CN105891047B - 有机固体废物物料颗粒密度的测定方法 - Google Patents

有机固体废物物料颗粒密度的测定方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，采用注射器作为测定容器，该测定方法包括以下步骤：a、确定注射器重量W1；b、将测定液置入注射器，确定测定液和注射器的总重量W2；c、对待测物料进行预处理；d、将待测物料置入干燥的注射器，确定待测物料和注射器的总重量W3；加入测定液至预定容积，确定待测物料、注射器和测定液的总重量W4；e、计算待测物料颗粒密度。本发明的有效益效果在于采用注射器作为测定容器，测定液能够完全封闭容积空间，有效解决物料颗粒漂浮液面的情况，实现堆肥调理剂等轻质物料颗粒密度的测定。

Description

有机固体废物物料颗粒密度的测定方法
技术领域
本发明涉及肥料颗粒密度检测领域，具体涉及一种有机固定废物物料颗粒密度的测定方法。
背景技术
物料的颗粒密度(Particle Density)与容重(Bulk Density)在定义上存在不同，且表征的物理特性也各不相同。其中，容重分为干容重和湿容重，其中干容重表示单位体积内物料固相的重量，而湿容重则表示单位体积内固相和液相的总重量。而颗粒密度是单位体积(颗粒的真实体积)内固体颗粒的重量，其大小表征物料的真实密度。对于堆肥物料等疏松的多孔介质，其容重的大小受到压实作用的影响而呈现较大的差异性，而颗粒密度则反映单位体积物料固相颗粒的重量，其大小与压实程度无关[1]。物料的颗粒密度是进行物料配比和运输成本核算的重要参数之一。同时，在开展堆肥工程设计时，颗粒密度、含水量和容重等是计算堆体自由空域和气流阻力等参数必不可少的中间参数。因此，有必要对物料进行颗粒密度的测定。
在堆肥原料中，造纸污泥的颗粒密度最大，牛粪次之，城市污泥与鸡粪和羊粪相对较小，猪粪最小；在调理剂中，CTB无机调理剂的颗粒密度最高，废纸次之，绿化垃圾、木屑、锯末、树叶和树皮等相对较小，而麦秸、麦壳和干草等最小；在栽培基质中，珍珠岩和进口草炭的颗粒密度显著低于蛭石和国产草炭。由于堆肥物料来源的差异，不同粒径的城市污泥堆肥和垃圾堆肥的颗粒密度分布存在一定差异，进而影响其产品质量。
由物料颗粒密度的定义可知，测定其大小的关键在于确定物料中气相体积的大小。Gabriel和Leege采用注水的方法来排除被测物料中的空气，进而确定被测物料的颗粒密度。该法的缺点在于物料中的空气不易被排尽，且部分密度较轻物料会漂浮在溶液表面，导致无法进行测定。Agnew对上述方法进行了改进，向物料中鼓入一定量气体，并根据理性气体状态方程计算物料中原有空气的体积，进而确定物料的颗粒密度。Wilson则将鼓入空气替换为氦气，并采用改进后的方法测定了各种栽培基质的颗粒密度。但是，该方法操作相对复杂，需要特制的密闭气室和气压测定仪表，且温度等条件变化会影响测定结果。
Haug则通过挥发性固体VS和灰分的含量来间接的估算堆肥物料的颗粒密度。其中，颗粒密度ρs可以表示为：
ρs＝1/(ηOM/1.55+ηASH/2.65) (1)；
式(1)中，ρs为颗粒密度，g/cm3；ηOM为有机质含量，％；ηASH为灰分含量，％。
Van Ginkle通过推导堆肥物料中固、液、气三相之间的关系，提出颗粒密度ρs可表示为：
ρs＝ρds/[1-(1-ds)ρ/γ1-θg] (2)；
式(2)中，ρ为物料容重，g/cm3；ds为被测物料中的固相物质含量；γ1为液相密度(一般取1g/cm3)，g/cm3；θg为气相所占体积分数，％。
现有技术中采用容量瓶进行固相密度测定时测定结果不准确除了上述物料中存在气相体积大小的影响，还有部分固相密度小于蒸馏水而产生部分颗粒漂浮于水面上影响定容对测定结果造成的影响。针对固相颗粒漂浮的情况，一般来说，本领域技术人员会采用密度更小的液体替代蒸馏水以解决该问题。但是，由于堆肥物料的颗粒密度变化程度十分大，采用水作为溶液、容量瓶作为测定容器的方法测定其颗粒密度大小存在一定问题，主要包括部分物料漂浮影响定容、空气不易被排除等。即便参照上述做法将蒸馏水替换为密度更小的液体，仍会因其密度范围大及其内的气相体积产生部分颗粒漂浮的状况。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种有机固定废物物料颗粒密度的测定方法，解决部分物料漂浮影响定容、颗粒中空气不易被排除。
