红外水分仪在浓盐水零排放检测中测试参数的优化

娄红杰

(神华榆林能源化工有限公司，陕西神木 719300)

红外水分仪在浓盐水零排放检测中测试参数的优化

娄红杰

(神华榆林能源化工有限公司，陕西神木 719300)

对红外水分仪在浓盐水“零排放”检测中测试参数进行优化，并对蒸发和结晶循环浓盐液、结晶固体盐中固体含量进行测定。选择与样品浓度接近的氯化钠标准样品为试样，以平均总固体含量为9.48%、平均质量浓度为101.00 g／L(接近烘箱法结果)时的程序作为最优测量程序。优化后的干燥温度为180℃，关闭参数为全自动模式1 mg／(24 s)或半自动模式2 mg／(24 s)。红外水分仪法简便快速，能直接读取固体含量，可为浓盐水“零排放”、资源回收再利用提供可靠的检测数据。

红外水分仪；浓盐水；零排放；干燥温度；关闭参数

浓盐水是指在海水淡化过程中淡水被分离出剩下的浓缩液，其特点是含盐量较高(500～12 000 mg／L)，主要含有Na+，Cl–，SO42+，Ca2+等离子［1］。现代工业中的浓盐水是指含盐废水，经热浓缩或者膜浓缩技术处理后产生的浓盐水以及此浓缩设备产生的清洗废水和反洗水。煤化工浓盐水主要来自除盐水系统排水、循环水系统排水、回水处理系统浓水及锅炉排水等［2］，其含盐量为3 000～25 000 mg／L［3］。浓盐水中含有各种盐类，污染物浓度高，是原水的4～10倍［4］，成分复杂，水质外观清澈透明，无明显异味［5］。如果大量未经处理的浓盐水直接排入市政管道或流入大海以及周边区域，会危害环境，尤其是海洋环境、海洋生物以及人类的生存环境，同时还可造成大量矿物质和水资源的浪费，如从浓盐水中产生的固体废弃物中可提取各种矿物质，实现资源化，将具有较高的利用价值［6］，因此浓盐水“零排放”势在必行。另外我国是贫水国家，如果做不到节约水资源和废水再利用，水资源问题可能成为经济发展的瓶颈［7］，因此近年来来浓盐水的排放对环境造成的影响得到了人们的格外关注，已经成为煤化工发展的自身需求和外在要求［8］。

目前检测物料水分含量和固体含量常用的方法有烘箱法和红外干燥法［9］，均属于热重法。热重法由于试样中结晶水、吸着水、有机物挥发的变化和气体逸失等造成减重，以及空气氧化而增重，所以烘干温度和时间对测定结果影响很大。虽然烘箱法准确度高，但操作繁琐，耗时长，约2～3天，不能直读固体含量。因此需要建立一种快速、准确、直读固体含量，便于及时调控生产的测量方法。笔者采用红外水分仪对浓盐水的总悬浮固体(TSS)、总溶解性固体(TDS)、总固体(TS)进行了测定，经过优化干燥参数和关闭参数，减小了测量误差，提高了分析数据的准确度。该方法优于标准分析法(烘箱法)，简便、快速，能直读固体含量，便于企业生产和调控，有助于实现浓盐水的“最小量化”排放——零排放［10］。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

红外水分仪：MA150C型，德国赛多利斯公司；

电热恒温干燥箱(烘箱)：GZX–9140MBE型，上海博迅实业有限公司医疗设备厂；

恒温水浴锅：DKS–14型，嘉兴市中新医疗仪器有限公司；

电子分析天平：MSA224S–1CE–DU型，感量0.1 mg德国赛多利斯公司；

中速定量滤纸或滤膜及相应的滤器：滤纸或滤膜的孔径为0.45 µm；

石英蒸发皿：100 mL；

干燥器：用硅胶作干燥剂；

氯化钠标准溶液：100.56 g／L，准确称取恒重后的基准氯化钠50.281 0 g，用纯水稀释至500 mL，混匀，此浓度接近于样品浓度；

密里博纯水机：Milli-Q Advantage A10型，法国Millipore 公司；

实验用水：一级水，电导率0.055 µS／cm，由密里博纯水机制备；

浓盐水样品：来自神华榆林能源化工有限公司循环水装置和动力装置的含盐废水，经含盐废水膜处理装置处理过的浓盐水。

1.2 实验方法

选择与浓盐水样品浓度接近的氯化钠标准样品作为试样，优化红外水分仪的干燥参数和关闭参数，选择有可比性的测量值，与标准分析法(烘箱法)进行对照，以两种方法分析结果相一致时确定最优测量程序。为避免引入实验用水蒸发残渣带来的误差，选择一级水［11］作为实验用水。

