水處理用人工陶粒濾料檢驗方法（附錄A）

A.1 總則

A.1.1 稱取人工陶粒濾料樣品時應(yīng)準(zhǔn)確至所稱樣品質(zhì)量的1%。樣品用量與測定步驟，應(yīng)按照本方法的規(guī)定行。

A.1.2 儀器、容量器皿，應(yīng)進行校正。

A.1.3 試驗篩，按照GB/T6003.1、GB/T6003.2和GB/T6003.3標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行。

A.1.4 水系指蒸餾水，當(dāng)對水有特殊要求時，則另加說明。

A.2 取樣

A.2.1 堆積濾料的取樣

在濾料堆上取樣時，應(yīng)將濾料堆表面劃分成若干個面積相同的方形塊，在每一方塊的中心點用采樣器或鐵鏟伸入到濾料表面以下150mm采取。然后將從所有方塊中取出的等量（以下取樣均為等量合并）樣品置于一塊潔凈、光滑的塑料布上，充分混勻，攤平成一正方形，在正方形上劃對角線，分為四塊，取相對的兩塊混勻，作為一份樣品（即四分法取樣），裝入一個潔凈容器內(nèi)。每份樣品質(zhì)量約3kg。

A.2.2 袋裝濾料的取樣

取袋裝濾料樣品時，從每批產(chǎn)品總袋數(shù)的5%中取樣（產(chǎn)品批量少時，在不少于3袋中取樣）。用取樣器從袋口中心垂直插入二分之一深度處采取。然后將從每袋中取出的樣品合并，充分混勻，用四分法縮減至約3kg，作為一份樣品，裝入一個潔凈容器內(nèi)。

A.3 檢驗方法

A.3.1 均勻系數(shù)（K60），不均勻系數(shù)（K80）的測定

A.3.1.1 操作

稱取干燥的陶粒濾料樣品約100g，置于一組試驗篩（按篩孔由大至小的順序從上到下套在一起，底盤放在最下部）的最上的篩上，然后蓋上頂蓋。在行程140mm、頻率150次/min的振蕩機上振蕩15mm，然后稱出每只篩上截留的濾料質(zhì)量，按表A.1填寫和計算所得結(jié)果，并以表A.1中試驗篩的孔徑為橫坐標(biāo)，以通過該篩孔樣品的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)繪制篩分曲線。在篩分曲線上讀出陶粒濾料樣品的有效粒徑d10、d60和d80。

表A.1 篩分記錄

篩孔徑/mm	截留在篩上的樣品質(zhì)量/g	通過篩的樣品
		質(zhì)量/g	百分?jǐn)?shù)/%
d1	m1	m7	m7/m×100
d2	m2	m8	m8/m×100
d3	m3	m9	m9/m×100
d4	m4	m10	m10/m×100
d5	m5	m11	m11/m×100
d6	m6	m12	m12/m×100
.........	.........	........	........
注：m——濾料樣品總質(zhì)量,g

A.3.1.2 計算

均勻系數(shù)（K60）按式(A.1)計算。

K60=d60/d10(A.1)

不均勻系數(shù)（K80）按式(A.2)計算。

K80=d80/d10(A.2)

式中：

K60——均勻系數(shù)；

K80——不均勻系數(shù)；

d60——通過陶粒濾料質(zhì)量60%的篩孔孔徑，mm；

d80——通過陶粒濾料質(zhì)量80%的篩孔孔徑，mm；

d10——通過陶粒調(diào)料質(zhì)量10%的篩孔孔徑，mm。

A.3.2 破碎率與磨損攀之和的測定

A.3.2.1 操作

稱取經(jīng)洗凈干燥并截留于孔徑O.5mm試驗篩上的陶粒濾料樣品約100g，置于內(nèi)徑50mm、高150mm的金屬圓筒內(nèi)。加入6顆直徑8mm的軸承鋼珠，蓋緊筒蓋，在行程為140mm、頻率為150次/min的振蕩機上振蕩15min。稱量通過孔徑0.5mm試驗篩的質(zhì)量。

