全自動凱氏定氮儀測定工業廢水中的氨氮

畢坤(神華新疆化工有限公司，新疆 烏魯木齊 831400)

1 工業廢水氨氮的概念

氨氮是指水中以游離氨(NH3)和銨離子形式存在的氮。氨氮是引起水生物中毒的主要因子，是水體中的營養元素，是引起水體富營養化的重要原因，是污水處理的主要對象之一。受污染水體的氨氮是指以游離氨(NH3)和銨離子(NH4+)形式存在的氮，這種氨氮叫做水合氨，也稱非離子氨。據國家地表水體標準可知，Ⅲ類地面水中非離子氨氮的濃度應當≤1mg/L，超過這一數值就代表著氨氮污染。工業生產產生的廢水均屬于工業廢水，工業廢水是自然水體中氨氮污染物的主要來源之一，尤其以煤化工、焦化、煉鋼、發電、合成氨、水泥生產等工業產業的廢水為主要來源。

2 全自動凱氏定氮儀測定工業廢水中氨氮的方法

2.1 適用范圍

根據對蒸餾-中和滴定法展開的大量實際調查研究能夠發現，由于蒸餾-中和滴定法對氨氮具有比較靈敏的反應，因此，利用蒸餾-中和滴定法對工業廢水和生活污水中含有的氨氮進行測定，效果比較好。當使用自動凱氏定氮儀，取試樣體積為50mL 時，方法檢出限1.0mg/L，測定下限為2mg/L，測定上限500mg/L。全自動電位滴定儀的原理是電位法，是一種常用于容量分析工作中的儀器，本次實驗研究中采用的是帶pH 指示電極的梅特勒自動電位滴定儀T50 式。凱式定氮儀是一種利用凱式定氮法為原理的分析儀器，主要分析對象就是樣品中的含氮量，本次實驗研究中采用的是布琪凱氏定氮儀。

2.2 方法原理

取一定體積水樣，加入氫氧化鈉使水樣偏堿，用布琪凱氏定氮儀K-360 蒸餾，釋出的氨用硼酸溶液吸收。使用梅特勒自動電位滴定儀T50 進行滴定，用硫酸標準溶液滴定餾出液中的氨氮(以N 計)。

2.3 主要儀器及材料試劑

(1)布琪凱氏定氮儀K-360。

(2)梅特勒自動電位滴定儀T50，帶pH 指示電極。

(3)無氨水：純水。

(4)實驗室用水：實驗室三級水。

(5)氫氧化鈉溶液，c(NaOH)=1mol/L。

將40g 氫氧化鈉(NaOH)溶于約400mL 水中，冷至室溫，稀釋至1000mL。

(6)硼酸(H3BO3)吸收液，ρ=20g/L。

稱取20g 硼酸溶于水，稀釋至1000mL，調節pH 為4.65。

(7)硫酸標準滴定溶液，c(1/2H2SO4)=0.1mol/L。

(8) pH 標準緩沖溶液： pH=4.01，pH=7.00，pH=9.21，根據儀器內置pH 標準緩沖溶液組。

(9)移液管50mL。

2.4 樣品和樣品保存

采集的工業廢水應該盛裝在玻璃容器或者聚乙烯容器中，并且保證對工業廢水的分析工作要盡快開展。如果試驗條件不允許立即展開分析操作，那么，必須將工業廢水樣品妥善保存。可以在工業廢水中加入一定量的硫酸，保證pH 值小于2，在室溫為2～5℃的條件下，最多可以存放7 天。

2.5 分析步驟

2.5.1 調試連接

按照說明書設置連接布琪凱氏定氮儀K360 與梅特勒自動電位滴定儀T50，并進行調試。

2.5.2 布琪凱氏定氮儀K360

建立方法：氫氧化鈉溶液加入3mL，硼酸吸收液50mL，蒸餾反應4s，蒸汽力度100%，蒸餾時間240s，滴定時間240s。

儀器校準：按說明書每周或每隔100 次蒸餾之后對泵進行一次校準。按說明書每月檢查餾出液的量，樣品管—空，水—0mL，氫氧化鈉—0mL，蒸餾時間—5min，餾出液的量最少應為130mL。

2.5.3 梅特勒自動電位滴定儀T50

建立方法：滴定終點pH=4.65，按照儀器說明書空白方法、樣品方法、校準方法。

儀器校準：按照說明書對pH 電極4.01、7.00、9.21 進行三個點校準。

2.5.4 空白試驗

用50mL 純水代替水樣，進行蒸餾滴定，并記錄消耗的硫酸標準滴定溶液的體積V0。

2.5.5 樣品分析

取50mL 樣品裝入K-360 樣品管中，進行蒸餾滴定，并記錄消耗的硫酸標準滴定溶液的體積V1。注：無氨水的檢查：用硫酸標準溶液(3.7)滴定250mL 水，消耗鹽酸標準溶液的體積不得大于0.04mL。

