OZNACZANIE ZAWARTOŚCI C I H(ANALIZA ELEMENTARNA) - określenie właściwości paliwowych odpadów polega na oznaczeniu zawartości :C, H, N ,S. Jest niezbędne przy bilansie materiałowym paleniska (przy spalaniu) jeżeli oblicza się ilości O2 do pełnego spalenia substancji organicznych w odpadach w palenisku technicznym. Zasada - polega na: całkowitym spaleniu w strumieniu powietrza odważki odpadów w obecności substancji utleniających i katalizatorów;- absorpcji powstałych w wyniku spalania CO2 i H2O;-wagowym oznaczeniu produktów spalania ;-obliczeniu zawartości C i H. Spalanie odpadów w łódeczce odbywa się w rurze kwarcowej, w której jest odpowiednie wypełnienie .Całkowite spalanie w 600-700oC zależy od czasu kontaktu palnej mieszaniny gazów z rozżarzonym wypełnieniem rury i od długości czasu stałego nadmiaru O2 w gazach przepływających przez rurę. Regulacja termicznego rozkładu analizowanej substancji i szybkość utleniania ma duży wpływ na uzyskane wyniki. Przy ogrzewaniu część związków organicznych paruje lub sublimuje, część ulega rozkładowi z wydzieleniem palnych par lub gazów i zwęgleniu. Zbyt szybkie utlenianie substancji spalanej może doprowadzić do niezupełnego spalenia i eksplozji w rurze. Spalanie substancji organicznej w rurze odbywa się ręcznie, stosując mikropalniki. Wypełnienie rury do spalań powinno być takie, aby produkty spalania jak chlorowce, tlenki siarki i NOx zostały związane lub przekształcone w składniki chemicznie obojętne, a CO2 i H2O powinny przejść do aparatów pochłaniających, które są za wypełnieniem na końcu rury. Do utleniania stosowane są stałe związki chemiczne o działaniu utleniającym w podwyższonej temp. lub O2 w obecności platyny jako katalizatora. Często obydwa te czynniki stosowane są jednocześnie. Środki utleniające: CuO, PbCrO4, MnO2. CuO i PbCrO4 utleniają substancje organiczne ilościowo w już temp <650-750 °C. Temp, w której jest spalanie nie powinna być niższa niż 550oC, jeśli spalanie ma być ilościowe. Chromian ołowiu poza działaniem utleniającym, może też wiązać tlenki siarki i chlorowce. Do ilościowego związania chlorków stosuje się też srebro (w postaci siatki lub pasków w rurze, ogrzane do 500°C). Srebro w wypełnieniu rury może wiązać ilościowo tlenki siarki, ale temp musi być podwyższona do 700C. Bardzo skutecznie zatrzymuje tlenki siarki i chlorowce srebro osadzone na tlenku glinu.Do związania tlenków siarki i chlorowcównajczęściej w wypełnieniu rury jest srebro i chromian ołowiu. Najtrudniej usunąć NOx, tworzące się przy spalaniu zw org zawierających N. Ilość NOx powst przy spalaniu zal od bud chem spalanej subst. NOx można usunąć przez redukcję za pomocą miedzi metalicznej, lub zatrzymanie w rurze za pomocą odp środków pochłaniających.Do absorpcji NOx w rurze jest dwutlenek ołowiu, który wiąże też chlorowce i tlenki siarki.Dwutlenek ołowiu jest w postaci granulowanej lub osadzony pumeksie.Do pochłaniania CO2 stosuje się aparaty absorpcyjne wypełnienione:wapnem sodowanym, wodorotlenkiem sodu, askarytem /azbest sodowany/ i chloran magnezu.Do pochłaniania H2Ostosuje się aparaty absorpcyjne wypełnione: bezwodnym chlorkiem wapniowym, bezwodnym siarczanem miedzi, bezwodnym chlorkiem kobaltu i krzemionką aktywowaną.Do łączenia poszczególnych cz aparaturywęże polietylenowe lub szlify.
