紅外水分儀在濃鹽水零排放檢測中測試參數(shù)的優(yōu)化

婁紅杰

(神華榆林能源化工有限公司，陜西神木 719300)

紅外水分儀在濃鹽水零排放檢測中測試參數(shù)的優(yōu)化

婁紅杰

(神華榆林能源化工有限公司，陜西神木 719300)

對紅外水分儀在濃鹽水“零排放”檢測中測試參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并對蒸發(fā)和結(jié)晶循環(huán)濃鹽液、結(jié)晶固體鹽中固體含量進(jìn)行測定。選擇與樣品濃度接近的氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品為試樣，以平均總固體含量為9.48%、平均質(zhì)量濃度為101.00 g／L(接近烘箱法結(jié)果)時(shí)的程序作為最優(yōu)測量程序。優(yōu)化后的干燥溫度為180℃，關(guān)閉參數(shù)為全自動模式1 mg／(24 s)或半自動模式2 mg／(24 s)。紅外水分儀法簡便快速，能直接讀取固體含量，可為濃鹽水“零排放”、資源回收再利用提供可靠的檢測數(shù)據(jù)。

紅外水分儀；濃鹽水；零排放；干燥溫度；關(guān)閉參數(shù)

濃鹽水是指在海水淡化過程中淡水被分離出剩下的濃縮液，其特點(diǎn)是含鹽量較高(500～12 000 mg／L)，主要含有Na+，Cl–，SO42+，Ca2+等離子［1］?，F(xiàn)代工業(yè)中的濃鹽水是指含鹽廢水，經(jīng)熱濃縮或者膜濃縮技術(shù)處理后產(chǎn)生的濃鹽水以及此濃縮設(shè)備產(chǎn)生的清洗廢水和反洗水。煤化工濃鹽水主要來自除鹽水系統(tǒng)排水、循環(huán)水系統(tǒng)排水、回水處理系統(tǒng)濃水及鍋爐排水等［2］，其含鹽量為3 000～25 000 mg／L［3］。濃鹽水中含有各種鹽類，污染物濃度高，是原水的4～10倍［4］，成分復(fù)雜，水質(zhì)外觀清澈透明，無明顯異味［5］。如果大量未經(jīng)處理的濃鹽水直接排入市政管道或流入大海以及周邊區(qū)域，會危害環(huán)境，尤其是海洋環(huán)境、海洋生物以及人類的生存環(huán)境，同時(shí)還可造成大量礦物質(zhì)和水資源的浪費(fèi)，如從濃鹽水中產(chǎn)生的固體廢棄物中可提取各種礦物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)資源化，將具有較高的利用價(jià)值［6］，因此濃鹽水“零排放”勢在必行。另外我國是貧水國家，如果做不到節(jié)約水資源和廢水再利用，水資源問題可能成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸［7］，因此近年來來濃鹽水的排放對環(huán)境造成的影響得到了人們的格外關(guān)注，已經(jīng)成為煤化工發(fā)展的自身需求和外在要求［8］。

目前檢測物料水分含量和固體含量常用的方法有烘箱法和紅外干燥法［9］，均屬于熱重法。熱重法由于試樣中結(jié)晶水、吸著水、有機(jī)物揮發(fā)的變化和氣體逸失等造成減重，以及空氣氧化而增重，所以烘干溫度和時(shí)間對測定結(jié)果影響很大。雖然烘箱法準(zhǔn)確度高，但操作繁瑣，耗時(shí)長，約2～3天，不能直讀固體含量。因此需要建立一種快速、準(zhǔn)確、直讀固體含量，便于及時(shí)調(diào)控生產(chǎn)的測量方法。筆者采用紅外水分儀對濃鹽水的總懸浮固體(TSS)、總?cè)芙庑怨腆w(TDS)、總固體(TS)進(jìn)行了測定，經(jīng)過優(yōu)化干燥參數(shù)和關(guān)閉參數(shù)，減小了測量誤差，提高了分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。該方法優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)分析法(烘箱法)，簡便、快速，能直讀固體含量，便于企業(yè)生產(chǎn)和調(diào)控，有助于實(shí)現(xiàn)濃鹽水的“最小量化”排放——零排放［10］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