为排出堆肥物料颗粒中的气相，本发明人采用了振动方法，但是，采用普通的容量瓶的情况下，部分颗粒漂浮于液面，振动时该部分颗粒的气相排出效果并不明显。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，采用注射器作为测定容器，所述注射器包括活塞筒、活塞和设置在所述活塞筒上的注射嘴；
该测定方法包括以下步骤：
a、确定注射器重量W1；
b、将测定液置入注射器，确定测定液和注射器的总重量W2；
c、对待测物料进行预处理；
d、将待测物料置入干燥的注射器，确定待测物料和注射器的总重量W3；加入测定液至预定容积，确定待测物料、注射器和测定液的总重量W4；所述预定容积等于步骤b中置入的测定液的体积；
e、根据测定结果以及测定液的密度计算待测物料颗粒密度，其表达公式如下：
ρsolid＝(W3-W1)/[(W2-W1+W3-W4)/ρliquid]；
其中，ρsolid为待测物料的颗粒密度，ρliquid为测定液的密度；
步骤d中将待测物料置入干燥注射器后，加入测定液时还包括以下子步骤：
d-1、向注射器的筒活塞筒内加入测定液，测定液与待测物料混合后推动活塞使活塞筒内空气由注射嘴排出；
d-2、吸入测定液，振荡混合后，再次利用注射嘴排出活塞筒内的空气；
d-3、重复步骤d-2直至活塞筒内没有气泡，吸取测定液使注射器达到预定容积。
上述有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，还包括标定测定液的密度ρliquid的步骤：
1)称取容量瓶的重量M4；
2)在容量瓶中添加体积为V的测定液并称重M5；
3)根据M4，M5和V计算测定液的密度ρliquid；
计算公式为：ρliquid＝(M5-M4)/V。
上述有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，所述测定液为正丁烷。
上述有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，所述测定液为蒸馏水。
上述有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，所述步骤c中对待测物料的预处理包括：
将待测物料在70℃条件下烘干至恒重；
待测物料颗粒过筛剔除大于预设粒径范围的颗粒。
上述有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，所述步骤a、b和d在25±1℃的条件下进行。
上述有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，每种待测物料进行至少3次平行测定，取其计算结果的平均值作为最终结果。
上述有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，步骤d-2中的震荡采用超声震荡法。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、采用注射器作为测定容器，测定液能够完全封闭容积空间，有效解决物料颗粒漂浮液面的情况，实现堆肥调理剂等轻质物料颗粒密度的测定；
2、在注射器内充满测定液时，进行振动以提高排出堆肥颗粒中的气相效果，提高测定精确度；
3、对待测物料进行预处理，提高测定精确度；
4、在常温下多次测定取平均值，测定结果更准确且贴近使用数据。
附图说明
附图1是本发明有机固体废物物料颗粒密度的测定容器注射器的结构示意图。
上述附图中：1、活塞筒；2、活塞；3、注射嘴；4、标记点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。
