地表水中氨氮的变化及检测中的质量控制

地表水中氨氮的变化及检测中的质量控制王国胜(大同市自来水有限责任公司,山西大同037006)摘要:介绍了地表水中氨氮的变化规律和检测时为使测定结果准确、可靠而应注意的质控措施。关键词:氨氮;质量控制为控制水污染,保护有限的水资源,保障人体健康,维护生态平衡,国家环境保护总局于1999年7月20日发布GHZB1—1999《地表水环境质量标准》,这次颁发的新标准是对过去沿用的GB3838—88《地面水环境质量标准》的修订。该标准将水质标准项目划分为基本项目和特定项目,标准项目共计75项,其中基本项目为31项。与原标准相比,本标准增加了氨氮这个基本项目指标,笔者认为这同我国当前地表水存在的问题、工业废水和生活污水不达标排放、水体有机污染严重有着直接和间接的联系。地表水氨氮的变化是反映水体状况的一个重要特征[1]。1地表水中氨氮的变化天然水体中有机物种类繁多,但从总体上看不外乎是由氢、碳、氮、磷、氧等元素组成的化合物[2]。其中以氮素化合物最不稳定,当它进入水体时,由于外部环境和微生物的分解作用,其不断地发生着生物化学变化,并逐渐演变成较简单的无机化合物,[3]因此,常用氨氮和各种形态的氮化合物产生及变化来作为水体污染的依据指标[2]。地表水中的氨氮(NH3—N)以游离氨(NH3)或铵盐(NH+4)形式存在于水中,其来源主要为生活污水和某些工业废水中含氮有机物受微生物作用的分解产物,某些工业废水如焦化废水和合成氨厂废水以及农田排水也含有大量的氨氮物质。水和废水中几种形式的氮——硝酸盐、亚硝酸盐、氨和有机氮,都可以通过生物化学反应相互转化,均为氮循环的组成部分,某些需氧菌转化氨为亚硝酸盐后继续转化为硝酸盐,在厌氧条件下,水中亚硝酸盐又可以还原产生氨[5]。因此用氨氮对水质进行卫生学评价时,必须结合水样的微生物学检验以及水的自净作用过程中其它含氮化合物的检测结果。在未进行水的细菌学检查以前,我们可以靠化学分析来确定水体的卫生状况和环境污染情况,如水中氨氮超过0.06mg/L,则可以认为该水体新近受到了污染[4]。氨氮低微含量对人体尚无危害性,它的存在仅表示水中有机物正在分解。如含量高,则表明水在不久前受过严重污染;若同时水中还存在亚硝酸盐(氮),表示水体污染已久;若亚硝酸盐含量很高,表明微生物活动很强,污染仍在继续进行;若硝酸盐(氮)与氮素化合物共存时,表示水源正在进行“自然净化”,有机物分解尚未完成;若水中的氮化合物大部分以硝酸盐的形式存在,则可认为该水体污染已久,含氮有机物已分解,氧化完全,危险期已过,从卫生学角度看影响不大。通过上述分析我们可以做出这样的判断,如果水样中含较多的是硝酸盐氮,其它的各种氮素化合物也存在,就表示水的自净正在进行,有机物的分解作用还未完成,如果利用此种水源作饮用水,应进行彻底的处理与消毒,否则不能作为饮用水。水体中含氮有机物的无机化自净过程见表12氨氮的检测2.1氨氮的检测方法从氨氮的检测方法看,目前国内采用得比较多表1水体中含氮有机物的无机化自净过程成分组合成分名称蛋白性氮氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮1++++--2++++-3--++++4---++++注:“+”为污染物的成分。“1”代表水体刚刚受到污染物的污染并开始分解;“2”代表水体中污染物氧化分解的自净作用正在进行,但污染物不再侵入水体;“3”代表水体中污染物氧化分解的自净作用接近完成;“4”代表水体中污染物氧化分解的自净作用已完成。的有纳氏比色法、苯酚—次氯酸盐比色法、水扬酸—次氯酸盐比色法、电极法等,当氨氮含量较高时,还可采用蒸馏—酸滴定法。从检测手段的演变过程来看,先是目视比色法,其后使用光电比色计、分光光度计。