A.3.2.2 計算

破碎及磨損率按式（A.3）計算。

Cb=(mb/m)×100（A.3）

式中：

Cb——破碎率與磨損率之和，%；

mb——通過孔徑0.5mm分樣篩的樣品質(zhì)量，g；

m——陶粒濾料樣品總質(zhì)量，g。

A.3.3 含泥量的測定

A.3.3.1 操作

稱取干燥陶粒濾料樣品約500g，置于1000mL燒杯中，加入水，充分?jǐn)嚢?min，浸泡2h，然后在水中攪拌淘洗樣品，約1min后，把渾水慢慢倒入孔徑為0.08mm的試驗篩中。測定前，試驗篩的兩面先用水濕潤。在整個操作過程中，應(yīng)避免陶粒濾料損失。再向筒中加入水，重復(fù)上述操作，直至筒中的水清澈為止。用水沖洗截留在篩上的顆粒，并將篩放在水中來回?fù)u動，以充分洗除小于0.08mm顆粒。然后將篩上截留的顆粒和杯中洗凈的樣品一并倒入已恒量的搪瓷盤中，置于105℃~110℃的干燥箱中干燥至恒量。

A.3.3.2 計算

含泥量按式（A.4）計算。

Cs=[(m-ms)/m]×100（A.4）

式中:

Cs——含泥量，%；

m——淘洗前陶粒濾料樣品的質(zhì)量，g；

ms——淘洗后陶粒濾料樣品的質(zhì)量，g。

A.3.4 鹽酸可溶率的測定

A.3.4.1 操作

將陶粒濾料樣品用水洗凈，在105℃~110℃的干燥箱中干燥至恒量。稱取洗凈干燥樣品約50g，置于500mL燒杯中，加入1+1鹽酸（1體積分析純鹽酸與1體積水混合）160mL（使樣品完全浸沒）。在室溫下靜置，偶作攪拌，待停止發(fā)泡30min后，傾出鹽酸溶液，用水反復(fù)洗滌樣品（注意不要讓樣品流失），直至用pH試紙檢查洗凈水呈中性為止。把洗凈后的樣品移入已恒量的稱量瓶中，在105℃~110℃的干燥箱中干燥至恒量。

A.3.4.2 計算

鹽酸可溶率按式（A.5）計算。

Cha=[(m-mha)/m]×100（A.5）

式中：

Cha——鹽酸可溶率，%；

m——加鹽酸前陶粒濾料樣品的質(zhì)量，g；

mha——加鹽酸后陶粒濾料樣品的質(zhì)量，g。

A.3.5 密度的測定

A.3.5.1 操作

向李氏比重瓶中加入煮沸并冷卻至約20℃的水至零刻度，塞緊瓶蓋。在20℃±1℃的恒溫水槽中靜置1h后，調(diào)整水面準(zhǔn)確對準(zhǔn)零刻度，擦干瓶頸內(nèi)壁附著水，通過長頸玻璃漏斗慢慢加入洗凈干燥的陶粒濾料樣品約30g，邊加邊向上提升漏斗，避免漏斗附著水及瓶頸內(nèi)璧粘附樣品顆粒。旋轉(zhuǎn)并用手輕拍比重瓶，以驅(qū)除氣泡。塞緊瓶蓋，在20℃±1℃的恒溫水槽中靜置1h后，再用手輕拍比重瓶，以驅(qū)除氣泡，記錄瓶中水面刻度。

A.3.5.2 計算

密度按式（A.6）計算。

ρ=m/V（A.6）

式中：

ρ——密度，g/cm³；

m——陶粒濾料樣品的質(zhì)量，g；

V——李氏比重瓶中水面刻度，cm³。

A.3.6 堆積密度的測定

A.3.6.1 操作

取陶粒濾料約0.8L，放入干燥箱內(nèi)干燥至恒量。

用取樣勺將試樣從離容量筒（容量簡用金屬制作，其內(nèi)部直徑與高度均為100mm）上方50mm處（或采用標(biāo)準(zhǔn)漏斗）均勻倒入，讓試樣自然落下，不得碰撞容量筒。裝滿后使容量筒口上部試樣成錐體，然后用直尺沿容量筒邊緣從中心向兩邊刮平，表面凹陷處用粒徑較小的濾料填平后，稱量。

