有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，采用注射器作為測定容器，該測定方法包括以下步驟：a、確定注射器重量W1；b、將測定液置入注射器，確定測定液和注射器的總重量W2；c、對待測物料進行預處理；d、將待測物料置入干燥的注射器，確定待測物料和注射器的總重量W3；加入測定液至預定容積，確定待測物料、注射器和測定液的總重量W4；e、計算待測物料顆粒密度。本發明的有效益效果在于采用注射器作為測定容器，測定液能夠完全封閉容積空間，有效解決物料顆粒漂浮液面的情況，實現堆肥調理劑等輕質物料顆粒密度的測定。
【專利說明】
有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法和裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及肥料顆粒密度檢測領域，具體涉及一種有機固定廢物物料顆粒密度的 測定方法和裝置。
【背景技術】
[0002] 物料的顆粒密度(Particle Density)與容重(Bulk Density)在定義上存在不同， 且表征的物理特性也各不相同。其中，容重分為干容重和濕容重，其中干容重表示單位體積 內物料固相的重量，而濕容重則表示單位體積內固相和液相的總重量。而顆粒密度是單位 體積(顆粒的真實體積）內固體顆粒的重量，其大小表征物料的真實密度。對于堆肥物料等 疏松的多孔介質，其容重的大小受到壓實作用的影響而呈現較大的差異性，而顆粒密度則 反映單位體積物料固相顆粒的重量，其大小與壓實程度無關物料的顆粒密度是進行物 料配比和運輸成本核算的重要參數之一。同時，在開展堆肥工程設計時，顆粒密度、含水量 和容重等是計算堆體自由空域和氣流阻力等參數必不可少的中間參數。因此，有必要對物 料進行顆粒密度的測定。
[0003] 在堆肥原料中，造紙污泥的顆粒密度最大，牛糞次之，城市污泥與雞糞和羊糞相對 較小，豬糞最小;在調理劑中，CTB無機調理劑的顆粒密度最高，廢紙次之，綠化垃圾、木肩、 鋸末、樹葉和樹皮等相對較小，而麥秸、麥殼和干草等最小;在栽培基質中，珍珠巖和進口草 炭的顆粒密度顯著低于蛭石和國產草炭。由于堆肥物料來源的差異，不同粒徑的城市污泥 堆肥和垃圾堆肥的顆粒密度分布存在一定差異，進而影響其產品質量。
[0004] 由物料顆粒密度的定義可知，測定其大小的關鍵在于確定物料中氣相體積的大 小。Gabriel和Leege采用注水的方法來排除被測物料中的空氣，進而確定被測物料的顆粒 密度。該法的缺點在于物料中的空氣不易被排盡，且部分密度較輕物料會漂浮在溶液表面， 導致無法進行測定。Agnew對上述方法進行了改進，向物料中鼓入一定量氣體，并根據理性 氣體狀態方程計算物料中原有空氣的體積，進而確定物料的顆粒密度。Wilson則將鼓入空 氣替換為氦氣，并采用改進后的方法測定了各種栽培基質的顆粒密度。但是，該方法操作相 對復雜，需要特制的密閉氣室和氣壓測定儀表，且溫度等條件變化會影響測定結果。
[0005] Haug則通過揮發性固體VS和灰分的含量來間接的估算堆肥物料的顆粒密度。其 中，顆粒密度Ps可以表示為：
[0006] ps = l/(n〇M/1.55+riASH/2.65) (1)；
[0007] 式(1)中，Ps為顆粒密度，g/cm3;為有機質含量，％ ;Hash為灰分含量，％。
[0008] Van Ginkle通過推導堆肥物料中固、液、氣三相之間的關系，提出顆粒密度Ps可表 示為：
[0009] ps = pds/[l-(l-ds)p/Ti-0g] (2);
[0010] 式（2)中，P為物料容重，g/cm3;ds為被測物料中的固相物質含量；γι為液相密度 (一般取lg/cm 3)，g/cm3; Qg為氣相所占體積分數，％ 0
