水质总磷总氮在线自动监测技术研究

何炳坚　梁永祥　关绮文

摘 要：随着水污染问题的不断严重化，人们对水资源的保护意识逐渐提高。在水质中，总磷总氮是其重要的检测内容，为了有效的提高水质监测质量，逐渐研究出水质总磷总氮在线自动监测技术。该项技术在设计运行的过程中，还有待提高。通过对其进行优化，文章通过研究基于紫外催化——过硫酸钾化分光光度法的在线监测技术，并设计出紫外线加强氧化——消解反应器以及通道自动校准与自动进样集成控制系统，从而可以在低温度下以及常压条件下快速监测水质总磷总氮含量，其具有较好的发展前景。

关键词：水质；总磷；总氮；在线自动监测技术

中图分类号：X853 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）23-0025-01

随着水污染以及水环境的日益恶化，通过对其进行研究，以便对水质与废水进行在线自动监测，尤其是针对水质中总磷总氮指标进行监测，从而有效的控制水污染。根据我国水环境质量标准以及污水排放标准进行分析，传统的总磷总氮监测技术通常是采用手工采样以及实验室人工检测的方法，不仅周期长且工作复杂，无法达到理想的监测效果。因此，在本文中主要研究水质总磷总氮在线自动监测技术，以便快速监测水质总磷总氮指标，提高监测质量与水平。

1 水质总磷总氮在线自动监测技术的实验分析

1.1 水质总磷总氮在线自动监测技术实验的仪器与试剂

在实验仪器方面，需要使用的仪器设备包括：总磷总氮在线监测仪器、分析电子天平、电热恒温水浴锅、不锈钢手提式压力蒸汽灭菌锅、自动双重纯水蒸馏器等。在使用试剂方面主要包括：15 mg/ml过硫酸钾溶液、15 mg/ml氢氧化钠溶液、24 mg/ml抗坏血酸溶液、500 mg/l磷标准溶液与氮标准溶液、硫酸溶液、酒石酸锑钾、盐酸溶液等。另外，无氨水的提取主要是从1 000 ml蒸馏水中加入0.1 ml的硫酸，在全玻璃蒸馏器中除去前50 ml的流出液，并将流出液收集在玻璃瓶中密封保存。而钼酸盐溶液的制备主要是将12 g的钼酸铵溶于700 ml水中，将0.48 g的酒石酸锑钾溶于100 ml水中，搅拌均匀后倒入160 ml的浓硫酸，并混合均匀，这种溶液可以稳定2个月左右的时间[1]。

1.2 水质总磷总氮在线自动监测技术实验方法

首先，总氮分析方法。其主要分为在线监测方法与国标方法，在线监测方法中，主要是在水中加入氢氧化钠与过硫酸钾溶液，通过85 ℃的紫外线照射，将其分解为硝酸根离子。将被消解的水样本冷却到一定的温度后，选取一部分为试样，加入氯化氢将其调节至pH2～3，之后在220 nm波长的位置测量吸光度参数，并计算出水中总氮的浓度值。这种方法可以在常压以及低温条件下使用。另外，国标方法主要是在60 ℃以上的水溶液中，将过硫酸钾溶液分解成硫酸氢钾与原子态氧，将硫酸氢钾离解成氢离子，通过氢氧化钠的碱性介质分解完成。其中的原子态氧可以在高温下将水样本中的氮化合物转化为硝酸盐，同时，将此过程中的有机物进行氧化分解。并且使用紫外线分光光度法在200 nm与275 nm波长位置测量吸光度的参数，其两者之差就是校正吸光度值，该方法检出限为0.05 mg/L[2]。

2 水质总磷总氮在线自动监测技术的测试方法

2.1 线性范围

为了更加准确的检测出地表水与废水浓度以及变化情况，需要对在线监测技术的检测线性范围进行研制，可以将其分为低浓度档与高浓度档。总磷的监测线性范围中低浓度档为0～2.0 mg/L，高浓度档为0～20.0 mg/L。总氮的监测线性范围中低浓度档为0～5.0 mg/L，高浓度档为0～50.0 mg/L。±3%FS/d为零点漂移，±3%FS为量程漂移[3]。

2.2 灵敏度与校准曲线分析

总磷在线监测技术中，校准曲线以及线性回归分析为上述两档，其低、高量程档校准曲线中分别设置了5各不同的浓度水平标准溶液，在低量程档中，其浓度参数，如图1所示。高量程档浓度参数，如图2所示。

另外，在总氮在线监测方法中，其校准曲线与线性回归分为0～5 mg/L、0～50.0 mg/L两档。其低、高量程档校准曲线中分别设置了5档各不同的浓度水平标准溶液，在低量程档中，其浓度参数，如图3所示。高量程档浓度参数，如图4所示。

各种不同的浓度水平标准样品均通过6～7次的检测，之后采用最小二乘法对其进行线性回归分析，并且需要建立样本的浓度——吸光度校准曲线。通过上图分析，总磷与总氮的浓度曲线均具有明显的线性关系，相关线性系数均超过0.99，符合在线自动监测技术的需求。另外，在低档浓度中总磷与总氮的测量灵敏度高于高档浓度。

2.3 准确度与精密度分析

为了有效的减少在线监测技术测量的误差，需设计专门的精密度与准确度实验对其进行验证分析，总磷根据低、高档次配置两种不同的标准溶液进行检测，其中a标准溶液为1.20 mg/L；b标准溶液为12.0 mg/L。总氮也分为c标准溶液3.0 mg/L；d标准溶液25.0 mg/L。通过反复检测10次以上，分析其结果数据。其中，低浓度与高浓度档范围均具有较好的精密度与准确度，尤其是在低浓度档中，具有更高的精密度与准确度。其中总磷监测的精密度与准确度比较理想，总氮监测的精密度与准确度相对较差[4]。

2.4 在线监测技术与国标方法比较分析

通过实验研究表明，在线自动监测技术与国标方法比较，前者具有不可比拟的优势。首先，在线自动监测技术主要在国标方法的基础上对其进行优化与改进，有效的降低了温度与压力条件，其检测时间较短。其次，在线自动监测技术的测量范围更大。其主要采用的是可选择的分档方法，测量对象不仅包括低污染浓度的地表水，还包括高浓度的污水与废水。另外，其整体系统符合工业自动化的需求。该项监测技术主要采用的是PLC研发自动控制系统，充分运用PLC的性能与优势，在水质总磷总氮测量中实现了自动采样、监测与数据自动收集的工序。

3 结 语

通过对传统的水质总磷总氮监测技术进行优化与改进，可以有效的实现水质总磷总氮在线自动监测，其符合国家标准水平，具有缩短监测时间，在低温以及常压状态下能够进行检测的优势，在实际运行过程中，可以极大地提高水质总磷总氮监测水平与质量。

参考文献：

[1] 齐文启，陈光.总氮、总磷监测中存在的有关问题[J].中国环境监测，2009，（2）.

[2] 孙宗光.总氮、总磷自动监测仪的进展[J].现代科学仪器，2010，（5）.

[3] 程丽巍，许海，陈铭达，等.水体富营养化成因及其防治措施研究进展[J].环境保护科学，2012，（1）.

[4] 王伯光.水质总磷总氮在线自动监测技术的研究[J].环境科学与技术，2010，（3）.