全自动凯氏定氮仪测定工业废水中的氨氮

毕坤(神华新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 831400)

1 工业废水氨氮的概念

氨氮是指水中以游离氨(NH3)和铵离子形式存在的氮。氨氮是引起水生物中毒的主要因子，是水体中的营养元素，是引起水体富营养化的重要原因，是污水处理的主要对象之一。受污染水体的氨氮是指以游离氨(NH3)和铵离子(NH4+)形式存在的氮，这种氨氮叫做水合氨，也称非离子氨。据国家地表水体标准可知，Ⅲ类地面水中非离子氨氮的浓度应当≤1mg/L，超过这一数值就代表着氨氮污染。工业生产产生的废水均属于工业废水，工业废水是自然水体中氨氮污染物的主要来源之一，尤其以煤化工、焦化、炼钢、发电、合成氨、水泥生产等工业产业的废水为主要来源。

2 全自动凯氏定氮仪测定工业废水中氨氮的方法

2.1 适用范围

根据对蒸馏-中和滴定法展开的大量实际调查研究能够发现，由于蒸馏-中和滴定法对氨氮具有比较灵敏的反应，因此，利用蒸馏-中和滴定法对工业废水和生活污水中含有的氨氮进行测定，效果比较好。当使用自动凯氏定氮仪，取试样体积为50mL 时，方法检出限1.0mg/L，测定下限为2mg/L，测定上限500mg/L。全自动电位滴定仪的原理是电位法，是一种常用于容量分析工作中的仪器，本次实验研究中采用的是带pH 指示电极的梅特勒自动电位滴定仪T50 式。凯式定氮仪是一种利用凯式定氮法为原理的分析仪器，主要分析对象就是样品中的含氮量，本次实验研究中采用的是布琪凯氏定氮仪。

2.2 方法原理

取一定体积水样，加入氢氧化钠使水样偏碱，用布琪凯氏定氮仪K-360 蒸馏，释出的氨用硼酸溶液吸收。使用梅特勒自动电位滴定仪T50 进行滴定，用硫酸标准溶液滴定馏出液中的氨氮(以N 计)。

2.3 主要仪器及材料试剂

(1)布琪凯氏定氮仪K-360。

(2)梅特勒自动电位滴定仪T50，带pH 指示电极。

(3)无氨水：纯水。

(4)实验室用水：实验室三级水。

(5)氢氧化钠溶液，c(NaOH)=1mol/L。

将40g 氢氧化钠(NaOH)溶于约400mL 水中，冷至室温，稀释至1000mL。

(6)硼酸(H3BO3)吸收液，ρ=20g/L。

称取20g 硼酸溶于水，稀释至1000mL，调节pH 为4.65。

(7)硫酸标准滴定溶液，c(1/2H2SO4)=0.1mol/L。

(8) pH 标准缓冲溶液： pH=4.01，pH=7.00，pH=9.21，根据仪器内置pH 标准缓冲溶液组。

(9)移液管50mL。

2.4 样品和样品保存

采集的工业废水应该盛装在玻璃容器或者聚乙烯容器中，并且保证对工业废水的分析工作要尽快开展。如果试验条件不允许立即展开分析操作，那么，必须将工业废水样品妥善保存。可以在工业废水中加入一定量的硫酸，保证pH 值小于2，在室温为2～5℃的条件下，最多可以存放7 天。

2.5 分析步骤

2.5.1 调试连接

按照说明书设置连接布琪凯氏定氮仪K360 与梅特勒自动电位滴定仪T50，并进行调试。

2.5.2 布琪凯氏定氮仪K360

建立方法：氢氧化钠溶液加入3mL，硼酸吸收液50mL，蒸馏反应4s，蒸汽力度100%，蒸馏时间240s，滴定时间240s。

仪器校准：按说明书每周或每隔100 次蒸馏之后对泵进行一次校准。按说明书每月检查馏出液的量，样品管—空，水—0mL，氢氧化钠—0mL，蒸馏时间—5min，馏出液的量最少应为130mL。

