原水在线氨氮仪及预处理装置的选用

袁耀芬

（东莞市水务集团供水有限公司，广东东莞，523000）

0 引言

当前，大多数自来水厂仍采用人工检测方法来监测水中氨氮浓度，该方法虽然检测精度高，但工作量大、费时费力，检测间隔较长。氨氮仪在水中测量比较稳定，操作简单、快捷，若采用在线仪表监测，可以快速检测原水氨氮浓度，以及监测原水的水质变化。为了能够保证供水质量，自来水厂可配置原水在线氨氮仪。

1 原水在线氨氮仪的选型

1.1 测量原理

1.1.1 水杨酸分光光度法氨氮仪

水杨酸分光光度法氨氮仪测量原理主要是指碱性介质在存着亚硝基铁氰化钠的情况下，水中的氨、铵离子与水杨酸盐和次氯酸离子反应生成蓝色化合物，其色度与水中氨氮的浓度成正比。其测量范围小，一般仪表测量量程为0.05mg/L至5mg/L，测量精度高，可达到±2%，有些仪表可以通过稀释的方法在0.05mg/L至5mg/L扩展至20mg/L，或到100mg/L，但测量精度有所降低；当受到水样的浊度和色度，其测量值的准确性也会受到影响，该氨氮仪一般用于测量出厂水或管网水的氨氮。

1.1.2 氨气敏电极法氨氮仪

氨气敏电极为一复合电极，以pH玻璃电极为指示电极，银-氯化银电极为参比电极。此电极对置于盛有0.1mol/L氯化铵内充液的塑料套管中，管端部紧贴指示电极敏感膜处装有疏水半渗透薄膜，这使得内电解液与外部试液隔开半透膜，与pH 玻璃电极间有一层很薄的膜。当水样中加入强碱溶液将pH提高到11以上时，铵盐会转化为氨，而氨由于扩散作用通过半透膜（水和其他离子则不能通过），使氯化按电解质薄膜层内NH4+=NH3+H+反应向左移动，从而引起氢离子浓度改变，由pH 玻璃电极测出其变化，在恒定的离子强度下，所测出电动势与水样中氨氮浓度的对数呈一定线性关系，便可从中确定样品中氨氮的含量。此种氨氮仪在进行测量时还需要借助一些化学药剂或设备对水样进行简单的预处理，如：沉淀式预处理或简单过滤试预处理。其最小测量值比较低，在0.02mg/l左右，最大的测量值为1000 mg/l，测量最大允许误差在读数值±5%±0.02mg/l。

1.1.3 离子选择电极法氨氮仪

铵根离子选择电极法氨氮仪，主要是采用电位感测原理进行测量，一般离子选择电极与水样接触的顶端，是一层对特定离子有选择性的敏感膜，即特定离子的浓度变化会在敏感膜表面产生一个电位差，电位差通过能斯特方程转换成相应离子的浓度。由于铵根离子容易受到钾离子的干扰，所以需要钾离子测试电极来补偿、消除干扰离子的影响。此种氨氮仪测量时不需要任何化学药剂辅助，也无需对水样进行预处理，可直接把仪器放进水样中测量。其最小测量值一般在0.2mg/l左右，最大的测量值为1000mg/l，测量最大允许误差在，读数值±10%±0.2mg/l。

1.2 原水氨氮仪的使用技术要求

按自来水生产工艺的要求，选用的原水在线氨氮仪既能监测突变的氨氮值，又要实时监测原水日常的氨氮数值。因此，在选用原水在线氨氮仪时不仅能实时监测，仪表的测量精度还不能太低[1]。通过东江某水厂研究对比，氨气敏电极法氨氮仪能满足自来水厂原水氨氮仪的使用要求。具体要求如表1所示。

表1 氨氮仪的主要计量性能要求

2 原水在线氨氮仪预处理的选用

2.1 原水在线氨氮仪进水水样的要求

东江某水厂自2006年以来一直研究原水在线氨氮仪监测原水氨氮的情况，于2006年购买一台水杨酸分光光度计法的在线氨氮仪，并在2008年购买一台氨气敏电极法的氨氮仪。但由于东江某水厂原水水样的浊度高（常在50NTU左右），原水中的污泥容易将氨氮仪的管路堵塞，从而导致仪表发生故障，致使原水在线氨氮仪无法正常使用。为了查探氨氮仪测量水样的浊度要求，将自来水厂各个不同工艺位置的水样直接输入到水杨酸分光光度法氨氮仪和氨气敏电极法氨氮仪进行连续测量，氨氮仪运行情况如2所示。

