基于氨氮监测的地表水环境监测关键技术研究

摘要：简述氨氮监测常用技术，如分析光度法、电极法、气相分子吸收法各自不足，提出地表水环境氨氮在线监测关键技术，从水样采集技术、定量取样技术、蒸馏关键技术、电位滴定技术等方面出发，针对常见影响因素，优化氨氮监测技术，有效提高地表水环境监测精度，为相关工作者提供参考。

关键词：地表水；环境监测；氨氮监测技术

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）10-0-03

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Research on Key Technologies for Surface Water Environment Monitoring Based on Ammonia Nitrogen Monitoring

DONG Yan

（Chengwu County Branch of Heze Ecological Environment Bureau， Heze 274200， China）

Abstract： This paper briefly describe the common techniques for ammonia nitrogen monitoring， such as analytical photometry， electrode method， and gas-phase molecular absorption method， each with its own shortcomings， propose key technologies for online monitoring of ammonia nitrogen in surface water environment， starting from water sample collection technology， quantitative sampling technology， distillation key technology， potentiometric titration technology， etc.， optimize ammonia nitrogen monitoring technology based on common influencing factors， effectively improve the accuracy of surface water environment monitoring， and provide reference for relevant workers.

Keywords： surface water; environmental monitoring; ammonia nitrogen monitoring technology

氮作为各种生物体生命活动不可缺少的重要元素，具有多种形态，在一定环境条件下可互相转化，实现氮循环。氨氮是指水中以氨离子、游离氨形式存在的氮，普遍出现于工业废水、生活污水、地下水、地表水，来源有农田排水、有机物降解产物等。有氧环境下，氨能够被微生物氧化为亚硝酸盐，进而转化为硝酸盐；无氧环境下亚硝酸盐能够被微生物还原为氨。氨氮对水生生物和人体具有毒害作用，也是高耗氧物质，过高浓度氨氮将造成水质恶化。因此，在地表水环境监测中，应加强氨氮监测。

1 氨氮监测常用技术

水体中的氨氮能够为微生物提供营养，一旦超标，就会导致水体富营养化，影响水质平衡。常用的氨氮监测技术如下。

1.1 分光光度法

分光光度法是指根据不同物质吸收波长差异监测水体氨氮。以水杨酸分光光度法为例，碱性介质内，采取亚硝酸铁氰化钠为催化剂，促使次氯酸、水杨酸、氨发生反应，生成蓝色化合物，可根据蓝色光波色度，确定水体氨氮含量，对试剂稳定性要求高[1]。

1.2 电极法

电极法是指利用pH电极监测氨氮含量。地表水取样后添加碱溶液，pH值调整至11以上，氨氮将以游离氨形式存在，使其穿越半透明膜，能够带动氨离子移动，呈现剥离氨离子状态ghot5JLvS1/p7miTH9PpZg==，对pH电极数据造成影响。该方法适用于测定水体的氨氮含量，但测量精度不足，测量范围有限。

1.3 气相分子吸收法

气相分子吸收法是指借助氧化方式将水体游离氨、氨离子转化为亚硝酸盐，分析水环境情况[2]。该技术应用中，需预处理水体样品，利用无水乙醇、酸性介质煮沸样品，消除原有亚硝酸盐，避免对检测结果造成影响，操作较为复杂。

根据上述分析，光度法、电极法、气相分子吸收法各有不足，加之地表水环境不断变化，需要动态实时监测，可采取氨氮在线监测法，确定水体的氨氮含量。

2 基于氨氮监测的地表水环境监测关键技术

2.1 氨氮在线监测

在地表水污染位置安装氨氮在线检测仪，根据pH值在11以上环境铵离子可转化为氨，促使氨利用氨敏电极疏水膜转移，使得电极电动势产生变化，测量氨氮浓度[3]。在氨氮在线监测中，应设置采集水样单元、取样单元、滴定单元与整流单元等，利用计算机采集各单元装置信号，实现自动控制，系统结构如图1所示。

图1 氨氮在线监测技术

2.2 水样采集技术

在水样采集中，利用水样采集管存放待测水样。人工监测中，水样采集量为250 mL，考虑在线监测部分水样需要清洗溢流罐，部分水样流入蒸馏罐，部分水样为残液，仅250 mL水样难以达到氨氮监测目的。因此，在水样采集中，选用600 mL采集罐，

316不锈钢材质，具有防震、防垢、防腐的作用。自动采集水样时，可使用水泵，泵前设置过滤网将固体杂质过滤，进而将池塘、湖泊、河道等地表水水样输送至在线监测装置。氨氮在线监测装置安装于岸边，与水面存在3 m落差，要求水泵吸程达到4 m，能够将待测水样吸入泵体，实现连续输送[4]。

2.3 定量取样技术

氨氮在线监测采取蒸馏-中和滴定法，水样取样体积精确度对计算氨氮含量具有直接影响。由往量取水样使用量筒、量杯、滴定管以及移液管等，由人工操作，计量准确度因人而异。因此，该环节可使用蠕动泵，精度达到±0.5%，用于流体自动计量，能够实现无人值守操作，增强取样稳定性、安全性与可靠性。具体取样时，水样从进液管流入计量器，多余液体从溢流管流出，密闭状态完成量取过程，干净卫生、安全性高。以此开展7次连续取样，第7天再次连续取样7次，结果如表1所示。可见，第1天，

