離心分離轉(zhuǎn)速和時(shí)間對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響

中圖分類(lèi)號(hào)X830.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1007-7731(2025)14-0084-04

DOI號(hào) 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.14.018

Influence of centrifugal separation speed and time on the determination of ammonia nitrogen

ZHU Chunxiang

(Ecological Environment Monitoring Station of Shucheng County，Lu'an 2313Oo， China)

AbstractTo investigate theeffctsofcentrifugal separationspeedand timeonthedeterminationresultsof ammonianitrogen，referring totheHJ535-20o9 Water QualityDeterminationofAmmoniaNitrogenNesler'sReagent Spectrophotometry，4 rotational speeds(1 000，2 000，3 000，and 4000r/min ）and 6 time durations(1，2，3，4，5 and 6 min)were set，totaling 24 treatments.The absorbance values of water samples with diferent turbidities (4.1，18 and 30 NTU) were measured，and Grubbs’one-sided test was used for mean value testing.The spike recovery rates under optimal treatment conditions were calculated.Meanwhile，the effects of 4 pretreatment methods raw water， centrifugal separation，flocculation precipitation，and flocculation precipitation + centrifugal separation on the ammonia nitrogencontentofthe watersamples were compared.The results showed that the minimum absorbance values for the 3 water samples with turbiditiesof 4.1，18and30NTU were 0.183，0.091andO.102，respectively，allcorresponding toa rotational speed of 4 OoO r/min and a time of 4 min.The mean test values G₆ for time were1.563，1.280，and1.524，and the mean test values were 1.258，1.333，and 1.147，respectively. The spike recovery rates for the 3 water samples pretreated with flocculation precipitation + centrifugal separation (4 Ooo r/min， 4 min) ranged from 98% to 102% . The ammonia nitrogencontentof the same water sample，as determined bythe four diffrent pretreatment methods，ranked fromhigh to low as follows:raw water > centrifugal separation > flocculation precipitation > flocculation precipitation + （204 centrifugal separation.Thecomprehensiveresultsindicate that the pretreatment method combining flocculation sedimentationand centrifugal separation demonstrates optimal effctiveness inremoving turbidityinterference for ammonia nitrogen measurement.Under the experimental conditions of this study，therecommended centrifugation parameters are 4000r/min for 4 minutes.

Keywordsflocculation and sedimentation; centrifugal separation; ammonia nitrogen; turbidity

氨氮作為水環(huán)境和生活、養(yǎng)殖、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水中的重要檢測(cè)指標(biāo)之一，主要以游離態(tài)氨或銨離子形態(tài)存在。為消除色度和濁度對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的潛在影響，推薦采用絮凝沉淀與預(yù)蒸餾兩種預(yù)處理方法。預(yù)蒸餾法操作復(fù)雜且需頻繁清洗實(shí)驗(yàn)玻璃器皿，對(duì)于多樣本及復(fù)雜水樣，其工作量比較大;絮凝沉淀后取上清液用經(jīng)水沖洗過(guò)的中速濾紙過(guò)濾或進(jìn)行離心處理，相較而言，離心分離操作方便、快捷。因此，絮凝沉淀 ?+ 離心分離成為氨氮含量測(cè)定前處理的較佳選擇2，但轉(zhuǎn)速、時(shí)間均會(huì)影響預(yù)處理效果。

目前，絮凝沉淀 + 離心分離處理的時(shí)間和轉(zhuǎn)速包括800r/min，5min^[3]，2 000r/min，5min^[4]，3 500r/min， （205min^[5]，4 000r/min，5min^[6]? 4 000r/min，3min^[7-8] 等，少數(shù)采用 15min 離心時(shí)間[。以上研究表明，離心時(shí)間集中在 3～5min ，轉(zhuǎn)速在 800～4000r/min_c 蔣成義等研究認(rèn)為，低濁度的水樣可以不用預(yù)處理。俞是聃研究表明，直接比色法測(cè)定的氨氮必須是濁度在5NTU以下的水。當(dāng)氨氮水樣原液中的濁度值低于12NTU時(shí)可直接采用離心法進(jìn)行水樣預(yù)先處理[12]。

鑒于離心分離時(shí)間和轉(zhuǎn)速組合的多樣性及低濁度水樣直接監(jiān)測(cè)的可能性，本研究設(shè)定不同轉(zhuǎn)速L 1000～4000r/min) 與時(shí)間 (1～6min) 的絮凝沉淀 + 離心分離處理，對(duì)高 (30NTU ）、中(18NTU）和低(4.1NTU)3種濁度的水樣進(jìn)行氨氮含量的直接測(cè)定或預(yù)處理后測(cè)定，篩選出最優(yōu)處理?xiàng)l件，同時(shí)比較不同處理方式對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

