一種新的快速測(cè)定城鎮(zhèn)污水處理廠污泥總氮的方法

諶靚靚 李凡露 李海輝 謝紹榮 李海燕

(江西省核工業(yè)地質(zhì)局測(cè)試研究中心，江西 南昌 330002)

近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平的不斷提升，市政服務(wù)設(shè)施的不斷完善，城鎮(zhèn)污水處理廠污泥產(chǎn)量逐年增加，有文獻(xiàn)預(yù)計(jì)2020年污泥年產(chǎn)量將突破6000萬(wàn)噸[1]。污泥是指污水處理后的附屬品，含有大量的水分、豐富的有機(jī)物以及氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素[2]，同時(shí)污泥中還有許多植物所必須的微量元素，可以緩慢釋放，具有長(zhǎng)效性，其資源化利用是污泥處置未來(lái)發(fā)展的主要趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)堆肥穩(wěn)定化的污泥，含有大量的腐殖質(zhì)，植物生長(zhǎng)發(fā)育的必要元素，能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)，使土壤疏松透氣[3]。氮作為污泥堆肥的一個(gè)重要參考指標(biāo)，準(zhǔn)確測(cè)定其含量具有重要意義。目前，研究測(cè)定污泥總氮方法主要為堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法[4-6]，但此法檢出限較高、測(cè)量干擾多、實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜、消解可能不完全，且稱樣量小(不具代表性)，基于這些因素，建立一種靈敏、準(zhǔn)確、高效的檢測(cè)方法顯得尤為重要。

全自動(dòng)凱氏定氮儀是近年來(lái)用于測(cè)定氨氮、 蛋白質(zhì)的一種新的自動(dòng)分析測(cè)試設(shè)備[7]，其依據(jù)凱氏定氮原理設(shè)計(jì)，將蒸餾、富集、滴定、結(jié)果顯示等步驟一機(jī)完成，采用智能化程序控制，高精度顏色傳感器判斷終點(diǎn)，自動(dòng)快速完成氮含量的測(cè)定，被廣泛應(yīng)用于測(cè)定土壤全氮[8]、陽(yáng)離子交換量[9]、肥料中總氮[7]等樣品，具有靈敏度高、分析速度快、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。本文采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)氮原理，建立了一種新的測(cè)定污泥總氮的方法，增加稱樣量，提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度；簡(jiǎn)化操作步驟，減少了人員操作誤差；實(shí)驗(yàn)證明該方法檢出限、精密度和準(zhǔn)確度均能較好滿足城鎮(zhèn)污水處理廠污泥總氮的測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

K1160全自動(dòng)凱氏定氮儀(山東海能)；SH220F石墨消解儀(山東海能)；AL204電子天平(梅特勒-托利多)；濃硫酸(分析純，西隴科學(xué)股份有限公司)；定氮催化片(一片4g，3.6gK2SO4+0.4gCuSO4·5H2O)；氫氧化鈉溶液(400g/L)；硼酸指示劑溶液(20g/L)；混合指示劑溶液(甲基紅：溴甲酚綠溶液=1：5)；鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液(優(yōu)級(jí)純，0.05 mol/L)；硫酸銨(優(yōu)級(jí)純，西隴科學(xué)股份有限公司)；實(shí)驗(yàn)用水(無(wú)氨水)。

2.2 采樣及制樣

采用系統(tǒng)采樣法采集代表性3個(gè)污水處理廠污泥樣品，每個(gè)重量不小于1kg，采集后的樣品自然風(fēng)干后，經(jīng)研磨縮分過(guò)100目篩，用聚乙烯塑料瓶封裝待測(cè)。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取過(guò)100目篩后的污泥樣品1g(精確至0.0001g)左右于儀器配套的消化管中，加入1片定氮催化片，加入10ml左右濃硫酸，搖勻后放入石墨消解儀消解。選用程序升溫，先升溫至220℃保持20min[8]，后升溫至380℃，待樣品溶液消解完全，顏色變?yōu)樗{(lán)綠色或灰白色，取下冷卻后，小心加入20ml左右無(wú)氨水，混勻，待測(cè)。不稱取樣品，隨同樣品處理步驟，做三個(gè)空白實(shí)驗(yàn)。將消化管放入全自動(dòng)凱氏定氮儀中進(jìn)行蒸餾測(cè)定，工作參數(shù)見表2-1。全自動(dòng)凱氏定氮儀將自動(dòng)滴定收集在硼酸吸收液中蒸餾釋放出的氨氣，記錄消耗標(biāo)準(zhǔn)滴定酸的體積，并自動(dòng)計(jì)算樣品中氮的含量。

表2-1 全自動(dòng)凱氏定氮儀工作參數(shù)

3 結(jié)果與分析

3.1 方法檢出限

按照樣品分析的全部步驟，平行測(cè)定7個(gè)空白樣品。根據(jù) HJ 168-2010[10]的有關(guān)規(guī)定，空白試驗(yàn)中有目標(biāo)物質(zhì)檢出時(shí)，方法檢出限(MDL)計(jì)算按公式MDL=3.143×S來(lái)處理，S為7個(gè)空白樣品測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。本次方法測(cè)定的方法檢出限見表3-1，結(jié)果為19mg/kg，低于傳統(tǒng)方法CJ/T 211-2005[4]中檢出限結(jié)果，適用于污泥總氮的測(cè)定。

表3-1 方法檢出限

3.2 方法精密度

為考察方法精密度，按照 HJ 168-2010[10]的有關(guān)規(guī)定，選取高、中、低3個(gè)不同總氮含量水平的污泥樣品，按全程序每個(gè)樣品平行測(cè)定6次，分別計(jì)算不同含量樣品的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)等各項(xiàng)參數(shù)，以RSD來(lái)表示方法精密度，分析結(jié)果見表3-2。從表3-2可知，RSD為1.90% ～ 2.60%，表明本方法精密度較好。

表3-2 方法精密度

3.3 方法準(zhǔn)確度

選取污泥樣品1進(jìn)行加標(biāo)試驗(yàn)驗(yàn)證方法準(zhǔn)確度，以加標(biāo)回收率來(lái)表示方法準(zhǔn)確度。在樣1 中分別加入一定量的總氮標(biāo)準(zhǔn)溶液，按全程序每個(gè)加標(biāo)樣品平行測(cè)定6次，分別計(jì)算其加標(biāo)回收率，結(jié)果見表3-3。由表3-3可知，加標(biāo)回收率在91.8% ～ 97.7%范圍內(nèi)，方法準(zhǔn)確度較好。

表3-3 方法準(zhǔn)確度

3.4 結(jié)語(yǔ)

本文建立了一種新的快速測(cè)定城鎮(zhèn)污水處理廠污泥總氮的方法，采集了高、中、低含氮量不同水平的三個(gè)污泥樣品進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，該方法的檢出限為19mg/kg，精密度為1.90%-2.60%，加標(biāo)回收率在91.8%-97.7%范圍內(nèi)，具有較好的精密度和準(zhǔn)確度。我國(guó)是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主的發(fā)展中大國(guó)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)資源循環(huán)利用和環(huán)保意識(shí)的提高，污泥農(nóng)用、污泥堆肥工藝將會(huì)越來(lái)越受到關(guān)注，快速有效的知道污泥中總氮的含量，將會(huì)為污泥的利用提供較為可靠的依據(jù)。