水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料 CJ/T461-2014

中华人民共和国城镇建设行业标准

水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料

High density polyethylene suspended carrier for water treatment

CJ／T 461-2014

发布日期：2014-9月29日    实施日期：2015年4月1日

中华人民共和国住房和城乡建设部 发布

前言

    本标准按照GB／T 1．1-2009给出的规则起草。
    本标准由住房和城乡建设部标准定额研究所提出。
    本标准由住房和城乡建设部市政给水排水标准化技术委员会归口。
    本标准起草单位：国家城市给水排水工程技术研究中心、青岛思普润水处理有限公司。
    本标准主要起草人：郑兴灿、尚巍、于振滨、孙永利、宋美芹、张晶晶、陈轶、夏琼琼、刘静、徐文贤、吴迪。

1 范围

    本标准规定了水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料的术语和定义、分类与型号、材料、要求、试验方法、检验规则、标志、包装、运输和贮存等。
    本标准适用于水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料的生产、检测和验收。

2 规范性引用文件

    下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
    GB／T 191 包装储运图示标志
    GB／T 6388 运输包装收发货标志
    GB／T 11115 聚乙烯(PE)树脂

3 术语和定义

    下列术语和定义适用于本文件。

3．1
    水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料 high density polyethylene suspended carrier for water treatment
    水处理过程中，高密度聚乙烯(HDPE)材料整体呈空心圆柱状，内部有不同的构造，通过曝气或搅拌呈悬浮流化状态，可为微生物生长提供受保护空间的载体。

3．2
    填料密度 density of carrier
    填料的质量和其实际体积的比值，即单位实际体积填料的质量。

3．3
    有效比表面积 effective specific surface area
    单位体积悬浮载体填料能实现良好传质传氧，且能生长有效微生物的受保护的表面积。

3．4
    填料挂膜 biofilm culturing of carrier
    填料用于水处理时，通过曝气或搅拌呈悬浮流化状态下一定的时间，镜检可见大量菌胶团附着生长在填料表面。

3．5
    堆积密度 bulk density
    填料在自然堆积状态下，单位体积的质量。

3．6
    堆积体积 bulk volume
    填料自然堆积状态下测出的体积。

3．7
    堆积质量 bulk mass
    悬浮载体填料的堆积体积乘以堆积密度所得的值。

4 分类与型号

4．1 分类

4．1．1 水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料按有效比表面积分A类填料、B类填料、C类填料，各类高密度聚乙烯悬浮载体填料的有效比表面积见表1。

       表1 各类高密度聚乙烯悬浮载体填料的有效比表面积        单位为平方米每立方米

4．1．2 各类水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料示意图参见附录A。

4．2 型号

4．2．1 型号组成
    由下列单元组成：

4．2．2 型号标记示例
    有效比表面积500m²／m³，直径25mm±0．5mm，高度10mm±1mm的水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料，型号为：XFTL-A-500-25×10。

5 材料

5．1 材料应选用高密度聚乙烯纯原料，并应符合GB／T 11115的规定。

5．2 原料中不应添加炭黑或其他颜色的染料。

5．3 可添加本厂生产过程中产生的回用料，但不应超过5％。

6 要求

6．1 外观

6．1．1 外表面颜色应为高密度聚乙烯原料的自然色。

6．1．2 外观应表面完整，无熔合痕、无气泡，无分解变色线及影响使用的划伤。

6．1．3 内部结构应完整，无翘曲、无裂纹，内外壁光滑平整，不应有气泡、裂口。

6．1．4 机械切面应平整，边缘要求平滑无毛刺，并与轴线垂直。

6．2 规格尺寸
    水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料的规格尺寸应符合表2的规定。

     表2 水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料的规格尺寸及要求      单位为毫米

6．3 填料物理性能
    水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料物理性能应符合表3的规定。

表3 水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料的物理性能

6．4 填料生物性能

6．4．1 填料挂膜
    溶解氧在2．0mg／L～5．0mg／L，水温在20℃等条件下，挂膜时间应为30d，镜检可见大量菌胶团附着在填料表面。

6．4．2 填料挂膜后的硝化速率
    20℃时，用于强化硝化的生物膜硝化速率应大于或等于0．5gNO^–₃-N／(m²有效表面积·d)。

6．4．3 填料挂膜后的有机物去除速率
    20℃时，用于强化有机物去除的生物膜有机物去除速率应大于或等于10gCOD／(m²有效表面积·d)。

6．5 填料化学性能

6．5．1 酸失量
    填料酸失量应小于或等于0．2％。

6．5．2 碱失量
    填料碱失量应小于或等于0．2％。

6．5．3 紫外损失
    填料在辐照度为UVA340 1．0W／m²的UV光照下500h，填料紫外损失应小于或等于0．06％。

7 试验方法

7．1 外观
    在光线良好环境条件下，采用目测法进行检验。

7．2 规格尺寸
    填料的直径、高度等几何尺寸使用精度为0．05mm的游标卡尺测量，其壁厚使用精度为0．001mm的分厘卡测量；测量时应避开毛刺、凸起部位和明显的表面缺陷，以测得的最大和最小外径值的算术平均值作为平均直径，以测得的最大和最小高度值的算术平均值作为平均高度，以测得的最大和最小壁厚值的算术平均值作为平均壁厚。

