城市固体废弃物能源化利用技术
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第一章 概论

第一节 城市固体废弃物的组成及分析

一、城市固体废弃物的组成

城市固体废弃物又称城市生活垃圾,是指城市居民在日常生活或为城市日常生活提供服务的活动中所产生的固体废物,其主要成分包括厨余物、废纸、废塑料、废织物、废金属、废玻璃陶瓷碎片、砖瓦渣土、粪便,以及废家具、废旧电器、庭院废物等。城市固体废弃物成分构成复杂、性质多变,并且受到垃圾产生地的地理位置、气候条件、能源结构、社会经济水平、居民消费水平、生活习惯等方面因素的影响。

固体废物与非固体废物的鉴别,首先应根据《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中的定义进行判断;其次可根据试行的《固体废物鉴别导则》所列的固体废物范围进行判断;对物质、物品或材料是否属于固体废物的判断结果存在争议的,由国家环境保护行政主管部门组织召开专家会议进行鉴别和裁定。

我国经济的快速发展、城市化进程的加快,造成我国城市数量不断增多、规模不断扩大,随之而来的是城市固体废弃物数量的急剧增长。

根据统计年鉴,近年来我国城市固体废弃物的清运量和无害化处理量可用图1-1说明。

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图1-1 我国城市固体废弃物的清运量和无害化处理量

随着我国工业化和城市化的逐步推进,城市生活垃圾问题越来越受到人们的关注。当前,我国城市垃圾每年产生量接近2×108t,平均每人每年生产垃圾量约300kg,且近年来基本以10%的速度在增长。诸多资料显示,我国约有2/3的大中型城市被垃圾“包围”,严重影响了人们的生活质量。目前,垃圾填埋是我国主要的垃圾处理方式,但由于垃圾填埋占用土地资源,而我国人口分布极不均匀,在人口密度大的地区,城市生活垃圾与土地资源紧缺的矛盾日益尖锐,急需加大垃圾焚烧和垃圾回收。

由于城市垃圾扩散性小、不易流动,成分又极不均匀,因此,垃圾组成的测定是一项非常复杂的工作,测定组成时垃圾难以用机械分离,目前仍以人工取样分选后再分别称量进行测定。一般以各成分含量占新鲜湿垃圾的质量分数表示,即以湿基率(%)表示;亦可烘干后,去掉水分再称量,以干基率(%)表示。

城市固体废弃物来源不同,所含成分会有所不同,图1-2为我国城市固体废弃物的产生机制。在我国,一般将城市固体废弃物分为有机物、无机物、纸类、塑料、橡胶、布、木竹、玻璃、金属9类,其中后7类属可回收废物,但其回收也是相对的,只有那些易于分拣的部分才能回收。

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图1-2 我国城市固体废弃物的产生机制

表1-1是国外和我国几个城市的固体废弃物物理成分分析对照表。表1-2为21世纪初我国城市垃圾组成的估算值。

表1-1 国外和我国几个城市的固体废弃物物理成分分析对照表  单位: %

注:1.国外数据来自参考文献[10];2.表中“—”为该项成分数据未进行单独检测,其中在年份数据栏的表示年份不详。

表1-2 21世纪初我国城市垃圾的组成(估算值)  单位: %

二、城市固体废弃物的工业分析与元素分析

对城市生活垃圾的利用,不仅需要了解其物理组成和各物理组成的分布、含量,还有必要对其典型物理组成进行工业分析和元素分析。垃圾的工业分析包括水分、固定碳、灰分,通常还包括硫分和发热量的测定。工业分析指标包括水分、灰分和可燃物(挥发分和固定碳),又被称为“三成分”,用它可近似地判断垃圾的可燃性。元素分析包括碳、氢、氧、硫、氮、磷等元素的分析。

迄今我国尚未有测试城市生活垃圾或垃圾衍生燃料组成和性质的国家标准,但按照国内外目前通行的办法,把城市生活垃圾视为与煤、油页岩等固体燃料相似的含能材料,参照煤的分析方法进行生活垃圾及垃圾衍生燃料的工业分析、元素分析、发热量和各种工艺性质。

