試析水環(huán)境檢測中總氮和氨氮關(guān)系

張卓 惠克

摘 要：本文通過實驗探究方法，選擇張家港市生活污水和地表水的總氮與氨氮進行檢測分析，通過數(shù)據(jù)歸納統(tǒng)計整理的方式，得到不同水樣總氮和氨氮、不同濃度范圍下總氮和氨氮關(guān)系結(jié)果。

關(guān)鍵詞：水環(huán)境;總氮;氨氮;地表水

中圖分類號：X52 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0036-02

0引言

總氮（TN）是水體中各種含氮化合物的總量，包括有機氮、氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮四種物質(zhì)。氨氮指的是在水體中以游離氨（NH3）和銨鹽（NH4+）形式存在的氮成分。二者均對水質(zhì)有重要影響，是水環(huán)境檢測中的重要參考指標。探究總氮和氨氮的關(guān)系，對于判斷水環(huán)境檢測結(jié)果是否合理有較大的幫助。

1材料與方法

1.1材料

在張家港市市區(qū)不同污水管網(wǎng)進行取樣，并對市內(nèi)多條河流進行采樣，得到生活污水水樣共60個，地表水水樣60個，取樣時間為2012年至2017年，方法為以取樣器采集水下約0.5m處水樣[1]。

研究使用到的主要儀器設(shè)備包括：T6新悅可見分光光度計設(shè)備;TU-1901雙光束紫外可見分光光度計設(shè)備;LDZX-30KBS立式壓力蒸汽滅菌器。

使用到的主要試劑包括氨氮和總氮標準溶液、堿性過硫酸鉀、納氏試劑、鹽酸和酒石酸鉀鈉溶液。

1.2方法

在檢驗中可以使用堿性過硫酸鉀聯(lián)合紫外分光光度方法進行檢驗。這一方法的操作原理為：將過硫酸鉀加入到溫度為60℃以上的水溶液中，分解為原子形態(tài)的氧和硫酸氫鉀，將水溶液的溫度加熱到120℃，原子形態(tài)的氧可以氧化水中的氨氮、亞硝酸鹽氮以及大部分有機氮化合物。之后，分別使用波長為220nm和275nm的紫外分光光度計，測定溶液吸光度，根據(jù)A=A220-2A275的公式（其中A表示吸光度）校正吸光度。根據(jù)校正得到的吸光度與濃度繪制出校準曲線，以此計算出水樣中總氮的含量。

測定氨氮時，常用的是納氏試劑分光光度法。納氏試劑與銨離子、游離氨等發(fā)生反應，產(chǎn)生淡紅棕色絡(luò)合物，該物質(zhì)在波長420nm處有強烈吸收，其吸光度與氨氮含量成正比，先配制氨標準溶液，測定吸光度，繪制校準曲線，再根據(jù)水樣的吸光度計算出水樣中氨氮的含量。

除此之外，還可以使用流動注射分析方法。測總氮時先使用紫外光照射并加熱水樣，使其溫度提升到100℃之后，水樣中的含氮化合物會直接被過硫酸鹽氧化成氮氧離子，而且水樣的pH值會因為過硫酸鹽分解作用而下降。在消解完成之后，水樣被注入到FIA分析箱中，接觸鍍銅鎘柱之后會發(fā)生還原反應。在酸性條件下，與磺胺發(fā)生重氮化反應，得到重氮離子。隨后，重氮離子與萘乙二胺鹽酸鹽產(chǎn)生偶聯(lián)作用，會生成粉紅色物質(zhì)，在波長540nm處產(chǎn)生最大吸收峰。先從低到高測量標準溶液濃度，根據(jù)儀器信號繪制標準曲線，再測定樣品，根據(jù)曲線計算出總氮值。

本文研究中使用的方法如下：

（1）氨氮測定方法：采用國家標準分析方法，使用納氏試劑比色法。這種方法的最低檢測濃度為0.025mg/L，測定上限為2mg/L。使用可見光分光度計進行檢測。

（2）總氮測定方法：采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法。這種檢測方法的檢出限為0.05mg/L，測定上限為4mg/L。檢驗過程中使用到的設(shè)備為紫外可見分光光度計和立式壓力蒸汽滅菌器。

