定氮儀快速測量廢水中氮含量的方法和步驟

氨氮(NH3N)以游離氨(NH3)或銨鹽(NH4+)形式存在于水中,兩者的組成取決于水中的溫度和pH值。測定工業廢水中的NH3N,實驗室一般是用全量蒸餾裝置或半微量蒸餾裝置將廢水中的氨分離、吸收、定容,然后再進行滴定或比色,第1種方法準確性及重現性雖然好,但操作費時;第2種方法具有快速方 便的特點,但對含NH3N高的廢水,測定精密度稍差,2種方法均比較麻煩和費時。NC2型快速定氮儀是筆者研制的一種集加熱、抽氣、吸收、滴定于一體的定氮裝置,它不用水冷凝,能連續進行樣品測定而不需要更換器皿,整個測定過程約20 min,測定精密度高。應用這套快速定氮儀測定含NH3N較高的工業廢水,尤其是合成氨等肥料工業廢水,具有快速、準確、節省試劑等優點,其最低檢測限為 0.1mg/L,完全可以滿足工業廢水中NH3N的監測精度的要求。現將其分析方法介紹如下。

1　方法原理

樣品在濃堿的作用下蒸餾,放出氨氮,用過量的硼酸吸收,借助混合指示劑,用鹽酸標準溶液滴定。主要反應式:
蒸餾:　(NH4)2SO4+2NaOH 2NH3↑+2H2O+Na2SO4
吸收:　4H3BO3+NH3NH4HB4O7+5H2O
滴定:　NH4HB4O7+HCl+5H2O NH4Cl+4H3BO3

2　儀器與試劑

NC2型快速定氮裝置(見圖1)由反應部分、吸收滴定部分組成。鹽酸標準溶液:0.025 mol/L;混合指示劑:稱取溴甲酚綠0.5 g和甲基紅0.1 g溶于100 ml乙醇中,用氫氧化鈉溶液(約0.1 mol/L)和鹽酸溶液(約0.1 mol/L)調至紫紅色(pH約為4.5);中性硼酸溶液:質量濃度為20 g/L,加入混合指示劑,用上述氫氧化鈉和鹽酸溶液調至紫紅色。

3　分析步驟

(1)吸取樣品100 ml于250 ml燒杯中,滴加1+1硫酸至酸性(用定氮指示劑檢查,呈紫紅色)且過量1 ml,于電爐上加熱蒸發至約10 ml,取下冷卻,留作待測溶液(如果廢水NH3N含量大于2.0 mg/L,則直接取樣10 ml作為待測液)。

(2) 水蒸氣發生瓶2裝入2/3容積的酸性水(加入混合指示劑數滴,用硫酸調至紅色)用電爐加熱煮沸,然后在電爐上蓋上耐火板,保持水溫90℃左右。打開夾子 5,關閉活塞3,在抽氣情況下,往滴管11加入鹽酸標準溶液,對準零位。往吸收瓶10中加入約50 ml中性硼酸吸收液。將待測液(視含NH3N而定,可直接取廢水樣)由小玻杯7流入反應室6,用少量水沖洗玻杯。裝上棒狀玻塞,將10 ml質量濃度為400 g/L的氫氧化鈉倒入小玻杯,拉動玻塞讓氫氧化鈉溶液慢慢流入反應室內,快流完時迅速裝上玻塞,在玻杯中放入水,經常檢查是否漏氣(放入氫氧化鈉溶液后, 反應液中應有過量堿,否則需補加)。吸收瓶內硼酸吸收液吸收氨后,指示劑變藍綠色,且溫度升高,必須不斷隨時用鹽酸標準溶液滴定,維持溶液呈中性(指示劑 維持原來的紫紅色),直至吸收液維持紫紅色不變為終點,記下鹽酸標準溶液消耗的體積。打開活塞3,關閉夾子5,打開夾子9,拉開小玻杯上的玻塞,抽出反應 室中廢液,并分3～4次用水沖洗反應室,抽掉沖洗水。關上夾子9,打開夾子5,開通活塞14,用廢液抽出管將吸收滴定瓶中廢液抽出排掉。同時做空白試驗。

4　分析結果

m(NH3N)=(A-B)×N×14×1 000V　mg/L式中　14——氮的摩爾質量,g/mol;

N——鹽酸標準溶液濃度,mol/L;

A——消耗的鹽酸標準溶液量,ml;

B——空白消耗的鹽酸標準溶液量,ml;

V——水樣體積,ml。

5　結果和討論

5·1　加熱溫度的選擇

本裝置是在抽氣的情況下利用蒸汽加熱反應室,在堿性條件下使氨揮發。實驗表明,蒸汽發生器溫度90℃即可。沸騰太劇烈,吸氨時溫度過高,氨揮發太快,來不 及滴定,使結果偏低;蒸汽溫度過低,反應速度過慢,也會影響測定速度,降低工作效率。

5·2　抽氣速度的控制

由于本裝置省去了水冷卻裝置,需控制適當的抽氣速度,而且不斷地滴定吸收液中的氨,維持吸收液中性,這樣才能達到最佳的吸收效果。抽氣太小會影響吸收與滴定,以吸收器中氣泡連續產生為宜。

5·3　滴定溶液的預加入

為了提高吸收氨的效果,可根據樣品含氨量,預先加入一定體積的鹽酸標準溶液。在做平行實驗時,也可以根據第1次消耗的鹽酸標液體積,預先加入90%左右所消耗的鹽酸標準溶液,以利吸收。

5·4　廢水樣品的測定結果比照

(1)　采集某合成氨廠廢水樣品,取水樣10 ml,直接加入反應室,按上述步驟平行測定6次,用國家標準方法(滴定法)平行測定2次,結果見表1。用本法加標20.00 mg/L氨氮,實測值59.58mg/L,回收率95.3%。

(2)　采集某食品廠廢水,取水樣100 ml,按上述步驟濃縮至約10 ml,平行測定6次,用納氏試劑比色法平行測定2次,結果見表2。用本法加標2.00 mg/L氨氮,實測值3.24 mg/L,回收率104%。

以上結果看出,用本法測定不同氨氮含量的廢水所得結果均在國家標準允許的誤差范圍內。因本方法是連續進行,有氨放出時即刻用鹽酸標準溶液滴定,不用做標準 曲線,不用分光光度計,大大提高了分析速度,特別在工業生產肥料分析中值得推廣。