原水在線氨氮儀及預(yù)處理裝置的選用

袁耀芬

（東莞市水務(wù)集團(tuán)供水有限公司，廣東東莞，523000）

0 引言

當(dāng)前，大多數(shù)自來水廠仍采用人工檢測方法來監(jiān)測水中氨氮濃度，該方法雖然檢測精度高，但工作量大、費(fèi)時費(fèi)力，檢測間隔較長。氨氮儀在水中測量比較穩(wěn)定，操作簡單、快捷，若采用在線儀表監(jiān)測，可以快速檢測原水氨氮濃度，以及監(jiān)測原水的水質(zhì)變化。為了能夠保證供水質(zhì)量，自來水廠可配置原水在線氨氮儀。

1 原水在線氨氮儀的選型

1.1 測量原理

1.1.1 水楊酸分光光度法氨氮儀

水楊酸分光光度法氨氮儀測量原理主要是指堿性介質(zhì)在存著亞硝基鐵氰化鈉的情況下，水中的氨、銨離子與水楊酸鹽和次氯酸離子反應(yīng)生成藍(lán)色化合物，其色度與水中氨氮的濃度成正比。其測量范圍小，一般儀表測量量程為0.05mg/L至5mg/L，測量精度高，可達(dá)到±2%，有些儀表可以通過稀釋的方法在0.05mg/L至5mg/L擴(kuò)展至20mg/L，或到100mg/L，但測量精度有所降低；當(dāng)受到水樣的濁度和色度，其測量值的準(zhǔn)確性也會受到影響，該氨氮儀一般用于測量出廠水或管網(wǎng)水的氨氮。

1.1.2 氨氣敏電極法氨氮儀

氨氣敏電極為一復(fù)合電極，以pH玻璃電極為指示電極，銀-氯化銀電極為參比電極。此電極對置于盛有0.1mol/L氯化銨內(nèi)充液的塑料套管中，管端部緊貼指示電極敏感膜處裝有疏水半滲透薄膜，這使得內(nèi)電解液與外部試液隔開半透膜，與pH 玻璃電極間有一層很薄的膜。當(dāng)水樣中加入強(qiáng)堿溶液將pH提高到11以上時，銨鹽會轉(zhuǎn)化為氨，而氨由于擴(kuò)散作用通過半透膜（水和其他離子則不能通過），使氯化按電解質(zhì)薄膜層內(nèi)NH4+=NH3+H+反應(yīng)向左移動，從而引起氫離子濃度改變，由pH 玻璃電極測出其變化，在恒定的離子強(qiáng)度下，所測出電動勢與水樣中氨氮濃度的對數(shù)呈一定線性關(guān)系，便可從中確定樣品中氨氮的含量。此種氨氮儀在進(jìn)行測量時還需要借助一些化學(xué)藥劑或設(shè)備對水樣進(jìn)行簡單的預(yù)處理，如：沉淀式預(yù)處理或簡單過濾試預(yù)處理。其最小測量值比較低，在0.02mg/l左右，最大的測量值為1000 mg/l，測量最大允許誤差在讀數(shù)值±5%±0.02mg/l。

1.1.3 離子選擇電極法氨氮儀

銨根離子選擇電極法氨氮儀，主要是采用電位感測原理進(jìn)行測量，一般離子選擇電極與水樣接觸的頂端，是一層對特定離子有選擇性的敏感膜，即特定離子的濃度變化會在敏感膜表面產(chǎn)生一個電位差，電位差通過能斯特方程轉(zhuǎn)換成相應(yīng)離子的濃度。由于銨根離子容易受到鉀離子的干擾，所以需要鉀離子測試電極來補(bǔ)償、消除干擾離子的影響。此種氨氮儀測量時不需要任何化學(xué)藥劑輔助，也無需對水樣進(jìn)行預(yù)處理，可直接把儀器放進(jìn)水樣中測量。其最小測量值一般在0.2mg/l左右，最大的測量值為1000mg/l，測量最大允許誤差在，讀數(shù)值±10%±0.2mg/l。

1.2 原水氨氮儀的使用技術(shù)要求

按自來水生產(chǎn)工藝的要求，選用的原水在線氨氮儀既能監(jiān)測突變的氨氮值，又要實(shí)時監(jiān)測原水日常的氨氮數(shù)值。因此，在選用原水在線氨氮儀時不僅能實(shí)時監(jiān)測，儀表的測量精度還不能太低[1]。通過東江某水廠研究對比，氨氣敏電極法氨氮儀能滿足自來水廠原水氨氮儀的使用要求。具體要求如表1所示。

表1 氨氮儀的主要計(jì)量性能要求

2 原水在線氨氮儀預(yù)處理的選用

2.1 原水在線氨氮儀進(jìn)水水樣的要求

東江某水廠自2006年以來一直研究原水在線氨氮儀監(jiān)測原水氨氮的情況，于2006年購買一臺水楊酸分光光度計(jì)法的在線氨氮儀，并在2008年購買一臺氨氣敏電極法的氨氮儀。但由于東江某水廠原水水樣的濁度高（常在50NTU左右），原水中的污泥容易將氨氮儀的管路堵塞，從而導(dǎo)致儀表發(fā)生故障，致使原水在線氨氮儀無法正常使用。為了查探氨氮儀測量水樣的濁度要求，將自來水廠各個不同工藝位置的水樣直接輸入到水楊酸分光光度法氨氮儀和氨氣敏電極法氨氮儀進(jìn)行連續(xù)測量，氨氮儀運(yùn)行情況如2所示。