1.3 实验参照标准

(1)总悬浮固体(TSS)、总溶解性固体(TDS)、总固体(TS)的含量测定方法参照德国塞多利斯MA150C红外水分仪操作手册的规定，根据仪器的技术参数标准，样品量不低于5 g，固体含量(包括TSS，TDS，TS)重复性不低于0.05%为有效，对干燥参数和关闭参数进行优化，并将分析结果与烘箱法分析结果进行对比，以最接近烘箱法测试结果时为最优测量程序。

(2)烘箱法参照总残渣(总固体)的测定方法［12］。取一定量混合均匀的水样，加入已称至恒重(连续两次称重质量之差不超过0.000 5 g)的石英蒸发皿中，在水浴上蒸干，于105℃或180℃烘箱内烘至恒重，增加的质量为总残渣(总固体)。此方法适用于工业废水和生活污水中固体含量在20 000 mg／L以下的测定，若水样固体含量高则可适当减少取样体积。

(3)污水处理场工艺技术规程。蒸发循环浓盐液工艺控制指标：TSS为5%～12%(质量分数，下同)，TDS为10%～20%，TS为15%～32%；结晶循环浓盐液的控制指标，TSS为10%～20%，TDS为25%～45%，TS为35%～65%；结晶固体盐的控制指标：TS实测值越高，说明脱盐率越高，盐类的回收利用趋于最大化。

(4)优质再生水标准。用作冷却用水的主要水质控制指标［13］见表1。

表1 优质再生水控制指标

1.4 实验步骤与参数设定

取两份氯化钠标准样品溶液，一份用标准分析法(烘箱法)测试其总固体含量；一份用红外水分仪测试其总固体含量。

1.4.1 烘箱法

(1)将4只空的石英蒸发皿在105℃和180℃烘箱中烘干1 h，取出，在干燥器中干燥冷却，称量，反复称至恒重。

(2)用4支移液管分别准确移取5 mL混合均匀的氯化钠标准样品，置于已恒重的4只石英蒸发皿内，在水浴上蒸干(水浴面不要接触皿底)，移入105℃和180℃烘箱中烘干1 h，取出，在干燥器中干燥冷却，称量，反复称至恒重。

(3)总固体含量按下式计算：

总固体含量=［(总固体重+蒸发皿重)－蒸发皿重］／试样体积

1.4.2 红外水分仪法

(1)干燥参数(温度)采用厂家出厂默认设置“105℃”，关闭参数选择出厂默认设置“全自动模式”。

(2)由于是红外加热，所以将加热温度调节至低于烘箱干燥法的温度，无机物为140～160℃。此装置的进水为经含盐废水膜处理装置处理后的浓盐水，经过蒸发单元加入硫酸，使水中碳酸盐转换为二氧化碳；加入阻垢剂防止进料系统、浓盐水循环系统和盐种循环系统结垢；加入氯化钙，为浓盐水循环系统提高足够的钙离子，以生成新的盐种，去除浓盐水中的硫酸根等离子。加热后的物料进入脱气塔，脱气后的浓盐水与来自蒸发器盐水槽的循环浓盐水混合后被蒸发循环形成浓盐液，蒸汽经过板式换热器换热后送入活性炭过滤器去除微量有机物，活性炭过滤器出水经过阳离子交换器去除蒸馏水中的铵离子，阳离子交换器出水为优质再生水。蒸发循环后的浓盐液经过结晶单元与结晶循环浓盐液混合结晶，然后经闪蒸、离心脱水形成固体盐。因此浓盐水水样、蒸发循环浓盐液、结晶循环浓盐液、结晶固体盐多为无机物，故加热温度分别选择140，160，180℃。

(3)如果红外水分仪法与烘箱法分析结果不一致，先设定不同的温度重复红外水分仪分析，然后将关闭参数由全自动模式改为半自动模式进行试验，设定关闭参数为2，5，10，20 mg／(24 s)。

(4)将红外水分仪测定结果与烘箱法测定结果对比，最接近烘箱法结果时的程序定为最优测量程序。

2 结果与讨论

2.1 红外水分仪法与标准法试验结果

在同一实验室条件下，采用红外水分仪法与标准分析法(烘箱法)对氯化钠标准样品总固体含量进行测定，取样量为5 mL(仪器要求样品量为3～15 g，厚度2～5 mm，移取5 mL即可满足上述要求以及仪器的加热时间范围)，两种方法测定结果见表2。

根据《水和废水监测分析方法》，取平行测定结果的算术平均值为测定结果，烘干温度一般采用105℃和180℃。

标准分析法烘干温度采用105℃时总固体含量平均值为18.87%，氯化钠标准样品的平均浓度为201.02 g／L，与标准值100.56 g／L相比测量误差较大，因为105℃的烘干温度不能彻底除去水样中盐类所含的结晶水［12］。采用烘干温度180℃时，平均总固体含量9.44%，氯化钠标准样品的平均浓度为100.60 g／L，与标准值100.56 g／L接近，分析结果较为准确。故以180℃时的分析结果作为真值，进行红外水分分析仪的平行对比试验。

