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    銨離子對COD 測定的幹擾及幹擾的消除方法
    發布時間:2019/12/23點擊次數:

    摘要: 水樣中隻存在銨離子時對COD 的測定幾乎沒有影響,而當銨離子與氯離子同時存在時,除了氯離子帶來的幹擾外,銨離子也會對COD 的測定產生幹擾。針對此現象,研究建立了加堿氮吹法,此法可有效去除COD 測定中濃度小於1 000 mg /L銨離子的幹擾,並確定了最佳除銨離子條件為過量加堿、600 mL/min 的氮氣流量和3 h 的通氣時間。通過7次平行測定含銨離子幹擾物的水樣,該方法的相對標準偏差為3. 3% ~ 6. 5%,加標回收率為90. 2% ~ 97. 0%,表明方法具有較好的精密度和準確度,能夠較準確測定含有銨離子幹擾水樣的COD。

    關鍵詞: COD; 銨離子; 氯離子; 幹擾; 消除

    在COD 分析中,幹擾物的消除是保證結果準確有效的關鍵之一。在這方麵研究得較多的是氯離子幹擾的消除,而在銨離子幹擾消除方麵的報道十分有限。因銨離子單獨存在於水樣時幾乎不會對COD 測定產生幹擾,而常常被忽略,但當水樣中同時有銨離子和氯離子存在時,除了氯離子給測定帶來的幹擾,銨離子也可被氧化,使COD 的測定結果偏高。本文就銨離子對COD測定的影響進行分析,並提出了通過加堿氮吹法去除銨離子對COD 測定的幹擾。

    1. 實驗部分

    1.1 試劑和材料

    1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L的重鉻酸鉀標準溶液; (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O約為0. 1mol/L的硫酸亞鐵銨標準滴定溶液; 理論COD為1000mg /L的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液; 氯離子質量濃度為16g/L 的氯化鈉標準溶液; 銨離子質量濃度為4000mg/L的硫酸銨標準溶液; 試亞鐵靈指示液; 1mol/L氫氧化鈉溶液; 2%硼酸溶液。所有的試劑均為分析純,使用的水均為蒸餾水。

    1.2 儀器與設備

    TDR-16A型COD快速消解儀;TR 6900型COD快速測定儀;冷卻水循環機。

    氮吹除銨離子裝置見圖1。氮氣經過流量計控製流速後,通過導管送入樣品瓶,吹出的氨氣通過一根長導管導入到另一錐形瓶,硼酸溶液吸收。樣品瓶上端連接冷凝管,使用冷卻水循環機提供冷卻水。

    圖1 氮吹除離子裝置示意圖

    圖1 氮吹除離子裝置示意圖

    1.3 實驗方法

    1.3.1 重鉻酸鹽法

    參照《水質 化學需氧量的測定 快速消解分光光度法》(HJ/T399-2007)測定COD,氯離子的幹擾采取0.4g硫酸汞絡合。

    1.3.2 銨離子消除法

    吸取50.00mL水樣於500 mL插管三角燒瓶中,加入過量的氫氧化鈉溶液,搖勻。

    吸收瓶內加入50mL2%硼酸溶液,按圖1 連接好裝置,將導管插入吸收瓶液麵下。

    通入氮氣,設定一定的氮氣流量、通氣時間。

    氮吹結束後,取20.00mL置於250mL磨口的回流錐形瓶中,加入0.4g 硫酸汞,使用TDR-16A型COD快速消解儀和TR 6900型COD快速測定儀測定COD。

    2. 結果與討論

    2.1 銨離子對COD測定的影響

    2.1.1 銨離子單獨存在對COD測定的影響用重鉻酸鉀法測定單獨含有銨離子幹擾的水樣,結果見圖2。

    圖2 銨離子單獨存在對COD 測定的影響

    圖2 銨離子單獨存在對COD 測定的影響

    設定質量濃度為100mg/L的鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液作為標準水樣,銨離子質量濃度分別為0、100、500、1000、1500、2000、3000、4000、5000 mg /L且不含氯離子時,COD均在100mg/L左右。表明當氯離子不存在時銨離子對COD 的測定幾乎沒有影響。

    2.1.2 銨離子和氯離子同時存在對COD 測定的影響

    水樣中加入一定量的氯離子和銨離子,測定其同時存在時銨離子對COD 的影響。為了防止氯離子被絡合,實驗中不加硫酸汞掩蔽氯離子,從而使氯離子全部釋放對銨離子產生作用。同時,為防止氯離子與硫酸銀反應形成沉澱而消耗氯離子,實驗采取加熱回流0. 5 h 後加入硫酸銀固體0.3g,再繼續回流1.5h。設定氯離子質量濃度為500mg/L,標準水樣為100mg /L鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液,銨離子質量濃度分別為0、100、500、1000、1500、2000mg /L。

