固体废物处理与处置-实验2016.

固体废物处理与处置实验

西北农林科技大学

李荣华

二零一五年十一月

目录

实验一固体废物样品中的水分含量分析 (1)

实验二挥发性有机物和灰分含量的测定 (2)

实验三固体废物样品的热值分析 (3)

实验四固体废物样品中的氮含量分析 (7)

实验五固体废物样品中的磷含量分析 (9)

实验六固体废物样品中的钾含量分析 (11)

实验七固体废物中的重金属（Cd、Pb）含量分析 (13)

实验八固体废物中的重金属（Cu、Zn）含量分析 (15)

实验九固体废物中的重金属（Hg）含量分析 (17)

实验十固体废物中的As含量分析 (19)

实验一 固体废物样品中的水分含量分析

一、实验目的

掌握含水率的计算方法。

二、实验原理

固体废弃物样品在105士2℃烘至恒重时的失重，即为样品所含水分的质量。

三、仪器、设备

分析天平（万分之一）；小型电热恒温烘箱；干燥器（内盛变色硅胶或无水氯化钙）。

四、实验步骤

将样品破碎至粒径小于15 mm 的细块，分别充分混和搅拌，用四分法缩分三次。确实难全部破碎的可预先剔除，在其余部分破碎缩分后，按缩分比例，将剔除成分部分破碎加入样品中。 将试样置于干燥的搪瓷盘内，放于干燥箱，在105±5℃的条件下烘4～8 h ，取出放到干燥器中冷却0.5h 后称重，重复烘1～2 h ，冷却0. 5h 后再称重，直至恒重，使两次称量之差不超过试样量的千分之四。

五、结果表达

水分（干基）% = 0

221100m m m m -?-）（ 式中：m 0—烘干空铝盒的质量，g ；

m 1—烘干前铝盒及土样质量，g ；

m 2—烘干后铝盒及土样质量，g 。

实验二 挥发性有机物和灰分含量的测定

一、实验目的

掌握挥发性有机物含量和灰分的测定原理；掌握马弗炉的使用原理。

二、实验原理

固体废物中的有机质可视为550℃高温灼烧失重。固体废物中的灰分可视为750℃高温灼烧后的失重。

三、仪器

马弗炉；30mL 瓷坩埚；分析天平（万分之一天平）。

四、操作步骤

取2.0g 左右烘干样品（精确至0.0001g ），置于已恒重的瓷坩埚中（坩埚空烧２h ）。将坩埚放入马弗炉中升温至550℃，恒温6-8 h 后取出坩埚移入干燥器中，冷却后称重（恒重）。 取2.0g 左右烘干样品（精确至0.0001g ），置于已恒重的瓷坩埚中（坩埚空烧２h ）。将坩埚放入马弗炉中升温至750℃，恒温6-8 h 后取出坩埚移入干燥器中，冷却后称重（恒重）。

五、结果表达

有机质的含量C (%) = 样

21100m m m ?-）（ 式中：m 1－坩埚和烘干样品的质量，ｇ；

m 2－550℃灼烧后坩埚和样品的质量，ｇ；

m 样－称样量，ｇ。

灰分的含量C (%) = 样

21100m m m ?-）（ 式中：m 1－坩埚和烘干样品的质量，ｇ；

m 2－750℃灼烧后坩埚和样品的质量，ｇ；

m 样－称样量，ｇ。

实验三固体废物样品的热值分析

一、实验目的

1.1掌握氧弹量热计的使用；用氧弹量热计测定固体废物的燃烧热；

1.2掌握精密贝克曼温差温度计的使用；

1.3掌握氧气钢瓶的使用。

二、实验原理

称取一定量的试样置于氧弹内，并在氧弹内充入1.5～2.0MPa的氧气，然后通电点火燃烧。燃烧时放出的热量传给水和量热器，由水温的升高（△T）即可求出试样燃烧放出的热量：Ｑ＝Ｋ·△T