紅外水分儀：MA150C型，德國賽多利斯公司；

電熱恒溫干燥箱(烘箱)：GZX–9140MBE型，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；

恒溫水浴鍋：DKS–14型，嘉興市中新醫(yī)療儀器有限公司；

電子分析天平：MSA224S–1CE–DU型，感量0.1 mg德國賽多利斯公司；

中速定量濾紙或?yàn)V膜及相應(yīng)的濾器：濾紙或?yàn)V膜的孔徑為0.45 μm；

石英蒸發(fā)皿：100 mL；

干燥器：用硅膠作干燥劑；

氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液：100.56 g／L，準(zhǔn)確稱取恒重后的基準(zhǔn)氯化鈉50.281 0 g，用純水稀釋至500 mL，混勻，此濃度接近于樣品濃度；

密里博純水機(jī)：Milli-Q Advantage A10型，法國Millipore 公司；

實(shí)驗(yàn)用水：一級水，電導(dǎo)率0.055 μS／cm，由密里博純水機(jī)制備；

濃鹽水樣品：來自神華榆林能源化工有限公司循環(huán)水裝置和動力裝置的含鹽廢水，經(jīng)含鹽廢水膜處理裝置處理過的濃鹽水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

選擇與濃鹽水樣品濃度接近的氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品作為試樣，優(yōu)化紅外水分儀的干燥參數(shù)和關(guān)閉參數(shù)，選擇有可比性的測量值，與標(biāo)準(zhǔn)分析法(烘箱法)進(jìn)行對照，以兩種方法分析結(jié)果相一致時(shí)確定最優(yōu)測量程序。為避免引入實(shí)驗(yàn)用水蒸發(fā)殘?jiān)鼛淼恼`差，選擇一級水［11］作為實(shí)驗(yàn)用水。

1.3 實(shí)驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)

(1)總懸浮固體(TSS)、總?cè)芙庑怨腆w(TDS)、總固體(TS)的含量測定方法參照德國塞多利斯MA150C紅外水分儀操作手冊的規(guī)定，根據(jù)儀器的技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，樣品量不低于5 g，固體含量(包括TSS，TDS，TS)重復(fù)性不低于0.05%為有效，對干燥參數(shù)和關(guān)閉參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并將分析結(jié)果與烘箱法分析結(jié)果進(jìn)行對比，以最接近烘箱法測試結(jié)果時(shí)為最優(yōu)測量程序。

(2)烘箱法參照總殘?jiān)?總固體)的測定方法［12］。取一定量混合均勻的水樣，加入已稱至恒重(連續(xù)兩次稱重質(zhì)量之差不超過0.000 5 g)的石英蒸發(fā)皿中，在水浴上蒸干，于105℃或180℃烘箱內(nèi)烘至恒重，增加的質(zhì)量為總殘?jiān)?總固體)。此方法適用于工業(yè)廢水和生活污水中固體含量在20 000 mg／L以下的測定，若水樣固體含量高則可適當(dāng)減少取樣體積。

(3)污水處理場工藝技術(shù)規(guī)程。蒸發(fā)循環(huán)濃鹽液工藝控制指標(biāo)：TSS為5%～12%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，TDS為10%～20%，TS為15%～32%；結(jié)晶循環(huán)濃鹽液的控制指標(biāo)，TSS為10%～20%，TDS為25%～45%，TS為35%～65%；結(jié)晶固體鹽的控制指標(biāo)：TS實(shí)測值越高，說明脫鹽率越高，鹽類的回收利用趨于最大化。

(4)優(yōu)質(zhì)再生水標(biāo)準(zhǔn)。用作冷卻用水的主要水質(zhì)控制指標(biāo)［13］見表1。

表1 優(yōu)質(zhì)再生水控制指標(biāo)

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟與參數(shù)設(shè)定

取兩份氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液，一份用標(biāo)準(zhǔn)分析法(烘箱法)測試其總固體含量；一份用紅外水分儀測試其總固體含量。