[0011] 現有技術中采用容量瓶進行固相密度測定時測定結果不準確除了上述物料中存 在氣相體積大小的影響，還有部分固相密度小于蒸餾水而產生部分顆粒漂浮于水面上影響 定容對測定結果造成的影響。針對固相顆粒漂浮的情況，一般來說，本領域技術人員會采用 密度更小的液體替代蒸餾水以解決該問題。但是，由于堆肥物料的顆粒密度變化程度十分 大，采用水作為溶液、容量瓶作為測定容器的方法測定其顆粒密度大小存在一定問題，主要 包括部分物料漂浮影響定容、空氣不易被排除等。即便參照上述做法將蒸餾水替換為密度 更小的液體，仍會因其密度范圍大及其內的氣相體積產生部分顆粒漂浮的狀況。
[0012]有鑒于此，特提出本發明。
【發明內容】
[0013] 本發明要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種有機固定廢物物料 顆粒密度的測定方法和裝置，解決部分物料漂浮影響定容、顆粒中空氣不易被排除。
[0014] 為排出堆肥物料顆粒中的氣相，本發明人采用了振動方法，但是，采用普通的容 量瓶的情況下，部分顆粒漂浮于液面，振動時該部分顆粒的氣相排出效果并不明顯。
[0015] 為解決上述技術問題，本發明采用技術方案的基本構思是：
[0016] 有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，采用注射器作為測定容器，所述注射器 包括活塞筒、活塞和設置在所述活塞筒上的注射嘴；
[0017] 該測定方法包括以下步驟：
[0018] a、確定注射器重量W1;
[0019 ] b、將測定液置入注射器，確定測定液和注射器的總重量W2;
[0020] C、對待測物料進行預處理；
[0021 ] d、將待測物料置入干燥的注射器，確定待測物料和注射器的總重量W3;加入測定 液至預定容積，確定待測物料、注射器和測定液的總重量W4;所述預定容積等于步驟b中置 入的測定液的體積；
[0022] e、根據測定結果以及測定液的密度計算待測物料顆粒密度，其表達公式如下：
[0023] Psolid =(W3-Wl)/[(ff2-ffl+ff3-ff4)/pliquid]；
[0024] 其中，Pscilid為待測物料的顆粒密度，Piiquid為測定液的密度；
[0025] 步驟d中將待測物料置入干燥注射器后，加入測定液時還包括以下子步驟：
[0026] d-Ι、向注射器的筒活塞筒內加入測量液，測定液與待測物料混合后推動活塞使活 塞筒內空氣由注射嘴排出；
[0027] d-2、吸入測定液，振蕩混合后，再次利用注射嘴排出活塞筒內的空氣；
[0028] d-3、重復步驟d-2直至活塞筒內沒有氣泡，吸取測定液使注射器達到預定容積。
[0029] 上述有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，還包括標定測定液的密度Pllquid的 步驟：
[0030] 1)稱取容量瓶的重量M4;
[0031] 2)在容量瓶中添加體積為V的測定液并稱重M5;
[0032] 3)根據M4，M#PV計算測定液的密度Piiquid;
[0033]計算公式為：Pliquid= (M5_M4)/V。
[0034] 上述有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，所述測定液為正丁烷。
[0035] 上述有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，所述測定液為蒸餾水。
[0036]上述有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，所述步驟c中對待測物料的預處理 包括：
[0037]將待測物料在70°C條件下烘干至恒重；
[0038]待測物料顆粒過篩剔除大于預設粒徑范圍的顆粒。
[0039]上述有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，所述步驟a、b和d在25± TC的條件 下進行。