本发明采用注射器作测定容器，进行测定操作时保证测定液完全充满活塞内腔，解决了部分堆肥颗粒不能完全被测定液浸入而产生的定容不准确问题。测定液完全充满活塞内腔的前提下进行振荡，此时所有堆肥颗粒均被测定液浸没，因此振荡时更利于堆肥颗粒内部空气排出，测定结果更为准确。
实施例1
采用注射器为测定容器，蒸馏水作为测定液，分别对造纸污泥、污泥堆肥和木屑颗粒的颗粒密度进行测定。
步骤如下：
在常温(25℃)条件下，标定测定液(蒸馏水)的密度ρliquid：
1)称取容量瓶的重量M4；
2)在容量瓶中添加体积为V的测定液并称重M5；
3)根据M4，M5和V计算测定液的密度ρliquid；
计算公式为：ρliquid＝(M5-M4)/V。
计算结果为ρliquid＝0.998×103kg·m-3。
按照以下步骤进行物料颗粒密度的测定：
a、确定注射器重量W1；
b、将测定液置入注射器，确定测定液和注射器的总重量W2；
c、对待测物料进行预处理，将待测物料在70℃条件下烘干至恒重，待测物料颗粒过筛剔除大于预设粒径范围的颗粒；
d、将待测物料置入干燥的注射器，确定待测物料和注射器的总重量W3；加入测定液至预定容积，确定待测物料、注射器和测定液的总重量W4；所述预定容积等于步骤b中置入的测定液的体积；
e、根据测定结果以及测定液的密度计算待测物料颗粒密度，其表达公式如下：
ρsolid＝(W3-W1)/[(W2-W1+W3-W4)/ρliquid]；
其中，ρsolid为待测物料的颗粒密度，ρliquid为测定液的密度；
步骤d中将待测物料置入干燥注射器后，加入测定液时还包括以下子步骤：
d-1、向注射器的活塞筒内加入测定液，测定液与待测物料混合后推动活塞使活塞筒内空气由注射嘴排出；
d-2、吸入测定液，采用超声震荡法进行振荡混合后，再次利用注射嘴排出活塞筒内的空气；
d-3、重复步骤d-2直至活塞筒内没有气泡，吸取测定液使注射器达到预定容积。
所述步骤a、b和d在25±1℃的条件下进行。
重复进行至少3次平行测定，取其计算结果的平均值作为最终结果。本实施例中重复进行了15次平行测定。
实施例2
采用注射器为测定容器，正己烷作为测定液，分别对造纸污泥、污泥堆肥和木屑颗粒的颗粒密度进行测定。
步骤如下：
在常温(25℃)条件下，标定测定液(正己烷)的密度ρliquid：
1)称取容量瓶的重量M4；
2)在容量瓶中添加体积为V的测定液并称重M5；
3)根据M4，M5和V计算测定液的密度ρliquid；
计算公式为：ρliquid＝(M5-M4)/V。
计算结果为ρliquid＝0.661×103kg·m-3。
按照以下步骤进行物料颗粒密度的测定：
a、确定注射器重量W1；
b、将测定液置入注射器，确定测定液和注射器的总重量W2；
c、对待测物料进行预处理，将待测物料在70℃条件下烘干至恒重，待测物料颗粒过筛剔除大于预设粒径范围的颗粒；
d、将待测物料置入干燥的注射器，确定待测物料和注射器的总重量W3；加入测定液至预定容积，确定待测物料、注射器和测定液的总重量W4；所述预定容积等于步骤b中置入的测定液的体积；
e、根据测定结果以及测定液的密度计算待测物料颗粒密度，其表达公式如下：
ρsolid＝(W3-W1)/[(W2-W1+W3-W4)/ρliquid]；
其中，ρsolid为待测物料的颗粒密度，ρliquid为测定液的密度；
步骤d中将待测物料置入干燥注射器后，加入测定液时还包括以下子步骤：
d-1、向注射器的活塞筒内加入测定液，测定液与待测物料混合后推动活塞使活塞筒内空气由注射嘴排出；
d-2、吸入测定液，采用超声震荡法进行振荡混合后，再次利用注射嘴排出活塞筒内的空气；
d-3、重复步骤d-2直至活塞筒内没有气泡，吸取测定液使注射器达到预定容积。
所述步骤a、b和d在25±1℃的条件下进行。
重复进行至少3次平行测定，取其计算结果的平均值作为最终结果。本实施例中重复进行了15次平行测定。
在上述测定方法中，超声震动法不仅利于堆肥颗粒中的空气排出，更能够使排出的空气聚集到注射嘴附近，更便于利用注射嘴将多余空气排出。
