城市污水中總氮測(cè)定的問題

雷亞玲(太原市城市排水管理中心，山西 太原 030000)

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，城市污水若不能及時(shí)有效地處理，會(huì)影響人們的生活健康。城市污水中的水體富營(yíng)養(yǎng)化不斷提升，導(dǎo)致污水中含有大量的氮元素，給城市污水處理帶來(lái)了難題。為更好地發(fā)揮出城市污水中總氮處理效果，深度處理工藝被廣泛關(guān)注。而污水中總氮的測(cè)定是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，以下針對(duì)城市污水中總氮測(cè)定中存在的問題以及具體對(duì)策展開分析。

1 城市污水中總氮測(cè)定現(xiàn)狀

目前，我國(guó)城市污水環(huán)境中總氮是造成水體污染的關(guān)鍵因素，如果污水中總氮含量超出相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)引發(fā)許多問題，例如水體富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重。隨著我國(guó)城市污水復(fù)雜程度越來(lái)越高，對(duì)總氮測(cè)定技術(shù)也提出了全新要求。只有全面優(yōu)化傳統(tǒng)總氮測(cè)定技術(shù)，提高總氮測(cè)定的精確度，才能為后續(xù)水污染處理做準(zhǔn)備，有效彌補(bǔ)城市用水緊張問題。為了有效提高城市污水處理效果，必須重視污水中總氮測(cè)定工作的優(yōu)化創(chuàng)新，嚴(yán)格控制城市污水中總氮的指標(biāo)含量，為污水處理廠脫氮處理提供依據(jù)。

2 城市污水中總氮測(cè)定方法

對(duì)于城市污水來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行總氮含量的測(cè)定時(shí)，常見的測(cè)定方法主要分為兩個(gè)環(huán)節(jié)：首先對(duì)城市污水存在的氮化合物進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，將氮化合物反應(yīng)生成硝酸鹽；然后測(cè)定硝酸鹽的含量，以此來(lái)判斷水體中總氮的含量。

2.1 總氮測(cè)定技術(shù)對(duì)比

目前，城市污水中總氮測(cè)定技術(shù)包括含多種，常見氣相分子吸收光譜法、分光光度技術(shù)、鹽酸萘乙二銨分光光度法。而對(duì)于分光光度技術(shù)方法來(lái)說(shuō)，可以準(zhǔn)確的測(cè)定含量較大的生活污水，分光光度測(cè)定過程中主要以堿性過硫酸鉀溶液作為氧化劑，使得污水中的氮元素都轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，有效鑒別水中雜質(zhì)，波長(zhǎng)范圍在190～800 nm之間，保持溫度在700 ℃左右進(jìn)行消解，將城市污水中的氨化物轉(zhuǎn)化為氮化物，從而更好地做出測(cè)定。采用分光光度技術(shù)不但能夠提高城市污水總氮測(cè)定的準(zhǔn)確性，同時(shí)也具有高效測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)，但是這種方法測(cè)定成本較高，因此并沒有得到全面普及。另一種消解方法是氣相分子吸收光譜法，這種方法主要是針對(duì)物質(zhì)分解出氣體對(duì)光的吸收來(lái)檢測(cè)物質(zhì)成分和濃度，采用氣相分子吸收光譜法對(duì)水中總氮的測(cè)定具有明顯優(yōu)勢(shì)，它能夠在堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法基礎(chǔ)上，測(cè)定有明顯顏色或者渾濁樣本中的總氮含量，同時(shí)具備良好的精確性。

2.2 硝酸鹽的測(cè)定

對(duì)于硝酸鹽的測(cè)定來(lái)說(shuō)，一般采用離子色譜技術(shù)、分光光度技術(shù)、比色法以及化學(xué)發(fā)光等方法。對(duì)于離子色譜技術(shù)來(lái)說(shuō)，主要是將總氮消解后的污水經(jīng)過高分子置換樹脂，并采用0.05 mol/L氫氧化鈉溶液洗脫，并用1.5 mol/L 碳酸鈉和5 mol/L 碳酸氫鈉做淋洗液進(jìn)行測(cè)定。采用離子色譜技術(shù)測(cè)定硝酸鹽具有較強(qiáng)的專屬性，同時(shí)不易受到外界因素干擾，但是這種方法具有較高的儀器成本。通過在消解后的樣本中添加氨水以及酚二磺酸，在溶液中產(chǎn)生反應(yīng)，并通過對(duì)比410 nm 波長(zhǎng)的顏色來(lái)測(cè)定硝酸鹽。分光光度方法測(cè)定硝酸鹽時(shí)首先在波長(zhǎng)220 nm 和275 nm出測(cè)定溶液的吸光程度，然后可以準(zhǔn)確地計(jì)算出城市污水樣品中的總氮含量?；瘜W(xué)發(fā)光法的測(cè)量主要是將污水中含氮化物通過反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NO，并將產(chǎn)物由載氣帶入反應(yīng)室，并與臭氧發(fā)生器內(nèi)的臭氧氣體發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的二氧化碳。

