[發明專利]一種基于滲析疊加電場預處理方式直接測量水體中溶解性有機氮濃度的方法

在審

• 申請號: 201610159901.4
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN107219102A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 陳白楊;卜毅男;張玉琳;張靚
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學深圳研究生院
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于環境保護、水處理領域，具體為利用基于滲析疊加電場處理方式，直接測量水體中的溶解性有機氮(DON)濃度的方法。可應用與環境保護及各類利用水為載體中DON的測量，如水處理、海洋、農業施肥和大氣霧霾等。

背景技術

氮元素在地球化學循環中有著非常重要的作用。總氮(TDN)包括有機氮(DON)和無機氮(DIN)。自然水體水樣中的總氮(TDN)濃度是衡量水質的重要指標，其中溶解性有機氮(DON)是總氮的重要組成部分。DON可支持水體富營養化，導致藻類、細菌等微生物大量繁殖，使水源受到污染。在供水系統中，DON能夠滋生微生物的生長，導致水處理單元中濾池或膜的堵塞，從而降低水廠出水效率。在水廠消毒過程中，DON與消毒劑反應會產生強毒性含氮消毒副產物(N-DBPs)。同時也導致三致性(致癌、致畸、致突變)消毒副產物(DBPs)的生成^[1]1428。因此，為了預防及控制DON的危害，有必要快速準確測量有機氮濃度。

盡管已經意識到有機氮的問題，但是目前尚無快速準確測量有機氮的方法。現有的有機氮測試方法無一例外都是通過減差法間接得到。目前常用的方法有總氮減去無機氮和總凱氏氮減去氨氮兩種。

方法一：

有機氮(DON)＝總氮(TDN)-無機氮(DIN)(1-1)

DIN＝氨氮(NH₄⁺)+硝態氮(NO₃^-)+亞硝態氮(NO₂^-) (1-2)

方法二：

有機氮(DON)＝總凱氏氮(TKN)-氨氮(NH₄⁺) (1-3)

為了改進有機氮測量的準確性，減小誤差并且降低在測量過程中的繁瑣程度，部分學者提出了各種改進措施。一些學者通過對水樣進行預處理，直接或者間接的得到更加準確的有機氮濃度。但是對于水樣的預處理的難點在于使得DIN的去除和DON的保留同時最大化。這些預處理的方法包括四大類：膜分離方法、吸附方法、催化方法以及預濃縮方法。

現有資料顯示，許多研究更加青睞于滲析膜的方法，但是這種方法耗時長，用水量大，并不適用于大范圍推廣使用^[2，3，4]。電滲析的方法和反滲透的方法雖然沒有應用于有機氮的檢測，但是眾所周知，這兩種方法在無機離子的去除和有機物的截留方面表現出很好的效果。使用離子交換樹脂、色譜柱或者吸附劑的方法在少數情況下有比較好的成果，但是有機氮的損失較大^[5，6]。因此，這項技術的應用還有待發展。

韓國學者Lee等人采用滲析膜的方法對水樣進行預處理，將高DIN/TDN的水樣盛放在滲透膜內，膜外為去離子水，且去離子水在一定的時間內更新，利用濃度梯度，使膜內無機氮物質由膜內遷移到去離子水中，達到去除無機氮，保留有機氮的目的^[2]880。此研究選擇截留分子量為100Da的滲析膜，即通過膜的作用，使得小分子量物質從大分子量物質中分離。這項研究驗證了有機氮和無機氮的分離效果，并且應用于有機氮的檢測。在滲析24h內，可以去除70％無機氮，同時有機氮的回收率可以達到80％以上，平均回收率為95％(除尿素外)，證明了滲析膜可以降低DIN/TDN。通過延長預處理時間，可以達到更高的DIN的去除，在5天的滲析過程中，DIN的去除率可以達到99％。

另外也有一些學者利用電滲析方法來分離有機物和無機物。雖然電滲析方法的研究比較成熟，且在分離有機物和無機物方面效果較好。但是目前主要應用在海水淡化、水體軟化脫鹽等方面，而在有機氮檢測方面并無應用。盡管這項技術并沒有用于有機氮的測量，但是在電滲析去除無機物的研究中表明應用電滲析去除硝態氮的速率遠大于滲析膜^[7]。