上述实施例1和2中采用的有机固体废物物料颗粒密度的测定容器注射器如图1所示，包括活塞筒1、活塞2和设置在所述活塞筒1上的注射嘴3。所述活塞筒包括内腔，所述内腔的开口利于所述活塞出入；所述注射嘴与所述内腔导通。便于将待测物料从内腔的开口送入内腔。所述活塞筒和活塞设有相互配合的标记点4；标记点重合时，便于确定预定容积。所述活塞筒的标记点设置在活塞筒的内表面，所述活塞的标记点设置在活塞外表面，如此，当人眼从不同角度观察到内外表面的标记点重合时，能够减少活塞筒壁厚度带来的容积误差，能够提高准确度。所述内腔靠近所述注射嘴的部分为利于气泡向注射嘴移动的锥形面(图中未示出)，以使得震动时由物料颗粒内部排出的起泡更容易向注射嘴靠近，便于利用活塞将气泡由注射嘴推出。
为体现方案效果，除了上述实施例，发明人还对同样的待测物料进行了对比实验。
对照例1
采用容量瓶为测定容器，蒸馏水作为测定液，分别对造纸污泥、污泥堆肥和木屑颗粒的颗粒密度进行测定。
将供试物料在70℃条件下烘干至恒重，剔除烘干物料中较大的颗粒和杂物，保证物料的均匀性。用万分之一天平(量程为200g)称取容量瓶质量M1，精确到0.0001g。取10～20g上述物料放置于100ml容量瓶中，称取物料与容量瓶的总重量M2。加入一定量的蒸馏水，振荡使堆肥物料和蒸馏水充分接触，以充分排除物料孔隙中的空气。然后，添加蒸馏水进行定容，并称量容量瓶、堆肥物料和蒸馏水的总质量M3。其中，堆肥物料颗粒密度ρsolid的表达式为：
ρsolid＝(M2-M1)/[100-(M3-M2)/ρwater] (3)；
式(3)中，ρsolid为堆肥物料的颗粒密度，g/cm3；ρwater为正己烷的密度，g/cm3；M1为容量瓶重量，g；M2为样品和容量瓶总重量，g；M3为容量瓶、堆肥样品和蒸馏水的总质量，g。
测定在室温(T＝25±1℃)条件下进行，通过(3)式计算堆肥物料的颗粒密度，每种物料进行15次平行测定并取其平均值。实验测定前对蒸馏水的密度进行标定，具体的方法为：1)称取100ml容量瓶的重量M4；2)在容量瓶中添加正己烷至刻度线处并称重M5；3)根据M4，M5和容量瓶的容积计算蒸馏水的密度。
对照例2
采用容量瓶为测定容器，正己烷作为测定液，分别对造纸污泥、污泥堆肥和木屑颗粒的颗粒密度进行测定。
将供试物料在70℃条件下烘干至恒重，剔除烘干物料中较大的颗粒和杂物，保证物料的均匀性。用万分之一天平(量程为200g)称取容量瓶质量M1，精确到0.0001g。取10～20g上述物料放置于100ml容量瓶中，称取物料与容量瓶的总重量M2。本对照例采用密度约为0.66g/cm3的正己烷作为测定堆肥物料颗粒体积的溶剂。加入一定量的正己烷，振荡使堆肥物料和正己烷充分接触，以充分排除物料孔隙中的空气。然后，添加正己烷进行定容，并称量容量瓶、堆肥物料和正己烷的总质量M3。其中，堆肥物料颗粒密度ρsolid的表达式为：
ρsolid＝(M2-M1)/[100-(M3-M2)/ρhexane] (4)；
式(4)中，ρsolid为堆肥物料的颗粒密度，g/cm3；ρhexane为正己烷的密度，g/cm3；M1为容量瓶重量，g；M2为样品和容量瓶总重量，g；M3为容量瓶、堆肥样品和正己烷的总质量，g。
测定在室温(T＝25±1℃)条件下进行，通过(4)式计算堆肥物料的颗粒密度，每种物料进行15次平行测定并取其平均值。实验测定前需要对正己烷的密度进行标定，具体的方法为：1)称取100ml容量瓶的重量M4；2)在容量瓶中添加正己烷至刻度线处并称重M5；3)根据M4，M5和容量瓶的体积计算正己烷的密度。
对比数据
表1所示为采用对照例1的方法(A#)、对照例2的方法(B#)和实施例1的方法(C#)测定造纸污泥、污泥堆肥和木屑颗粒密度的结果。
表1不同测定方法测定堆肥物料颗粒密度的统计值
注：A#表示对照例1；B#为对照例2；C#为实施例1。