随着环境监测技术的不断发展,离子色谱法已成功地分析了各种水样中的氨,用这种技术,样品不须经预处理[3]。纳氏比色法是测定氨氮的经典方法,目前仍被采用为标准方法。纳氏比色法,也称纳氏试剂分光光度法,其原理为水中的游离氨或铵盐与纳氏试剂(HgI2+2KIK2HgI4)在碱性条件下反应。增加氨或碘汞酸根离子([HgI4]2-),保持溶液碱度不变,反应朝生成NH2Hg2I3的方向移动;而增加碱度,其他试剂保持不变,则反应产物是NH2Hg2IO。随着氨氮浓度的增大,形成淡黄、深黄到红棕色的氨基汞络合的碘衍生物(称为碘化汞铵合氧化汞),其色度的深浅与水中氨氮含量成正比。2.2氨氮检测中注意的几个问题2.2.1样品的采集与保存氨氮很不稳定,为保证分析结果的质量,必须采用可靠的措施以稳定样品。很多研究证明,样品保存有困难,加酸、过滤除菌、冷藏等措施都不能满意地保存各种类型的供测量氨氮的水样。最好的方法是在采样后立即加入显色试剂,在24h内测定吸光度,此法对饮用水和水源水较容易做到。否则每升水样须加入0.8mL浓硫酸,并在4℃保存、24h内测定[1]。2.2.2测定中的干扰及其消除在测定地表水中的氨氮过程中,要注意脂肪胺、芳香胺、醛类、丙酮、醇类和有机氯胺类等有机化合物以及铁、锰、钙、镁和硫等无机离子,因产生异色或浑浊而引起干扰,水中颜色亦影响比色。为此,须经絮凝沉淀过滤或蒸馏预处理。水中易挥发的还原性干扰物质,还可以在酸性条件下加热除去。另一点须注意的是,配制测定氨氮的各种试剂和稀释液需要无氨蒸馏水,若水中游离氨含量大于3mg/L时,需用无氨蒸馏水稀释测定。因此,制备无氨蒸馏水就显得至关重要,最好是当天使用当天制备,因为它直接影响测定结果。2.2.3酸碱度对氨氮测定的影响酸碱度对纳氏试剂显色极有关系。酸性水显色不足,使结果偏低;碱性过强,则易发生浑浊现象,无法得到真实结果。最适当的浓度为水样加纳氏试剂后,其中氢氧化钠的摩尔浓度在0.15mol/L~0.6mol/L之间。配制碱液时,因产生溶解热使溶液温度升高,两液混合时,会产生汞离子沉淀,因此,碱液应充分冷却。2.2.4纳氏试剂的配制纳氏试剂有剧毒,应谨慎使用。在配制过程中勿使碘化钾(KI)过剩,过量的碘离子也将影响有色络合物的生成,使结果偏低。因此,配制时要严格控制碘化汞(HgI2)和碘化钾(KI)的用量比,它们的理论比为1.37∶1.00,故应尽可能接近此理论比,[6]并使纳氏试剂的灵敏度提高。贮存已久的纳氏试剂,使用前应用已知量的氨氮标准液显色,并核对应有的吸光度,加入试剂后2h内不得出现浑浊,否则应重新配制。在配制氨氮的临时标准(用氯化铵标准液和无氨蒸馏水配制,再加纳氏试剂显色)时,必须每天新鲜配制,不能放置过夜。采用上述方法和质控措施后,水样分析结果一定是准确、可靠的。参考文献1《水质分析大全》编写组编.水质分析大全.重庆:科学技术文献出版社,1989.136~139.2APHA,AWWA,WPCE,等译.水和废水标准检验法.第15版.北京:中国建筑工业出版社,1985.325.3TanakaK,IshiharaY,NakajimaK.Biochemistryandbiosynthesis.BunsekiKagakuJ,1983,32(10):626.4SarkarPB,GhoshNN.Biochemistrytotalnitrogen′sdetermination.AnalChimActa,1956,14:209.5《水和废水监测分析方法》编委会编.水和废水监测分析方法.第3版.北京:中国环境科学出版社,1989.252.6《水和废水监测分析方法指南》编委会编.水和废水监测分析方法指南(上册).北京:中国环境科学出版社,1990.