水處理用人工陶粒濾料檢驗(yàn)方法（附錄A）
A.1 總則
A.1.1 稱(chēng)取人工陶粒濾料樣品時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確至所稱(chēng)樣品質(zhì)量的1%。樣品用量與測(cè)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(jìn)行校正。
A.1.3 試驗(yàn)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(duì)水有特殊要求時(shí)，則另加說(shuō)明。
A.2 取樣
A.2.1 堆積濾料的取樣
在濾料堆上取樣時(shí)，應(yīng)將濾料堆表面劃分成若干個(gè)面積相同的方形塊，在每一方塊的中心點(diǎn)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(duì)角線(xiàn)，分為四塊，取相對(duì)的兩塊混勻，作為一份樣品（即四分法取樣），裝入一個(gè)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(shí)，從每批產(chǎn)品總袋數(shù)的5%中取樣（產(chǎn)品批量少時(shí)，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(gè)潔凈容器內(nèi)。
A.3 檢驗(yàn)方法
A.3.1 均勻系數(shù)（K60），不均勻系數(shù)（K80）的測(cè)定
A.3.1.1 操作
稱(chēng)取干燥的陶粒濾料樣品約100g，置于一組試驗(yàn)篩（按篩孔由大至小的順序從上到下套在一起，底盤(pán)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(jī)上振蕩15mm，然后稱(chēng)出每只篩上截留的濾料質(zhì)量，按表A.1填寫(xiě)和計(jì)算所得結(jié)果，并以表A.1中試驗(yàn)篩的孔徑為橫坐標(biāo)，以通過(guò)該篩孔樣品的百分?jǐn)?shù)為縱坐標(biāo)繪制篩分曲線(xiàn)。在篩分曲線(xiàn)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(guò)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(jì)算
均勻系數(shù)（K60）按式(A.1)計(jì)算。
K60=d60/d10(A.1)
不均勻系數(shù)（K80）按式(A.2)計(jì)算。
K80=d80/d10(A.2)
式中：
K60——均勻系數(shù)；
K80——不均勻系數(shù)；
d60——通過(guò)陶粒濾料質(zhì)量60%的篩孔孔徑，mm；
d80——通過(guò)陶粒濾料質(zhì)量80%的篩孔孔徑，mm；
d10——通過(guò)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(cè)定
A.3.2.1 操作
稱(chēng)取經(jīng)洗凈干燥并截留于孔徑O.5mm試驗(yàn)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(jī)上振蕩15min。稱(chēng)量通過(guò)孔徑0.5mm試驗(yàn)篩的質(zhì)量。
A.3.2.2 計(jì)算
破碎及磨損率按式（A.3）計(jì)算。
Cb=(mb/m)×100（A.3）
式中：
Cb——破碎率與磨損率之和，%；
mb——通過(guò)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(cè)定
A.3.3.1 操作
稱(chēng)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(yàn)篩中。測(cè)定前，試驗(yàn)篩的兩面先用水濕潤(rùn)。在整個(gè)操作過(guò)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(lái)回?fù)u動(dòng)，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(pán)中，置于105℃~110℃的干燥箱中干燥至恒量。
A.3.3.2 計(jì)算
含泥量按式（A.4）計(jì)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(cè)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(chēng)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(méi)）。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(chēng)量瓶中，在105℃~110℃的干燥箱中干燥至恒量。
A.3.4.2 計(jì)算
鹽酸可溶率按式（A.5）計(jì)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(cè)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(duì)準(zhǔn)零刻度，擦干瓶頸內(nèi)壁附著水，通過(guò)長(zhǎng)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(jì)算
密度按式（A.6）計(jì)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(cè)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(jiǎn)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(mǎn)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(chēng)量。
A.3.6.2 計(jì)算
堆積密度按式（A.7）計(jì)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(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值作為測(cè)定值。如兩次結(jié)果之差大于平均值的2%時(shí)，應(yīng)重新取樣進(jìn)行試驗(yàn)。
A.3.7 表觀密度的測(cè)定
A.3.7.1 操作
稱(chēng)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(lái)回滾動(dòng)8次~10次后，倒入瓷盤(pán)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(jì)算
表觀密度按式（A.8）計(jì)算。
ρa(bǔ)p=m/V（A.8）
式中：
ρa(bǔ)p——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(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值作為測(cè)定值。如兩次結(jié)果之差大于平均值的2%時(shí)，應(yīng)重新取樣進(jìn)行試驗(yàn)。
A.3.8 空隙率的測(cè)定
在測(cè)定濾料堆積密度和表觀密度的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)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(jì)算
空隙率按式（A.9）計(jì)算。
υ=(1-ρp/ρa(bǔ)p)×100（A.9）
式中：
υ——空隙率，%；
ρp——堆積密度，g/cm2；
ρa(bǔ)p——表觀密度，g/cm3。
A.3.9 比表面積的測(cè)定
本標(biāo)準(zhǔn)給出了BET法中的一種——?dú)庀嗌V法來(lái)測(cè)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(shí)，測(cè)量平衡吸附壓力和吸附的氣體量，根據(jù)BET方程式[見(jiàn)式（A.10）]求出樣品單分子層吸附量，從而計(jì)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(xiàn)方程Y=AX+B，作圖如圖A.1所示。
圖A.1在相對(duì)壓力P/P0取值在0.05~0.35范圍內(nèi)通常是線(xiàn)性的，而兩個(gè)端點(diǎn)有時(shí)會(huì)偏離直線(xiàn)，計(jì)算時(shí)偏離的點(diǎn)應(yīng)舍掉。
通過(guò)一系列相對(duì)壓力P/P0和吸附氣體量V的測(cè)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(shí)，截距相對(duì)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(shí)，樣品的質(zhì)量比表面積Sw，可通過(guò)單層容量和每個(gè)分子在一個(gè)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(chǔ)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(jì)：蒸氣壓力溫度計(jì)，用以測(cè)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?dú)猓浼兌炔恍∮?9.99%，其溫度在測(cè)量過(guò)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(cè)量過(guò)程中保持穩(wěn)定。
A.3.9.3 測(cè)試步驟
A.3.9.3.1 脫氣
在真空度大約1pa的條件下，在90℃時(shí)，脫氣1h，然后在350℃時(shí)，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(shí)，脫氣完成。脫氣后，盛樣器冷卻至測(cè)量溫度。
A.3.9.3.2 測(cè)量
以氮?dú)鉃槲綒怏w，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(guò)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?dú)饬髁浚箖陕窔怏w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(diǎn)。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(shí)，熱導(dǎo)池檢比一個(gè)吸附峰。當(dāng)液氮移開(kāi)樣品時(shí)，熱導(dǎo)池又檢出一個(gè)與吸附峰極性相反的脫附峰。
再次調(diào)整刻氣與氮?dú)獾牧髁浚３挚偭髁考s在70mL/min，且P/P0在0.05~0.35范圍內(nèi)，如上操作，檢出一個(gè)吸附峰和一個(gè)脫附峰。
如此測(cè)量5次~7次，檢出相應(yīng)的吸附峰與脫附峰。
A.3.9.4 計(jì)算
a)相對(duì)壓力
相對(duì)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(shí)驗(yàn)時(shí)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。