Wykonanie: Aparaty pochłaniające i pustą łódeczkę zważyć,wsypać do łódki próbkę odpadów;umieścić w rurze do spalań ;Za wypełnieniem rury podłączyć U-rurkę do pochłaniania H2O,do niej U-rurkę do pochłaniania CO2 z gazów spalinowych.Przystąpić do spalania poprzez ogrzewanie mikropalnikiem. Początkowo ogrzewać rurę w odległości 3 - 4 cm od łódeczki potem zmniejszać odległość przemieszczając palnik wzdłuż rury. Zbyt intensywne spalanie (wydzielanie gazów nad łódeczką i ↓ natężenia przepływu powietrza)przerwać ogrzewanie aż zacznie przepływać powietrze. Przepływ lub zanik przepływu powietrza przez aparaturępojawianie się lub zanikanie pęcherzyków powietrza w płuczce Drehsla wypełnionej kwasem siarkowym. W czasie spalania może nastąpić destylacja i osadzanie się zwęglonych składn na rurze,spalać aż do całkowitego wypalenia osadzonych części na ściankach rury. Zakończyć ogrzewanie, próbkę ogrzewać przesuwając grzejnik pieca II na miejsce, gdzie ustawiona jest łódeczka i prażenie15 minut. Po odstawieniu grzejnika, spr czy na ramieniu U-rurki bezpośr połącz z rurą do spalań nie pozostała skroplona H2O. Jeśli tak ogrzewanie, aż skroplona para wodna całkowicie wprowadzona do U-rurki. łódeczkę i absorbery po prażeniu zważyć.Obliczenia:zawartość węgla:C=(mc*27,27)/m1[%];mc-przyrost masy U-rurki do absorpcji CO2[g];m1-masa próbki[g];27,27-współcz przeliczeniowy masy CO2na C;Zawartość wodoru:H=(mH*11,19)/m1;mH-przyrost masy U-rurki pochłaniającej parę wodną[g];11,19-współcz przeliczeniowy masy H2O na H.Aby sprawdzić czy dobrze przeprowadziliśmy analizę i określić składu substancji org w odpadachobliczyć:zawartość C w przel na substancję org w odpadach;zawart H w przel na subst org w spalanych odpadach;Zaw subst org:Xo=[(m1-m2)/m1]*100;m1-masa próbki przed spaleniem;m2-masa próbki po spaleniu;Zaw C w subs org:Co=C/Xo;C-zawartość C w próbce; Zaw H w subst org:Ho=H/Xo;Ho-zawartość H w próbce.
CIEPŁO SPALANIA I WARTOŚĆ OPAŁOWA- spalanie odpadów to jedna z metod ich unieszkodliwiania. Odpady komunalne zawierają ponad 50% subst org palnych, a ich wartość opałowa jest niekiedy b wysoka. Pomiar kolorymetrycznyokreślenie ilości ciepła wydzielonego podczas spalania znanej ilości subst w bombie kalorymetrycznej (składa się z 2 elementów: korpusu i głowicy. W głowicy umieszczone 2 elektrody: izolowana i nieizolowana oraz 2 zawory do doprowadzania tlenu i odprowadzania spalin) w nadmiarze tlenu pod zwiększonym ciśnieniem. W tych war powstająca woda znajduje się w stanie ciekłym, S spala się do trójtlenku siarki i po połączeniu z wodą powstaje kwas siarkowy;N analogicznie przechodzi w kw.azotowy. Ciepło parowania wody jest duże dlatego też gdy w produktach spalania woda znajduje się w stanie ciekłym efekt spalania jest>niż gdy woda przechodzi w parę wodną. Ciepło tworzenia kwasów to dodatkowy efekt cieplny (efekt cieplny spalania odważonej ilości odpadów jest Σ algebraiczną efektów cieplnych spalania wszystkich składników). Wykonanie: próbkę odpadów w postaci pastylki, przy pomocy końcówek drutu wystających z pastylki montuje się w uchwytach elektrod bomby. Do korpusu bomby wlewamy wodę destylowaną, głowicę bomby z próbką umieszcza w bombie. Bombę napełnia tlenem, przenosi do kalorymetru i wstawia do naczynia kalorymetrycznego wypełnionego wodą. Do naczynia kalorymetryczn wprowadzamy mieszadło i termometr i całość podłącza do prądu. Po wyrównaniu się temp przystępuje do pomiarów w 3 okresach:*okres początkowy-trwa 5 minut, wyk 5 odczytów temp w równych odstępach czasu. Bezpośrednio po 6 odczycie spalamy próbkę; *okres główny- trwa od chwili zapalenia się próbki do chwili wyrównania się temp wody w naczyniu kolorymetrycznym. Odczytów dokon co min; *okres końcowy- trwa 5 minut od chwili wyrównania się temp. Dokonujemy 5 odczytów temp, pierwszy odczyt wykon w chwili wyrównania się temp wody w naczyniu kalorymetr, tzn. po upływie 1 min od pierwszego odczytu temp najwyższej. Ciepło spalania - [KJ/kg spalanych odpadów, J/g]ilość ciepła wydzielona podczas całkowitego spalania w bombie kalorymetrycznej z wytworzeniem CO2, SO2 , azotu i skroplonej pary wodnej, (pomniejszona o ilości ciepła wydzielonego przy syntezie i rozpuszczaniu kwasu siarkowego i azotowego) Q= K(Dt· k)/m; K-stała kalorymetru [J/C]; m - odważka odpadów [g], -przyrost temp okresu głównego; Dt = (tN-to); tN- ostatni odczyt okr główn[C], to- ost. Odczyt temp. początkowego okresu pomiarowego (tuż przed włączeniem zapłonu);k- poprawka na wymianę ciepła kalorym. Z otoczeniem k= 0,5(dh+dk)+(n-!)dk, dh- śr. przyrost temp. na 1 min w okresie pocz. [C/min], dk- śr.przyrost temp. na 1 min w okresie końcowym [C/min], n-czas trwania głównego okresu pom.