3 污水中總氮測(cè)定技術(shù)原理(紫外可見分光光度法)

城市污水中的總氮成分主要包括無(wú)機(jī)鹽成分的氮元素、亞硝酸鹽氮元素、溶解態(tài)氮元素、硝酸鹽氮以及多種有機(jī)化合物中的氮元素。但是正常情況下，大自然水體中總氮的含量非常低，水體中少量的氮元素并不能對(duì)生態(tài)環(huán)境以及人類健康造成任何影響。而隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)化技術(shù)水平不斷提高，在工業(yè)生產(chǎn)中所排放的廢水以及人們?nèi)粘Ｉ顟?yīng)用中大量化學(xué)制品的污水排放，就存在著總氮含量超標(biāo)的現(xiàn)象[1]。為此，人們積極探索紫外分光光度總氮測(cè)定技術(shù)。通過這種技術(shù)能夠準(zhǔn)確地測(cè)定水體中總氮的含量，為后續(xù)的污水治理提供依據(jù)。

紫外分光光度總氮測(cè)定技術(shù)的測(cè)定原理分主要是使用堿性過硫酸鉀溶液使得污水中的氮元素都轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮。具體分析來(lái)看是通過化學(xué)分解方式將水中的過硫酸鉀分解為硫酸氫鉀和原子態(tài)氧，硫酸氫鉀在溶液中電離產(chǎn)出氫離子，然后再通過氫氧化鈉堿性介質(zhì)，促成其分解，其中分解出來(lái)的原子態(tài)氧在120～124 ℃ 的高溫環(huán)境下不但能夠?qū)⑺械陌钡?、亞硝酸鹽氮元素氧化成硝酸鹽。同時(shí)還可以將水體中大部分的有機(jī)氮元素轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，然后通過分光光度法在220 nm 以及275 nm 出測(cè)定硝酸鹽的吸光度，并根據(jù)校正吸光度數(shù)值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，能夠準(zhǔn)確地計(jì)算出城市污水環(huán)節(jié)中總氮的含量[2]。

4 利用分光光度法測(cè)定城市污水總氮的問題

在城市污水總氮的測(cè)定中，紫外分光光度法具有良好的應(yīng)用效果。采用分光光度法進(jìn)行測(cè)定時(shí)，主要是將過硫酸鉀作為氧化劑，在特定堿性環(huán)境下發(fā)生反應(yīng)，使城市污水中的氮化合物生成硝酸鹽，并分別在波長(zhǎng)220 nm 以及275 nm 處進(jìn)行吸光度的測(cè)量，從而通過硝酸鹽氮的吸光度來(lái)判定污水中的總氮濃度。

本實(shí)驗(yàn)室選擇紫外可見分光光度法測(cè)定城市污水中的總氮，參考方法為HJ 636—2012。但是采用這種紫外分光光度法進(jìn)行總氮測(cè)定時(shí)，也會(huì)存在一些問題。

4.1 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境

測(cè)定城市污水中的總氮必須保持在無(wú)氨環(huán)境下進(jìn)行，同時(shí)避免與硝酸鹽氮、氨氮等共同進(jìn)行測(cè)定分析，以此來(lái)提高城市污水中總氮測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，避免其他因素對(duì)總氮測(cè)定帶來(lái)的影響?？偟獪y(cè)定一般采用試劑盒玻璃器皿存放，從而避免影響空白值。