1.4.1 烘箱法

(1)將4只空的石英蒸發(fā)皿在105℃和180℃烘箱中烘干1 h，取出，在干燥器中干燥冷卻，稱量，反復(fù)稱至恒重。

(2)用4支移液管分別準(zhǔn)確移取5 mL混合均勻的氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品，置于已恒重的4只石英蒸發(fā)皿內(nèi)，在水浴上蒸干(水浴面不要接觸皿底)，移入105℃和180℃烘箱中烘干1 h，取出，在干燥器中干燥冷卻，稱量，反復(fù)稱至恒重。

(3)總固體含量按下式計(jì)算：

總固體含量=［(總固體重+蒸發(fā)皿重)－蒸發(fā)皿重］／試樣體積

1.4.2 紅外水分儀法

(1)干燥參數(shù)(溫度)采用廠家出廠默認(rèn)設(shè)置“105℃”，關(guān)閉參數(shù)選擇出廠默認(rèn)設(shè)置“全自動模式”。

(2)由于是紅外加熱，所以將加熱溫度調(diào)節(jié)至低于烘箱干燥法的溫度，無機(jī)物為140～160℃。此裝置的進(jìn)水為經(jīng)含鹽廢水膜處理裝置處理后的濃鹽水，經(jīng)過蒸發(fā)單元加入硫酸，使水中碳酸鹽轉(zhuǎn)換為二氧化碳；加入阻垢劑防止進(jìn)料系統(tǒng)、濃鹽水循環(huán)系統(tǒng)和鹽種循環(huán)系統(tǒng)結(jié)垢；加入氯化鈣，為濃鹽水循環(huán)系統(tǒng)提高足夠的鈣離子，以生成新的鹽種，去除濃鹽水中的硫酸根等離子。加熱后的物料進(jìn)入脫氣塔，脫氣后的濃鹽水與來自蒸發(fā)器鹽水槽的循環(huán)濃鹽水混合后被蒸發(fā)循環(huán)形成濃鹽液，蒸汽經(jīng)過板式換熱器換熱后送入活性炭過濾器去除微量有機(jī)物，活性炭過濾器出水經(jīng)過陽離子交換器去除蒸餾水中的銨離子，陽離子交換器出水為優(yōu)質(zhì)再生水。蒸發(fā)循環(huán)后的濃鹽液經(jīng)過結(jié)晶單元與結(jié)晶循環(huán)濃鹽液混合結(jié)晶，然后經(jīng)閃蒸、離心脫水形成固體鹽。因此濃鹽水水樣、蒸發(fā)循環(huán)濃鹽液、結(jié)晶循環(huán)濃鹽液、結(jié)晶固體鹽多為無機(jī)物，故加熱溫度分別選擇140，160，180℃。

(3)如果紅外水分儀法與烘箱法分析結(jié)果不一致，先設(shè)定不同的溫度重復(fù)紅外水分儀分析，然后將關(guān)閉參數(shù)由全自動模式改為半自動模式進(jìn)行試驗(yàn)，設(shè)定關(guān)閉參數(shù)為2，5，10，20 mg／(24 s)。

(4)將紅外水分儀測定結(jié)果與烘箱法測定結(jié)果對比，最接近烘箱法結(jié)果時(shí)的程序定為最優(yōu)測量程序。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外水分儀法與標(biāo)準(zhǔn)法試驗(yàn)結(jié)果

在同一實(shí)驗(yàn)室條件下，采用紅外水分儀法與標(biāo)準(zhǔn)分析法(烘箱法)對氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品總固體含量進(jìn)行測定，取樣量為5 mL(儀器要求樣品量為3～15 g，厚度2～5 mm，移取5 mL即可滿足上述要求以及儀器的加熱時(shí)間范圍)，兩種方法測定結(jié)果見表2。

