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用于氨氮監(jiān)測(cè)的ISE傳感器與濕化學(xué)分析儀

水資源回收設(shè)施（WRRF）在選擇在線儀表時(shí)面臨多項(xiàng)挑戰(zhàn)。選擇正確的應(yīng)用、傳感器位置、安裝方式并了解維護(hù)要求，對(duì)于在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)和過(guò)程控制至關(guān)重要。

在基于氨的曝氣控制（ABAC）中，來(lái)自氨氮分析儀或傳感器的準(zhǔn)確可靠數(shù)據(jù)對(duì)于監(jiān)測(cè)和控制曝氣至關(guān)重要。傳感器選擇常見的誤區(qū)是為應(yīng)用選擇錯(cuò)誤的傳感器技術(shù)。測(cè)量某一參數(shù)通常有多種技術(shù)，而每種技術(shù)往往更適合特定的應(yīng)用。

例如，氨氮的在線測(cè)量有兩種技術(shù)可供選擇，本文將討論在線氨氮測(cè)量、可用技術(shù)以及對(duì)應(yīng)每種技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景。

ISE傳感器與濕化學(xué)分析儀

在線氨氮測(cè)量技術(shù)可分為兩類：離子選擇電極傳感器（ISE）和濕化學(xué)分析儀。盡管兩者在廢水監(jiān)測(cè)中都有其適用場(chǎng)景，但它們是兩種截然不同的技術(shù)。

首先討論更常見的ISE傳感器。ISE傳感器利用兩個(gè)電極產(chǎn)生電化學(xué)信號(hào)（mV）。一個(gè)電極包含僅對(duì)氨氮離子有選擇性的膜，另一個(gè)輸出穩(wěn)定的參考信號(hào)。每個(gè)電極的電位差（即毫伏數(shù)）產(chǎn)生一個(gè)差分mV信號(hào)，該信號(hào)根據(jù)水中氨氮的含量增加或減少。電極的mV信號(hào)通過(guò)能斯特方程和用于校準(zhǔn)的參考樣品連續(xù)轉(zhuǎn)換為氨氮濃度（mg/L-NH4-N）。為了保持傳感器的準(zhǔn)確性，必須通過(guò)參考樣品將差分信號(hào)定期校準(zhǔn)到氨氮濃度。

氨氮ISE傳感器因其成本低廉且能為污水處理工藝帶來(lái)顯著優(yōu)勢(shì)，在廢水處理領(lǐng)域廣受歡迎。通過(guò)連續(xù)氨氮測(cè)量，曝氣系統(tǒng)可立即根據(jù)進(jìn)水氨氮負(fù)荷實(shí)現(xiàn)按比例自動(dòng)控制。這種策略使設(shè)施能夠盡可能高效地進(jìn)行曝氣，通過(guò)ISE傳感器和控制器降低能源成本。傳感器可直接從護(hù)欄處浸入工藝水體中，安裝和維護(hù)都十分便捷。ISE傳感器維護(hù)簡(jiǎn)單，包括偶爾的手動(dòng)清潔、通過(guò)參考樣品校準(zhǔn)（基質(zhì)調(diào)整）和電極更換等。

每個(gè)程序都可以在現(xiàn)場(chǎng)快速輕松完成。如果維護(hù)得當(dāng)，氨氮ISE傳感器具有廣泛的測(cè)量范圍，在高達(dá)1000 mg/L的濃度下具有準(zhǔn)確穩(wěn)定的讀數(shù)；然而，氨氮ISE傳感器的缺點(diǎn)在于低濃度檢測(cè)時(shí)的性能表現(xiàn)。當(dāng)濃度持續(xù)接近零（低于0.5 mg/L NH4-N）時(shí)，傳感器將難以校準(zhǔn)到參考樣品，并且漂移更快。此外，在這些較低濃度下，干擾離子的影響將顯著影響ISE測(cè)量。

例如，鉀具有與氨氮離子相似的性質(zhì)，會(huì)穿過(guò)膜，造成正干擾。在低氨氮水平下，這種影響很大。WTW的在線氨氮ISE傳感器的獨(dú)特之處在于，它們通過(guò)在傳感器中使用額外的鉀電極自動(dòng)補(bǔ)償鉀的影響，提供比非補(bǔ)償ISE更準(zhǔn)確的測(cè)量。

