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用于氨氮監測的ISE傳感器與濕化學分析儀

水資源回收設施（WRRF）在選擇在線儀表時面臨多項挑戰。選擇正確的應用、傳感器位置、安裝方式并了解維護要求，對于在線水質監測和過程控制至關重要。

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據對于監測和控制曝氣至關重要。傳感器選擇常見的誤區是為應用選擇錯誤的傳感器技術。測量某一參數通常有多種技術，而每種技術往往更適合特定的應用。

例如，氨氮的在線測量有兩種技術可供選擇，本文將討論在線氨氮測量、可用技術以及對應每種技術的應用場景。

ISE傳感器與濕化學分析儀

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

首先討論更常見的ISE傳感器。ISE傳感器利用兩個電極產生電化學信號（mV）。一個電極包含僅對氨氮離子有選擇性的膜，另一個輸出穩定的參考信號。每個電極的電位差（即毫伏數）產生一個差分mV信號，該信號根據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轉換為氨氮濃度（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勢，在廢水處理領域廣受歡迎。通過連續氨氮測量，曝氣系統可立即根據進水氨氮負荷實現按比例自動控制。這種策略使設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（基質調整）和電極更換等。

每個程序都可以在現場快速輕松完成。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定的讀數；然而，氨氮ISE傳感器的缺點在于低濃度檢測時的性能表現。當濃度持續接近零（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，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化為藍色的靛酚離子進行測定。產生的藍色與樣品中的氨氮含量成比例，分析儀內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技術相比，即使在低濃度下也更穩定。

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定的讀數，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境中，例如建筑物內。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）的范圍內，以便將樣品泵送到分析儀。

污水處理廠在氨氮監測中常見的錯誤，是在持續低濃度（低于0.5 mg/L NH4-N）環境下使用ISE傳感器。許多污水處理廠通過將活性污泥工藝（ASP）末端設置為好氧區，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定性問題，當氨氮濃度出現峰值時，傳感器可能無法識別。

一種可能的調整是不在ASP中去除所有氨氮，而是在曝氣池末端將曝氣控制設定值設為1 mg/L NH4-N，從而進一步節省曝氣成本，并為ISE傳感器提供合適的環境。

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高于1 mg/L（見下圖）。上游的氨氮設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，讀數更穩定，并在這些位置提供更有用的數據。

在活性污泥池中部通過氨氮設定值控制曝氣可以節省更多能源，并從ISE傳感器獲得更高質量的數據

在曝氣池末端低濃度的氨氮監測中，使用濕化學氨氮分析儀，低水平下的更高穩定性意味著分析儀會對偶爾的氨氮峰值做出反應。

在線濕化學氨氮分析儀的最佳應用之一是污水廠出水的合規性保證。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。低固體含量也將使過濾系統易于維護。

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狀覆蓋的膜以提供保護。Alyza-NH4提供先進的內置診斷和多通閥系統，減少了管道和總體試劑使用。當現場需要用于過程控制的連續測量或低濃度下的準確性時，WTW 可滿足特定的應用需求。