A.3.6.2 計算

堆積密度按式（A.7）計算。

ρp=(m1-m2)/Vν（A.7）

式中：

ρp——堆積密度，g/m³；

m1——陶粒濾料樣品和容量筒的質(zhì)量，g；

m2——容量筒的質(zhì)量，g；

Vν——容量筒的容積，cm³。

取兩次試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定值。如兩次結(jié)果之差大于平均值的2%時，應(yīng)重新取樣進行試驗。

A.3.7 表觀密度的測定

A.3.7.1 操作

稱取洗凈干燥的陶粒濾料樣品約30g，放入量筒中浸水1h（如有顆粒漂浮于水上，必須用帶柄的圓形金屬板將其壓入水中）后取出，倒入孔徑為0.08mm的篩子上，瀝水1min~2min。然后倒在擰干的濕毛巾上，用手握住毛巾兩端，使其成為槽形，讓試樣在毛巾上來回滾動8次~10次后，倒入瓷盤里。

將試樣倒入水面為零刻度的李氏比重瓶中，讀出水面刻度。

A.3.7.2 計算

表觀密度按式（A.8）計算。

ρap=m/V（A.8）

式中：

ρap——表觀密度，g/cm³；

m——干燥陶粒樣品質(zhì)量，g，

V——李氏比重瓶中水面刻度，cm³。

取兩次試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定值。如兩次結(jié)果之差大于平均值的2%時，應(yīng)重新取樣進行試驗。

A.3.8 空隙率的測定

在測定濾料堆積密度和表觀密度的基礎(chǔ)上，通過計算，確定濾料在自然堆積狀態(tài)下顆粒間的空隙率。

A.3.8.1 計算

空隙率按式（A.9）計算。

υ=(1-ρp/ρap)×100（A.9）

式中：

υ——空隙率，%；

ρp——堆積密度，g/cm²；

ρap——表觀密度，g/cm³。

A.3.9 比表面積的測定

本標(biāo)準(zhǔn)給出了BET法中的一種——氣相色譜法來測定陶粒濾料的比表面積。

A.3.9.1 原理

放到氣體體系中的樣品，其物質(zhì)表面在低溫下將發(fā)生物理吸附。當(dāng)吸附達(dá)到平衡時，測量平衡吸附壓力和吸附的氣體量，根據(jù)BET方程式[見式（A.10）]求出樣品單分子層吸附量，從而計算出樣品的比表面積。

(P/P0)/V(1-P/P0)=(C-1)/VmC×P/P0+1/VmC（A.10）

式中：

P——平衡吸附壓力，Pa；

P0——飽和蒸汽壓力，Pa；

V——吸附體積（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），cm³；

Vm——單層吸附體積（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），cm³；

C——BET常數(shù)。

令P/P0為X，(P/P0)/V(1-P/P0)為Y，(C-1)/VmC為A，1/VmC為B，便得到一條斜率為A，截距為B的直線方程Y=AX+B，作圖如圖A.1所示。

圖A.1在相對壓力P/P0取值在0.05~0.35范圍內(nèi)通常是線性的，而兩個端點有時會偏離直線，計算時偏離的點應(yīng)舍掉。

通過一系列相對壓力P/P0和吸附氣體量V的測量，由BET圖或最小二乘法求出斜率A和截距B值。并導(dǎo)出單層容量和BET參數(shù)C。C值表示了吸附劑和吸附質(zhì)之間的相互作用力。采用氮吸附氣體時，截距相對斜率而言，往往是比較小的，C值遠(yuǎn)大于1。