根據(jù)《水和廢水監(jiān)測分析方法》，取平行測定結(jié)果的算術(shù)平均值為測定結(jié)果，烘干溫度一般采用105℃和180℃。

標(biāo)準(zhǔn)分析法烘干溫度采用105℃時(shí)總固體含量平均值為18.87%，氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品的平均濃度為201.02 g／L，與標(biāo)準(zhǔn)值100.56 g／L相比測量誤差較大，因?yàn)?05℃的烘干溫度不能徹底除去水樣中鹽類所含的結(jié)晶水［12］。采用烘干溫度180℃時(shí)，平均總固體含量9.44%，氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品的平均濃度為100.60 g／L，與標(biāo)準(zhǔn)值100.56 g／L接近，分析結(jié)果較為準(zhǔn)確。故以180℃時(shí)的分析結(jié)果作為真值，進(jìn)行紅外水分分析儀的平行對比試驗(yàn)。

表2 兩種方法對氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品中總固體含量的測定結(jié)果

根據(jù)紅外水分儀的技術(shù)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，樣品量不低于5 g，總固體平均含量測定的重復(fù)性不大于0.05%為有效。采用紅外水分儀測定法，干燥溫度為180℃，關(guān)閉參數(shù)為全自動模式時(shí)平均總固體含量(9.48／%)與半自動模式時(shí)平均總固體含量(9.48%)一致，絕對差值為0(＜0.05%)，均有效。氯化鈉標(biāo)準(zhǔn)樣品平均總固體含量均為9.48%，平均質(zhì)量濃度均為101.00 g／L，最接近烘箱法測定結(jié)果，故以此作為最優(yōu)測量程序。

紅外水分儀適合于高含量的濃鹽水中固體含量的測量，有兩種模式可以滿足分析要求，一是干燥參數(shù)為溫度180℃，關(guān)閉參數(shù)為廠家默認(rèn)全自動測量模式1 mg／(24 s)；另一種是干燥參數(shù)為溫度180℃，關(guān)閉參數(shù)為半自動測量模式2 mg／(24 s)。

2.2 樣品分析結(jié)果

2.2.1 濃鹽液分析結(jié)果

取神華榆林蒸發(fā)循環(huán)濃鹽液、結(jié)晶循環(huán)濃鹽液、結(jié)晶固體鹽試樣用優(yōu)化后的參數(shù)進(jìn)行TDS，TSS，TS含量測定，結(jié)果見表3。將表3結(jié)果與1.3(3)中的工藝指標(biāo)相比較可知，蒸發(fā)循環(huán)濃鹽液及結(jié)晶循環(huán)濃鹽液的TDS，TSS，TS含量在工藝控制指標(biāo)內(nèi)。

表3 TDS，TSS，TS含量測定結(jié)果 %

2.2.2 優(yōu)質(zhì)再生水分析結(jié)果

用紅外水分儀測定優(yōu)質(zhì)再生水，結(jié)果見表4。由表4可知，此產(chǎn)品水分析結(jié)果滿足表1中的優(yōu)質(zhì)再生水標(biāo)準(zhǔn)，可回收利用。

表4 優(yōu)質(zhì)再生水測定結(jié)果

3 結(jié)論

(1)由于紅外射線(IR射線)能無阻礙地穿透物料，直接進(jìn)入樣品內(nèi)部轉(zhuǎn)化成熱能而加熱樣品，因此紅外水分儀法操作簡單且分析時(shí)間短，約1 h，具有準(zhǔn)確、快速、可直讀取固體含量的優(yōu)勢。

(2)一般情況下，用廠家默認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)干燥全自動模式就可以滿足實(shí)驗(yàn)要求。但如果用全自動模式?jīng)]有達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)(最終結(jié)果比預(yù)期值高或者低)，就要首先改變干燥參數(shù)(溫度)，再選擇其它關(guān)閉模式。優(yōu)化干燥參數(shù)和關(guān)閉參數(shù)，并將分析結(jié)果與烘箱法結(jié)果進(jìn)行對比，最接近烘箱法的為最優(yōu)測量程序。

(3)研究結(jié)果顯示，紅外水分儀適合于高含量的濃鹽水、固體和糊狀物料中固體含量的測定，其優(yōu)化干燥參數(shù)為溫度180℃，關(guān)閉參數(shù)為全自動模式1 mg／(24 s)或半自動模式2 mg／(24 s)，均有效。

(4)優(yōu)化后的參數(shù)真實(shí)反映了工藝運(yùn)行情況，可為生產(chǎn)調(diào)控提供準(zhǔn)確可靠的分析數(shù)據(jù)，有助于實(shí)現(xiàn)濃鹽水的“零排放”和資源的再利用，在節(jié)能減排、環(huán)保中發(fā)揮作用。［1］ 趙欣梅，王萬福，張曉飛，等.煉化濃鹽水處理與資源化工藝探討［J］. 油氣田環(huán)境保護(hù)，2011，21(1): 11–14，60.

