危險(xiǎn)廢物的水分、灰分是危險(xiǎn)廢物處置的關(guān)鍵參數(shù)，準(zhǔn)確獲得其水分、灰分對(duì)指導(dǎo)危險(xiǎn)廢物終端處置工藝有重要意義。本文對(duì)危險(xiǎn)廢物實(shí)驗(yàn)室分析水分、灰分的常見(jiàn)問(wèn)題及檢測(cè)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單討論，希望給從業(yè)人員在日常檢測(cè)研究中提供一點(diǎn)參考。

1.危險(xiǎn)廢物水灰參數(shù)的作用

水、灰的分析測(cè)試是危險(xiǎn)廢物實(shí)驗(yàn)室分析中最簡(jiǎn)單的幾個(gè)指標(biāo)中的兩個(gè)，同時(shí)其含量也是危廢處置重要的過(guò)程參數(shù)。水含量高一般不是一件好事，如對(duì)焚燒處置來(lái)說(shuō)，水分高會(huì)影響燃燒穩(wěn)定性和熱傳導(dǎo)，降低焚燒窯的穩(wěn)定性；對(duì)填埋來(lái)說(shuō)，水分含量過(guò)高則會(huì)影響安全填埋，《gb 18598-2001 危險(xiǎn)廢物填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》明確要求含水率大于85%的危險(xiǎn)廢物需經(jīng)預(yù)處理后才能進(jìn)行填埋。灰分主要是在廢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(shí)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(jiǎn)單，檢測(cè)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(cè)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(cè)試各元素含量為主要目的附帶獲得，由于是推算，相對(duì)高溫灼燒的經(jīng)典方法偏差會(huì)大一些。水分測(cè)試的方法則有很多，常見(jiàn)的有烘箱重量法、微波法、卡爾費(fèi)休方法等。烘箱重量法為常規(guī)的經(jīng)典方法，實(shí)驗(yàn)室水分析最為常見(jiàn)；微波法則是近些年在在線測(cè)試中應(yīng)用較多，利用的是水分子對(duì)特定頻率微波吸收量進(jìn)行測(cè)量，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用不多；卡爾費(fèi)休則主要是測(cè)液體中水含量，也是危險(xiǎn)廢物及油品等實(shí)驗(yàn)室水含量分析方法。這里主要對(duì)最常見(jiàn)的重量法分析樣品水灰作說(shuō)明。

2.1 重量法的水灰分析簡(jiǎn)介

當(dāng)前應(yīng)用于廢物處置中的水分、灰分的檢測(cè)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(cè)定 重量法》、《gb/t 28733-2012 固體生物質(zhì)燃料全水分測(cè)定方法》、《gb/t 211-2007 煤中全水分的測(cè)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(cè)試是將樣品在105~110℃環(huán)境下烘干至恒重，灰分測(cè)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(méi)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(yàn)證均只是局限在其對(duì)應(yīng)的行業(yè)內(nèi)，而固體廢物其本身來(lái)自于各個(gè)行業(yè)，所以參考標(biāo)準(zhǔn)必然有其局限性。舉例來(lái)說(shuō)，廢物中有不少樣品燃點(diǎn)溫度就在100℃左右，對(duì)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(xiàng)10.2中明確提出，有機(jī)成分含量超過(guò)10%的樣品，應(yīng)考慮用50℃環(huán)境溫度進(jìn)行烘干測(cè)試水分含量，這一點(diǎn)實(shí)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(cè)中了，使得樣品水分檢測(cè)有更多可依據(jù)的方法，只是這種方法對(duì)干燥樣品的外水效果不錯(cuò)，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(cè)結(jié)果實(shí)際就是樣品在規(guī)定的環(huán)境條件下質(zhì)量變化的測(cè)試結(jié)果，以測(cè)水分為例，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，實(shí)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(duì)不同的樣品，這個(gè)分析方法得出的結(jié)果是否能參與到熱值的計(jì)算，是需要評(píng)估有機(jī)成分是否占比較高，否則就應(yīng)該選用其他測(cè)試方法來(lái)獲得用于熱值計(jì)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，樣品分析流程如下圖。

圖1 水分、灰分單體設(shè)備分析流程

測(cè)量水分、灰分分別經(jīng)歷循環(huán)1和循環(huán)2：

1）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)相臨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(cè)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；

2）循環(huán)2：用單體設(shè)備測(cè)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(cè)試偏差大，另外若是爆燃就需要重測(cè)，固體廢物成分復(fù)雜，爆燃情況又比較常見(jiàn)，測(cè)試過(guò)程與水分測(cè)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(cè)試效率相對(duì)較低，按最理想的情況計(jì)算，兩次循環(huán)即達(dá)到恒重目標(biāo)，則水分測(cè)試約2.5h、灰分測(cè)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(cè)試，4次干燥等待約需要2h），不然熱的樣品舟因?yàn)閷?duì)氣流的影響，會(huì)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(shí)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(dòng)化設(shè)備分析

自動(dòng)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(dòng)獲得所有過(guò)程重量并自動(dòng)計(jì)算結(jié)果。自動(dòng)化的分析設(shè)備實(shí)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(dòng)水灰分析設(shè)備，其主體部分包括：自動(dòng)開(kāi)關(guān)蓋、高溫爐、旋轉(zhuǎn)升降樣盤(pán)、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(chǎng)均勻穩(wěn)定、天平隔熱等。

圖2 自動(dòng)分析水灰設(shè)備剖面簡(jiǎn)圖

整個(gè)測(cè)試過(guò)程自動(dòng)完成，放入樣品后，儀器自動(dòng)關(guān)蓋，并完成自動(dòng)稱量。儀器自動(dòng)控制程序升溫，升溫過(guò)程中，樣盤(pán)通過(guò)旋轉(zhuǎn)和升降實(shí)現(xiàn)精密天平對(duì)樣品的實(shí)時(shí)稱量，因?yàn)闃悠诽幵跍囟确€(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(guò)程，所以可以大大節(jié)省時(shí)間。溫升到目標(biāo)溫度停留并檢測(cè)到一段時(shí)間內(nèi)樣品重量沒(méi)發(fā)生變化時(shí)，則當(dāng)前流程完成，進(jìn)入下一個(gè)流程...樣品測(cè)試完成后，儀器自動(dòng)開(kāi)蓋并降溫冷卻，上位機(jī)軟件記錄整個(gè)過(guò)程的數(shù)據(jù)，包括繪制過(guò)程分析的樣品重量隨時(shí)間和溫度的變化的曲線，用于樣品過(guò)程熱重分析。相對(duì)分立的單體設(shè)備測(cè)試，無(wú)需人員記錄數(shù)據(jù)，減少出錯(cuò)的可能。另外由于過(guò)程無(wú)需人員干擾，對(duì)于固體廢物的測(cè)試來(lái)說(shuō)，減少了實(shí)驗(yàn)人員與樣品的接觸次數(shù)，降低了接觸危害。

3. 小結(jié)

危險(xiǎn)廢物由于其復(fù)雜性，實(shí)際針對(duì)不同的廢物的同一指標(biāo)往往都有不同的檢測(cè)方法，本文主要是對(duì)危險(xiǎn)廢物水灰測(cè)試的重量法進(jìn)行了描述，并就分立設(shè)備與自動(dòng)化設(shè)備測(cè)試過(guò)程中的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析和討論，將危險(xiǎn)廢物水灰測(cè)試從一個(gè)對(duì)比的視角展示給同行從業(yè)者。

原標(biāo)題:危險(xiǎn)廢物實(shí)驗(yàn)室分析儀器與方法——水灰分析（上）