⚗️ 污水污泥中的凯氏氮——用带催化剂的硫酸消解、蒸馏并测定氨

理化 PN-EN 13342

概述

污水污泥中凯氏氮的测定所依据的化学原理，与水的经典方法（ISO 5663:1984——「Water quality — Determination of Kjeldahl nitrogen — Method after mineralization with selenium」）相同。在 ISO 方法中，凯氏氮被定义为有机氮与铵态氮之和；所测定的只是负三价氮，而以叠氮化物、连氮、偶氮化合物、腙、亚硝酸盐、硝基、亚硝基、肟和缩氨基脲形式存在的氮不作定量测定。原理：以硒为催化剂用硫酸消解样品，把氮转化为铵离子，碱化后蒸馏入带指示剂的硼酸溶液，随后用滴定法测定馏出液中的氨。选硒而不选汞作催化剂，是因为许多国家对汞的毒性有顾虑——但标准指出，硒的毒性同样不可轻视，并给出了从消解残液中除去硒的方法。

对污泥而言，HORIZONTAL 项目的比较研究（报告「Determination of total Phosphorus, total Nitrogen and Nitrogen fractions」，2003）把 EN 13342 描述为测定污泥中凯氏氮的方法，在湿样上进行，无需事先干燥，用硫酸和硒催化剂消解；该报告指出，EN 13342 所描述的凯氏测定是「without reference to nitrite and nitrate」——也就是不计入亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。这对实验室很要紧：如果委托方期待的是总氮，就必须把亚硝酸盐和硝酸盐另行测定后加到凯氏结果上，并在检验报告中清楚写明测定涵盖了什么。

实践：污泥是难处理的基体——不均匀，有机物和水的含量都高。样品必须充分均质化，并取对湿物料有代表性的称样量，结果要以同时测定的干物质为基准（PN-EN 12880 / PN-EN 15934）。有机物含量高时消解时间更长并需要更多的酸；泡沫可用消泡剂或开始时缓慢加热来抑制。

方法原理

把称取的均质化污泥用浓硫酸在含硒催化剂混合物存在下消解，直至得到澄清溶液——有机氮和铵态氮转化为硫酸铵。冷却后把消解液用水稀释，用过量氢氧化钠碱化，并把释出的氨蒸馏入盛有带混合指示剂的硼酸溶液的接收器；按 ISO 5663，最初一部分馏出液按规定弃去，其余收集于玻璃器皿中。馏出液中的氨用已标定的酸（硫酸或盐酸）滴定至指示剂变色来测定。同时用相同量的试剂做空白试验，结果以单独测定的样品干物质为基准。消解后含硒的残液单独收集，并按标准所述除硒程序处理。

应用领域

• 拟作农业利用的污水污泥——氮作为接收方文件中的肥料成分
• 污水处理厂运行的控制——剩余污泥和消化污泥中的氮平衡
• 交付处置之前的污泥——城市污水污泥条例的要求
• 生物质和沼渣——凯氏氮与总磷一并测定
• 把总氮作为凯氏氮、亚硝酸盐和硝酸盐之和来测定的实验室（结果需要补充）

关键参数

标准

标准编号

PN-EN 13342:2002 (EN 13342:2000 [IDT])

标准名称（波兰语）

Charakterystyka osadów ściekowych — Oznaczanie azotu Kjeldahla

标准名称（英语）

Characterization of sludges — Determination of Kjeldahl nitrogen

分步操作程序

1. 样品的制备

   把污泥充分均质化；取对湿物料有代表性的称样量（不经事先干燥，因为干燥会造成铵态氮的损失）。同时按 PN-EN 12880 或 PN-EN 15934 取样测定干物质。

2. 消解

   把称样放入消解瓶，加入催化剂混合物和浓硫酸。起初缓慢加热（防泡沫），随后强烈加热，直至溶液变澄清；按程序规定的时间继续加热，以完成有机氮向铵离子的转化。

   🌡 温度: 硫酸沸腾

3. 稀释与碱化

   把冷却后的消解液小心地用水稀释，定量转入蒸馏瓶，并用过量的浓氢氧化钠溶液碱化——沿瓶壁缓慢加入，避免氨的损失。

4. 蒸馏

   把释出的氨蒸馏入盛有带指示剂硼酸溶液的接收器；按 ISO 5663 弃去规定的最初一部分馏出液，其余收集于玻璃器皿中。蒸馏至收集到所需体积为止。

5. 滴定

   用已标定的酸滴定馏出液至混合指示剂变色。记下所耗滴定剂的体积。

6. 空白试验

   用相同量的试剂、不加样品，走完整个程序；把空白试验的结果从测定结果中扣除（水和试剂有时被氨污染）。

7. 计算与检验报告

   算出凯氏氮的含量并以样品的干物质为基准。在检验报告中明确写明结果涵盖有机氮和铵态氮，而不涵盖亚硝酸盐和硝酸盐——需要总氮时，应对这两种形态另行测定。

8. 废物

   消解后含硒的残液单独收集，并按标准指明的除硒程序处理；不得排入下水道。

所需设备与仪器

试剂、培养基与耗材

职业健康与安全

• 高温下用浓硫酸消解——只能在通风柜内操作，并穿工作服，戴护目镜和耐酸手套。
• 硒及其化合物有毒——称量时要小心，避免扬尘，残余物投入危险废物。
• 消解液的碱化强烈放热并释放氨——碱要缓慢加入并加以冷却，接收器应已连好。
• 馏出液中的氨对呼吸道和眼睛有刺激作用——蒸馏装置必须密封。
• 污水污泥是感染性材料——戴手套，避免气溶胶，工作后对工位消毒。

常见问题