    圖3 銨離子和氯離子同時存在對COD 測定的影響

    圖3 銨離子和氯離子同時存在對COD 測定的影響

    ( 氯離子質量濃度為500 mg /L)
    從圖3 可見,當銨離子質量濃度為0 mg /L,500 mg /L 的氯離子全部參與反應,COD 為210 mg /L,可見不加掩蔽劑時氯離子將對COD 測定產生很大幹擾; 隨著銨離子濃度的增加,氯離子質量濃度固定為500mg /L 不變,COD明顯增加。因此,當水樣中存在氯離子時,銨離子可對COD 的測定產生正幹擾

    2.1.3 氯離子絡合後銨離子對COD 測定的影響

    設定質量濃度為100 mg /L 鄰苯二甲酸氫鉀標準溶液作為標準水樣,氯離子質量濃度為500mg/L,銨離子質量濃度分別為0、100、500、1000、1500、2000 mg /L,按照國標法加入0.4g硫酸汞絡合氯離子後測定COD,結果見圖4。

    圖4 氯離子絡合後銨離子對COD 值測定的影響

    圖4 氯離子絡合後銨離子對COD 值測定的影響

    ( 氯離子濃度為500 mg /L)
    加入硫酸汞後,水樣中氯離子被掩蔽,COD 隨著銨離子濃度的增加而增加。分析原因認為,硫酸汞與氯離子發生絡合反應生成[HgCl4]2-,盡管其穩定常數很大,但仍有較少量氯離子存在,能被酸性重鉻酸鉀氧化,從而使銨離子被氧化,從而幹擾COD 測定。可見,通過國標法加入硫酸汞掩蔽氯離子的幹擾後,銨離子對COD 測定的幹擾仍不能徹底消除。

    2.1.4 銨離子幹擾的分析

    研究證明,銨離子單獨存在於水樣中時並不會對測定帶來幹擾,其原因是重鉻酸鉀氧化銨離子的電極電位不能達到。從圖3 中可見,當銨離子質量濃度為1000 mg /L、氯離子質量濃度為500mg /L時,COD為304mg/L,而由標準水樣和氯離子造成的COD為210mg/L,那麽兩者之間的偏差可認為是由銨離子造成的。通過理論計算完全氧化1mg氨要耗4.57 mgO2,如果樣品中所有氨都被氧化,那麽含氨1000 mg /L 的樣品相當於4570mg/L 的COD,可見,反應中隻有一小部分銨離子被氧化。其原因可能是樣品中的氯離子與重鉻酸鉀發生反應生成了氯氣,而生成的氯氣將大部分逸出,同時也有小部分溶於水,部分氯氣還可以與水發生反應,生成HClO 和HCl。氯氣和HClO 的氧化能力強於重鉻酸鉀,可氧化銨離子,從而導致COD升高。而樣品中溶於水的氯氣和HClO很少,因此隻有一小部分銨離子被氧化,對測定產生幹擾。然而,雖然隻有部分的銨離子會被氧化幹擾COD測定,但是一些行業的水樣往往含有較高的氯離子和銨離子,對測定造成的幹擾需引起重視。

    2. 2 銨離子的去除

    文獻報道,氯離子存在時,采用高濃度重鉻酸鉀溶液( 0.25 mol/L) 作氧化劑,銨離子將對COD測定產生幹擾; 而用低濃度重鉻酸鉀溶液( 0. 025mol /L) 作氧化劑時,銨離子對COD測定幾乎無影響,從而提出可采用低濃度重鉻酸鉀溶液法測定COD,以消除銨離子的幹擾。但是低濃度的重鉻酸鉀溶液一般應用於測定5~50mg/L的COD,大於50 mg /L 的COD 要用高濃度重鉻酸鉀溶液測定。那麽在COD 較高的水樣測定中,低濃度重鉻酸鉀測定法並不可取,如果將水樣進行稀釋再測定也將造成結果準確性的降低。因此,本研究從去除樣品中的銨離子著手,以解決幹擾問題。

    2.2.1 銨離子去除的原理

    向樣品中加入過量的堿液,使樣品中的銨離子轉化為氨氣,通過氮氣的吹送,將溶液中的氨氣導入硼酸溶液吸收。樣品瓶上端安裝循環冷卻水裝置,防止部分低沸點有機物揮發。

    2.2.2 加堿量的確定

    理論計算結果表明,1g銨離子需要2.22 gNaOH才能完全轉化為氨和水,但是為了使反應能夠完全進行,選擇加入過量的氫氧化鈉。本實驗取50.00 mL水樣,加1mL 6 mol /L 氫氧化鈉,可以使2 000 mg /L 銨離子全部轉化為氨,並保持堿的過量。