3種試驗(yàn)水樣濁度分別為4.1、18和 30NTU 。

設(shè)備和試劑：可見(jiàn)分光光度計(jì)，L3660D低速離心機(jī)，離心管，pH計(jì)，濁度儀(O.1NTU)，比色管，具塞磨口玻璃比色管，移液管，移液槍。無(wú)氨水（電導(dǎo)率 0.055μS/cm， ；硫代硫酸鈉，硫酸鋅，酒石酸鉀鈉，均為分析純;氯化銨，氫氧化鈉為優(yōu)級(jí)純。

1.2試驗(yàn)方法

地表水采樣后靜置 30min ，取上層水樣帶回實(shí)驗(yàn)室。取回的水樣(原水)進(jìn)行絮凝沉淀預(yù)處理，每100mL 加人 1mL 10% 硫酸鋅，再滴加 25% 氫氧化鈉溶液至pH為10.5，蓋緊管塞劇烈上下?lián)u動(dòng)5\\~8次，靜置至分層明顯后取上清液進(jìn)行離心分離預(yù)處理。顯色時(shí)環(huán)境溫度控制在 20～25^°C ，時(shí)間為 10min 。

1.2.1水樣氨氮測(cè)定值 設(shè)置4種轉(zhuǎn)速（1000、2000.3000.4000r/min 和6個(gè)時(shí)間（1、2、3、4、5、6min )共24種離心分離預(yù)處理方式，預(yù)處理4.1、18和 30NTU 3 種濁度水樣，測(cè)定其氨氮含量，用吸光度值表示測(cè)定結(jié)果。用Grubbs單側(cè)檢驗(yàn)法13對(duì)每個(gè)水樣6個(gè)時(shí)間和4種轉(zhuǎn)速測(cè)定結(jié)果的均值進(jìn)行檢驗(yàn)，檢驗(yàn)最大值是否為離群值。

1.2.2水樣氨氮測(cè)定值準(zhǔn)確度 以絮凝沉淀 + 離心分離 (4000r/min，4min) 為預(yù)處理方式，對(duì)4.1、18和30NTU3 種濁度水樣測(cè)定時(shí)同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收，加標(biāo)物質(zhì)為質(zhì)量體積濃度 10μg/mL 的氨氮標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，計(jì)算其回收率。

1.2.3不同預(yù)處理對(duì)水樣氨氮測(cè)定值的影響設(shè)置原水直接測(cè)定、絮凝沉淀、絮凝沉淀 ⁺ 離心分離和離心分離4種預(yù)處理方式，根據(jù)HJ535—2009《水質(zhì)氨氮的測(cè)定納氏試劑分光光度法》要求做校準(zhǔn)曲線(xiàn)，計(jì)算氨氮含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2019軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1水樣氨氮測(cè)定值

由表1可知，4.1、18和30NTU共3種濁度水樣的氨氮含量(吸光度值)測(cè)定結(jié)果分別在 0.183～ 0.196，0.091～0.096 和 0.102～0.112 4.1、18和30 NTU水樣的最小OD值分別為 0.183，0.091 和0.102，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和時(shí)間為 4000r/min，4min ，其中18NTU的水樣 4 000r/min，3 與 4min 的測(cè)定值一樣。離心時(shí)間 1.2min 的測(cè)定值比 5.6min 大；離心轉(zhuǎn)速 1 000 、2 000r/min 的測(cè)定值比 4000r/min 大。說(shuō)明短時(shí)間0 1.2min 和低轉(zhuǎn)速 (1000，2000r/min) 懸浮物離心效果差， 4000r/min 4min 是較佳的離心轉(zhuǎn)速和時(shí)間。

由表2可知，絮凝沉淀 + 離心分離預(yù)處理時(shí)間結(jié)果均值檢驗(yàn) G₆=1.524，1.280，1.563< 臨界值 G_0.95(6)= 1.822，故3種水樣時(shí)間結(jié)果均值最大值0.1083、0.094 0.0.190 0 均非離群值。表明 1～6min 內(nèi)6個(gè)時(shí)間段預(yù)處理后測(cè)定結(jié)果無(wú)明顯差異。由表3可知，絮凝沉淀 + 離心分離預(yù)處理轉(zhuǎn)速結(jié)果均值檢驗(yàn)G₄=1.333、1.147、1.258< 臨界值 G_0.95(4)=1.463 ，故3種水樣轉(zhuǎn)速結(jié)果均值最大值 均非離群值。表明 1 000～4 000r/min 4 種轉(zhuǎn)速預(yù)處理后測(cè)定結(jié)果無(wú)明顯差異。綜合表明，離心分離轉(zhuǎn)速 1000～4000r/min 和 1～6min 組合預(yù)處理水樣氨氮測(cè)定結(jié)果均可接受。

2.2水樣氨氮測(cè)定值準(zhǔn)確度

由表4可知，經(jīng)過(guò)絮凝沉淀 + 離心分離(4000r/min，4min) 預(yù)處理的3種水樣加標(biāo)回收率在 98%～102% ，在質(zhì)控要求范圍內(nèi)，表明該預(yù)處理方式氨氮測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。