4.2 實(shí)驗(yàn)用水

在對(duì)城市污水中總氮進(jìn)行測(cè)定時(shí)，對(duì)不同的水樣本測(cè)定其總氮的空白值也會(huì)存在著較大差異。為了保障測(cè)定試驗(yàn)的可靠性，必須采用適合的樣本水?？梢匀∪N不同的試驗(yàn)用水分別開展測(cè)定試驗(yàn)，并在同樣的溫度環(huán)境下選用相同的過硫酸鉀，測(cè)定城市污水樣本中的總氮空白值。操作過程具體是將水樣本加入25 mL 比色管至10 mL 刻度線，加入5 mL 堿性過硫酸鉀溶液，用紗布和線繩綁緊比色管塞，放入高壓蒸汽滅菌鍋，在120～124 ℃之間保溫30 min。自然冷卻后，加入1 mL 鹽酸溶液(1∶9)，用相應(yīng)的水樣本稀釋至25 mL，蓋上塞子搖勻。用10 mm 比色皿比色。具體測(cè)量結(jié)果如表1 所示。

表1 不同樣本水測(cè)得總氮空白值比較

通過測(cè)定結(jié)果可以看出，無(wú)氨水以及去離子水都符合空白測(cè)定要求，但是蒸餾水的空白值測(cè)定偏大。而水質(zhì)總氮的測(cè)定堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法HJ 636—2012 要求空白試驗(yàn)的校正吸光度應(yīng)該小于0.030，因此在總氮測(cè)定時(shí)可以選用去離子水和無(wú)氨水進(jìn)行試驗(yàn)。

4.3 過硫酸鉀試劑的選擇

在進(jìn)行試驗(yàn)過程中，過硫酸鉀實(shí)際還要確保為分析純以上的試劑，通常情況下分析純的過硫酸鉀總氮含量不高于0.005%，而市場(chǎng)上的過硫酸鉀試劑質(zhì)量差異較大，一些廠家的過硫酸鉀試劑含氮量不符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，最終就會(huì)導(dǎo)致總氮測(cè)量空白值虛高。所以，在進(jìn)行過硫酸鉀試劑應(yīng)用前，首先要開展空白測(cè)定。一般選擇有經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)過硫酸鉀儲(chǔ)存時(shí)間也會(huì)對(duì)污水總氮空白值的測(cè)定產(chǎn)生影響，一般試驗(yàn)證明堿性過硫酸鉀溶液儲(chǔ)存時(shí)間短不會(huì)產(chǎn)生影響，但隨著儲(chǔ)存時(shí)間越長(zhǎng)，空白值也會(huì)逐漸偏高，因此過硫酸鉀儲(chǔ)存時(shí)間一般不超過7 d。

本實(shí)驗(yàn)選取市場(chǎng)上的三種國(guó)內(nèi)廠家過硫酸鉀試劑和一種進(jìn)口試劑進(jìn)行試驗(yàn)，在其余條件均相同的情況下，測(cè)定結(jié)果如表2 所示。

表2 不同廠家過硫酸鉀試劑測(cè)得總氮空白值比較

根據(jù)HJ 636—2012 的要求，國(guó)外廠家四的過硫酸鉀試劑符合要求。

4.4 濁度處理

污水樣本在氧化完成后，試管內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大量沉淀物質(zhì)，通過在試管中注入1∶9 的鹽酸試劑依然無(wú)法全部去除沉淀，也會(huì)導(dǎo)致吸光值虛高，尤其是275 nm 波長(zhǎng)的吸光度過高，從而對(duì)總氮測(cè)定結(jié)果造成影響。因此在平時(shí)測(cè)定過程中，如果消解后水樣有渾濁，需要先對(duì)水樣進(jìn)行過濾處理，取過濾液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，總氮是城市生活污水中主要的污染物質(zhì)之一，總氮測(cè)定的準(zhǔn)確性為科學(xué)處理總氮污染物提供重要依據(jù)。通過實(shí)驗(yàn)得出，在總氮的測(cè)定過程中，一定要在無(wú)氨環(huán)境中進(jìn)行?？偟目瞻字祵?duì)實(shí)驗(yàn)用水要求較高，需要用無(wú)氨水或者去離子水。過硫酸鉀試劑選擇國(guó)外進(jìn)口試劑符合HJ 636—2012 對(duì)空白的要求，同時(shí)用實(shí)驗(yàn)室的一級(jí)蒸餾水實(shí)驗(yàn)也符合空白的要求，對(duì)消解完依然渾濁的水樣進(jìn)行過濾可以消除濁度的影響。