    2.2.3 溫度的確定

    升高樣品溫度可以提高銨離子的去除效率並縮短氨氣的吹除時間,但溫度過高易引起樣品中有機物的揮發,從而造成COD 的損失,故本研究在常溫下進行。

    2.2.4 氮氣流速的選擇

    水樣中銨離子質量濃度為500 mg /L,固定通氮氣時間2 h,氮氣流速設為50、100、200、400、600、700、800 mL /min,並用納氏試劑比色國標法測定加堿氮吹後樣品中剩餘的銨離子濃度,並計算銨離子去除效率。

    圖5 氮氣流速的選擇

    圖5 氮氣流速的選擇

    從圖5 可以看出,隨著氮氣流速的增大,銨離子去除效率也明顯增大,但由於氣體流速較大時產生的氣泡過大,容易引起樣品的濺出和損失,所以選擇600 mL /min 為本實驗最佳氮氣流速。

    2.2.5 通氣時間的選擇

    固定氮氣流速為600mL/min,設定通氣時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0 h,對銨離子質量濃度為500 mg /L 的水樣進行測定。

    圖6 通氣時間的選擇

    圖6 通氣時間的選擇

    從圖6 可見,當通氣時間小於3.0h時,隨著通氣時間的連花等: 銨離子對COD測定的幹擾及幹擾的消除方法115延長,銨離子的去除效率明顯增加; 而當通氣時間超過3.0h 後,增加通氣時間,銨離子去除效率幾乎沒有增加。故選擇3.0 h 為最佳通氣時間。

    2.2.6 銨離子去除效率

    銨離子去除效率見表1。

    表1 銨離子的去除效率( n = 7)

    表1 銨離子的去除效率( n = 7)

    在本實驗條件下,當銨離子濃度在1500mg/L 以下,銨離子的去除效率都很好,均在90% 以上; 當銨離子質量濃度為2000 mg /L,銨離子去除效率略有下降。但是當銨離子濃度過大時,即使銨離子去除效率很好,吹掃後樣品中剩餘的銨離子還有較高濃度的殘留。所以,本方法適用於銨離子質量濃度小於1000 mg /L的樣品。對銨離子質量濃度大於1 000 mg /L 的樣品,應先進行定量稀釋,再進行測定。

    2.2.7 方法的精密度和準確度

    含氯離子和銨離子幹擾的水樣每個濃度測定7次,氯離子幹加入硫酸汞掩蔽,銨離子幹擾用本研究方法消除後重鉻酸鉀法測定COD。

    表2 方法的精密度和準確度( n = 7)

    表2 方法的精密度和準確度( n = 7)

    從表2可以看出,相對標準偏差為3.3%~6.5%,加標回收率為90.2%~97.0%,表明本研究方法具有較好的精密度和準確度。

    2.8 方法的比對

    配製不同濃度銨離子和氯離子幹擾物的水樣,用本方法( 即加堿氮吹法) 與《水質 化學需氧量的測定 快速消解分光光度法》(HJ/T399-2007)分別進行COD測定,結果如表3。

    表3 本方法和重鉻酸鉀法的比較( n = 7)

    表3 本方法和重鉻酸鉀法的比較( n = 7)

    由表3 可見,HJ/T399-2007由於僅通過加入硫酸汞絡合氯離子,而沒有考慮銨離子對COD 測定帶來的幹擾,故在測定同時含有銨離子和氯離子水樣時,產生了較大的相對誤差,加標回收率也較本方法明顯差。可見,本方法在測定同時含有氯離子和銨離子的幹擾水樣時具有更好的準確度,在抗幹擾能力方麵具有一定的優勢。

    3. 結論

    通過對銨離子幹擾的影響研究得出結論: 當氯離子不存在時,銨離子對COD的測定幾乎沒有影響; 氯離子存在時,銨離子可對COD測定產生幹擾; 加入硫酸汞掩蔽氯離子的幹擾後,銨離子對COD的測定的幹擾仍不能徹底消除。針對銨離子對COD 測定的幹擾,研究建立了加堿氮吹法,並通過條件實驗,確定在常溫下過量加堿,氮氣流量600 mL /min,通氣時間3 h,銨離子去除效果最理想。平行7 次測定含銨離子和氯離子幹擾物水樣,其相對標準偏差為3. 3% ~6. 5%,加標回收率為90. 2% ~ 97. 0%,方法具有較好的精密度和準確度。同時,通過對比實驗證實了本法在測定存在銨離子幹擾水樣COD 時,較未考慮銨離子幹擾的重鉻酸鹽法具有更好的準確度。本方法適用於銨離子質量濃度小於1 000 mg /L的樣品,若銨離子質量濃度大於1 000 mg /L,樣品應先稀釋,再用本法去除。

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