氨氮傳感器的原理

河流氨氮濃度居高不下，主要源于外源性污染。生活污水和工業(yè)廢水的隨意排放，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥的過(guò)度使用，引發(fā)了面源污染。這些污染源持續(xù)不斷地向自然水體輸送大量含氮污染物，最終造成氨氮超標(biāo)。

氨氮超標(biāo)是典型的外源還原性污染物入侵所致，這類(lèi)污染物多為有機(jī)污染物，即我們常說(shuō)的 COD。它們進(jìn)入水體后，會(huì)刺激好氧生物大量繁殖，大量消耗河水中的溶解氧（Do），使水體陷入缺氧甚至厭氧狀態(tài)，嚴(yán)重破壞了水體原本穩(wěn)定的氮循環(huán)平衡和生態(tài)系統(tǒng)。正常自然河水的 Do 值一般大于 2mg/L，在這種條件下，水體中的氨氮能夠順利被氧化成硝酸鹽，使水體呈現(xiàn)氧化性，氨氮濃度也能維持在較低水平。

要解決氨氮超標(biāo)這一難題，最直接且行之有效的途徑，是全方位阻斷外源污染與內(nèi)源污染，同步大力推進(jìn)受損生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)工作，致力于讓水體的 Do 值回升至理想水平。誠(chéng)然，利用曝氣機(jī)等人工手段，能夠提升 Do 含量，但前提是必須優(yōu)先攻克外源污染這一關(guān)鍵問(wèn)題。倘若不然，溶解氧的消耗將始終高于補(bǔ)給，那么所有的治理行動(dòng)都將付諸東流。唯有重新構(gòu)建河流生態(tài)系統(tǒng)的平衡，才能夠從根源上實(shí)現(xiàn)氨氮含量的降低，讓河流重歸清澈與健康。

在推進(jìn)智慧水務(wù)項(xiàng)目的過(guò)程中，很多客戶都會(huì)頻繁詢問(wèn)氨氮傳感器的相關(guān)問(wèn)題，這充分體現(xiàn)了氨氮指標(biāo)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵地位。如果水質(zhì)感知層只能選取一個(gè)水質(zhì)參數(shù)，氨氮無(wú)疑是眾多人的首選。

目前，氨氮的測(cè)量技術(shù)主要有氨氣敏電極法、水楊酸分光光度法、納氏試劑分光光度法以及銨離子電極法。

在智慧水務(wù)項(xiàng)目實(shí)踐中，化學(xué)試劑法由于后期維護(hù)工作繁重，并且需要建造專(zhuān)門(mén)的站房，很難滿足項(xiàng)目對(duì)高密度、低成本布點(diǎn)和建模的需求。

采用電極法監(jiān)測(cè)水體氨氮，不僅避開(kāi)了化學(xué)試劑分析法繁瑣的操作流程，還具有檢測(cè)范圍廣泛、響應(yīng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，非常適合智慧水務(wù)感知層進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。

電極法主要分為氨氣敏電極法和銨離子電極法這兩種。

氨氣敏電極法的突出優(yōu)勢(shì)是不受水體色度和濁度的干擾，然而其靈敏度和穩(wěn)定性受電極質(zhì)量的影響極大，電極故障率較高，在實(shí)際使用過(guò)程中，必須高度重視電極的維護(hù)工作。也正因如此，氨氣敏電極在智慧水務(wù)領(lǐng)域的推廣面臨較大阻礙。

銨離子電極一般是由工作電極和參比電極組成的二電極測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)電極膜電位來(lái)測(cè)定溶液中的銨離子濃度。

工作電極與水體接觸的界面處設(shè)有銨離子選擇性膜，當(dāng)該選擇性膜與含有銨離子的溶液接觸時(shí)，水體中銨離子濃度的任何變化都會(huì)在選擇膜外膜引發(fā)相應(yīng)的電位變化。將這個(gè)電位變化與參比電極的電位進(jìn)行對(duì)比，再依據(jù)能斯特方程，就能夠?qū)⒈粶y(cè)溶液的電位準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換為銨離子濃度。

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