方法使用簡(jiǎn)便，速度快，效果明顯，可用于水質(zhì)的取樣初步檢測(cè)[1]。

1.2 納氏試劑分光光度法

納氏試劑分光光度法是水質(zhì)中氨氮、硝酸鹽氮和總氮的測(cè)定最常用的方法，其原理為：使用碘化鉀和碘化汞的堿性溶液加入到水樣品中，可與樣品中的氨發(fā)生反應(yīng)，從而生成淡紅棕色膠狀的化合物，并且該顏色可吸收波長(zhǎng)較寬，可適用于河流水、地下水、工業(yè)廢水和生活污水。納氏試劑分光光度法測(cè)定氨氮的含量使用范圍為0.025～2.00mg·L-1之間[2-3]。

1.3 堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法

其原理為：水樣品在120～124℃的溫度條件下，堿性過(guò)硫酸鉀溶液加入到水樣品中后，可與樣品中含氮化合物發(fā)生反應(yīng)，并可將氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，采用紫外分光光度法分別在220 nm和275 nm波長(zhǎng)處的測(cè)定吸光度A220和A275，從而可計(jì)算校正吸光度A（A=A220-2A275），測(cè)得的總氮含量與A成正比[4，5]。

1.4 氣相分子吸收光譜法

氣相分子吸收光譜法是根據(jù)水體中氨氮物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的光可選擇性地吸收而建立的方法。該法不僅可以對(duì)氨氮物質(zhì)進(jìn)行定性分析，也可以測(cè)定氨氮物質(zhì)的含量。其測(cè)試步驟為：首先，將待測(cè)成分在一定條件下轉(zhuǎn)變成氣體分子，通過(guò)載入測(cè)量系統(tǒng)后，在一定的分析條件下測(cè)定其對(duì)特征光譜吸收。其原理為：水樣品在酸性條件下，首先加入無(wú)水乙醇后進(jìn)行煮沸，其目的為除去亞硝酸鹽等的干擾，加入一定量的次溴酸鹽氧化劑，將氨氮以及銨鹽氧化成亞硝酸鹽，最后，采用氣相分子吸收光譜法測(cè)得樣品中氨氮的含量[6，7]。

1.5 酚二磺酸法

酚二磺酸法測(cè)定范圍較寬，顯色穩(wěn)定，其原理為：在堿性溶液中，硝酸鹽氮可以在無(wú)水的條件下與酚二磺酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成黃色的硝基二磺酸酚，因此可使用該方法進(jìn)行定量測(cè)定。但該方法反應(yīng)條件較難控制，造成回收利用率不穩(wěn)定[8-9]。

1.6 靛酚藍(lán)法

目前，改良后的靛酚藍(lán)法可在室溫下顯色，操作方法簡(jiǎn)單，試劑比較穩(wěn)定，并且具有較好的重現(xiàn)性和靈敏度。其原理為：水體中的氨氮成分與氯發(fā)生反應(yīng)生成一氯氨。在高pH的室溫下，當(dāng)有亞硝酰氰鐵絡(luò)離子存在時(shí)，一氯氨與酚發(fā)生反應(yīng)生成靛酚藍(lán)，通過(guò)比對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液的顯色即可測(cè)得氨氮含量[10，11]。

2 水質(zhì)中氨氮、硝酸鹽氮和總氮的測(cè)定影響因素

在對(duì)水質(zhì)中的氨氮進(jìn)行測(cè)定時(shí)，往往會(huì)受到一定因素的影響，不僅對(duì)氨氮的測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性造成一定的影響，也會(huì)對(duì)水質(zhì)的處理方法的判斷造成干擾。因此，在測(cè)定過(guò)程中，排除測(cè)定過(guò)程中的影響因素至關(guān)重要。