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《宇航計(jì)測技術(shù)》簡介

《宇航計(jì)測技術(shù)》創(chuàng)刊于1981年，是國家科委批準(zhǔn)的國家級技術(shù)性刊物。《宇航計(jì)測技術(shù)》曾榮獲國家、北京市和航天系統(tǒng)優(yōu)秀科技期刊獎；為我國首批中文核心期刊、計(jì)量核心期刊和國家統(tǒng)計(jì)用刊；目前，本刊已成為《中國學(xué)術(shù)期刊》（光盤版），《中國導(dǎo)彈與航天文摘》(CAMA)與《中國期刊網(wǎng)》全文收錄用刊。

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《宇航計(jì)策技術(shù)》2016年第6期目錄

空間虛擬軸測量技術(shù)

彈載紅外熱像儀的熱設(shè)計(jì)和熱分析

基于浮標(biāo)平臺的反艦導(dǎo)彈過靶實(shí)況觀測系統(tǒng)研究

非接觸位移測量中參考點(diǎn)抖動影響的補(bǔ)償方法

基于大型制造虛擬數(shù)字工裝測量平臺應(yīng)用研究

增量式多零點(diǎn)角度編碼器自動尋零方法研究

光柵莫爾條紋信號細(xì)分方法設(shè)計(jì)與Simulink仿真

一種大量程比高精度差動變壓器式位移傳感器設(shè)計(jì)

一種紅外焦平面陣列相對光譜響應(yīng)自動測試系統(tǒng)

氫氧火箭發(fā)動機(jī)高空模擬試驗(yàn)推力測量裝置研制

基于新型液壓力源的航空發(fā)動機(jī)試車臺推力現(xiàn)場校準(zhǔn)技術(shù)研究

嵌入式大氣數(shù)據(jù)傳感系統(tǒng)測壓孔布局研究

高壓氣體壓力現(xiàn)場校準(zhǔn)方法研究

基于跟蹤微分器的靶船航向PD控制方法研究

轉(zhuǎn)臺瞬時(shí)速率波動的抑制

基于VPX總線的智能供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一種火工品自動測試儀的設(shè)計(jì)

脈沖分流器的發(fā)展現(xiàn)狀研究

基于AVR控制器的步進(jìn)電機(jī)開環(huán)定位控制技術(shù)研究

Optimization of Infrared Water Analyzer Parameters in Detection of Concentrated Brine for Zero Emission

Lou Hongjie
(Shenhua Yulin Energy Chemical Co.，Ltd.，Shenmu Shaanxi 719300，China)

Infrared water analyzer parameters in the detection of concentrated brine for zero emission were optimised. Solid content of evaporative and crystal cycling concentrated brine and crystal concentrated brine were measured. Sodium chloride standard sample which concentration closed to sample concentration was seleted as sample. The measurement program at which the average totle solid was 9.48%，the average concentration was 101.00 g／L (closed to the oven method) was as the best measurement program. The optimized drying temperature was 180℃，closing parameter was 1 mg／(24 s) of automatic mode fully or 2 mg／(24 s) of semi-automatic mode. The infrared water analyzer method was convenient，accurate and fast，it can read data directly，so it can provide reliable test data for zero emission of concentrated brine and resource recycling and reusing.

infrared water analyzer; concentrated brine; zero emission; drying temperature; closing parameter

O661

：A

：1008–6145(2017)01–00101–04

10.3969／j.issn.1008–6145.2017.01.026

聯(lián)系人：婁紅杰；E-mail: louhongjie_001@163.com

2016–10–12