7次取样平均值250.0 mL，标准差为0.293 6 mL，最大偏差率为0.16%；第7天，取样平均值为250.4 mL，标准差为0.267 3 mL，最大偏差率为0.20%，取样精度较高。

2.4 蒸馏关键技术

传统蒸馏装置存在冷凝效率低、耗能高的问题，可采取小液量电加热整流装置，简化结构，便于操作。蒸馏罐需添加250 mL的水样，为调节pH值，需添加一定缓冲液，且预留350 mL的蒸发空间，可选用600 mL蒸馏罐，加热时间为900 s，热效率为85%。冷凝器需将200 mL水蒸发后，在15 min内冷凝至40 ℃，收集馏出液。

2.5 电位滴定技术

根据《水质 氨氮的测定 蒸馏-中和滴定法》（HJ 537—2009）标准，按照操作流程可知，滴定根据混合指示剂变色情况进行判定，操作简单，无须半微量或常量分析。但是，实际检测中，指示剂对于较小解离常数酸碱滴定指示剂不敏感，加之人眼辨色存在差异，增加了检测误差。同时，在氨氮在线监测中，考虑指示剂法颜色深浅容易受指示剂用量、氨氮浓度影响，存在缺陷与不足，无法自动判定。蒸馏释氨用硼酸溶液吸收，可得到如下化学反应式。

由上述反应可知，吸收液将氨吸收可转化成NH4+，定量生成H3BO3-，后续滴定中，不断添加HCL，中和H3BO3-，滴定终点可转化H3BO3-为硼酸，pH值此时约为5.2，指示剂变为淡紫色，结合消耗的盐酸标准溶液，计算氨氮浓度。滴定过程中，伴随[H+]变化，溶液电势随之变化，遵守电化学能斯特方程，可利用电化学原理，根据溶液温度值与电位变化，反映溶液中的[H+]情况，即调节滴加盐酸数量，控制溶液电位，判断滴定终点。因此，氨氮在线监测中，可采取电位滴定技术，利用注射泵、蠕动泵可控滴加滴定试剂，配合微型计算机自动计量。具体操作过程中，利用计算机仿真系统，验证不同控制器滴定效果，确定滴定参数：滴定速度上限，以往手工滴定为避免过量，控制滴定速度在1 mL/s，在线监测同样如此；滴定速度下限由控制周期与最小注射泵步长决定，配置注射器25 mL时最少单次加液量为0.004 mL，要求控制周期不能过短，否则注射泵动作频繁，过长则容易滴定过量，选择1 s为控制周期。滴定速度则是

0.004 mL/s。按照上述滴定参数，设计5 mg氨氮含量，即水样氨氮20 mg/L浓度滴定仿真（小圈为滴定终点），如图2所示。

按照0.05 mm/s线速度，阀换位时间不超过100 ms，确定注射泵滴定精度，在注射泵较小滴定量中，绝对误差低于手工滴定的0.02 mL，满足氨氮监测要求。

3 基于氨氮监测的地表水环境监测质量优化建议

在氨氮在线监测中，容易受温度、泡沫、浊度等影响，如气泡聚集会造成蒸馏失败，降低氨氮监测精度，需对其合理控制。在地表水质监测中，采样控制作为基础环节，采样质量对最终检定结果具有直接影响，要求严格按照规范，根据水深深度、断面宽度，判断采样数量及位置等，选择代表性水质样本，下放自动采样装置，真实地反映该地区水质情况。同时，水样采样中，每个采样点均需获取2份样品，用作实验平行样，对水样根据采集顺序在计算机上统一编号，标注采样日期、时间及地点等，做好各项记录工作，便于后续数据查询。而采样所用仪器、装置等，定期安排专业机构校准，质量合格才能用于采集水样[5]。

4 结论

水质氨氮作为防治地表水污染监测指标之一，氨氮超标会导致藻类增殖、鱼虾死亡。为实现水域氨氮准确、远程快速监测，分析氨氮在线监测关键技术，得出以下结论：光度法、电极法、气相分子吸收法是氨氮监测常用方法，却存在操作复杂、试剂稳定性要求高等缺陷，需要动态实时监测；可立足“蒸馏-中和滴定法”，结合在线监测系统，利用水样采集、定量取样、蒸馏冷却、电位滴定方式监测氨氮；氨氮监测中，不能忽视浊度、泡沫、温度等影响，可通过提高采样科学性和从业人员素质的方法，提高氨氮监测质量，满足水环境监测要求。

参考文献

1 桂丽娟，王伟伟，李 舒，等.基于在线监测技术的雨污混接精准定位方法研究[J].新型工业化，2022（9）：224-228.

2 殷思达.基于氨氮监测的地表水环境监测技术研究[J].皮革制作与环保科技，2022（3）：82-84.

3 雷雪琴，欧阳开霞.现代分析技术在水质氨氮监测中的应用初探[J].山东工业技术，2016

（20）：39.

4 刘达峰.地表水水样采集技术分析[J].山西化工，2023（6）：240-242.

5 李业芳.环境监测中地表水监测对策分析[J].皮革制作与环保科技，2022（17）：45-47.