目前的研究中，氨氮、硝酸鹽氮和總氮的測(cè)定影響因素可分為外部因素影響和內(nèi)部因素影響。其中，外部因素有：前處理影響、試劑純度影響、光波影響、消解時(shí)間影響、溫度影響、檢測(cè)方法精密度影響等；內(nèi)部因素影響主要有：pH影響、鹽度影響、氣泡影響以及水質(zhì)中其他物質(zhì)影響等[12-14]。

因此，水質(zhì)檢測(cè)需要從檢測(cè)水、檢測(cè)方法、溶解試劑、溶解溫度、測(cè)定時(shí)間等角度進(jìn)行分析，明確總氮測(cè)定的影響因素，是檢驗(yàn)水質(zhì)總氮成分，保證測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的重要保障。當(dāng)然，確定測(cè)定過(guò)程中的相關(guān)影響后，應(yīng)該使用一定的前處理方法，排除干擾因素和影響。

3 水質(zhì)中氨氮、硝酸鹽氮和總氮的處理方法

3.1 生物法

生物法脫氮，是指在缺氧條件下，反硝化菌屬、硫桿菌屬、假單胞菌屬等微生物可利用作為電子受體，在無(wú)氧呼吸時(shí)，可將硝酸鹽還原為氮?dú)鈁15，16]。其過(guò)程可表示為：

3.2 化學(xué)方法

催化還原脫氮法主要是在堿性條件下，采用具有氧化性的催化劑或者金屬催化劑與水體中的氨氮類發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到去除硝酸鹽氨氮的目的[[17,18]。

電化學(xué)處理法可深度去除水體中微量硝酸鹽氮，其原理為：將含有硝酸鹽的污水引入到電解槽中；使用直流電源進(jìn)行電解，在電解池陰極區(qū)可將硝酸鹽還原生成，在陽(yáng)極區(qū)生成的ClO-及OH-可將亞硝酸鹽和氨態(tài)氮氧化為硝酸鹽和氮?dú)?，?jīng)過(guò)在陰極和陽(yáng)極之間連續(xù)的還原氧化過(guò)程，水中的硝酸鹽可全部轉(zhuǎn)化為無(wú)害的氮?dú)獠⑴欧诺娇諝庵?，最終實(shí)現(xiàn)氨氮、硝酸鹽氮和總氮的降解[19，20]。

3.3 物理法

電滲析法，該法具有高效低耗的優(yōu)點(diǎn)，可使硝酸鹽濃度從50mg·L-1降低到25mg·L-1以下，并且處理過(guò)程中，不需要添加任何化學(xué)試劑。其原理為：利用離子交換膜在電位差推動(dòng)下從水體中脫除硝酸鹽氨氮離子[23，24]。

吹脫法，該法包括空氣吹脫和蒸汽吹脫兩種氣體吹脫方法。其原理為：氣液相平衡和傳質(zhì)速度理論。首先將氨氮水樣品的pH值調(diào)節(jié)為堿性條件，銨離子在堿性條件下可以轉(zhuǎn)化為氨分子。隨后，向水中通入氣體并使得氣體與液體充分接觸，這時(shí)氣體可與揮發(fā)性氨氮分子一同排出。使用蒸汽吹脫法可以使氨氮去除率達(dá)到90%以上，并具有可回收利用處理后得到的氨的優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)為能耗大?？諝獯得摲ǖ陌钡コ实陀谡羝得摲ǎ摲ú粌H能耗低，其設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、操作方法也比較方便，并且用硫酸作為吹脫氨氮的吸收劑時(shí)，可得到化肥用的硫酸銨[25，26]。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，由于我國(guó)的河流眾多，污染層次以及污染種類不盡相同，因此，針對(duì)不同的河流水質(zhì)的監(jiān)測(cè)和處理應(yīng)制定準(zhǔn)確的處理措施。除此之外，由于目前污染物種類的不斷增加，還應(yīng)積極研究更加準(zhǔn)確而有效的處理方法，為河流水質(zhì)的安全提供可靠的保障。