[0040] 上述有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，每種待測物料進行至少3次平行測 定，取其計算結果的平均值作為最終結果。
[0041] 上述有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，步驟d-2中的震蕩采用超聲震蕩法。
[0042] 上述測定方法采用的有機固體廢物物料顆粒密度的測定裝置，包括活塞筒、活塞 和設置在所述活塞筒上的注射嘴;所述活塞筒和活塞設有相互配合的標記點；所述活塞筒 包括內腔，所述內腔的開口利用所述活塞出入;所述注射嘴與所述內腔導通。
[0043]上述有機固體廢物物料顆粒密度的測定裝置，所述內腔靠近所述注射嘴的部分為 利于氣泡向注射嘴移動的錐形面。
[0044] 采用上述技術方案后，本發明與現有技術相比具有以下有益效果：
[0045] 1、采用注射器作為測定容器，測定液能夠完全封閉容積空間，有效解決物料顆粒 漂浮液面的情況，實現堆肥調理劑等輕質物料顆粒密度的測定；
[0046] 2、在注射器內充滿測定液時，進行振動以提高排出堆肥顆粒中的氣相效果，提高 測定精確度；
[0047] 3、對待測物料進行預處理，提高測定精確度；
[0048] 4、在常溫下多次測定取平均值，測定結果更準確且貼近使用數據。
【附圖說明】
[0049]附圖1是本發明有機固體廢物物料顆粒密度的測定裝置的結構示意圖。
[0050] 上述附圖中：1、活塞筒;2、活塞;3、注射嘴;4、標記點。
【具體實施方式】
[0051] 下面結合附圖和具體實施例，對本發明作進一步說明，以助于理解本發明的內容。
[0052] 本發明采用注射器作測定容器，進行測定操作時保證測定液完全充滿活塞內腔， 解決了部分堆肥顆粒不能完全被測定液浸入而產生的定容不準確問題。測定液完全充滿活 塞內腔的前提下進行振蕩，此時所有堆肥顆粒均被測定液浸沒，因此振蕩時更利于堆肥顆 粒內部空氣排出，測定結果更為準確。
[0053] 實施例1
[0054] 采用注射器為測定容器，蒸餾水作為測定液，分別對造紙污泥、污泥堆肥和木肩顆 粒的顆粒密度進行測定。
[0055] 步驟如下：
[0056]在常溫(25°C)條件下，標定測定液(蒸餾水)的密度Pllquid:
[0057] 1)稱取容量瓶的重量M4;
[0058] 2)在容量瓶中添加體積為V的測定液并稱重M5;
[0059] 3)根據M4，MdPV計算測定液的密度Piiquid;
[0060] 計算公式為:Pliquid= (M5_M4)/V。
[0061] 計算結果為Piiquid = O .998 X 103kg · m-3。
[0062] 按照以下步驟進行物料顆粒密度的測定：
[0063] a、確定注射器重量W1;
[0064] b、將測定液置入注射器，確定測定液和注射器的總重量W2;
[0065] c、對待測物料進行預處理，將待測物料在70°C條件下烘干至恒重，待測物料顆粒 過篩剔除大于預設粒徑范圍的顆粒；
[0066] d、將待測物料置入干燥的注射器，確定待測物料和注射器的總重量W3;加入測定 液至預定容積，確定待測物料、注射器和測定液的總重量W 4;所述預定容積等于步驟b中置 入的測定液的體積；
[0067] e、根據測定結果以及測定液的密度計算待測物料顆粒密度，其表達公式如下：
[0068] Psolid =(W3-Wl)/[(ff2-ffl+ff3-ff4)/pliquid]；
[0069] 其中，Pscilid為待測物料的顆粒密度，Piiquid為測定液的密度；
[0070] 步驟d中將待測物料置入干燥注射器后，加入測定液時還包括以下子步驟：
[0071 ] d-Ι、向注射器的活塞筒內加入測量液，測定液與待測物料混合后推動活塞使活塞 筒內空氣由注射嘴排出；
[0072] d-2、吸入測定液，采用超聲震蕩法進行振蕩混合后，再次利用注射嘴排出活塞筒 內的空氣；
[0073 ] d-3、重復步驟d-2直至活塞筒內沒有氣泡，吸取測定液使注射器達到預定容積。