(一)城市固体废弃物的工业分析

1.水分

(1)概念

单位质量的生活垃圾所含的水的质量,称为生活垃圾的水分含量(含水率),简称水分。

水分是垃圾处理过程中涉及的一个重要物理参数,其值直接影响着垃圾填埋、垃圾堆肥和垃圾焚烧过程的正常进行,需进行严格控制,而且垃圾中水分含量过多也会造成垃圾筛分和空气分选的困难。

实际常用的指标是垃圾的应用基全水分(Mar),是垃圾的实际含水量。它是评价垃圾组成的最基本的指标,工艺过程中用于计算垃圾热量和质量平衡。

垃圾的外在水分(free moisture或surface moisture,Mf)指在一定条件下垃圾样与周围空气湿度达到平衡时所失去的水分。以机械方式与垃圾结合,其蒸气压与纯水的蒸气压相同。

内在水分(inherent moisture,Minh)指在一定条件下垃圾样达到空气干燥状态时所保持的水分。

将垃圾样破碎、缩分到粒度为3mm或1mm,经50℃干燥,再破碎到0.2mm,制得的垃圾样称为分析垃圾样。

(2)垃圾水分的测定

① 二步法测定垃圾样全水分(垃圾样粒度>3mm时) 第一步,外在水分的测定。取垃圾样500g,在70~80℃下干燥至恒重。垃圾样减轻的质量占垃圾样质量的百分数,即为外在水分(Mf)。第二步,测定内在水分。将测定外在水分所得到的干燥垃圾样破碎到3mm以下,取10~15g,在105~110℃下干燥至恒重,所失去的质量占垃圾样质量的百分数,即为内在水分(Minh)。

垃圾样的全水分可按式(1-1)计算。

Mar=Mf+Minh×   (1-1)

② 一步法测定垃圾样全水分(垃圾样粒度≤3mm时) 取垃圾样10~15g,在105~110℃下干燥至恒重,所失去的质量占垃圾样质量的百分数,即为垃圾样的全水分。

(3)分析垃圾样水分的测定

称取一定质量的分析垃圾样,在105~110℃下干燥至恒重,垃圾样减少的质量占原垃圾样质量的百分数,即为分析垃圾样水分(moisture in air-dried sample,Mad)。

2.灰分

(1)概念

城市生活垃圾的灰分(A)是指垃圾样品在规定条件下完全燃烧后所得的残余物占原垃圾样质量的百分数。垃圾中的灰分主要由不可燃的无机物和可燃的有机物中的燃烧残渣组成。

可燃物中的灰分一般小于10%,原生垃圾中无机物为20%~80%。经筛选后入炉垃圾中的不可燃无机物也有20%左右。垃圾含灰过多,不仅会降低垃圾热值,而且会阻碍可燃物与氧气的接触,增大垃圾着火和燃尽的难度。减少入炉垃圾灰分、改善其燃烧性能的方法有两种:一是在垃圾入炉前,尽可能地筛除不可燃的无机物;二是全面推广城市垃圾分类收集。第二种方法更为经济合理。

(2)垃圾的灰分的测定

测定原理是,称取一定质量(G)的分析垃圾样品置于马弗炉内,在(815±15)℃的温度下烧至恒重。根据灼烧后残渣的质量(G1),计算出分析垃圾样的灰分产率(灰分,Aad)。

Aad=×100%   (1-2)

为了避免分析垃圾样水分的变化对灰分产率的影响,通常对垃圾培养的筛分含量进行基准换算,方法是以假想无水的垃圾为基准(干燥基)。由于灰分的绝对值不随基准的变化而变化,因此

Aad×100=Ad×(100-Mad)   (1-3)

即    Ad=Aad×   (1-4)

式中,AdAad分别为垃圾的干基灰分和分析基灰分,%;Mad为垃圾的分析基水分,%。 

3.挥发分

(1)概念

垃圾在与空气隔绝的条件下,加热至一定温度时,在水分校正后的质量损失即为垃圾的挥发分。挥发分是由气态烃类化合物(甲烷和非饱和烃)、氢、一氧化碳、硫化氢等组成的可燃混合气体。