式中Ｋ为整个量热体系（水和量热器）温度升高1℃所需的热量。称为量热计的水当量。其值由已知燃烧热的苯甲酸（标样）确定。

Ｋ＝Ｑ/△T

式中△T应为体系完全绝热时的温升值，因而实测的△T须进行校正。

三、仪器与试剂

3.1试剂

分析纯苯甲酸(Ｑv＝26480 J·g-1)；固体废弃物样品；引火丝(本实验采用铁丝，Q＝6700J﹒g-1)。

3.2仪器

HR－15A数显型氧弹量热计一台；压片机（苯甲酸和样品各用一台）；精密贝克曼温差温度计(精确至0.01℃，记录数据时应记录至0.002℃)；台秤一台；分析天平一台。

四、实验步骤

4.1水当量的测定

⑴量取10cm引火丝，在分析天平上称重（约0.010 g）；

⑵压片━━在台秤上称取苯甲酸1g～1.2g ；用压片机压片，同时将燃烧丝压入。注意压片前后应将压片机檫干净，苯甲酸和样品不能混用一台压片机。

⑶称重━━将片样表面刷净，然后在分析天平上准确称重至0.0002g，减去引火丝重量后即得试样重量。

⑷系燃烧丝━━拧开氧弹盖，将盖放在专用架上。将坩埚放在坩埚架上，然后将试样置入其

中，并将引火丝的两端紧在两个电极上, 用万用表检查两电极是否通路。

⑸充氧━━取少量（约2mL )水放入氧弹中（吸收空气中的N2燃烧而成的HNO3）；盖好并拧紧弹盖，接上充气导管，慢慢旋紧减压阀螺杆，缓慢进气至出口表上指针指在1.5～2.0MPa，充气约1min后，取下充气管，关好钢瓶阀门。

⑹用容量瓶取3000ml水倒入量热容器中，并将氧弹放入，检查是否漏气。

⑺将点火电电极套在氧弹上。

⑻将贝克曼温度计置入量热器中。

⑼接通电源，开动搅拌器，5min 后，开始记录时间t－温度T数据。（即使量热计与周围介质间建立起稳定的热交换后开始记录数据）整个实验过程中，数据记录分前期、主期和末期三个阶段：前期是试样燃烧以前的阶段。每隔1min 读取温度一次，共六次。目的是为了观察在实验开始温度下，量热体系与环境的热交换情况。主期是试样燃烧，并把热量传给量热计的阶段。在前期最后一次读取温度的同时。按点火开关点火，并每0.5min 读取温度一次，直至温度持平或开始下降。末期是温度持平或下降后的5min，每0.5min读取温度一次，目的是为了观察在末期温度下，量热体系与环境的热交换情况。

（10）测温停止后，关闭搅拌器，先取下温度计放好；再取出氧弹檫干，套上放气罩释放余气，拧开弹盖，检查燃烧是否完全，（若弹中有炭黑或未燃尽的试样，表明实验失败。）若燃烧完全，则取下剩余的引火丝量取长度，求出实验消耗掉的长度。最后，将量热容器中的水倒出，用毛巾檫干全部设备，以待下次使用。

4.2样品的燃烧热的测定

将样品用四分法缩分后粉碎至粒径小于0. 5 mm的微粒，并在105±5℃的条件下烘干至恒重。

操作步骤与K值测定完全相同。

五、数据处理

5.1 温度校正值△T校正的确定

氧弹式量热计不是严密的绝热系统，在测量过程中，系统与环境难免发生热交换，因此，从温度计上读得的温度差不是真实的温度差，可用下式进行校正：

式中： V1━━前期温度平均变化率；

V2━━末期温度平均变化率；

m ━━主期升温速率＞0.3 ℃ / 0.5min 的间隔数；

（点火后第一间隔不管升温多少，都包括在m内）

r ━━主期升温速率＜0.3 ℃ / 0.5min 的间隔数；

5.2 仪器水当量Ｋ的确定

式中：W ━━苯甲酸重量，g；

Q1━━苯甲酸热值（Ｑv＝26480 J·g－1）；

l ━━烧掉的引火丝长度, 折算成质量，g；

Q2━━引火丝热值（Ｑ=6.694kJ﹒g-1）。

5.3 样品燃烧热Q的确定

.