[0074] 所述步驟a、b和d在25 ± 1°C的條件下進行。
[0075] 重復進行至少3次平行測定，取其計算結果的平均值作為最終結果。本實施例中重 復進行了 15次平行測定。
[0076] 實施例2
[0077]采用注射器為測定容器，正己烷作為測定液，分別對造紙污泥、污泥堆肥和木肩顆 粒的顆粒密度進行測定。
[0078] 步驟如下：
[0079] 在常溫(25°C )條件下，標定測定液(正己烷)的密度Pliquid:
[0080] 1)稱取容量瓶的重量M4;
[00811 2)在容量瓶中添加體積為V的測定液并稱重M5;
[0082] 3)根據M4，MdPV計算測定液的密度Piiquid;
[0083]計算公式為:Piiquid= (M5-M4)/V。
[0084] 計算結果為Piiquid = O .661 X 103kg · m-3。
[0085] 按照以下步驟進行物料顆粒密度的測定：
[0086] a、確定注射器重量W1;
[0087] b、將測定液置入注射器，確定測定液和注射器的總重量W2;
[0088] c、對待測物料進行預處理，將待測物料在70°C條件下烘干至恒重，待測物料顆粒 過篩剔除大于預設粒徑范圍的顆粒；
[0089] d、將待測物料置入干燥的注射器，確定待測物料和注射器的總重量W3;加入測定 液至預定容積，確定待測物料、注射器和測定液的總重量W4;所述預定容積等于步驟b中置 入的測定液的體積；
[0090] e、根據測定結果以及測定液的密度計算待測物料顆粒密度，其表達公式如下：
[0091] Psolid =(W3-Wl)/[(ff2-ffl+ff3-ff4)/pliquid]；
[0092] 其中，Pscilid為待測物料的顆粒密度，Piiquid為測定液的密度；
[0093] 步驟d中將待測物料置入干燥注射器后，加入測定液時還包括以下子步驟：
[0094] d-Ι、向注射器的活塞筒內加入測量液，測定液與待測物料混合后推動活塞使活塞 筒內空氣由注射嘴排出；
[0095] d-2、吸入測定液，采用超聲震蕩法進行振蕩混合后，再次利用注射嘴排出活塞筒 內的空氣；
[0096] d-3、重復步驟d-2直至活塞筒內沒有氣泡，吸取測定液使注射器達到預定容積。 [0097] 所述步驟a、b和d在25 ± 1°C的條件下進行。
[0098]重復進行至少3次平行測定，取其計算結果的平均值作為最終結果。本實施例中重 復進行了 15次平行測定。
[0099] 在上述測定方法中，超聲震動法不僅利于堆肥顆粒中的空氣排出，更能夠使排出 的空氣聚集到注射嘴附近，更便于利用注射嘴將多余空氣排出。
[0100] 上述實施例1和2中采用的有機固體廢物物料顆粒密度的測定裝置如圖1所示，包 括活塞筒1、活塞2和設置在所述活塞筒1上的注射嘴3。所述活塞筒包括內腔，所述內腔的開 口利于所述活塞出入;所述注射嘴與所述內腔導通。便于將待測物料從內腔的開口送入內 腔。所述活塞筒和活塞設有相互配合的標記點4;標記點重合時，便于確定預定容積。所述活 塞筒的標記點設置在活塞筒的內表面，所述活塞的標記點設置在活塞外表面，如此，當人眼 從不同角度觀察到內外表面的標記點重合時，能夠減少活塞筒壁厚度帶來的容積誤差，能 夠提高準確度。所述內腔靠近所述注射嘴的部分為利于氣泡向注射嘴移動的錐形面（圖中 未示出），以使得震動時由物料顆粒內部排出的起泡更容易向注射嘴靠近，便于利用活塞將 氣泡由注射嘴推出。
[0101] 為體現方案效果，除了上述實施例，發明人還對同樣的待測物料進行了對比實驗。
[0102] 對照例1
[0103] 采用容量瓶為測定容器，蒸餾水作為測定液，分別對造紙污泥、污泥堆肥和木肩顆 粒的顆粒密度進行測定。
[0104] 將供試物料在70°C條件下烘干至恒重，剔除烘干物料中較大的顆粒和雜物，保證 物料的均勻性。用萬分之一天平(量程為200g)稱取容量瓶質量施，精確到O.OOOlg。取10~ 20g上述物料放置于100mL容量瓶中，稱取物料與容量瓶的總重量跑。加入一定量的蒸餾水， 振蕩使堆肥物料和蒸餾水充分接觸，以充分排除物料孔隙中的空氣。然后，添加蒸餾水進行 定容，并稱量容量瓶、堆肥物料和蒸餾水的總質量M 3。其中，堆肥物料顆粒密度Pscilid的表達 式為：