2.3不同預(yù)處理方式測(cè)定的水樣氨氮含量

由表5可知，原水直接測(cè)定30、18、4.1NTU水樣的氨氮含量分別為 1.71，1.69，14.2mg/L ；絮凝沉淀預(yù)處理后水樣的氨氮含量分別為 1.56，1.43 13.5mg/L ；絮凝沉淀 + 離心分離預(yù)處理后水樣的氨氮含量分別為 1.44，1.30，13.1mg/L 。同一水樣3種不同方式預(yù)處理測(cè)定的氨氮含量從高到低依次為原水>絮凝沉淀 > 絮凝沉淀 + 離心分離。為進(jìn)一步研究單獨(dú)離心分離預(yù)處理對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，廢水濁度4.8NTU水樣進(jìn)行預(yù)處理，原水、離心分離、絮凝沉淀和絮凝沉淀 . 離心分離4種預(yù)處理方式測(cè)定的水樣氨氮含量分別為 17.4，17.2，16.8，15.8mg/L ，同一水樣4種不同方式預(yù)處理測(cè)定的氨氮含量從高到低依次為原水>離心分離 > 絮凝沉淀>絮凝沉淀 離心分離。

3結(jié)論與討論

本試驗(yàn)在原水經(jīng)絮凝沉淀后，設(shè)置離心轉(zhuǎn)速和時(shí)間共24種組合預(yù)處理，每種處理測(cè)定的氨氮值有所不同，但Grubbs單側(cè)檢驗(yàn)結(jié)果顯示，測(cè)定結(jié)果均可接受，其中 4000r/min，4min 是較佳的離心轉(zhuǎn)速和時(shí)間；且經(jīng)絮凝沉淀 + 離心分離( 4000r/min 、4min )預(yù)處理的3種不同濁度水樣加標(biāo)回收率在98%～102% ，均在質(zhì)控要求范圍內(nèi)，表明水樣經(jīng)絮凝沉淀 + 離心分離預(yù)處理后測(cè)定的氨氮結(jié)果是準(zhǔn)確、可靠的。本研究結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了現(xiàn)有離心分離時(shí)間在 3～5min 、轉(zhuǎn)速在 800～4000r/min 的觀(guān)點(diǎn)，但具體的離心分離時(shí)間和轉(zhuǎn)速參數(shù)不確定，導(dǎo)致同一水樣在不同實(shí)驗(yàn)室之間，甚至同一實(shí)驗(yàn)室不同操作人員之間的測(cè)定結(jié)果存在差異。絮凝沉淀 + 離心分離預(yù)處理水樣能促進(jìn)水樣中懸浮物和大部分色度物質(zhì)沉淀，實(shí)際監(jiān)測(cè)中若遇到水樣經(jīng)預(yù)處理后上清液呈淡紅棕色，用色度補(bǔ)償消除淡紅棕色影響的測(cè)定結(jié)果與用預(yù)蒸餾預(yù)處理測(cè)定的結(jié)果較一致。

針對(duì)水樣濁度對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響，本研究對(duì)現(xiàn)有觀(guān)點(diǎn)進(jìn)行了驗(yàn)證。關(guān)于低濁度水樣可直接測(cè)定的觀(guān)點(diǎn)（濁度 <5 NTU)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，4.1NTU水樣未經(jīng)處理時(shí)測(cè)得氨氮含量為 14.2mg/L ，經(jīng)絮凝沉淀處理后為 13.5mg/L ，絮凝沉淀 + 離心分離處理后為 13.1mg/L ，處理與不處理的結(jié)果有所區(qū)別。此外，對(duì)于濁度 <12 NTU水樣可采用離心法的觀(guān)點(diǎn)，本研究發(fā)現(xiàn)，4.8NTU水樣直接測(cè)定、離心分離、絮凝沉淀、絮凝沉淀 + 離心分離處理的氨氮含量分別為

17.4、17.2、16.8和 15.9mg/L ；離心處理的結(jié)果與原水相差 0.2mg/L ，但與絮凝沉淀 + 離心處理差 1.3mg/L 表明僅離心處理對(duì)干擾物的去除效果有限。因此，本研究認(rèn)為僅采用離心分離進(jìn)行預(yù)處理存在明顯的局限性，其干擾物去除不徹底，故不建議作為標(biāo)準(zhǔn)預(yù)處理方法。

綜上，本研究分析了離心分離轉(zhuǎn)速和時(shí)間對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果的影響，結(jié)果表明，在絮凝沉淀 + 離心分離轉(zhuǎn)速組合中，轉(zhuǎn)速 4000r/min 和時(shí)間 4min 預(yù)處理水樣測(cè)定的氨氮值最小，且加標(biāo)回收率在 98% \\~102% ，符合質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)；同一水樣4種不同方式預(yù)處理測(cè)定的氨氮含量從高到低依次為原水>離心分離 > 絮凝沉淀 > 絮凝沉淀 + 離心分離，說(shuō)明絮凝沉淀 + 離心分離消除水樣濁度的預(yù)處理效果較佳。

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（責(zé)任編輯：胡立萍）