表2 不同原理氨氮儀能正常運(yùn)行的水樣要求情況

通過以上試驗(yàn)情況可以看出，在不對水樣進(jìn)行預(yù)處理的前提下，水楊酸分光光度計(jì)法氨氮儀適合在濾后水和出廠水的水樣使用；氨氣敏電極法氨氮儀適合在待濾水、濾后水、出廠水的水樣使用。為此，若想將水楊酸分光光度計(jì)法氨氮儀、氨氣敏電極法氨氮儀放入原水在線監(jiān)測，需對原水水樣進(jìn)行預(yù)處理，使處理后的水樣指標(biāo)達(dá)到水廠待濾水的濁度指標(biāo)，才能滿足原水在線氨氮儀的使用要求，具體如表3所示：

表3 預(yù)處理系統(tǒng)的技術(shù)要求

2.2 預(yù)處理裝置的選用測試

根據(jù)氨氮儀對水樣的要求，氨氮儀預(yù)處理為了達(dá)到使用要求，先后探索了3種不同原理的氨氮儀預(yù)處理裝置，具體如下：

2.2.1 重力沉淀池過裝置

重力沉淀池過裝置是利用重力沉淀的原理，先將原水引入水箱，因受重力的影響，原水中的泥沙以及雜質(zhì)都會沉淀到水箱的底部，這樣水箱上端的水樣濁度相對較低，儀表測量時取上端水樣進(jìn)行測量。因過濾器的過濾效果差，只能過濾水樣中較大的泥沙和一些固體顆粒物，原水濁度下降不明顯，為此，無法滿足氨氮儀的使用要求。

2.2.2 PP棉濾芯過濾裝置

pp棉濾芯采用無毒無味的聚丙烯粒子，經(jīng)過加熱熔融、噴絲、牽引、接受成形而制成的管狀濾芯。水從pp棉的外部往內(nèi)部流動，經(jīng)過層層過濾，越靠近濾芯里層，孔徑越小過濾的精度也越高。顆粒雜質(zhì)在經(jīng)過PP濾芯孔道時，會發(fā)生架橋現(xiàn)象，即便是小于孔道的顆粒，也能被阻攔住，其納污量比較大。使用PP棉濾芯過濾裝置作為原水氨氮儀預(yù)處理，在剛換濾芯時，預(yù)處理的出水濁度、出水量都能滿足氨氮儀的使用要求，但當(dāng)預(yù)處理裝置使用1天后，其出水量明顯變??；水樣氨氮含量由于在濾芯上有硝化反應(yīng)，水樣氨氮損耗明顯。濾芯使用3天后，預(yù)處理的出水濁度增大無法滿足氨氮儀使用要求。經(jīng)過分析得知，由于pp棉濾芯被原水中的泥沙堵塞，在水的壓力下容易變形，從而損壞pp棉濾芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)，破壞其過濾作用。

2.2.3 負(fù)壓微米膜過濾裝置

膜過濾預(yù)處理裝置，是使用平板膜和蠕動泵組合構(gòu)成。平板膜主要是由濾膜、導(dǎo)流布及導(dǎo)流板組成，在導(dǎo)流板的頂端設(shè)有一個抽吸口，水樣通過抽吸口由蠕動泵負(fù)壓吸出。本次選用了孔徑為0.1μm的PVDF平板過濾膜。在抽吸口處通過管道連接一臺蠕動泵。當(dāng)開啟蠕動泵，流過預(yù)處理水箱的江河原水，其中部分含氨氮的原水在通過膜元件抽吸口時，受到負(fù)壓作用被過濾抽出，并送到氨氮儀的流通池為氨氮儀提供測量水樣。水箱中的其它原水及其中的浮泥等固體顆粒物從排水管中排走。平板膜在實(shí)際運(yùn)行中，在膜的表面會均勻地生長一層致密的生物膜。這層生物膜對固液分離的貢獻(xiàn)極大，大部分固體顆粒實(shí)際上是被這層生物膜截留，隨原水排走。但這層生物膜中存在硝化菌，在水樣通過膜過濾時會產(chǎn)生硝化反應(yīng)，從而消耗水樣中的氨氮。為此，需要定期用一定濃度的次氯酸鈉對平板膜進(jìn)行清洗、消毒，以便負(fù)壓微米膜過濾裝置出水能達(dá)到氨氮儀的使用要求。

2.3 氨氮儀預(yù)處理的選用

根據(jù)不同原理的預(yù)處理裝置進(jìn)行試用研究發(fā)現(xiàn)，負(fù)壓微米膜過濾裝置處理后的水樣能達(dá)到原水在線氨氮儀預(yù)處理的技術(shù)要求。因此，推薦自來水廠的原水在線氨氮儀選用負(fù)壓微米膜過濾裝置作為預(yù)處理裝置[2]。

3 結(jié)論

東江某自來水廠選用氨氣敏電極法氨氮儀、負(fù)壓微米膜過濾預(yù)處理裝置用于原水在線氨氮監(jiān)測，其測量穩(wěn)定，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能滿足自來水廠生產(chǎn)使用要求。為了保證氨氮儀準(zhǔn)確可靠運(yùn)行，在原水濁度低于50NTU時，氨氮儀預(yù)處理裝置需定期每周兩次人工清洗，當(dāng)原水濁度大于100NTU時，則需要每天清洗一次。因此，為了減少崗位員工對氨氮儀預(yù)處理的清洗勞動量，預(yù)處理自動清洗將成了今后原水在線氨氮儀系統(tǒng)升級改造的方向。