气相分子吸收光谱法在沼气发酵过程中氨氮测定上的应用

(1.天津大学环境科学与工程学院，天津 300072；2. 上海安杰环保科技股份有限公司，上海 201906；3. 北京市理化分析测试中心，北京100089)

1 引言

厌氧微生物对禽畜粪便的有机物进行分解，同时产生沼气、沼渣、沼液，获得的沼渣、沼液有机肥料可用于解决土地长期施用化肥带来的污染危害，保护了自然环境[1]。沼液是沼气生产后的残余物，目前处理方式主要还是以自然还田为主[2]，经过厌氧发酵处理产生的沼液含有较高的化学需氧量(chemical oxygen demand, COD)，N和P几乎全部保留，可生化性差，如得不到妥善处理，随意排放会引起湖泊河流富营养化、土壤和地下水污染等环境问题，造成巨大危害[3，4]。

沼液中氨氮的测定基本采用分光光度法[5]，该方法检测时水样因为受颜色、浑浊度、离子等干扰不能直接测定，必须前处理脱色、絮凝沉淀、过滤、蒸馏或萃取，前处理复杂且耗时、耗力，实验结果容易受操作人员专业熟练度等人为因素影响，抗干扰能力弱，不能测量复杂物质。气相分子吸收光谱法与分光光度法相比具有测定速度快、手续简单，抗干扰性强等优势，本实验拟采用气相分子吸收光谱法测定沼气发酵前固体废弃物和发酵后沼液的氨氮含量，探究沼气发酵过程中氨氮的变化情况，为沼液的环境安全处理提供初步依据。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

气相分子吸收光谱仪：型号为AJ-3700(上海安杰环保科技股份有限公司)。

氨氮标准溶液：国家标准样品编号GSB 04-2832-2011，1000mg/L，184023-2有效期至：2019年10月10日；氢氧化钠、次溴酸钠、氯化钾、盐酸、无水乙醇、溴酸钾及溴化钾：分析纯；实验用水：无氨水。

禽畜粪便：河北聚碳生物科技有限公司。

2.2 方法依据及原理

方法依据：HJ/T195—2005 水质 氨氮的测定 气相分子吸收光谱法[6]。

方法原理：气相分子吸收光谱法中氨氮项目的测定采用次溴酸盐氧化法，将待测物质中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮，利用亚硝酸盐氮在乙醇催化作用下，快速分解生成NO2气体，使用气相分子光谱仪于NO2特征吸收峰214.6nm处进行检测。

2.3 实验步骤

固体废弃物前处理：称取固液混合物试样40g，放入500mL聚乙烯瓶中加入200L氯化钾溶液在20℃士2℃的温度条件下在恒温水浴震荡器中恒温震荡提取l h。然后静置溶液30min，待其自然分层，取上层清液。

沼液前处理：量取混匀后的沼液10g，离心取清夜。

标准曲线绘制：配制浓度为0.0000mg/L、0.2000mg/L、0.5000mg/L、1.0000mg/L、2.0000mg/L氨氮标准系列溶液，放置于自动进样器相应的位置上，设置软件后测定。

样品测定(气相分子吸收光谱法)：两类样品手动稀释50倍，上样，设置软件后测定，7次平行实验。

样品测定(分光光度法)：参照《HJ 535—2009 水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》[7].

3 结果与分析

3.1 仪器试验条件选择

温度选择：仪器在试验过程中对试剂及环境都有一定的温度要求，低温条件下氧化剂不能完全氧化氨氮，重复试验结果表明20℃～30℃为最佳试验温度，所以在气温较低的条件下需要充分预热。

稀释倍数选择：结合纳氏试剂分光光度法选择水样稀释倍数。取少量水样，滴入3滴左右纳氏试剂，观察水样显色程度，与纳氏试剂分光光度法标准曲线进行颜色比较，根据经验确定稀释倍数。这样既减轻了水样在仪器中的测定次数，又加快了整个试验过程，节省了试验时间与试剂[8]。

3.2 线性范围

如图1所示，所拟合的函数为y= 0.0862x-0.0001，其中r= 0.99994，线性系数完全满足一般实验室对于分析的要求。

图1 氨氮标准曲线

3.3 样品的测定及计算公式

气相分子吸收光谱法测定固体废弃物的氨氮含量=[软件计算浓度]×稀释倍数；

气相分子吸收光谱法测定沼液的氨氮含量=[软件计算浓度]×稀释倍数

分光光度法测定参照《HJ 535-2009 水质 氨氮的测定 纳氏试剂分光光度法》。

结果见表1。

表1 样品测定结果

3.4 分析结果

以上检测结果表明，利用气相分子吸收光谱法与传统的分光光度法测定沼气发酵过程中氨氮含量结果相近，且从发酵前后的变化情况来看，虽然厌氧发酵之后氨氮含量有所降低，降低比例可达到28.90%，但仍有71.10%的氨氮还是被保留在沼液中。

4 结语

通过结果可以看出，在沼液的利用时应注意污染物的检测，并进行更有针对性的处理，才能更有效地对沼液进行资源化无害化利用。同时，气相分子吸收光谱法能够大大提高沼液中氨氮测定的速度，提高工作效率，该方法在沼气工程检测领域具有巨大的推广价值。