垃圾的挥发分不是垃圾中的固有物质,而是在特定条件下城市生活垃圾受热分解“挥发”出的物质,其数量既受垃圾本身性质的影响,也受挥发分测定条件的限制。

由于垃圾各种组成物质的分子结构不同,断键的条件也不同,这就决定了它们析出挥发分的初始温度是不同的,但常见的四种有机物(塑料、橡胶、木屑、纸张)的挥发分析出的初始温度都在200℃左右。随着加热温度的升高,垃圾析出挥发分的总量也会增加。热重研究得到的不同温度下物料的失重数据表明:在600℃时,塑料失重(即析出挥发分)达到99.94%(质量分数),橡胶则达到55%,木屑和纸张都达到80%。由此可以看出,挥发分是垃圾中可燃物的主要形式。因此,垃圾的焚烧主要是挥发分的燃烧。而挥发分着火温度低,与空气的混合较充分。由此可认为,垃圾的着火和焚烧是不困难的。

(2)测定

将1g分析垃圾样装入带盖的坩埚中放入马弗炉,在隔绝空气、(900±10)℃的条件下加热7min,垃圾样失重占垃圾样质量的百分数减去分析基垃圾样水分,即为分析垃圾样挥发分(Vad)。

Vad=×100-Mad   (1-5)

挥发分是垃圾的有机物受热分解时的产物,表征的是垃圾有机质部分某些物质的含量,它应该只与有机质有关,而不受垃圾中水和矿物质(灰分)的影响。分析垃圾样挥发分满足不了这个要求,需换算基准。换算方法是以“扣除”无机质(灰分、水分)后的物质为表征垃圾中有机质的基准。

垃圾(100%)=有机质+无机质   (1-6)

定义垃圾的可燃基或干燥无灰基(dry ash-free,daf)为:

可燃基=100-Mad-Aad   (1-7)

由质量守恒定律对垃圾的有机质含量进行衡算,可得:

Vdaf×(100-Mad-Aad)=Vad×100   (1-8)

即    Vdaf=×100   (1-9)

式中,Vdaf为垃圾的可燃基(干燥无灰基)挥发分,%;VadMadAad分别为垃圾的分析基挥发分、水分、灰分, %。

4.固定碳

垃圾的固定碳(fixed carbon,FC)是指从垃圾中扣除水分、灰分和挥发分后的残留物,即

FCad=100-Mad-Aad-Vad   (1-10)

由于固定碳表征的也是垃圾中的有机质特征,也可用可燃基表示,即

FCdaf=100-Vdaf   (1-11)

固定碳燃烧的特点是:释放热量多,高达32700kJ/kg,但着火温度高,与氧充分接触较挥发分困难,燃尽时间也较长。这就决定了固定碳含量高的燃料一般是难以着火和燃尽的燃料。垃圾中固定碳含量较低。

(二)城市固体废弃物的元素分析

垃圾作为多种物质的混合物,其化学组成与垃圾的化学组成有着密切的联系。按堆肥处理的元素构成分析,垃圾的主要构成元素可分为三大类:营养元素,包括碳、氢、氧、氮、磷、钾、钠、镁、钙等;微量元素,包括硅、锰、铁、钴、镍、铜、锌、铝、铍等;有毒元素,包括铅、汞、镉、砷等。

另外,垃圾中的硫有时会产生硫化氢和氯化氢等气体污染物,因此也常将硫和氯列为垃圾中的有毒有害成分。

对于堆肥处理而言,垃圾的主要元素分析成分是碳、磷、钾、氮,常用碳/氮比和碳/磷比来表示。由于这两个参数对堆肥的进程和肥效有很大影响,因此,在堆肥处理时通常应严格控制这两个参数。对于热力的热解、气化、焚烧而言,垃圾的主要元素成分是碳、氢、氧、氮、硫、氯,这些成分是影响垃圾能源化利用处理的主要成分。

1.碳和氢

碳是垃圾中有机物质构成的主要元素。垃圾中的碳构成了形形色色的有机物,在氧化反应前均需进行不同程度的降解反应,即通过生化或热力作用,将有机物大分子变成有机物小分子。这样才有利于实现完全的氧化反应。在氧化反应过程中有大量的热量释放出来,这部分热量是维持堆肥杀菌、发酵、无害化高温的热源,更是使系统中的垃圾完全焚烧和向外提供热量的基础。氧化每千克碳放出的热量约为32700kJ。