表2 不同原理氨氮仪能正常运行的水样要求情况

通过以上试验情况可以看出，在不对水样进行预处理的前提下，水杨酸分光光度计法氨氮仪适合在滤后水和出厂水的水样使用；氨气敏电极法氨氮仪适合在待滤水、滤后水、出厂水的水样使用。为此，若想将水杨酸分光光度计法氨氮仪、氨气敏电极法氨氮仪放入原水在线监测，需对原水水样进行预处理，使处理后的水样指标达到水厂待滤水的浊度指标，才能满足原水在线氨氮仪的使用要求，具体如表3所示：

表3 预处理系统的技术要求

2.2 预处理装置的选用测试

根据氨氮仪对水样的要求，氨氮仪预处理为了达到使用要求，先后探索了3种不同原理的氨氮仪预处理装置，具体如下：

2.2.1 重力沉淀池过装置

重力沉淀池过装置是利用重力沉淀的原理，先将原水引入水箱，因受重力的影响，原水中的泥沙以及杂质都会沉淀到水箱的底部，这样水箱上端的水样浊度相对较低，仪表测量时取上端水样进行测量。因过滤器的过滤效果差，只能过滤水样中较大的泥沙和一些固体颗粒物，原水浊度下降不明显，为此，无法满足氨氮仪的使用要求。

2.2.2 PP棉滤芯过滤装置

pp棉滤芯采用无毒无味的聚丙烯粒子，经过加热熔融、喷丝、牵引、接受成形而制成的管状滤芯。水从pp棉的外部往内部流动，经过层层过滤，越靠近滤芯里层，孔径越小过滤的精度也越高。颗粒杂质在经过PP滤芯孔道时，会发生架桥现象，即便是小于孔道的颗粒，也能被阻拦住，其纳污量比较大。使用PP棉滤芯过滤装置作为原水氨氮仪预处理，在刚换滤芯时，预处理的出水浊度、出水量都能满足氨氮仪的使用要求，但当预处理装置使用1天后，其出水量明显变小；水样氨氮含量由于在滤芯上有硝化反应，水样氨氮损耗明显。滤芯使用3天后，预处理的出水浊度增大无法满足氨氮仪使用要求。经过分析得知，由于pp棉滤芯被原水中的泥沙堵塞，在水的压力下容易变形，从而损坏pp棉滤芯内部结构，破坏其过滤作用。

2.2.3 负压微米膜过滤装置

膜过滤预处理装置，是使用平板膜和蠕动泵组合构成。平板膜主要是由滤膜、导流布及导流板组成，在导流板的顶端设有一个抽吸口，水样通过抽吸口由蠕动泵负压吸出。本次选用了孔径为0.1μm的PVDF平板过滤膜。在抽吸口处通过管道连接一台蠕动泵。当开启蠕动泵，流过预处理水箱的江河原水，其中部分含氨氮的原水在通过膜元件抽吸口时，受到负压作用被过滤抽出，并送到氨氮仪的流通池为氨氮仪提供测量水样。水箱中的其它原水及其中的浮泥等固体颗粒物从排水管中排走。平板膜在实际运行中，在膜的表面会均匀地生长一层致密的生物膜。这层生物膜对固液分离的贡献极大，大部分固体颗粒实际上是被这层生物膜截留，随原水排走。但这层生物膜中存在硝化菌，在水样通过膜过滤时会产生硝化反应，从而消耗水样中的氨氮。为此，需要定期用一定浓度的次氯酸钠对平板膜进行清洗、消毒，以便负压微米膜过滤装置出水能达到氨氮仪的使用要求。

2.3 氨氮仪预处理的选用

根据不同原理的预处理装置进行试用研究发现，负压微米膜过滤装置处理后的水样能达到原水在线氨氮仪预处理的技术要求。因此，推荐自来水厂的原水在线氨氮仪选用负压微米膜过滤装置作为预处理装置[2]。

3 结论

东江某自来水厂选用氨气敏电极法氨氮仪、负压微米膜过滤预处理装置用于原水在线氨氮监测，其测量稳定，数据准确，能满足自来水厂生产使用要求。为了保证氨氮仪准确可靠运行，在原水浊度低于50NTU时，氨氮仪预处理装置需定期每周两次人工清洗，当原水浊度大于100NTU时，则需要每天清洗一次。因此，为了减少岗位员工对氨氮仪预处理的清洗劳动量，预处理自动清洗将成了今后原水在线氨氮仪系统升级改造的方向。