采用氮吸附氣體時，樣品的質(zhì)量比表面積Sw，可通過單層容量和每個分子在一個完整的單層上所占有的平均面積求出，如式（A.11）：

Sw=4.35Vm/m（A.11）

式中：

Sw——樣品的質(zhì)量比表面積，10⁴cm²/g；

Vm——單層吸附體積（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），cm²；

m——樣品的質(zhì)量，g。

A.3.9.2 儀器和材料

A.3.9.2.1 主要儀器

本標(biāo)準(zhǔn)給出了氣相色譜法所用儀器原理示意圖A.2

A.3.9.2.2輔助設(shè)備

a)天平：感量為0.1mg；

b)杜瓦瓶：各種尺寸的杜瓦瓶和液氮的儲存設(shè)備；

c)盛樣器：U形玻璃管盛裝樣品；

d)蒸氣壓力溫度計：蒸氣壓力溫度計，用以測量液體氮的飽和蒸氣壓力和溫度。

A.3.9.2.3 材料

a)吸附氣體（氮氣），其純度不小于99.99%，其溫度在測量過程中要保持穩(wěn)定；

b)載氣（氦氣），其純度不小于99.99%；

c)液體氮，其純度不小于99.99%，使吸附氣體的飽和蒸氣壓力在測量過程中保持穩(wěn)定。

A.3.9.3 測試步驟

A.3.9.3.1 脫氣

在真空度大約1pa的條件下，在90℃時，脫氣1h，然后在350℃時，脫氣大于5.5h，當(dāng)盛樣器內(nèi)氣體的壓力和組成、樣品質(zhì)量達(dá)到穩(wěn)定時，脫氣完成。脫氣后，盛樣器冷卻至測量溫度。

A.3.9.3.2 測量

以氮氣為吸附氣體，氦氣為載氣，兩種氣體以一定比例混合后，在接近大氣壓力下流過樣品，用熱導(dǎo)池監(jiān)視混合氣體的熱傳導(dǎo)率。

調(diào)節(jié)氦氣流量約為40mL/min，調(diào)節(jié)氮氣流量，使兩路氣體混合均勻的總流量約為70mL/min。然后接通電源。調(diào)節(jié)監(jiān)視器零點。待儀器穩(wěn)定后，把裝有液氮的杜瓦瓶套在樣品管上，當(dāng)吸附達(dá)到平衡時，熱導(dǎo)池檢比一個吸附峰。當(dāng)液氮移開樣品時，熱導(dǎo)池又檢出一個與吸附峰極性相反的脫附峰。

再次調(diào)整刻氣與氮氣的流量，保持總流量約在70mL/min，且P/P0在0.05~0.35范圍內(nèi)，如上操作，檢出一個吸附峰和一個脫附峰。

如此測量5次~7次，檢出相應(yīng)的吸附峰與脫附峰。

A.3.9.4 計算

a)相對壓力

相對壓力由式（A.12）求出。

P/P0=Rx/R0×PA/P0（A.12）

式中：

P——平衡吸附壓力，Ra；

P0——飽和蒸汽壓力Ra；

PA——大氣壓力，Pa；

Rx——吸附質(zhì)氣體流量，mL/min。

R0——混合氣總流量，mL/min。

b) 吸附的氣體量

吸附的氣體量由式（A.13）和式（A.14）求出。

Vs=Vt[273.15PA/1.01325×105(273.15+t)]（A.13）

V=Vs(Ad/As)（A.14）

式中：

Vs——體積管中充入吸附質(zhì)氣體體積（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），cm³；

PA——大氣壓力，Pa；

Vt——標(biāo)準(zhǔn)體積管體積，cm³；

t——實驗時環(huán)境溫度，℃；

V——吸附體積（標(biāo)準(zhǔn)態(tài)），cm³；

Ad——脫附峰面積，cm²；

As——標(biāo)準(zhǔn)峰面積，cm²。

c)比表面積

樣品的比表面積按A.3.9.1中描述的方法求出。