城市污水中總氮測定的問題

雷亞玲(太原市城市排水管理中心，山西 太原 030000)

0 引言

隨著我國城鎮化進程的不斷加快，城市污水若不能及時有效地處理，會影響人們的生活健康。城市污水中的水體富營養化不斷提升，導致污水中含有大量的氮元素，給城市污水處理帶來了難題。為更好地發揮出城市污水中總氮處理效果，深度處理工藝被廣泛關注。而污水中總氮的測定是一個重要環節，以下針對城市污水中總氮測定中存在的問題以及具體對策展開分析。

1 城市污水中總氮測定現狀

目前，我國城市污水環境中總氮是造成水體污染的關鍵因素，如果污水中總氮含量超出相關標準，就會引發許多問題，例如水體富營養化嚴重。隨著我國城市污水復雜程度越來越高，對總氮測定技術也提出了全新要求。只有全面優化傳統總氮測定技術，提高總氮測定的精確度，才能為后續水污染處理做準備，有效彌補城市用水緊張問題。為了有效提高城市污水處理效果，必須重視污水中總氮測定工作的優化創新，嚴格控制城市污水中總氮的指標含量，為污水處理廠脫氮處理提供依據。

2 城市污水中總氮測定方法

對于城市污水來說，在進行總氮含量的測定時，常見的測定方法主要分為兩個環節：首先對城市污水存在的氮化合物進行轉化處理，將氮化合物反應生成硝酸鹽；然后測定硝酸鹽的含量，以此來判斷水體中總氮的含量。

2.1 總氮測定技術對比

目前，城市污水中總氮測定技術包括含多種，常見氣相分子吸收光譜法、分光光度技術、鹽酸萘乙二銨分光光度法。而對于分光光度技術方法來說，可以準確的測定含量較大的生活污水，分光光度測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化為硝酸鹽氮，有效鑒別水中雜質，波長范圍在190～800 nm之間，保持溫度在700 ℃左右進行消解，將城市污水中的氨化物轉化為氮化物，從而更好地做出測定。采用分光光度技術不但能夠提高城市污水總氮測定的準確性，同時也具有高效測定的優點，但是這種方法測定成本較高，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物質分解出氣體對光的吸收來檢測物質成分和濃度，采用氣相分子吸收光譜法對水中總氮的測定具有明顯優勢，它能夠在堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法基礎上，測定有明顯顏色或者渾濁樣本中的總氮含量，同時具備良好的精確性。

2.2 硝酸鹽的測定

對于硝酸鹽的測定來說，一般采用離子色譜技術、分光光度技術、比色法以及化學發光等方法。對于離子色譜技術來說，主要是將總氮消解后的污水經過高分子置換樹脂，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行測定。采用離子色譜技術測定硝酸鹽具有較強的專屬性，同時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，在溶液中產生反應，并通過對比410 nm 波長的顏色來測定硝酸鹽。分光光度方法測定硝酸鹽時首先在波長220 nm 和275 nm出測定溶液的吸光程度，然后可以準確地計算出城市污水樣品中的總氮含量。化學發光法的測量主要是將污水中含氮化物通過反應轉化為NO，并將產物由載氣帶入反應室，并與臭氧發生器內的臭氧氣體發生反應，產生激發態的二氧化碳。

3 污水中總氮測定技術原理(紫外可見分光光度法)

城市污水中的總氮成分主要包括無機鹽成分的氮元素、亞硝酸鹽氮元素、溶解態氮元素、硝酸鹽氮以及多種有機化合物中的氮元素。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生態環境以及人類健康造成任何影響。而隨著我國現代工業的發展，工業化技術水平不斷提高，在工業生產中所排放的廢水以及人們日常生活應用中大量化學制品的污水排放，就存在著總氮含量超標的現象[1]。為此，人們積極探索紫外分光光度總氮測定技術。通過這種技術能夠準確地測定水體中總氮的含量，為后續的污水治理提供依據。

紫外分光光度總氮測定技術的測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化為硝酸鹽氮。具體分析來看是通過化學分解方式將水中的過硫酸鉀分解為硫酸氫鉀和原子態氧，硫酸氫鉀在溶液中電離產出氫離子，然后再通過氫氧化鈉堿性介質，促成其分解，其中分解出來的原子態氧在120～124 ℃ 的高溫環境下不但能夠將水中的氨氮元素、亞硝酸鹽氮元素氧化成硝酸鹽。同時還可以將水體中大部分的有機氮元素轉化為硝酸鹽，然后通過分光光度法在220 nm 以及275 nm 出測定硝酸鹽的吸光度，并根據校正吸光度數值繪制標準曲線，能夠準確地計算出城市污水環節中總氮的含量[2]。

4 利用分光光度法測定城市污水總氮的問題

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

本實驗室選擇紫外可見分光光度法測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行總氮測定時，也會存在一些問題。

4.1 實驗室環境

測定城市污水中的總氮必須保持在無氨環境下進行，同時避免與硝酸鹽氮、氨氮等共同進行測定分析，以此來提高城市污水中總氮測定結果的準確性，避免其他因素對總氮測定帶來的影響。總氮測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 實驗用水

在對城市污水中總氮進行測定時，對不同的水樣本測定其總氮的空白值也會存在著較大差異。為了保障測定試驗的可靠性，必須采用適合的樣本水。可以取三種不同的試驗用水分別開展測定試驗，并在同樣的溫度環境下選用相同的過硫酸鉀，測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。具體測量結果如表1 所示。

表1 不同樣本水測得總氮空白值比較

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

4.3 過硫酸鉀試劑的選擇

在進行試驗過程中，過硫酸鉀實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%，而市場上的過硫酸鉀試劑質量差異較大，一些廠家的過硫酸鉀試劑含氮量不符合試驗標準，最終就會導致總氮測量空白值虛高。所以，在進行過硫酸鉀試劑應用前，首先要開展空白測定。一般選擇有經驗的實驗室進行測定，同時過硫酸鉀儲存時間也會對污水總氮空白值的測定產生影響，一般試驗證明堿性過硫酸鉀溶液儲存時間短不會產生影響，但隨著儲存時間越長，空白值也會逐漸偏高，因此過硫酸鉀儲存時間一般不超過7 d。

本實驗選取市場上的三種國內廠家過硫酸鉀試劑和一種進口試劑進行試驗，在其余條件均相同的情況下，測定結果如表2 所示。

表2 不同廠家過硫酸鉀試劑測得總氮空白值比較

根據HJ 636—2012 的要求，國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，試管內會出現大量沉淀物質，通過在試管中注入1∶9 的鹽酸試劑依然無法全部去除沉淀，也會導致吸光值虛高，尤其是275 nm 波長的吸光度過高，從而對總氮測定結果造成影響。因此在平時測定過程中，如果消解后水樣有渾濁，需要先對水樣進行過濾處理，取過濾液進行實驗。

5 結語

綜上所述，總氮是城市生活污水中主要的污染物質之一，總氮測定的準確性為科學處理總氮污染物提供重要依據。通過實驗得出，在總氮的測定過程中，一定要在無氨環境中進行。總氮的空白值對實驗用水要求較高，需要用無氨水或者去離子水。過硫酸鉀試劑選擇國外進口試劑符合HJ 636—2012 對空白的要求，同時用實驗室的一級蒸餾水實驗也符合空白的要求，對消解完依然渾濁的水樣進行過濾可以消除濁度的影響。