氢也是一种可燃元素,氧化每千克氢可放出1.2×105kJ的热量。垃圾中的氢,一部分与氧结合成稳定的化合物(水),这部分氢不参与氧的氧化反应过程,因此,也不应该计入元素分析中氢的含量;另一部分则存在于有机质的分子结构中,在加热时产生游离的氢分子、水分子和烃类化合物,并以挥发分的形式逸出。由于挥发分着火温度低、燃尽时间短,因此,它的数量对垃圾的着火和燃尽都有很大影响。垃圾中可燃物主要是纸、纤维、塑料和其他有机类物质,它们所含的挥发分一般较高,是较易着火和燃尽的可燃物。

垃圾中碳和氢含量的测定主要采用燃烧法(利比西法)。将盛有定量分析垃圾样的瓷舟放入燃烧管内,通入氧气,在800℃的温度下使垃圾样充分燃烧。垃圾样中的碳和氢在800℃、CuO的存在下完全燃烧,生成水和二氧化碳,分别用吸水剂(氯化钙、浓硫酸或过氯酸镁)和二氧化碳吸收剂(碱石棉、钠石灰或氢氧化钾溶液)吸收。根据吸收剂的增重计算出垃圾中碳和氢的含量。

Cad=×100%   (1-12)

 Had=×100-0.119Mad   (1-13)

式中,Cad为垃圾中碳的含量, %;Had为垃圾中氢的含量, %;G为垃圾分析样质量,g;G1为二氧化碳吸收管的增重,g;G2为水分吸收管的增重,g;G3为水分空白值,g;Mad为垃圾分析样品水分, %。

2.氧和氮

氧和氮都是有机物中具有不可燃特性的元素组分。垃圾中的氧和氮大多与碳、氢等元素结合存在于有机物中。氮在生物降解或燃烧过程中,常分解产生氨和氮氧化物(NOx)等。而在1200℃以上高温氧化的条件下极易产生热力氮氧化物,从而形成光化学烟雾,是大气中的一种非常有害的污染物。在堆肥过程中,氮元素却是一种非常重要的有益成分,它不仅影响堆成品的肥效,而且也会影响堆肥过程的进行。

垃圾中氮的测定采用开氏法或改进的开氏法。在催化剂的作用下,垃圾在沸腾的浓硫酸中反应,垃圾中的有机质被氧化成二氧化碳和水,绝大部分氮转化成氨并与硫酸反应生成硫酸氢铵。加入过量的氢氧化钠中和硫酸,铵盐转化为氢氧化铵,受热分解,蒸馏出氨。用硼酸或硫酸吸收氨,最后用酸碱滴定,计算出氮的含量Nad(%)。

Nad=×100   (1-14)

式中,N为硫酸标准溶液的物质的量浓度,mol/L;V1为硫酸标准溶液的用量,mL;V2为空白试验时硫酸标准溶液的用量,mL;其余参数意义同前。

垃圾中的氧含量一般不用直接测量的方法得到,而是采用差减法,即将垃圾有机质部分中的主要构成元素的含量扣除后剩余的量认为是垃圾有机质中的氧含量。

Oad=100-(Mad+Aad+St,ad+Cad+Had+Nad+Clad)   (1-15)

式中,Oad为垃圾中氧的含量, %;Clad为垃圾中氯的含量, %;St,ad为垃圾中全硫含量, %。

由于式(1-15)右方7个指标测定的误差累积在氧含量的计算值上,故氧含量计算误差很大。

3.硫

硫在垃圾中存在的形式有:以与碳、氢、氧等结合生成复杂化合物形式存在的有机硫、黄铁矿硫(FeS2)和硫酸盐硫(CaSO4、MgSO4和FeSO4等)3种。其中,有机硫和黄铁矿硫是可燃硫。每千克硫完全氧化放出约9040kJ的热量。硫燃烧生成SO2,SO2进一步氧化生成SO3,SO3与H2O结合生成的硫酸具有强烈的腐蚀性,对焚烧炉的使用寿命有一定危害。有机垃圾中的含硫量很低,不到0.1%,远远低于一般垃圾的含硫量,因此在含硫方面可以认为有机垃圾是比垃圾更清洁的燃料。