六、注意事项

1．压片的紧实适中，太紧不易燃烧。燃烧丝需压在片内，如浮在片子面上会引起样品熔化

而脱落，不发生燃烧。

2．保证待测样品干燥，受潮样品不易燃烧且称量有误。

3．使用氧气钢瓶，一定要按照要求操作，注意安全。往氧弹内充入氧气时，一定不能超过指定的压力，以免发生危险。

4．燃烧丝与两电极及样品片一定要接触良好，而且不能有短路。

5．测定仪器热容与测定样品的条件应该一致。

6．氧气遇油脂会爆炸。因此氧气减压器、氧弹以及氧气通过的各个部件，各连接部分不允许有油污，更不能使用润滑油。

实验四固体废物样品中的氮含量分析

一、实验目的

掌握测氮的原理；熟悉凯氏定氮仪的使用。

二、实验原理

试样在催化剂（即硫酸钾、五水合硫酸铜与硒粉的混合物）的参与下，用浓硫酸消煮时，各种含氮有机化合物经过复杂的高温分解反应，转化为铵态氮。碱化蒸馏出来的氨用硼酸吸收后，以酸标准溶液滴定，可计算出固体废物全氮含量（不包括全部硝态氮）。

三、试剂

浓硫酸，ρ=1.84 g/mL；浓盐酸，ρ=1. 19 g/mL；无水碳酸钠（Na２CO３）基准试剂，使用前须经180℃干燥2h；2%硼酸吸收液（m / V）；35%氢氧化钠溶液（m / V）；0.02mol/L盐酸标准溶液（使用前须标定）；

甲基红－溴甲酚绿指示剂：分别称取0.3g溴甲酚绿和0.2g甲基红（精确至0.01g）于研钵中，加入少量95%乙醇研磨至指示剂全部溶解，用95%乙醇稀释至100mL，可保存一个月。

催化剂：分别称取100 g硫酸钾、10g五水合硫酸铜（CuSO４·5H2O）和1g硒粉于研钵中研细并充分混合均匀，贮存于磨口瓶中。

四、主要仪器

分析天平（万分之一天平）；可调电炉；KDY-9820型凯式定氮仪（北京市通润源机电技术有限责任公司）。

五、操作步骤

5.1 试样的消解

称取约0.5g试样（精确至0.0001g）于三角瓶中，加入少量的蒸馏水湿润样品，加2 g催化剂和8.0mL浓硫酸，摇匀，瓶口盖一小漏斗，置调温电炉上低温加热，待瓶内反应缓和时（约30 min），适当调高温度，使溶液保持微沸，温度不宜过高，以硫酸蒸气在瓶颈上部1/3处冷凝回流为宜，待消解液全部变为灰白稍带绿色后，再继续消解1h，停止加热使其冷却。将上述冷却后的消解液全部转移到50mL容量瓶中，并用少量蒸馏水洗涤2-3次一并转移至50mL容量瓶中，定容、摇匀，静置得到上清液。

5.2氨的蒸馏

从50mL中吸取10.00mL消解液于消煮管中上凯式定氮仪，加硼酸2s和氢氧化钠3s，蒸馏

4min ，取下用标准盐酸滴定。

六、分析结果表达

全氮浓度 c (%)=（V -V 0）× C 0×14.01×5×100 / (1000×m )

式中：V —滴定试样所用盐酸标准溶液体积，mL ；

V o —滴定空白时所用盐酸标准溶液的体积，mL ；

C o —盐酸标准溶液的浓度，mol/L ；

５—分取倍数；

m —试样质量，g ；

14.01—氮原子的摩尔质量，g/mol 。

七、备注

盐酸标准溶液的标定：称取适量的270—300℃灼烧至质量恒定的基准无水碳酸钠，精确至0.0001g 。溶于50mL 水中，加10滴溴甲酚绿-甲基红混合指示液，用配制好的盐酸溶液滴定至溶液由绿色变为暗红色，再煮沸2min ，冷却后，继续滴定至溶液再呈暗红色，记录所用盐酸溶液的体积。

