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科教設(shè)備危險廢物實驗室分析儀器

時間：2022-09-18 19:31:30 點擊次數(shù)：415

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引言

危險廢物的水分、灰分是危險廢物處置的關(guān)鍵參數(shù)，準(zhǔn)確獲得其水分、灰分對指導(dǎo)危險廢物終端處置工藝有重要意義。本文對危險廢物實驗室分析水分、灰分的常見問題及檢測方法進(jìn)行簡單討論，希望給從業(yè)人員在日常檢測研究中提供一點參考。

1.危險廢物水灰參數(shù)的作用

水、灰的分析測試是危險廢物實驗室分析中最簡單的幾個指標(biāo)中的兩個，同時其含量也是危廢處置重要的過程參數(shù)。水含量高一般不是一件好事，如對焚燒處置來說，水分高會影響燃燒穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)，降低焚燒窯的穩(wěn)定性；對填埋來說，水分含量過高則會影響安全填埋，《GB 18598-2009 危險廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》明確要求含水率小于60%的危險廢物才能進(jìn)入危廢柔性填埋場?；曳种饕窃趶U物焚燒處置中受到關(guān)注，其與廢物的發(fā)熱量、結(jié)渣性有不同程度的依賴關(guān)系，同時高灰分即意味著焚燒后灰渣量大，填埋處置成本高。

2.水灰的分析方法及儀器

灰分分析簡單，檢測主要有兩種，一種是經(jīng)典的高溫灼燒重量法，另一種是使用如XRF、中子活化等高能射線直接測試出樣品中各元素含量，然后進(jìn)行推算灰分值，這類方法復(fù)雜，設(shè)備成本高，一般是作為測試各元素含量為主要目的附帶獲得，由于是推算，相對高溫灼燒的經(jīng)典方法偏差會大一些。水分測試的方法則有很多，常見的有烘箱重量法、微波法、卡爾費休方法等。烘箱重量法為常規(guī)的經(jīng)典方法，實驗室水分析最為常見；微波法則是近些年在在線測試中應(yīng)用較多，利用的是水分子對特定頻率微波吸收量進(jìn)行測量，實驗室應(yīng)用不多；卡爾費休則主要是測液體中水含量，也是危險廢物及油品等實驗室水含量分析方法。這里主要對最常見的重量法分析樣品水灰作說明。

2.1 重量法的水灰分析簡介

當(dāng)前應(yīng)用于廢物處置中的水分、灰分的檢測基本使用的都是重量法，主要參考的標(biāo)準(zhǔn)包括：《HJ 613-2011 土壤干物質(zhì)和水分的測定重量法》、《GB/T 28733-2012 固體生物質(zhì)燃料全水分測定方法》、《GB/T 211-2007 煤中全水分的測定方法》、《GB/T 212-2008 煤的工業(yè)分析方法》等，總體思想是：水分測試是將樣品在105~110℃環(huán)境下烘干至恒重，灰分測試則是在空氣中，最終于815℃灼燒至恒重。目前已有機(jī)構(gòu)進(jìn)行固體廢物的水分、灰分分析方法的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，但還沒有發(fā)布，行業(yè)內(nèi)主要還是參考和借用其他行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。

這些參考標(biāo)準(zhǔn)其制定及相關(guān)驗證均只是局限在其對應(yīng)的行業(yè)內(nèi)，而固體廢物其本身來自于各個行業(yè)，所以參考標(biāo)準(zhǔn)必然有其局限性。舉例來說，廢物中有不少樣品燃點溫度就在100℃左右，對于這類樣品，105~110℃的空氣環(huán)境下的烘干明顯是做不到的（樣品在此溫度下已經(jīng)在燃燒了）。相應(yīng)在烘干重量法中，標(biāo)準(zhǔn)HJ613-2011要考慮得更為充分，其注意事項10.2中明確提出，有機(jī)成分含量超過10%的樣品，應(yīng)考慮用50℃環(huán)境溫度進(jìn)行烘干測試水分含量，這一點實際上是將常規(guī)樣品制備環(huán)節(jié)中的樣品干燥納入到水分檢測中了，使得樣品水分檢測有更多可依據(jù)的方法，只是這種方法對干燥樣品的外水效果不錯，去除內(nèi)水的效果不佳，所以不適合內(nèi)水含量高的樣品。

重量法本身作為溫度條件的分析方法，所獲得的檢測結(jié)果實際就是樣品在規(guī)定的環(huán)境條件下質(zhì)量變化的測試結(jié)果，以測水分為例，嚴(yán)格來說，實際獲得的是樣品在105℃條件下?lián)]發(fā)物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（包含水、有機(jī)成分等），由于通常情況下，此溫度下樣品中的有機(jī)成分揮發(fā)量很少，所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)可忽略，統(tǒng)一將其定義為水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。只是針對不同的樣品，這個分析方法得出的結(jié)果是否能參與到熱值的計算，是需要評估有機(jī)成分是否占比較高，否則就應(yīng)該選用其他測試方法來獲得用于熱值計算的水分的結(jié)果。