2.6 結果計算

水樣中氨氮的濃度用公式計算：

式中：ρN為水樣中氨氮的濃度，以氮計(mg/L)；V為試樣的體積(mL)；V1為滴定試樣所消耗的硫酸標準滴定溶液的體積（mL）；V0為滴定空白所消耗的硫酸標準滴定溶液的體積(mL)；c為滴定用硫酸標準溶液的濃度(mol/L)；14.01 為氮的摩爾質量的數值(g/mol)。

結果保留三位有效數字。

2.7 準確度和精密度

2.7.1 回收率試驗

在本標準要求的條件下進行標準物質的平行測定，如表1、表2 所示，共測出五組數據，n=5：

表1 樣標氨氮濃度數據表

表2 樣標氨氮濃度偏差數據表

2.7.2 精密度試驗

精密度試驗，如表3 所示。

表3 精密度數據表

取樣地點AP112 采得的試樣為煤氣化低壓灰水。

2.7.3 總結

上述實驗數據均符合在同一實驗室，由同一操作者使用相同儀器，按相同的測試方法，對同一樣品相互獨立進行測試獲得兩個獨立的測試結果的絕對差值不超過兩次測試結果算術平均值的10%的要求。這說明全自動凱氏定氮儀在氨氮含量檢測中的精確度和穩定性都很高，符合工業廢水處理出水污染物測定的需求，在工業廢水出水檢測中有很好的應用和發展前景。

3 全自動凱氏定氮儀在測定工業廢水中氨氮含量的可行性

全自動凱氏定氮儀的使用實現了實驗過程的無人化，有效地提高了工業廢水中氨氮含量測量的安全性、準確性，節約了人力資源。且由于全自動凱氏定氮儀的消解、蒸餾、滴定過程都遵循著中和反應原理，參與反應的化學藥劑毒性弱，反應產物的二次污染能力也很弱，從環保角度來講更適合應用于工業廢水的測定之中。從全自動凱氏定氮儀的測定準確性上來講，工業廢水樣品的測定結果在平均濃度、相對偏差、標準偏差上都表現優秀，符合工業廢水污染物測定的標準和需求。

全自動凱氏定氮儀已經在煤炭含量、復合肥料檢測、食品檢驗等多個領域中得到了重視和使用，其對氮含量的測定準確度、有效性已經具有一定的保證，應用在工業廢水達標處理中也有跡可循、有理可依。本次實驗研究的過程和結果也說明，在工業廢水的氨氮測定中使用全自動凱氏定氮儀是具有可行性的。全自動凱氏定氮儀的使用能夠有效提升工業廢水中氨氮測定的自動化、準確度，應用在廢水處理末端能夠有效獲取氨氮濃度數據，幫助廢水處理監督檢測人員確定處理后出水的質量等級，推動廢水處理出水污染物含量測定領域的進一步發展，進一步提高工業廢水的處理程度，降低處理后出水對于自然水體的污染和影響。因此，全自動凱氏定氮儀在工業廢水氨氮含量檢測中的應用，應當引起相關領域技術管理人員的重視，積極進行推廣和應用。相較于其他氨氮檢測技術及設備的使用，全自動凱氏定氮儀實現了自動化，能夠脫離人為操作全天候、24 小時、不間斷對工業廢水氨氮含量的檢測，有效提高氨氮含量檢測的效率，從而有效提高工業廢水處理出水的排放質量，有利于上級環保部門的監督管理，減輕工業企業廢水處理技術人員的工作量和工作壓力。

4 結語

通過文章對全自動凱氏定氮儀的實驗過程論述可知，全自動凱氏定氮儀在測定工業廢水中氨氮含量方面具有較高的可行性，測定結果的準確度較高，且相較于其他測定技術而言已經具有成熟的節省人力的優勢。這就說明，全自動凱氏定氮儀在測定工業廢水中氨氮含量方面，具有可行性和可推廣性。工業是推動我國現代化發展的重要產業，但工業廢水不達標排放對周圍環境所造成的危害也不容忽視，必須采用有效的處理和測定技術設備進行出水水質控制，降低工業廢水處理后出水對地表、地下水環境的破壞，推動我國工業生產的可持續發展。