由表1可知，分别采用A#、B#和C#法测定造纸污泥的颗粒密度时，由于其颗粒密度较大(约为2.0×103kg·m-3)，各种测定方法的变异系数较小，其测定的平行性较好；同时，3种方法测定结果之间没有显著差异(P＜0.05)。由于城市污泥堆肥中含有部分密度较小的木质颗粒以及部分含有气相的颗粒漂浮，故采用A#法测定时会导致部分颗粒漂浮于液面，造成测定结果偏高，且平行测定之间的变异系数较大(6.4％)；采用B#法测定时，由于正己烷的密度较小(0.661×103kg·m-3)，密度较小的颗粒大部分完全浸没，拓宽了该方法颗粒密度的测定范围，其测定值与C#法测定值略有差异。C#法由于物料完全封闭在注射器内腔内，通过针头排除空气，使内腔充满测定液，定容精确。诸如木屑等的颗粒密度相对较小(约为0.5×103kg·m-3)，采用A#法和B#法测定时都会使大量颗粒漂浮，使测定无法进行；而C#法则克服上述困难，通过反复压缩注射器排除空气，可以实现小密度物料颗粒密度的测定。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，其特征在于，采用注射器作为测定容器，所述注射器包括活塞筒、活塞和设置在所述活塞筒上的注射嘴；
该测定方法包括以下步骤：
a、确定注射器重量W1；
b、将测定液置入注射器，确定测定液和注射器的总重量W2；
c、对待测物料进行预处理；
d、将待测物料置入干燥的注射器，确定待测物料和注射器的总重量W3；加入测定液至预定容积，确定待测物料、注射器和测定液的总重量W4；所述预定容积等于步骤b中置入的测定液的体积；
e、根据测定结果以及测定液的密度计算待测物料颗粒密度，其表达公式如下：
psolid＝(W3-W1)/[(W2-W1+W3-W4)/ρliquid]；
其中，ρsolid为待测物料的颗粒密度，ρliquid为测定液的密度；
步骤d中将待测物料置入干燥注射器后，加入测定液时还包括以下子步骤：
d-1、向注射器的活塞筒内加入测定液，测定液与待测物料混合后推动活塞使活塞筒内空气由注射嘴排出；
d-2、吸入测定液，振荡混合后，再次利用注射嘴排出活塞筒内的空气；
d-3、重复步骤d-2直至活塞筒内没有气泡，吸取测定液使注射器达到预定容积。
2.根据权利要求1所述的有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，其特征在于，还包括标定测定液的密度ρliquid的步骤：
1)称取容量瓶的重量M4；
2)在容量瓶中添加体积为V的测定液并称重M5；
3)根据M4，M5和V计算测定液的密度ρliquid；
计算公式为：ρliquid＝(M5-M4)/V。
3.根据权利要求2所述的有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，其特征在于，所述测定液为正丁烷。
4.根据权利要求1或2所述的有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，其特征在于，所述测定液为蒸馏水。
5.根据权利要求1所述的有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，其特征在于，所述步骤c中对待测物料的预处理包括：
将待测物料在70℃条件下烘干至恒重；
待测物料颗粒过筛剔除大于预设粒径范围的颗粒。
6.根据权利要求1、2、3和5中任一所述的有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，其特征在于，所述步骤a、b和d在25±1℃的条件下进行。
7.根据权利要求1、2、3和5中任一所述的有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，其特征在于，每种待测物料进行至少3次平行测定，取其计算结果的平均值作为最终结果。
8.根据权利要求1、2、3和5中任一所述的有机固体废物物料颗粒密度的测定方法，其特征在于，步骤d-2中的震荡采用超声震荡法。
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