（3）數(shù)學分析：使用相關(guān)性檢驗方法，對氨氮和總氮的關(guān)系進行檢驗。

2結(jié)果與分析

為比較氨氮和總氮在不同水體中的差異，選擇了張家港市生活污水、地表水中的氨氮與總氮含量數(shù)據(jù)，各監(jiān)測點的年度平均數(shù)據(jù)如表1所示，同時，根據(jù)表格中大數(shù)據(jù)繪制如圖1和圖2。

圖1表示的是地表水中氨氮和總氮的相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.399，二者基本相關(guān)。圖2表示的是生活污水中氨氮和總氮之間的相關(guān)關(guān)系，計算得出相關(guān)系數(shù)為0.871，二者顯著相關(guān)。說明在張家港市，生活污水中氨氮和總氮相關(guān)關(guān)系較為明顯。

生活污水和地表水中，總氮差異為t=3.542，t0.05=1.812，t>t0.05，差異較為顯著。氨氮的差異為t=3.632，t>t0.05，差異較為顯著。并且在生活污水中，氨氮與總氮之間的量均高于在地表水中的量。當總氮濃度低于2mg/L時，氨氮在總氮中所占比例不到30%;當總氮濃度超過2mg/L時，氨氮在總氮中所占比例較高，超過50%，且此時地表水與生活污水氨氮與總氮間的關(guān)系有著同樣的特性。

3結(jié)論與注意事項

3.1結(jié)論

3.1.1污水中氨氮與總氮關(guān)系

通過本次研究結(jié)果來看，在污水中總氮的含量要明顯高于氨氮的含量，其包含各種形式無機氮與有機氮。例如，氧化氮離子、二氧化氮離子、氫氮離子、氨基酸和蛋白質(zhì)等都是其重要表現(xiàn)形式。有機氮主要以游離氨與銨離子為主要表現(xiàn)形式，同時，在植物性有機物中，氮元素的含量明顯低于動物性有機物中的含量[2]。

值得注意的是，在生活污水中，含氮有機物初始污染源是造成水體中氨氮含量提升的主要因素。在微生物作用下，污水中氨氮會進一步分解形成硝酸鹽氮，在這一過程中，如果反應不充分，就會產(chǎn)生大量亞硝酸鹽氮，它可與蛋白質(zhì)相結(jié)合，形成有致癌作用的亞硝胺，嚴重威脅到人們的身體健康與生命安全。

3.1.2地表水中氨氮與總氮的關(guān)系

在地表水體中的總氮和氨氮含量關(guān)系的檢測中，可以看出同一時期、同一水體中總氮含量相對較穩(wěn)定，總氮含量大于氨氮含量。受到環(huán)境大氣中的化石燃料燃燒、汽車尾氣的影響，地表水中的氮氧化物也有上升趨勢，但生活污水中的銨鹽、硝酸鹽等成分的含量上升，增加了水體中的氨氮和總氮含量。

3.2注意事項

3.2.1實驗環(huán)境污染問題

如果實驗室的環(huán)境受到污染，則通過檢驗得到的各類數(shù)據(jù)信息檢查均會受到影響。實驗室環(huán)境受到影響，主要是因為室內(nèi)揮發(fā)性氣體和沉降粒子在空氣中發(fā)散引起室內(nèi)實驗環(huán)境污染。此外，在實驗過程中，實驗用水要使用無氨水，無氨水采用新制備的去離子水或者加入濃硫酸蒸餾，收集中間餾出液。無氨水在長期存放的過程中，會因為溶解而產(chǎn)生氮雜質(zhì)，導致實驗得出的空白值過高，所以在使用無氨水時，要現(xiàn)用現(xiàn)制備，避免使用長期存放的無氨水，以免對實驗結(jié)果的精準度造成影響[3]。