C （HCl ，mol/L ）=

式中，m （Na 2CO 3）—称取无水碳酸钠的质量，g ；

M （1/2 Na 2CO 3）—基本单元1/2 Na 2CO 3的摩尔质量，g / mol ；

V （HCl ）—滴定消耗的HCl 标准溶液的体积，mL ；

C （HCl ）—所求盐酸标准溶液的浓度，mol/L 。

1000HCl CO Na 21CO Na 3232??）（）（）

（V M m

实验五固体废物样品中的磷含量分析

一、试验目的

掌握测磷的原理；熟悉分光光度计的使用。

二、原理

垃圾样品经硫酸一高氯酸消煮，其中难溶盐和含磷有机物分解形成正磷酸盐进入溶液。在酸性条件下，磷与钼酸铵反应生成黄色的三元杂多酸，于420nm波长处进行比色测定。

三、试剂

浓硫酸（H2SO4, ρ=1.84 g/mL，分析纯）；高氯酸（HClO4，ρ=1. 68 g/mL，分析纯）；10%（m/V）无水碳酸钠（Na2CO3）溶液；2,6一二硝基酚（C6H4N2O5）指示剂：称取0.2g 2,6一二硝基酚溶于100mL水中。

偏钒钼酸铵溶液：

钼酸铵[(NH4)6MO7O24·4H20]溶液：将25g钼酸铵溶于400mL水中。

偏钒酸铵(NH4VO3)溶液：将1.25g偏钒酸铵溶于300mL沸水中，冷却后，加入50mL浓硝酸，冷却至室温。将钼酸铵溶液慢慢加入偏钒酸铵溶液中稀释至1000mL，若有沉淀应过滤。

磷标准储备液：准确称取经105～110℃烘干1h在干燥器中冷却至室温的磷酸二氢钾

(KH2PO4) 2.1970g，溶于水中，定容至500mL。此标准溶液磷浓度为1mg/mL。本溶液在玻璃瓶中可贮存6个月。

磷标准使用液：吸取磷标准储备液10mL于500mL容量瓶中定容，此溶液磷含量20ug/mL。

四、仪器

754可见紫外分光光度计；分析天平；可调温电炉。

五、操作步骤

5.1标准曲线绘制

分别吸取磷标准使用液（20mg/L）0.00、1.00、2.00、4.00、5.00、6.00、8.00mL加入7个50mL容量瓶中，滴加2,6一二硝基酚指示剂2滴，用10%无水碳酸钠溶液调至黄色，再加入10mL偏钒钼酸铵混合溶液后定容。即得0.00、0.40、0.80、1.60、2.00、2.40、3.20kg/mL磷标准系列溶液，放置30min，在波长420nm处进行比色，读取吸光值，绘制标准曲线。

5.2试样消解

称取约0.5g的试样，精确至0.0001g于锥形瓶中，用水润湿样品，加入3 .0mL浓硫酸，滴

加20滴高氯酸，瓶口盖一小漏斗，将锥形瓶置于电炉上加热消煮，开始温度不宜过高，炉丝微红，勿使硫酸冒白烟，消化5～8min如样品呈灰白色，继续消煮，使硫酸发烟回流，全部消煮时间40～60min。取下锥形瓶冷却至室温，将瓶内消煮液全部转移到100mL容量瓶中，加水至刻度，摇匀，静置得到上清液测定。

5.3测定

吸取10 mL上清液于50 mL容量瓶中，用水稀释至总体积约3 / 5处。滴加2,6一二硝基酚指示剂2滴，用10 %无水碳酸钠溶液调至黄色，以下操作同标准曲线。室温下放置30min，在波长420nm处，进行比色，以空白试样为参比液调节仪器零点，进行比色测定，读取吸光值，从校准曲线上查得相应的含磷量。

六、分析结果的表述

垃圾中全磷% = m×V１×V３×100 /（m１×V２×10６）

式中: m—从标准曲线上查得待测液中磷的浓度，mg/L；

m１—称样量，g；

V１—消解液定容体积，mL；

V２—消解液吸取量，mL；

V３—待测液定容体积，mL。

实验六固体废物样品中的钾含量分析

一、试验目的

掌握测钾的原理；熟悉火焰光度计的使用。

二、原理

垃圾中的有机物和各种矿物，在高温(720℃)及熔融氢氧化钠熔剂的作用下被氧化和分解。用酸溶解灼烧产物，使钾转化为钾离子，经适当稀释，可直接用火焰光度计测定。

三、试剂

本标准所用试剂除另有说明外，均为分析纯。

无水乙醇（CH3CH2OH）；氢氧化钠（NaOH）；盐酸（HCl），1+1（V/V）；0.2 mol / L硫酸(H2SO4)溶液；硫酸（H2SO4）溶液，1+3（V/V）。

