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用于氨氮監(jiān)測的ISE傳感器與濕化學分析儀

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

在基于氨的曝氣控制（ABAC）中，來自氨氮分析儀或傳感器的準確可靠數(shù)據(jù)對于監(jiān)測和控制曝氣至關(guān)重要。傳感器選擇常見的誤區(qū)是為應(yīng)用選擇錯誤的傳感器技術(shù)。測量某一參數(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，氨氮的在線測量有兩種技術(shù)可供選擇，本文將討論在線氨氮測量、可用技術(shù)以及對應(yīng)每種技術(shù)的應(yīng)用場景。

ISE傳感器與濕化學分析儀

在線氨氮測量技術(shù)可分為兩類：離子選擇電極傳感器（ISE）和濕化學分析儀。盡管兩者在廢水監(jiān)測中都有其適用場景，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傳感器利用兩個電極產(chǎn)生電化學信號（mV）。一個電極包含僅對氨氮離子有選擇性的膜，另一個輸出穩(wěn)定的參考信號。每個電極的電位差（即毫伏數(shù)）產(chǎn)生一個差分mV信號，該信號根據(jù)水中氨氮的含量增加或減少。電極的mV信號通過能斯特方程和用于校準的參考樣品連續(xù)轉(zhuǎn)換為氨氮濃度（mg/L-NH4-N）。為了保持傳感器的準確性，必須通過參考樣品將差分信號定期校準到氨氮濃度。

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

每個程序都可以在現(xiàn)場快速輕松完成。如果維護得當，氨氮ISE傳感器具有廣泛的測量范圍，在高達1000 mg/L的濃度下具有準確穩(wěn)定的讀數(shù)；然而，氨氮ISE傳感器的缺點在于低濃度檢測時的性能表現(xiàn)。當濃度持續(xù)接近零（低于0.5 mg/L NH4-N）時，傳感器將難以校準到參考樣品，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測量。

例如，鉀具有與氨氮離子相似的性質(zhì)，會穿過膜，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傳感器的獨特之處在于，它們通過在傳感器中使用額外的鉀電極自動補償鉀的影響，提供比非補償ISE更準確的測量。

相比之下，在線氨氮濕化學分析儀對廢水樣品進行穩(wěn)定的自動化比色分析。氨氮分析儀通常采用Berthelot/靛酚（藍）法，該方法通過試劑將氨轉(zhuǎn)化為藍色的靛酚離子進行測定。產(chǎn)生的藍色與樣品中的氨氮含量成比例，分析儀內(nèi)的分光光度計通過吸光度測量這種顏色。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校準和自動清潔功能，即使在低濃度下也能提供準確穩(wěn)定的讀數(shù)，且在線氨氮分析儀的短期維護需求很低。自動清潔和校準意味著除了偶爾清潔過濾器外，該裝置很少需要維護。WTW Alyza-NH4典型低維護，在10分鐘測量間隔下只需每三個月更換一次試劑。

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，必須有足夠的護欄或墻壁空間用于安裝。此外，由于溫度要求更嚴格，濕化學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)測中常見的錯誤，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。由于ISE在低濃度下的校準和穩(wěn)定性問題，當氨氮濃度出現(xiàn)峰值時，傳感器可能無法識別。

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)測中，使用濕化學氨氮分析儀，低水平下的更高穩(wěn)定性意味著分析儀會對偶爾的氨氮峰值做出反應(yīng)。

在線濕化學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的準確氨氮讀數(shù)。低固體含量也將使過濾系統(tǒng)易于維護。

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)量的在線氨氮測量儀表。AmmoLyt耐用的在線氨氮ISE傳感器， AmmoLyt的電極可單獨更換，并且在清潔過程中具有網(wǎng)狀覆蓋的膜以提供保護。Alyza-NH4提供先進的內(nèi)置診斷和多通閥系統(tǒng)，減少了管道和總體試劑使用。當現(xiàn)場需要用于過程控制的連續(xù)測量或低濃度下的準確性時，WTW 可滿足特定的應(yīng)用需求。