用于氨氮监测的ISE传感器与湿化学分析仪

水资源回收设施（WRRF）在选择在线仪表时面临多项挑战。选择正确的应用、传感器位置、安装方式并了解维护要求，对于在线水质监测和过程控制至关重要。

在基于氨的曝气控制（ABAC）中，来自氨氮分析仪或传感器的准确可靠数据对于监测和控制曝气至关重要。传感器选择常见的误区是为应用选择错误的传感器技术。测量某一参数通常有多种技术，而每种技术往往更适合特定的应用。

例如，氨氮的在线测量有两种技术可供选择，本文将讨论在线氨氮测量、可用技术以及对应每种技术的应用场景。

ISE传感器与湿化学分析仪

在线氨氮测量技术可分为两类：离子选择电极传感器（ISE）和湿化学分析仪。尽管两者在废水监测中都有其适用场景，但它们是两种截然不同的技术。

首先讨论更常见的ISE传感器。ISE传感器利用两个电极产生电化学信号（mV）。一个电极包含仅对氨氮离子有选择性的膜，另一个输出稳定的参考信号。每个电极的电位差（即毫伏数）产生一个差分mV信号，该信号根据水中氨氮的含量增加或减少。电极的mV信号通过能斯特方程和用于校准的参考样品连续转换为氨氮浓度（mg/L-NH4-N）。为了保持传感器的准确性，必须通过参考样品将差分信号定期校准到氨氮浓度。

氨氮ISE传感器因其成本低廉且能为污水处理工艺带来显著优势，在废水处理领域广受欢迎。通过连续氨氮测量，曝气系统可立即根据进水氨氮负荷实现按比例自动控制。这种策略使设施能够尽可能高效地进行曝气，通过ISE传感器和控制器降低能源成本。传感器可直接从护栏处浸入工艺水体中，安装和维护都十分便捷。ISE传感器维护简单，包括偶尔的手动清洁、通过参考样品校准（基质调整）和电极更换等。

每个程序都可以在现场快速轻松完成。如果维护得当，氨氮ISE传感器具有广泛的测量范围，在高达1000 mg/L的浓度下具有准确稳定的读数；然而，氨氮ISE传感器的缺点在于低浓度检测时的性能表现。当浓度持续接近零（低于0.5 mg/L NH4-N）时，传感器将难以校准到参考样品，并且漂移更快。此外，在这些较低浓度下，干扰离子的影响将显著影响ISE测量。

例如，钾具有与氨氮离子相似的性质，会穿过膜，造成正干扰。在低氨氮水平下，这种影响很大。WTW的在线氨氮ISE传感器的独特之处在于，它们通过在传感器中使用额外的钾电极自动补偿钾的影响，提供比非补偿ISE更准确的测量。

相比之下，在线氨氮湿化学分析仪对废水样品进行稳定的自动化比色分析。氨氮分析仪通常采用Berthelot/靛酚（蓝）法，该方法通过试剂将氨转化为蓝色的靛酚离子进行测定。产生的蓝色与样品中的氨氮含量成比例，分析仪内的分光光度计通过吸光度测量这种颜色。Berthelot法不易受干扰，与ISE技术相比，即使在低浓度下也更稳定。

WTW Alyza在线分析仪具有自动校准和自动清洁功能，即使在低浓度下也能提供准确稳定的读数，且在线氨氮分析仪的短期维护需求很低。自动清洁和校准意味着除了偶尔清洁过滤器外，该装置很少需要维护。WTW Alyza-NH4典型低维护，在10分钟测量间隔下只需每三个月更换一次试剂。

与ISE传感器相比，在线分析仪通常有更具体的安装要求。由于体积较大，必须有足够的护栏或墙壁空间用于安装。此外，由于温度要求更严格，湿化学分析仪最好安装在温度受控的环境中，例如建筑物内。分析仪还必须位于距样品采集点一定距离（通常在20米以内）的范围内，以便将样品泵送到分析仪。

污水处理厂在氨氮监测中常见的错误，是在持续低浓度（低于0.5 mg/L NH4-N）环境下使用ISE传感器。许多污水处理厂通过将活性污泥工艺（ASP）末端设置为好氧区，使氨氮水平趋近于零。ASP末端是使用ISE传感器的常见位置，以确保出水氨氮含量低，或作为基于氨氮的曝气控制的反馈信号。由于ISE在低浓度下的校准和稳定性问题，当氨氮浓度出现峰值时，传感器可能无法识别。

一种可能的调整是不在ASP中去除所有氨氮，而是在曝气池末端将曝气控制设定值设为1 mg/L NH4-N，从而进一步节省曝气成本，并为ISE传感器提供合适的环境。

另一种选择是将氨氮ISE移至ASP中更上游的位置，那里的氨氮浓度持续高于1 mg/L（见下图）。上游的氨氮设定值仍然可以通过瀑布逻辑确保曝气池末端的氨氮水平较低。此外，传感器可以更有效地控制曝气，更容易校准到参考样品，读数更稳定，并在这些位置提供更有用的数据。

在活性污泥池中部通过氨氮设定值控制曝气可以节省更多能源，并从ISE传感器获得更高质量的数据

在曝气池末端低浓度的氨氮监测中，使用湿化学氨氮分析仪，低水平下的更高稳定性意味着分析仪会对偶尔的氨氮峰值做出反应。

在线湿化学氨氮分析仪的最佳应用之一是污水厂出水的合规性保证。废水出水通常氨氮浓度较低，这意味着ISE传感器可能难以操作。然而，污水厂出水中的Alyza-NH4可提供低至0.02 mg/L NH4-N的准确氨氮读数。低固体含量也将使过滤系统易于维护。

IQ SensorNet ISE传感器和Alyza-NH4，赛莱默旗下品牌WTW为污水厂提供高质量的在线氨氮测量仪表。AmmoLyt耐用的在线氨氮ISE传感器， AmmoLyt的电极可单独更换，并且在清洁过程中具有网状覆盖的膜以提供保护。Alyza-NH4提供先进的内置诊断和多通阀系统，减少了管道和总体试剂使用。当现场需要用于过程控制的连续测量或低浓度下的准确性时，WTW 可满足特定的应用需求。