钾标准储备液：称取在110℃烘2h的氯化钾（KCl）0.1907g，用水溶解后定容至1 L，摇匀储存于塑料瓶中，此溶液1L含钾为100mg。

四、仪器

30mL镍坩埚；马弗炉；火焰光度计（6400A型，上海第三分析仪器厂）。

五、操作步骤

5.1标准曲线的绘制

取6只50mL容量瓶，分别加入钾标准储备溶液0.00、0.50、1.00、2.00、4.00、8.00mL，再加入5mL1mol/L氢氧化钠和（1+3）硫酸0.5mL，用水定容至50mL。此系列溶液浓度分别为0.00、1.00、2.00、4.00、8.00、16.00mg/L。用钾浓度为零的溶液调节仪器零点，并按照仪器操作程序进行测定，绘制标准曲线。

5.2待测液制备

称取约0.25g的试样（精确至0.0001g）于镍坩埚底部，加少量的无水乙醇使样品湿润后加2g固体氢氧化钠，平铺于样品表面，将坩埚置于马弗炉中，开始加热升温，当炉温升400℃时，关闭电源15min。以防坩埚内容物溢出，再继续升温至720℃，保持15min，关闭电炉待炉温至400℃以下后，取出坩埚使其冷却，加入10mL水，并加热至80℃左右，用小玻璃棒轻轻搅拌，防止液外溅，再煮沸5min，冷却后转入50mL容量瓶中，用少量0.2mol/L硫酸溶液清洗坩埚数次，洗液一并倒入容量瓶内，使总体积约40mL，再加（1+1）盐酸5滴和（1+3）硫酸5mL，用水定容，放置澄清待测，同时进行空白实验。

5.3 测定

吸取待测液10.00mL（或适量）于50mL容量瓶中，用水稀释至刻度，并摇匀用火焰光度计测定。从标准曲线上查出待测液钾的浓度。

六、结果表达

垃圾中全钾% = m×V１×V３×100/（m１×V２×10６）

式中: m—从标准曲线上查得待测液中磷的浓度，mg/L；

m1—称样量，g；

V1—消解液定容体积，mL；

V2—消解液吸取量，mL；

V3—待测液定容体积，mL。

实验七固体废物中的重金属（Cd、Pb）含量分析

一、试验目的

掌握重金属（Cd、Pb）的测定原理；了解原子吸收分光光度计的使用原理；掌握原子吸收分光光度计的操作方法。

二、原理

试样经硝酸、高氯酸消解后，采用盐酸一碘化钾-甲基异丁基甲酮体系萃取富集消解液中的铅、镉，用空气一乙炔火焰原子吸收法测定铅、镉吸光度，用标准曲线法定量。

三、试剂

3.1 盐酸（HCl），ρ=1.19g/mL；

3.2 盐酸溶液，1+1（V/V）；

3.3 0.2%盐酸溶液（V/V）；

3.4 硝酸(HNO3)，ρ=1.42g/mL；

3.5 硝酸溶液，1+1（V/V）；

3.6 高氯酸（HC104），ρ=1.67 g/mL；

3.7 10%抗坏血酸（m/V）；

3.8 16.6%碘化钾水溶液（m/V）；

3.9 甲基异丁基甲酮（MIBK）；

3.10 镉标准储备液1.000mg/mL：准确称取1.0000g（精确至0.0002g）高纯金属镉，用20mL（1+1）硝酸溶液稍加热至完全溶解，转移到1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀；

3.11铅标准储备液1.000mg/mL: 准确称取1.0000g（精确至0.0002g）高纯金属铅，用20mL（1+1）硝酸溶液稍加热至完全溶解，转移到1000mL容量瓶中，用水稀释至标线，摇匀；

3.12铅、镉标准使用液：铅5ug/mL，镉0.25ug/ml,用盐酸溶液（3.3）逐级稀释铅、镉标准储备液配制。

四、仪器

日立Z-5000型原子吸收分光光度计（日产）；分析天平（万分之一）；电热板。

五、实验步骤

5.1标准曲线的绘制

分别吸取铅、镉混合标准使用溶液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00mL于50mL比色管