垃圾中全硫的测定通常采用艾氏卡法。将分析垃圾样与艾氏剂(2份MgO和1份Na2CO3混合而成)混合后缓慢燃烧,垃圾中的硫全部转化为溶于水的硫酸钠和硫酸镁。然后用热水将硫酸盐从燃烧的熔融物中浸取出,加入氯化钡,使可溶硫酸盐全部转化为硫酸钡沉淀。称出硫酸钡的质量,即可计算出垃圾中全硫含量。

St,ad=×100   (1-16)

式中,St,ad为分析垃圾样全硫含量, %;G为分析垃圾样的质量,g;G1 为硫酸钡的质量,g;G2为空白试验硫酸钡的质量,g;0.1374为由硫酸钡换算成硫的系数。

4.氯

将垃圾作为燃料进行热处理是减量化、无害化、资源化处理垃圾最主要的方法,但因城市垃圾成分复杂,特别是随着垃圾中含氯塑料组分的增加,焚烧过程中产生的剧毒二id:2147504714;FounderCES英类物质(PCDDs/PCDFs)的二次污染问题日益严重,已引起各国的高度重视。通过氯元素分析可以明确垃圾中氯的确切来源、种类,可以通过控制入炉氯的方法控制二id:2147504721;FounderCES英的生成,根据氯元素分析做好垃圾分类,尽量减少有机氯和无机氯的含量会对重金属的污染控制起积极作用。另外,氯元素分析对决定生活垃圾焚烧厂工艺、相关设施、设备的配备也是非常重要的。

氯是垃圾等固体燃料中重要的有害微量元素,准确测定固体燃料中的氯含量是寻找有效的脱除或控制技术的前提。目前氯含量的测定方法较多,但每种方法都有其适用性和局限性,必须结合氯的附存形态及含量特点选择。下面介绍垃圾中氯含量的测定原理和各种测定方法。

(1)测定原理

氯元素的测定可采用中子活化法(NAA)、X-ray荧光法、扫描电镜(SEM)和X衍射(EDX)直接对固相进行测定。但目前氯的分析方法大多是通过高温燃烧去除可燃物,如将垃圾与艾试剂混合后在马弗炉燃烧,或氧弹燃烧,或高温水解,将固体燃料中所含的氯吸收入碱性试剂后转化为氯离子,再萃取到溶液后进行测定。这些常用测定方法都是对艾氏卡法(伏尔哈德法)的改良。测定的主要方法如(2)~(9)部分所述。

(2)高温燃烧水解-电位滴定法

这种方法是我国垃圾中氯含量测定的国家标准方法。将垃圾样在氧气和水蒸气混合气流中燃烧和水解,完成后将吸收瓶内的样品倒入烧杯中,用蒸馏水冲洗吸收瓶和导气管,洗液直接冲入烧杯并定容到(140±10)mL,往烧杯中加入3滴溴甲酚绿指示剂,用氢氧化钠溶液中和到指示剂变为浅蓝色,再加入0.25mL的硫酸溶液、3mL硝酸钾溶液和5mL标准氯化钠溶液,使垃圾中氯全部转化为氯化物并定量地溶于水中。以银为指示电极,银-氯化银为参比电极,用标准硝酸银电位法直接滴定冷凝液中的氯离子浓度,根据标准硝酸银溶液用量计算垃圾中氯的含量。计算结果时,实际终点电位每偏离标定的终点电位±1mV,应扣除±0.01mL硝酸银的滴入量。

高温燃烧水解法对垃圾中的氯化物矿物质有很好的分解作用,垃圾中难分解的氯化物,如氯化镁、氯化钙等在高温下均会发生分解,垃圾中的氯能够较完全地转入溶液中。样品溶液采用氯离子选择电极电位滴定,样品溶液中的杂离子少,滴定的干扰小,以电势差的突变判断为滴定的终点。并用差值微商或做微分曲线法确定滴定的精确终点,所得的终点值精确可靠,人为误差小。