3.2.2取樣與稀釋方法問題

部分實驗中使用到的堿性過硫酸鉀消解紫外線分光光度方法，需要對一些高濃度的水樣進行稀釋。如果水樣存在渾濁的情況，則要在取樣時，先進行樣品充分混合均勻，將有機氮和無機氮均勻取到容器當中，之后才能確保分析結(jié)果更有代表性[4]。一般來說，取樣的體積不能低于10ml，對于渾濁度較高的水樣，可以適當減少取樣量，并按照稀釋倍數(shù)進行稀釋，最終確定定容體積。

3.2.3試劑純度問題

實驗中使用的試劑純度會對結(jié)果測定產(chǎn)生影響，且受到實驗空白吸光值影響較為顯著。過硫酸鉀、氫氧化鉀含氮量均需低至0.003‰以下，確?？瞻讓嶒灄l件下A220-2A275不超過0.03。如果超過了這一數(shù)值，則在實驗中使用到的水樣不受到污染情況下，考慮氫氧化鈉、過硫酸鉀試劑溶液的純度是否存在偏差。為降低實驗空白值，還可以對實驗所用到的器皿、高壓蒸汽滅菌等污染情況進行檢驗。為了降低實驗空白值，使用試劑規(guī)格要需選擇優(yōu)級純度，如果氫氧化鈉或者過硫酸鉀試劑溶液均因為長期存放而產(chǎn)生雜質(zhì)，則要考慮先提純再進行后續(xù)實驗操作。提純的方法為：在50℃以下對試劑進行加熱溶解，使用經(jīng)預熱的過濾網(wǎng)進行過濾，之后將過濾液冷卻到4℃之后重新結(jié)晶，舍棄掉溶液部分。反復多次重復上述操作進行提純，確保過硫酸鉀和氫氧化鈉溶液符合要求，并對過硫酸鉀結(jié)晶體以50℃烘干機設(shè)備進行烘干裝瓶備用。

3.2.4堿性過硫酸鉀溶液問題

根據(jù)國際標準方法要求，堿性過硫酸鉀溶液應當放置到聚乙烯瓶內(nèi)存儲，以確保在1周之內(nèi)其化學性質(zhì)穩(wěn)定。但是，實驗證明，堿性過硫酸鉀溶液在存放4℃環(huán)境中，會較快結(jié)晶，在3周之后，經(jīng)過50℃隔水水浴并充分攪拌才能溶解，此時可以保證實驗空白值與標準曲線符合研究要求。所以，在存放堿性過硫酸鉀溶液時，可以將其放置到溫度為4℃的恒溫環(huán)境中冷藏，以最大限度地保證其化學性質(zhì)穩(wěn)定，防止氧化性被破壞。

3.2.5消解不完全

如果消解時間不足，則會影響到檢驗結(jié)果。通常情況下，有機物和硝酸鹽氮在波長為220nm的位置處可以被吸收，如果當波長調(diào)整為275nm時，則只有有機物能被吸收。利用等效系數(shù)差減法，可以消除有機物的干擾。隨著過硫酸鉀在消解的過程中出現(xiàn)持續(xù)性分解情況，物質(zhì)本身的吸光值會降低。研究證明，當溫度在122℃條件下，持續(xù)加熱30min，無法將堿性過硫酸鉀完全分解，所以，可以將溫度調(diào)整到124℃，并將時間延長至45min～60min。

參考文獻

[1] 吳月英，徐貴泉，陳明.上海市入海河流總氮與氨氮相關(guān)關(guān)系探究[J].四川環(huán)境，2020，39（1）：68-73.

[2] 譚堯.水環(huán)境檢測中總氮和氨氮關(guān)系探究[J].清洗世界，2019，35（4）：29-30.

[3] 孔令偉.污水中氨氮含量高于總氮含量的原因分析及排查[J].化工設(shè)計通訊，2019，45（3）：214-215.

[4] 黨鳳花，何耀武.巢湖水中氨氮與總氮關(guān)系的研究[J].當代化工研究，2018（6）：91-92.