水質總磷總氮在線自動監測技術研究

何炳堅　梁永祥　關綺文

摘 要：隨著水污染問題的不斷嚴重化，人們對水資源的保護意識逐漸提高。在水質中，總磷總氮是其重要的檢測內容，為了有效的提高水質監測質量，逐漸研究出水質總磷總氮在線自動監測技術。該項技術在設計運行的過程中，還有待提高。通過對其進行優化，文章通過研究基于紫外催化——過硫酸鉀化分光光度法的在線監測技術，并設計出紫外線加強氧化——消解反應器以及通道自動校準與自動進樣集成控制系統，從而可以在低溫度下以及常壓條件下快速監測水質總磷總氮含量，其具有較好的發展前景。

關鍵詞：水質；總磷；總氮；在線自動監測技術

中圖分類號：X853 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）23-0025-01

隨著水污染以及水環境的日益惡化，通過對其進行研究，以便對水質與廢水進行在線自動監測，尤其是針對水質中總磷總氮指標進行監測，從而有效的控制水污染。根據我國水環境質量標準以及污水排放標準進行分析，傳統的總磷總氮監測技術通常是采用手工采樣以及實驗室人工檢測的方法，不僅周期長且工作復雜，無法達到理想的監測效果。因此，在本文中主要研究水質總磷總氮在線自動監測技術，以便快速監測水質總磷總氮指標，提高監測質量與水平。

1 水質總磷總氮在線自動監測技術的實驗分析

1.1 水質總磷總氮在線自動監測技術實驗的儀器與試劑

在實驗儀器方面，需要使用的儀器設備包括：總磷總氮在線監測儀器、分析電子天平、電熱恒溫水浴鍋、不銹鋼手提式壓力蒸汽滅菌鍋、自動雙重純水蒸餾器等。在使用試劑方面主要包括：15 mg/ml過硫酸鉀溶液、15 mg/ml氫氧化鈉溶液、24 mg/ml抗壞血酸溶液、500 mg/l磷標準溶液與氮標準溶液、硫酸溶液、酒石酸銻鉀、鹽酸溶液等。另外，無氨水的提取主要是從1 000 ml蒸餾水中加入0.1 ml的硫酸，在全玻璃蒸餾器中除去前50 ml的流出液，并將流出液收集在玻璃瓶中密封保存。而鉬酸鹽溶液的制備主要是將12 g的鉬酸銨溶于700 ml水中，將0.48 g的酒石酸銻鉀溶于100 ml水中，攪拌均勻后倒入160 ml的濃硫酸，并混合均勻，這種溶液可以穩定2個月左右的時間[1]。

1.2 水質總磷總氮在線自動監測技術實驗方法

首先，總氮分析方法。其主要分為在線監測方法與國標方法，在線監測方法中，主要是在水中加入氫氧化鈉與過硫酸鉀溶液，通過85 ℃的紫外線照射，將其分解為硝酸根離子。將被消解的水樣本冷卻到一定的溫度后，選取一部分為試樣，加入氯化氫將其調節至pH2～3，之后在220 nm波長的位置測量吸光度參數，并計算出水中總氮的濃度值。這種方法可以在常壓以及低溫條件下使用。另外，國標方法主要是在60 ℃以上的水溶液中，將過硫酸鉀溶液分解成硫酸氫鉀與原子態氧，將硫酸氫鉀離解成氫離子，通過氫氧化鈉的堿性介質分解完成。其中的原子態氧可以在高溫下將水樣本中的氮化合物轉化為硝酸鹽，同時，將此過程中的有機物進行氧化分解。并且使用紫外線分光光度法在200 nm與275 nm波長位置測量吸光度的參數，其兩者之差就是校正吸光度值，該方法檢出限為0.05 mg/L[2]。

2 水質總磷總氮在線自動監測技術的測試方法

2.1 線性范圍

為了更加準確的檢測出地表水與廢水濃度以及變化情況，需要對在線監測技術的檢測線性范圍進行研制，可以將其分為低濃度檔與高濃度檔。總磷的監測線性范圍中低濃度檔為0～2.0 mg/L，高濃度檔為0～20.0 mg/L。總氮的監測線性范圍中低濃度檔為0～5.0 mg/L，高濃度檔為0～50.0 mg/L。±3%FS/d為零點漂移，±3%FS為量程漂移[3]。

2.2 靈敏度與校準曲線分析

總磷在線監測技術中，校準曲線以及線性回歸分析為上述兩檔，其低、高量程檔校準曲線中分別設置了5各不同的濃度水平標準溶液，在低量程檔中，其濃度參數，如圖1所示。高量程檔濃度參數，如圖2所示。

另外，在總氮在線監測方法中，其校準曲線與線性回歸分為0～5 mg/L、0～50.0 mg/L兩檔。其低、高量程檔校準曲線中分別設置了5檔各不同的濃度水平標準溶液，在低量程檔中，其濃度參數，如圖3所示。高量程檔濃度參數，如圖4所示。

各種不同的濃度水平標準樣品均通過6～7次的檢測，之后采用最小二乘法對其進行線性回歸分析，并且需要建立樣本的濃度——吸光度校準曲線。通過上圖分析，總磷與總氮的濃度曲線均具有明顯的線性關系，相關線性系數均超過0.99，符合在線自動監測技術的需求。另外，在低檔濃度中總磷與總氮的測量靈敏度高于高檔濃度。

2.3 準確度與精密度分析

為了有效的減少在線監測技術測量的誤差，需設計專門的精密度與準確度實驗對其進行驗證分析，總磷根據低、高檔次配置兩種不同的標準溶液進行檢測，其中a標準溶液為1.20 mg/L；b標準溶液為12.0 mg/L。總氮也分為c標準溶液3.0 mg/L；d標準溶液25.0 mg/L。通過反復檢測10次以上，分析其結果數據。其中，低濃度與高濃度檔范圍均具有較好的精密度與準確度，尤其是在低濃度檔中，具有更高的精密度與準確度。其中總磷監測的精密度與準確度比較理想，總氮監測的精密度與準確度相對較差[4]。

2.4 在線監測技術與國標方法比較分析

通過實驗研究表明，在線自動監測技術與國標方法比較，前者具有不可比擬的優勢。首先，在線自動監測技術主要在國標方法的基礎上對其進行優化與改進，有效的降低了溫度與壓力條件，其檢測時間較短。其次，在線自動監測技術的測量范圍更大。其主要采用的是可選擇的分檔方法，測量對象不僅包括低污染濃度的地表水，還包括高濃度的污水與廢水。另外，其整體系統符合工業自動化的需求。該項監測技術主要采用的是PLC研發自動控制系統，充分運用PLC的性能與優勢，在水質總磷總氮測量中實現了自動采樣、監測與數據自動收集的工序。

3 結 語

通過對傳統的水質總磷總氮監測技術進行優化與改進，可以有效的實現水質總磷總氮在線自動監測，其符合國家標準水平，具有縮短監測時間，在低溫以及常壓狀態下能夠進行檢測的優勢，在實際運行過程中，可以極大地提高水質總磷總氮監測水平與質量。

參考文獻：

[1] 齊文啟，陳光.總氮、總磷監測中存在的有關問題[J].中國環境監測，2009，（2）.

[2] 孫宗光.總氮、總磷自動監測儀的進展[J].現代科學儀器，2010，（5）.

[3] 程麗巍，許海，陳銘達，等.水體富營養化成因及其防治措施研究進展[J].環境保護科學，2012，（1）.

[4] 王伯光.水質總磷總氮在線自動監測技術的研究[J].環境科學與技術，2010，（3）.