2.5.3 梅特勒自动电位滴定仪T50

建立方法：滴定终点pH=4.65，按照仪器说明书空白方法、样品方法、校准方法。

仪器校准：按照说明书对pH 电极4.01、7.00、9.21 进行三个点校准。

2.5.4 空白试验

用50mL 纯水代替水样，进行蒸馏滴定，并记录消耗的硫酸标准滴定溶液的体积V0。

2.5.5 样品分析

取50mL 样品装入K-360 样品管中，进行蒸馏滴定，并记录消耗的硫酸标准滴定溶液的体积V1。注：无氨水的检查：用硫酸标准溶液(3.7)滴定250mL 水，消耗盐酸标准溶液的体积不得大于0.04mL。

2.6 结果计算

水样中氨氮的浓度用公式计算：

式中：ρN为水样中氨氮的浓度，以氮计(mg/L)；V为试样的体积(mL)；V1为滴定试样所消耗的硫酸标准滴定溶液的体积（mL）；V0为滴定空白所消耗的硫酸标准滴定溶液的体积(mL)；c为滴定用硫酸标准溶液的浓度(mol/L)；14.01 为氮的摩尔质量的数值(g/mol)。

结果保留三位有效数字。

2.7 准确度和精密度

2.7.1 回收率试验

在本标准要求的条件下进行标准物质的平行测定，如表1、表2 所示，共测出五组数据，n=5：

表1 样标氨氮浓度数据表

表2 样标氨氮浓度偏差数据表

2.7.2 精密度试验

精密度试验，如表3 所示。

表3 精密度数据表

取样地点AP112 采得的试样为煤气化低压灰水。

2.7.3 总结

上述实验数据均符合在同一实验室，由同一操作者使用相同仪器，按相同的测试方法，对同一样品相互独立进行测试获得两个独立的测试结果的绝对差值不超过两次测试结果算术平均值的10%的要求。这说明全自动凯氏定氮仪在氨氮含量检测中的精确度和稳定性都很高，符合工业废水处理出水污染物测定的需求，在工业废水出水检测中有很好的应用和发展前景。

3 全自动凯氏定氮仪在测定工业废水中氨氮含量的可行性

全自动凯氏定氮仪的使用实现了实验过程的无人化，有效地提高了工业废水中氨氮含量测量的安全性、准确性，节约了人力资源。且由于全自动凯氏定氮仪的消解、蒸馏、滴定过程都遵循着中和反应原理，参与反应的化学药剂毒性弱，反应产物的二次污染能力也很弱，从环保角度来讲更适合应用于工业废水的测定之中。从全自动凯氏定氮仪的测定准确性上来讲，工业废水样品的测定结果在平均浓度、相对偏差、标准偏差上都表现优秀，符合工业废水污染物测定的标准和需求。

全自动凯氏定氮仪已经在煤炭含量、复合肥料检测、食品检验等多个领域中得到了重视和使用，其对氮含量的测定准确度、有效性已经具有一定的保证，应用在工业废水达标处理中也有迹可循、有理可依。本次实验研究的过程和结果也说明，在工业废水的氨氮测定中使用全自动凯氏定氮仪是具有可行性的。全自动凯氏定氮仪的使用能够有效提升工业废水中氨氮测定的自动化、准确度，应用在废水处理末端能够有效获取氨氮浓度数据，帮助废水处理监督检测人员确定处理后出水的质量等级，推动废水处理出水污染物含量测定领域的进一步发展，进一步提高工业废水的处理程度，降低处理后出水对于自然水体的污染和影响。因此，全自动凯氏定氮仪在工业废水氨氮含量检测中的应用，应当引起相关领域技术管理人员的重视，积极进行推广和应用。相较于其他氨氮检测技术及设备的使用，全自动凯氏定氮仪实现了自动化，能够脱离人为操作全天候、24 小时、不间断对工业废水氨氮含量的检测，有效提高氨氮含量检测的效率，从而有效提高工业废水处理出水的排放质量，有利于上级环保部门的监督管理，减轻工业企业废水处理技术人员的工作量和工作压力。

4 结语

通过文章对全自动凯氏定氮仪的实验过程论述可知，全自动凯氏定氮仪在测定工业废水中氨氮含量方面具有较高的可行性，测定结果的准确度较高，且相较于其他测定技术而言已经具有成熟的节省人力的优势。这就说明，全自动凯氏定氮仪在测定工业废水中氨氮含量方面，具有可行性和可推广性。工业是推动我国现代化发展的重要产业，但工业废水不达标排放对周围环境所造成的危害也不容忽视，必须采用有效的处理和测定技术设备进行出水水质控制，降低工业废水处理后出水对地表、地下水环境的破坏，推动我国工业生产的可持续发展。