氣相分子吸收光譜法在沼氣發酵過程中氨氮測定上的應用

(1.天津大學環境科學與工程學院，天津 300072；2. 上海安杰環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化、土壤和地下水污染等環境問題，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、手續簡單，抗干擾性強等優勢，本實驗擬采用氣相分子吸收光譜法測定沼氣發酵前固體廢棄物和發酵后沼液的氨氮含量，探究沼氣發酵過程中氨氮的變化情況，為沼液的環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的分光光度法測定沼氣發酵過程中氨氮含量結果相近，且從發酵前后的變化情況來看，雖然厭氧發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。