[0105] Psolid= (M2-Ml)/[100-(M3-M2)/Pwater] (3)；
[0106] 式⑶中，Psoiid為堆肥物料的顆粒密度，g/cm3;pwater為正己烷的密度，g/cm 3;M^ 容量瓶重量，g ;M2為樣品和容量瓶總重量，g ;M3為容量瓶、堆肥樣品和蒸餾水的總質量，g。
[0107] 測定在室溫(T = 25土 rc)條件下進行，通過(3)式計算堆肥物料的顆粒密度，每種 物料進行15次平行測定并取其平均值。實驗測定前對蒸餾水的密度進行標定，具體的方法 為：1)稱取100mL容量瓶的重量M4;2)在容量瓶中添加正己烷至刻度線處并稱重M5;3)根據 M4，M#P容量瓶的容積計算蒸餾水的密度。
[0108] 對照例2
[0109]采用容量瓶為測定容器，正己烷作為測定液，分別對造紙污泥、污泥堆肥和木肩顆 粒的顆粒密度進行測定。
[0110] 將供試物料在70°c條件下烘干至恒重，剔除烘干物料中較大的顆粒和雜物，保證 物料的均勻性。用萬分之一天平(量程為200g)稱取容量瓶質量施，精確到O.OOOlg。取10~ 20g上述物料放置于100mL容量瓶中，稱取物料與容量瓶的總重量M2。本對照例采用密度約 為0.66g/cm 3的正己烷作為測定堆肥物料顆粒體積的溶劑。加入一定量的正己烷，振蕩使堆 肥物料和正己烷充分接觸，以充分排除物料孔隙中的空氣。然后，添加正己烷進行定容，并 稱量容量瓶、堆肥物料和正己烷的總質量M3。其中，堆肥物料顆粒密度Psc 1Hd的表達式為：
[0111] Psolid = (M2-Ml ) / [ 100- (M3-M2 ) /phexane ] (4)；
[0112] 式⑷中，Pscilid為堆肥物料的顆粒密度，g/cm3;p hexane為正己烷的密度，g/cm3;M^ 容量瓶重量，g ;M2為樣品和容量瓶總重量，g ;M3為容量瓶、堆肥樣品和正己烷的總質量，g。
[0113] 測定在室溫(T = 25 土 ΓΟ條件下進行，通過(4)式計算堆肥物料的顆粒密度，每種 物料進行15次平行測定并取其平均值。實驗測定前需要對正己烷的密度進行標定，具體的 方法為：1)稱取100mL容量瓶的重量M4; 2)在容量瓶中添加正己烷至刻度線處并稱重M5; 3)根 據M4，M#P容量瓶的體積計算正己烷的密度。
[0114] 對比數據
[0115] 表1所示為采用對照例1的方法(A#)、對照例2的方法(B#)和實施例1的方法(C#)測 定造紙污泥、污泥堆肥和木肩顆粒密度的結果。
[0116] 表1不同測定方法測定堆肥物料顆粒密度的統計值
[0118]注:A#表示對照例I; 對照例2; (：#為實施例1。
[0119] 由表1可知，分別采用六#3#和(：#法測定造紙污泥的顆粒密度時，由于其顆粒密度較 大(約為2.OX 103kg· nf3)，各種測定方法的變異系數較小，其測定的平行性較好;同時，3種 方法測定結果之間沒有顯著差異(P〈〇.05)。由于城市污泥堆肥中含有部分密度較小的木質 顆粒以及部分含有氣相的顆粒漂浮，故采用六 #法測定時會導致部分顆粒漂浮于液面，造成 測定結果偏高，且平行測定之間的變異系數較大（6.4%);采用妒法測定時，由于正己烷的 密度較小(〇. 661 X 103kg · πΓ3)，密度較小的顆粒大部分完全浸沒，拓寬了該方法顆粒密度 的測定范圍，其測定值與C#法測定值略有差異。(： #法由于物料完全封閉在注射器內腔內，通 過針頭排除空氣，使內腔充滿測定液，定容精確。諸如木肩等的顆粒密度相對較小(約為0.5 X 103kg · πΓ3)，采用A#法和#法測定時都會使大量顆粒漂浮，使測定無法進行;而(：#法則克 服上述困難，通過反復壓縮注射器排除空氣，可以實現小密度物料顆粒密度的測定。