表2 两种方法对氯化钠标准样品中总固体含量的测定结果

根据红外水分仪的技术参数标准，样品量不低于5 g，总固体平均含量测定的重复性不大于0.05%为有效。采用红外水分仪测定法，干燥温度为180℃，关闭参数为全自动模式时平均总固体含量(9.48／%)与半自动模式时平均总固体含量(9.48%)一致，绝对差值为0(＜0.05%)，均有效。氯化钠标准样品平均总固体含量均为9.48%，平均质量浓度均为101.00 g／L，最接近烘箱法测定结果，故以此作为最优测量程序。

红外水分仪适合于高含量的浓盐水中固体含量的测量，有两种模式可以满足分析要求，一是干燥参数为温度180℃，关闭参数为厂家默认全自动测量模式1 mg／(24 s)；另一种是干燥参数为温度180℃，关闭参数为半自动测量模式2 mg／(24 s)。

2.2 样品分析结果

2.2.1 浓盐液分析结果

取神华榆林蒸发循环浓盐液、结晶循环浓盐液、结晶固体盐试样用优化后的参数进行TDS，TSS，TS含量测定，结果见表3。将表3结果与1.3(3)中的工艺指标相比较可知，蒸发循环浓盐液及结晶循环浓盐液的TDS，TSS，TS含量在工艺控制指标内。

表3 TDS，TSS，TS含量测定结果 %

2.2.2 优质再生水分析结果

用红外水分仪测定优质再生水，结果见表4。由表4可知，此产品水分析结果满足表1中的优质再生水标准，可回收利用。

表4 优质再生水测定结果

3 结论

(1)由于红外射线(IR射线)能无阻碍地穿透物料，直接进入样品内部转化成热能而加热样品，因此红外水分仪法操作简单且分析时间短，约1 h，具有准确、快速、可直读取固体含量的优势。

(2)一般情况下，用厂家默认标准干燥全自动模式就可以满足实验要求。但如果用全自动模式没有达到预期标准(最终结果比预期值高或者低)，就要首先改变干燥参数(温度)，再选择其它关闭模式。优化干燥参数和关闭参数，并将分析结果与烘箱法结果进行对比，最接近烘箱法的为最优测量程序。

(3)研究结果显示，红外水分仪适合于高含量的浓盐水、固体和糊状物料中固体含量的测定，其优化干燥参数为温度180℃，关闭参数为全自动模式1 mg／(24 s)或半自动模式2 mg／(24 s)，均有效。

(4)优化后的参数真实反映了工艺运行情况，可为生产调控提供准确可靠的分析数据，有助于实现浓盐水的“零排放”和资源的再利用，在节能减排、环保中发挥作用。［1］ 赵欣梅，王万福，张晓飞，等.炼化浓盐水处理与资源化工艺探讨［J］. 油气田环境保护，2011，21(1): 11–14，60.

［2］ 邰阳，杨耀.内蒙古煤化工废水零排放中浓盐废水处理技术及存在的问题讨论［J］.北方环境，2012，24(2): 87–90.

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［11］ GB／T 6682–2008 分析实验室用水规格和实验方法［S］.

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［13］ GB 50335–2002 污水再生利用工程设计规范［S］.

《宇航计测技术》简介

《宇航计测技术》创刊于1981年，是国家科委批准的国家级技术性刊物。《宇航计测技术》曾荣获国家、北京市和航天系统优秀科技期刊奖；为我国首批中文核心期刊、计量核心期刊和国家统计用刊；目前，本刊已成为《中国学术期刊》（光盘版），《中国导弹与航天文摘》(CAMA)与《中国期刊网》全文收录用刊。

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《宇航计策技术》2016年第6期目录

空间虚拟轴测量技术

弹载红外热像仪的热设计和热分析

基于浮标平台的反舰导弹过靶实况观测系统研究

非接触位移测量中参考点抖动影响的补偿方法

基于大型制造虚拟数字工装测量平台应用研究

增量式多零点角度编码器自动寻零方法研究

光栅莫尔条纹信号细分方法设计与Simulink仿真

一种大量程比高精度差动变压器式位移传感器设计

一种红外焦平面阵列相对光谱响应自动测试系统

氢氧火箭发动机高空模拟试验推力测量装置研制

基于新型液压力源的航空发动机试车台推力现场校准技术研究

嵌入式大气数据传感系统测压孔布局研究

高压气体压力现场校准方法研究

基于跟踪微分器的靶船航向PD控制方法研究

转台瞬时速率波动的抑制

基于VPX总线的智能供配电系统设计

一种火工品自动测试仪的设计

脉冲分流器的发展现状研究

基于AVR控制器的步进电机开环定位控制技术研究

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

联系人：娄红杰；E-mail: louhongjie_001@163.com

2016–10–12