一种新的快速测定城镇污水处理厂污泥总氮的方法

谌靓靓 李凡露 李海辉 谢绍荣 李海燕

(江西省核工业地质局测试研究中心，江西 南昌 330002)

近年来，随着我国城镇化水平的不断提升，市政服务设施的不断完善，城镇污水处理厂污泥产量逐年增加，有文献预计2020年污泥年产量将突破6000万吨[1]。污泥是指污水处理后的附属品，含有大量的水分、丰富的有机物以及氮、磷、钾等营养元素[2]，同时污泥中还有许多植物所必须的微量元素，可以缓慢释放，具有长效性，其资源化利用是污泥处置未来发展的主要趋势。经过堆肥稳定化的污泥，含有大量的腐殖质，植物生长发育的必要元素，能够有效改善土壤结构，使土壤疏松透气[3]。氮作为污泥堆肥的一个重要参考指标，准确测定其含量具有重要意义。目前，研究测定污泥总氮方法主要为碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[4-6]，但此法检出限较高、测量干扰多、实验操作复杂、消解可能不完全，且称样量小(不具代表性)，基于这些因素，建立一种灵敏、准确、高效的检测方法显得尤为重要。

全自动凯氏定氮仪是近年来用于测定氨氮、 蛋白质的一种新的自动分析测试设备[7]，其依据凯氏定氮原理设计，将蒸馏、富集、滴定、结果显示等步骤一机完成，采用智能化程序控制，高精度颜色传感器判断终点，自动快速完成氮含量的测定，被广泛应用于测定土壤全氮[8]、阳离子交换量[9]、肥料中总氮[7]等样品，具有灵敏度高、分析速度快、操作简单等优点。本文采用全自动凯氏定氮仪测氮原理，建立了一种新的测定污泥总氮的方法，增加称样量，提高了测量结果的准确度；简化操作步骤，减少了人员操作误差；实验证明该方法检出限、精密度和准确度均能较好满足城镇污水处理厂污泥总氮的测定。

2 实验

2.1 实验仪器与试剂

K1160全自动凯氏定氮仪(山东海能)；SH220F石墨消解仪(山东海能)；AL204电子天平(梅特勒-托利多)；浓硫酸(分析纯，西陇科学股份有限公司)；定氮催化片(一片4g，3.6gK2SO4+0.4gCuSO4·5H2O)；氢氧化钠溶液(400g/L)；硼酸指示剂溶液(20g/L)；混合指示剂溶液(甲基红：溴甲酚绿溶液=1：5)；盐酸标准滴定溶液(优级纯，0.05 mol/L)；硫酸铵(优级纯，西陇科学股份有限公司)；实验用水(无氨水)。

2.2 采样及制样

采用系统采样法采集代表性3个污水处理厂污泥样品，每个重量不小于1kg，采集后的样品自然风干后，经研磨缩分过100目筛，用聚乙烯塑料瓶封装待测。

2.3 实验方法

称取过100目筛后的污泥样品1g(精确至0.0001g)左右于仪器配套的消化管中，加入1片定氮催化片，加入10ml左右浓硫酸，摇匀后放入石墨消解仪消解。选用程序升温，先升温至220℃保持20min[8]，后升温至380℃，待样品溶液消解完全，颜色变为蓝绿色或灰白色，取下冷却后，小心加入20ml左右无氨水，混匀，待测。不称取样品，随同样品处理步骤，做三个空白实验。将消化管放入全自动凯氏定氮仪中进行蒸馏测定，工作参数见表2-1。全自动凯氏定氮仪将自动滴定收集在硼酸吸收液中蒸馏释放出的氨气，记录消耗标准滴定酸的体积，并自动计算样品中氮的含量。

表2-1 全自动凯氏定氮仪工作参数

3 结果与分析

3.1 方法检出限

按照样品分析的全部步骤，平行测定7个空白样品。根据 HJ 168-2010[10]的有关规定，空白试验中有目标物质检出时，方法检出限(MDL)计算按公式MDL=3.143×S来处理，S为7个空白样品测量值的标准偏差。本次方法测定的方法检出限见表3-1，结果为19mg/kg，低于传统方法CJ/T 211-2005[4]中检出限结果，适用于污泥总氮的测定。

表3-1 方法检出限

3.2 方法精密度

为考察方法精密度，按照 HJ 168-2010[10]的有关规定，选取高、中、低3个不同总氮含量水平的污泥样品，按全程序每个样品平行测定6次，分别计算不同含量样品的平均值、标准偏差、相对标准偏差(RSD)等各项参数，以RSD来表示方法精密度，分析结果见表3-2。从表3-2可知，RSD为1.90% ～ 2.60%，表明本方法精密度较好。

表3-2 方法精密度

3.3 方法准确度

选取污泥样品1进行加标试验验证方法准确度，以加标回收率来表示方法准确度。在样1 中分别加入一定量的总氮标准溶液，按全程序每个加标样品平行测定6次，分别计算其加标回收率，结果见表3-3。由表3-3可知，加标回收率在91.8% ～ 97.7%范围内，方法准确度较好。

表3-3 方法准确度

3.4 结语

本文建立了一种新的快速测定城镇污水处理厂污泥总氮的方法，采集了高、中、低含氮量不同水平的三个污泥样品进行试验，结果表明，该方法的检出限为19mg/kg，精密度为1.90%-2.60%，加标回收率在91.8%-97.7%范围内，具有较好的精密度和准确度。我国是一个以农业为主的发展中大国，随着科学技术的进步，人们对资源循环利用和环保意识的提高，污泥农用、污泥堆肥工艺将会越来越受到关注，快速有效的知道污泥中总氮的含量，将会为污泥的利用提供较为可靠的依据。