相比之下，在線氨氮濕化學(xué)分析儀對(duì)廢水樣品進(jìn)行穩(wěn)定的自動(dòng)化比色分析。氨氮分析儀通常采用Berthelot/靛酚（藍(lán)）法，該方法通過(guò)試劑將氨轉(zhuǎn)化為藍(lán)色的靛酚離子進(jìn)行測(cè)定。產(chǎn)生的藍(lán)色與樣品中的氨氮含量成比例，分析儀內(nèi)的分光光度計(jì)通過(guò)吸光度測(cè)量這種顏色。Berthelot法不易受干擾，與ISE技術(shù)相比，即使在低濃度下也更穩(wěn)定。

WTW Alyza在線分析儀具有自動(dòng)校準(zhǔn)和自動(dòng)清潔功能，即使在低濃度下也能提供準(zhǔn)確穩(wěn)定的讀數(shù)，且在線氨氮分析儀的短期維護(hù)需求很低。自動(dòng)清潔和校準(zhǔn)意味著除了偶爾清潔過(guò)濾器外，該裝置很少需要維護(hù)。WTW Alyza-NH4典型低維護(hù)，在10分鐘測(cè)量間隔下只需每三個(gè)月更換一次試劑。

與ISE傳感器相比，在線分析儀通常有更具體的安裝要求。由于體積較大，必須有足夠的護(hù)欄或墻壁空間用于安裝。此外，由于溫度要求更嚴(yán)格，濕化學(xué)分析儀最好安裝在溫度受控的環(huán)境中，例如建筑物內(nèi)。分析儀還必須位于距樣品采集點(diǎn)一定距離（通常在20米以內(nèi)）的范圍內(nèi)，以便將樣品泵送到分析儀。

污水處理廠在氨氮監(jiān)測(cè)中常見的錯(cuò)誤，是在持續(xù)低濃度（低于0.5 mg/L NH4-N）環(huán)境下使用ISE傳感器。許多污水處理廠通過(guò)將活性污泥工藝（ASP）末端設(shè)置為好氧區(qū)，使氨氮水平趨近于零。ASP末端是使用ISE傳感器的常見位置，以確保出水氨氮含量低，或作為基于氨氮的曝氣控制的反饋信號(hào)。由于ISE在低濃度下的校準(zhǔn)和穩(wěn)定性問題，當(dāng)氨氮濃度出現(xiàn)峰值時(shí)，傳感器可能無(wú)法識(shí)別。

一種可能的調(diào)整是不在ASP中去除所有氨氮，而是在曝氣池末端將曝氣控制設(shè)定值設(shè)為1 mg/L NH4-N，從而進(jìn)一步節(jié)省曝氣成本，并為ISE傳感器提供合適的環(huán)境。

另一種選擇是將氨氮ISE移至ASP中更上游的位置，那里的氨氮濃度持續(xù)高于1 mg/L（見下圖）。上游的氨氮設(shè)定值仍然可以通過(guò)瀑布邏輯確保曝氣池末端的氨氮水平較低。此外，傳感器可以更有效地控制曝氣，更容易校準(zhǔn)到參考樣品，讀數(shù)更穩(wěn)定，并在這些位置提供更有用的數(shù)據(jù)。

在活性污泥池中部通過(guò)氨氮設(shè)定值控制曝氣可以節(jié)省更多能源，并從ISE傳感器獲得更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)

在曝氣池末端低濃度的氨氮監(jiān)測(cè)中，使用濕化學(xué)氨氮分析儀，低水平下的更高穩(wěn)定性意味著分析儀會(huì)對(duì)偶爾的氨氮峰值做出反應(yīng)。

在線濕化學(xué)氨氮分析儀的最佳應(yīng)用之一是污水廠出水的合規(guī)性保證。廢水出水通常氨氮濃度較低，這意味著ISE傳感器可能難以操作。然而，污水廠出水中的Alyza-NH4可提供低至0.02 mg/L NH4-N的準(zhǔn)確氨氮讀數(shù)。低固體含量也將使過(guò)濾系統(tǒng)易于維護(hù)。

IQ SensorNet ISE傳感器和Alyza-NH4，賽萊默旗下品牌WTW為污水廠提供高質(zhì)量的在線氨氮測(cè)量?jī)x表。AmmoLyt耐用的在線氨氮ISE傳感器， AmmoLyt的電極可單獨(dú)更換，并且在清潔過(guò)程中具有網(wǎng)狀覆蓋的膜以提供保護(hù)。Alyza-NH4提供先進(jìn)的內(nèi)置診斷和多通閥系統(tǒng)，減少了管道和總體試劑使用。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)需要用于過(guò)程控制的連續(xù)測(cè)量或低濃度下的準(zhǔn)確性時(shí)，WTW 可滿足特定的應(yīng)用需求。