2.2 水灰的儀器分析

2.2.1 水灰的常規(guī)分立設(shè)備分析

重量法的水灰分析，常規(guī)使用的設(shè)備或裝置包括：天平、烘箱、干燥器、馬弗爐。

圖1：樣品分析流程

測量水分、灰分分別經(jīng)歷循環(huán)1和循環(huán)2：

循環(huán)1：稱量好樣品，置于105~110℃烘箱中干燥1~1.5h，再取出置于干燥器中冷卻約0.5h（HJ 613-2011為45min）后，進(jìn)行第一次干燥后稱重，再置于烘箱中干燥約0.5h，取出置于干燥器中冷卻約0.5h后，第二次干燥后稱重...以此往復(fù)，當(dāng)相鄰兩次干燥后稱重差在要求范圍內(nèi)（即達(dá)到恒重目標(biāo)），水分測試完成，水分含量為樣品初始重量與恒重重量差值所占樣品重量的百分比；

循環(huán)2：用單體設(shè)備測試固體廢物一般推薦慢灰法，主要是快灰易導(dǎo)致樣品燃燒不充分，結(jié)果測試偏差大，另外若是爆燃就需要重測，固體廢物成分復(fù)雜，爆燃情況又比較常見，測試過程與水分測試類似，先高溫灼燒約1.5h，后面再冷卻，再稱量，再灼燒，再冷卻...

分立設(shè)備的測試效率相對較低，按最理想的情況計算，兩次循環(huán)即達(dá)到恒重目標(biāo)，則水分測試約2.5h、灰分測試約3h，主要是在于樣品加熱后，重新在天平中稱重是需要等樣品在干燥器中冷卻后才能進(jìn)行（一次水灰測試，4次干燥等待約需要2h），不然熱的樣品舟因為對氣流的影響，會給稱量造成很大的誤差。一次循環(huán)就要一次冷卻等待，需要消耗不少等待時間，特別遇到難干燥或灼燒的樣品，需要多次循環(huán)確認(rèn)其恒重。

2.2.2 水灰的自動化設(shè)備分析

自動化的儀器設(shè)備可以很大程度的節(jié)省人力，一次稱重，就能自動獲得所有過程重量并自動計算結(jié)果。自動化的分析設(shè)備實際就是將精密天平、高溫設(shè)備集成在一起，如圖2，是某家廠商的自動水灰分析設(shè)備，其主體部分包括：自動開關(guān)蓋、高溫爐、旋轉(zhuǎn)升降樣盤、天平模塊幾部分，關(guān)鍵技術(shù)涉及高溫爐溫度精準(zhǔn)控制、爐腔內(nèi)溫場均勻穩(wěn)定、天平隔熱等。

圖2：自動分析水灰設(shè)備剖面簡圖

整個測試過程自動完成，放入樣品后，儀器自動關(guān)蓋，并完成自動稱量。儀器自動控制程序升溫，升溫過程中，樣盤通過旋轉(zhuǎn)和升降實現(xiàn)精密天平對樣品的實時稱量，因為樣品處在溫度穩(wěn)定的爐腔內(nèi)，可以直接進(jìn)行稱量，省去了單體天平稱量需要等待樣品冷卻的過程，所以可以大大節(jié)省時間。溫升到目標(biāo)溫度停留并檢測到一段時間內(nèi)樣品重量沒發(fā)生變化時，則當(dāng)前流程完成，進(jìn)入下一個流程...樣品測試完成后，儀器自動開蓋并降溫冷卻，上位機(jī)軟件記錄整個過程的數(shù)據(jù)，包括繪制過程分析的樣品重量隨時間和溫度的變化的曲線，用于樣品過程熱重分析。相對分立的單體設(shè)備測試，無需人員記錄數(shù)據(jù)，減少出錯的可能。另外由于過程無需人員干擾，對于固體廢物的測試來說，減少了實驗人員與樣品的接觸次數(shù)，降低了接觸危害。

3.小結(jié)

危險廢物由于其復(fù)雜性，實際針對不同的廢物的同一指標(biāo)往往都有不同的檢測方法，本文主要是對危險廢物水灰測試的重量法進(jìn)行了描述，并就分立設(shè)備與自動化設(shè)備測試過程中的一些問題進(jìn)行了分析和討論，將危險廢物水灰測試從一個對比的視角展示給同行從業(yè)者，供行業(yè)共享與交流。

END