[min] Wartość cieplna kalorymetru K(stała kalorymetru)[J/C]- ilość ciepła potrzebna do ogrzania o 1°C ukł kalorymetrycznego obejmującego całą część pomiarową przyrządu: naczynie kalorymetryczne napełnione wodą, bombę kalorymetryczną zanurzoną w wodzie, mieszadło i termometr. Wartość opałowa -ilość ciepła wyrażona w KJ/ kg spalanych odpadów w palenisku technicznym. Produktami spalania są głównie CO2, SO2,tlenek azotu lub N w postaci gazowej, woda w postaci pary wodnej, Wartość opałową paliw stałych (węgla kamienn, brunatn, torfu)a także odpadów można obliczyć na podst wyników anal element →W = 81C+290(H- O/8) + 25S - 6WC; C- zawartość C[%]; H - zawartość H[%]; S - zawartość S; O- zawartość O; WC - zawartość wilg [%]. Wart opał obl się przez odjecie od ciepła spal ania oznaczonego w bombie ilości ciepła parow pary wodnej powstałej z wilgoci zawartej w odpadach oraz wody powstałej ze spalania ,spalania H wchodzącego w skład badanych odpadów
WŁAŚCIWOŚCI NAWOZOWE- celem badania odpadów jest uzyskanie informacji o właściwościach odpadów, charakteryzujących je jako surowiec do przeróbki jedną z metod unieszkodliwiania. Najważniejsze składniki nawozowe występujące w odpadach: azot, fosfor i potas ( są one niezbędne dla prawidłowego przebiegu procesu biochem rozkładu, a także stanowią o wartości nawozowej kompostu powstałego w wyniku kompostowania) Do najważniejszych wskaźników charakteryzujących właściwości nawozowe zalicza się: *zawartość ogólnej subst organicznej- metoda polega na wagowym określeniu straty przy prażeniu odpadów w temp.500C( należy przestrzegać tej temp, gdyż w wyższych temp następuje termiczny rozkład innych subst nieorganicznych jak np. węglanów wapnia i magnezu). W czasie prażenia następuje spalenie wszystkich subst organicznych i węgla mineralnego, oraz utlenienie innych subst mineralnych np. siarczków, azotynów. Można więc przyjąć, że wyrażona strata przy prażeniu odpowiada procentowej zawartości ogólnej subst organicznej w próbce odpadów. Wykonanie: w uprzednio wyprażonym i zważonym tyglu odważyć wysuszoną i zmieloną próbkę. Następnie spopielić ją ostrożnie, tak by nie uległa zapaleniu płomieniem, a następnie umieścić w piecu elektrycznym i prażyć w temp 500°C. Wystudzić w eksykatorze i zważyć. Zawartość subst organicznych w próbce X obliczam: X =[(m1-m2)/m1]·100; m1-masa próbki przez prażeniem; m0-masa próbki po prażeniu; *zawartość węgla organicznego - metoda polega na utlenieniu subst organicznych łatworozkładalnych. Jest stosowana między innymi do oznaczania subst próchniczych w glebach. Polega ona na utlenieniu na gorąco próbki odpadów przy użyciu dwuchromianu potasu w środowisku kwaśnym z zastosowaniem siarczanu srebra jako katalizatora. W czasie reakcji utleniania chrom VI z dwuchromianu potasu zostaje zredukowany do chromu III. Do oznaczania używamy nadmiaru dwuchromianu ,by po reakcji pozostało jeszcze około połowy w postaci niezredukowanej, którą to miareczkuje się roztworem soli Mohra, wobec wskaźnika ferroiny. W metodzie tej ulegają utlenieniu tylko związki organiczne, a więc te które odgrywają rolę w kompostowaniu. Nie ulegają utlenieniu węgiel kamienny i koks, które występują w odpadach stosunkowo w dużych ilościach., tworzywa sztuczne, materiały tekstylne . W oznaczeniu C org. tą metodą przeszkadzają wszystkie substancje redukujące dichromian, przede wszystkim: chlorki, związki żelaza dwuwartościowego i manganu.
Wykonanie (Właść Nawoz): odważyć próbkę, przenieść ją ilościowo do kolby, dodać kwasu siarkowego i siarczanu srebra. Zawartość wymieszać, dodać dwuchromianu potasu i po wymieszaniu w szyjce kolby umieścić lejek szklany, pełniący rolę chłodnicy zwrotnej. Całość ogrzewać, a po zakończeniu dodać wodę destylowaną i ostudzić. Do ostudzonego roztworu dodać kilka kropli ferroiny i odmiareczkować nadmiar dwuchromianu potasu roztworem soli Mohra do uzyskania czerwonego zabarwienia. Równolegle wykonać próbę ślepą (bez odpadów) Zawartość węgla organicznego w badanej próbce (X) [%]obliczam → X={[(a-b)·f· 0,0006]/m}·100; a(b)- objętość soli Mohra zużytej na miareczkowanie próby ślepej (próby odpadów); f - współczynnik korygujący miano soli Mohra na roztwór o c[(FeSO4.(NKi)2 6H20)] = 0,2 mol/l (dla któregof=1); m - masa próbki do badania; 0,0006 -ilość węgla odpowiadająca 1ml soli Mohra o c [(FeS0-i(NH4)2ÓH2O)]= 0,2mol/l