(3)艾氏卡混合剂熔样-硫氰酸钾滴定

本法也是国家标准方法。将垃圾样与艾试剂在坩埚内混匀,再均匀覆盖2.0g艾试剂,将坩埚送入马弗炉内,半启炉门,使炉温逐渐由室温升到(680±20)℃,并恒温3h。冷却后将半熔物倒入400mL烧杯中,用去离子水冲洗坩埚3~5次,加水至100mL,小心煮沸溶液5min,用倾泻法以定性滤纸过滤,尽可能滤出清液;将残渣转移到滤纸上,并用热水仔细冲洗烧杯;洗涤滤纸上的残渣,直至无氯离子为止。在盛滤液的烧杯中轻轻放入一搅拌子,加入1滴酚酞指示剂,用浓硝酸调至红色消失;再加入过量5mL硝酸,使酸度达到0.4~0.5mol/L。这时加入硝酸的速度不能过快,以免产生的CO2气体反应激烈,将溶液溅出。用单标记移液管准确加入5mL标准氯化钠溶液(0.1mg/mL)、10mL标准硝酸银溶液(0.025mol/L),放置2~3min。为了防止硝酸银沉淀转化,加入3~5mL正己醇,盖好表面皿。将烧杯放在磁力搅拌器上快速搅拌1min。加入1mL硫酸铁铵指示剂,用标准硫氰酸钾滴定,使溶液由乳白色变成浅橙色,最后根据硝酸银溶液的实际消耗量计算出垃圾中氯含量。

艾氏卡混合熔样法对垃圾含氯矿物质的分解效果较差,垃圾中的氯未能完全定量地转移到溶液中,且垃圾样的处理过程不如高温水解法简洁,操作过程中易造成人为误差。样品溶液的测定采用硫酸铁铵作指示剂,用硫氢酸钾溶液进行滴定的方法,由于饱和的硫酸铁铵指示剂水溶液呈褐色,以人眼观察溶液的着色变化来判断滴定终点,易给试验带来一定的人为误差,在滴定的方法上不如电位滴定精确。为使终点敏锐,可在水溶液中加入适量浓硝酸,以加入20mL浓硝酸的效果最佳。试样灼烧后需尽快分析,如不能马上分析,应将试样放入干燥器内,以免被污染(如HCl气体等)。使用的滴定管最好用微量滴定管,以减少滴定误差;另外,用硫氰酸钾标准溶液滴定时,滴定的速度不能过快,且搅拌要轻,以防止吸附在正己醇表面的氯化银产生沉淀转化,影响结果的准确性。

(4)离子选择性电极法

本方法是美国检测及材料协会(American Society for Testing and Materials, ASTM)关于测定垃圾中氯含量的标准方法。准确称取1g(准至0.1mg)垃圾样至坩埚,放在高压(2.5~3MPa)氧弹(氧弹内要放少量碳酸铵溶液)内,将氧弹浸入冷水浴中点火,在水中放置至少10min,取出后,将氧弹倒置并摇大约10min。仔细清洗弹筒和弹仓,并用3mL的浓硝酸对氧弹进行酸洗,收集洗液。也可以用艾氏卡混合熔样法熔样,在马弗炉里1h内升温至(67±25)℃,并在最高温保持1.5h,取回坩埚,将燃后的混合物移至烧杯中,加入少量热水,再小心加入40mL HNO3(体积比为1∶1),盖上表面皿,摇烧杯以加速溶解,然后过滤溶液(如果测定的是低灰垃圾,可以不过滤)。最后用离子选择性电极电位滴定溶液中的氯,滴定用0.025mol/L AgNO3溶液,电极为银电极(参比电极)和银-银氯电极。该方法滴定准确,重现性较好。

(5)氧弹分解-高效液相色谱法

该方法同样是采用氧弹燃烧分解垃圾样,将垃圾中所含的氯吸收入碱性试剂后转化为Cl-,对吸收液进行高效液相色谱分析,可以准确测定垃圾中氯的含量。本法既解决了化学法对低含量氯测定的定量误差问题,又避免了采用艾试剂分解垃圾样所引入的大量C对色谱分析的干扰,提高了分析速度及灵敏度,已应用于垃圾样品中氯的测定。该法尤其适用于氯含量低于0.05%的垃圾中氯元素的测定。