[0120] 以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應 視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，其特征在于，采用注射器作為測定容器，所 述注射器包括活塞筒、活塞和設置在所述活塞筒上的注射嘴； 該測定方法包括以下步驟： a、 確定注射器重量W1; b、 將測定液置入注射器，確定測定液和注射器的總重量W2; c、 對待測物料進行預處理； d、 將待測物料置入干燥的注射器，確定待測物料和注射器的總重量W3;加入測定液至預 定容積，確定待測物料、注射器和測定液的總重量W 4;所述預定容積等于步驟b中置入的測 定液的體積； e、 根據測定結果以及測定液的密度計算待測物料顆粒密度，其表達公式如下： Psolid= (ff3-ffl)/[ (W2-ffl+ff3-ff4)/pliquid]； 其中，Psolid為待測物料的顆粒密度，Pliquid為測定液的密度； 步驟d中將待測物料置入干燥注射器后，加入測定液時還包括以下子步驟： d-1、向注射器的活塞筒內加入測量液，測定液與待測物料混合后推動活塞使活塞筒內 空氣由注射嘴排出； d-2、吸入測定液，振蕩混合后，再次利用注射嘴排出活塞筒內的空氣； d-3、重復步驟d-2直至活塞筒內沒有氣泡，吸取測定液使注射器達到預定容積。2. 根據權利要求1所述的有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，其特征在于，還包括 標定測定液的密度Pliquid的步驟： 1) 稱取容量瓶的重量M4; 2) 在容量瓶中添加體積為V的測定液并稱重M5; 3) 根據14，15和￥計算測定液的密度0叫祝； 計算公式為:Pliquid= (M5_M4)/V。3. 根據權利要求2所述的有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，其特征在于，所述測 定液為正丁烷。4. 根據權利要求1或2所述的有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，其特征在于，所 述測定液為蒸餾水。5. 根據權利要求1所述的有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，其特征在于，所述步 驟c中對待測物料的預處理包括： 將待測物料在70°C條件下烘干至恒重； 待測物料顆粒過篩剔除大于預設粒徑范圍的顆粒。6. 根據權利要求1、2、3和5中任一所述的有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，其特 征在于，所述步驟a、b和d在25 ± 1°C的條件下進行。7. 根據權利要求1、2、3和5中任一所述的有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，其特 征在于，每種待測物料進行至少3次平行測定，取其計算結果的平均值作為最終結果。8. 根據權利要求1、2、3和5中任一所述的有機固體廢物物料顆粒密度的測定方法，其特 征在于，步驟d_2中的震蕩米用超聲震蕩法。9. 權利要求1-8所述的測定方法采用的有機固體廢物物料顆粒密度的測定裝置，其特 征在于，包括活塞筒、活塞和設置在所述活塞筒上的注射嘴;所述活塞筒和活塞設有相互配 合的標記點;所述活塞筒包括內腔，所述內腔的開口利于所述活塞出入;所述注射嘴與所述 內腔導通。10.根據權利要求9所述的有機固體廢物物料顆粒密度的測定裝置，其特征在于，所述 內腔靠近所述注射嘴的部分為利于氣泡向注射嘴移動的錐形面。
【文檔編號】G01N9/02GK105891047SQ201610201137
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月31日
【發明人】岳波, 晏卓逸, 黃啟飛, 吳小卉
【申請人】中國環境科學研究院