(6)电感耦合等离子体发射光谱法

本法采用垃圾发热量测定的高压氧弹装置处理样品,定量加入银的标准溶液使氯沉淀,将沉淀离心分离后,用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定溶液中沉淀Cl-后过量的Ag+含量,从而间接测定垃圾中的氯含量。该方法提高了分析速度,同时取得了较满意的精密度与准确度。同时,该方法还可推广到原子吸收等仪器上使用,具有较好的推广价值,弥补了光谱仪器不能对阴离子进行定量检测的缺陷。

(7)离子色谱法

按艾氏卡法熔样,取滤液,备用。绘制色谱标准工作曲线,色谱条件为:淋洗液4mmol/L Na2CO3,流速2.4mL/min,进样量50μL,量程0.1V,纸速4mm/min。取处理后的滤液,用去离子水稀释5~10倍,在相同的色谱条件下进行测定。国内外文献多采用Na2CO3/NaHCO3淋洗液体系,但用艾氏卡试剂处理垃圾样引入了大量的C,C的保留时间与Cl-的保留时间接近,两者的色谱峰不能完全分开,因此大量的C干扰Cl-的测定。将样品溶液稀释5~10倍,使溶液与淋洗液中C的浓度接近,C对Cl-的干扰减到最小。Na2CO3体系是中等强度的淋洗液体系,4mmol/L的Na2CO3淋洗液体系分离效果较好,且峰形尖锐,对称性好。该方法的线性范围(Cl-)为0.01~24mg/L,相关系数为0.9998。

(8)硝酸银滴定法

该方法适用于垃圾中总氯的测定。在中性或弱碱性(pH=6.5~10.5)溶液中,以铬酸钾作指示剂,用硝酸银标准溶液滴定。因氯化银沉淀的溶解度比铬酸银小,所以溶液中首先析出氯化银沉淀,待白色氯化银沉淀完全以后,稍过量的硝酸银与铬酸钾生成砖红色的铬酸银沉淀,从而指示达到终点。本方法的适宜范围在10~500mg/L之间。

(9)氧弹分解-电位滴定法

本法是ASTM关于测定垃圾衍生燃料(RDF)中氯含量测定的标准方法。将RDF试样放在氧弹中,缓慢通入氧气至高压(25atm),将氧弹浸入冷水浴中点火,在水中放置至少10min,取出后,将氧弹倒置并摇大约10min。仔细清洗弹筒和弹仓,收集洗液。加热蒸发掉50mL液体,浓缩溶液中的氯,加入50mL甲醇,并用HNO3调至中性,用酚酞作指示剂,再多加2mL HNO3。将电极浸入试样溶液,用磁力搅拌器轻微搅拌。所用电位滴定计为银电极,用饱和硝酸钠溶液作电桥。滴加0.10mL AgNO3标准溶液,每次滴加后记录下毫伏值,至终点。以毫伏值对所加AgNO3标准溶液量画图,从滴定曲线图确定终点(拐点)或根据表格数据用数学方法推导。

表1-3是城市生活垃圾主要成分的工业分析和元素分析。

表1-3 城市生活垃圾主要成分的工业分析和元素分析

5.城市生活垃圾中的微量元素

城市生活垃圾中的微量元素对垃圾处理处置的“三化”影响很大。例如,焚烧法造成的二次污染中重金属污染占有很大的比重。目前已有研究证实,垃圾焚烧厂周围区域重金属的浓度正逐年上升。重金属对人体产生的负面效应是巨大的。

为了在垃圾处理处置过程中采取适当的污染防治措施,除了需要垃圾中主要构成元素含量的信息,对原生垃圾中各种有毒、微量元素含量的充分掌握也是必需的。

垃圾的化学元素组成很复杂,测定方法亦很烦琐,不仅要用到常规化学分析方法和仪器分析方法,有的还要用到先进的现代分析仪器。例如,全磷测定用硫酸过氯酸铜蓝比色法,全钾测定用火焰光度法,某些金属元素测定更要用到原子吸收光度法等精密仪器。

北京市生活垃圾中元素含量见表1-4。

表1-4 北京市生活垃圾中元素含量

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