7．3 填料物理性能

7．3．1 有效比表面积
    有效比表面积应根据测量的几何尺寸计算，方法如下：
    a) 填料有效表面积为空心圆柱筒内表面、内部构型表面积以及空心圆柱筒外部受保护褶皱处面积；
    b) 根据填料不同结构型状，将填料有效表面积划分为若干部分，分别测量填料各部分的相关尺寸，求出平均值，计算出各部分的有效表面积，并加和计算求得单个填料的总有效表面积；
    c) 得到的总有效表面积乘以单位体积填料的最小堆积个数，即得到填料的最小有效比表面积。
    计算方法见式(1)：

    式中：
        SV——填料有效比表面积，单位为平方米每立方米(m²／m³)；
        n——单位体积填料的最小堆积个数，单位为个；
        S_i——填料划分部分i的有效表面积，单位为平方米(m²)。

7．3．2 填料密度
    称取质量应不低于2．0kg的填料，用排水法测量所称取填料的实际体积。计算方法见式(2)：

    式中：
        ρ_a——填料密度，单位为克每立方厘米(g／cm³)；
        m——填料质量，单位为千克(kg)；
        V_a——填料体积，单位为立方米(m³)。

7．3．3 堆积密度
    将1m³堆积体积的悬浮载体填料，称取质量，重复3次，计算其算术平均值，即为悬浮载体填料堆积密度。计算方法见式(3)：

    式中：
        ρ_b——悬浮载体填料堆积密度，单位为千克每立方米(kg／m³)；
        m₁——单位堆积体积填料第一次称量质量，单位为千克(kg)；
        m₂——单位堆积体积填料第二次称量质量，单位为千克(kg)；
        m₃——单位堆积体积填料第三次称量质量，单位为千克(kg)。

7．3．4 空隙率
    将悬浮载体填料自然堆积于1m×1m×1m的容器，在填料自然堆积平面与箱体上平面平齐后，往箱内注满自来水，计量加入自来水的体积，重复3次，取其算术平均值。计算方法见式(4)和式(5)：

    式中：
        ε——填料的空隙率，％。
        V——加入自来水计量体积的算术平均值，单位为立方米(m³)；
        V₁——第一次加入自来水的计量体积，单位为立方米(m³)；
        V₂——第二次加入自来水的计量体积，单位为立方米(m³)；
        V₃——第三次加入自来水的计量体积，单位为立方米(m³)。

7．3．5 抗压强度
    将10个抽样填料试样，将其竖向置于测试精度为0．01kN的压力试验机压板正中区域，进行抗压强度测试试验。按照10mm／min的速度平稳均匀增加压力荷载，记录试样受力线长度和试样破坏时的最大压力值，计算出受力线单位长度的破坏力，以其算术平均值作为最终试验结果。试验重复3次，计算其算术平均值。计算方法见式(6)：

    式中：
        P——抗压强度，单位为牛顿每毫米(N／mm)；
        F——压碎力，单位为牛顿(N)；
        L——受力线长度，单位为毫米(mm)。

7．3．6 压缩回弹率
    将10个抽样填料试样，横向水平排列在精度达0．01kN的试验机上，记录横向总长度t₁，然后匀速施加水平压力从初载至0．5MPa，然后在10s内匀速加载至2MPa，维持20s后记录终载下的总横向长度t₂，计变形量△t₁(t₁—t₂)，随即卸载，维持60s后记录横向总长度t₃，计变形量△t₂(t₁—t₃)。试验结果取3组试样的算术平均值，取两位有效数字。计算方法见式(7)：

    式中：
        R——回弹率，％；
        △t₁——终载下的变形量，单位为毫米(mm)；
        △t₂——卸至初载的变形量，单位为毫米(mm)。

7．3．7 磨损率
    将10个抽样填料试样称量总质量后放入磨损试验机，启动行程为100mm，频率为120次／min的磨损试验机，并每隔15min记录时间和相对应的摩擦力矩；待试验时间满1h后取下试样，用脱脂棉蘸丙酮净试试样对磨面，15min后再次称量填料总质量。试验重复3次，计算其算术平均值。计算方法见式(8)：

    式中：
        U——填料磨损率，％；
        m₁——磨损试验前的填料质量，单位为毫克(mg)；
        m₂——磨损试验后的填料质量，单位为毫克(mg)。

7．3．8 破损率
    破损率用来表征悬浮载体填料的抗碰撞性。其试验方法如下：装备一个长×宽×高为10cm×10cm×20cm的可密封塑料容器，然后按照65％的填充率装填待测型号的填料，计量容器内填料的数量后，将装有悬浮载体填料的容器固定在冲击碰撞试验机上，启动冲击碰撞试验机并记录冲击碰撞时间，待总试验时间满72h后，计量完好的填料数量。计算方法见式(9)：

    式中：
        ψ——填料破损率，％；
        a₀——碰撞试验前的完好填料总个数，单位为个；
        a₁——碰撞试验后的完好填料总个数，单位为个。

7．4 填料生物性能

7．4．1 填料挂膜
    使用规格尺寸0．5m(长)×0．5m(宽)×0．65m(高)的反应器置于恒温室内，进行填料挂膜试验；填料挂膜试验的人工试验用水配方见表4，试验过程中所需营养液配方见表5；投加25m³左右有效表面积的悬浮载体填料，同时接种0．25kg本地处理生活污水为主的城市污水处理厂成熟污泥，装置每天的进水量为16L，连续曝气；溶解氧控制在2．0mg／L～5．0mg／L，水温控制在20℃左右，每日观测填料挂膜情况并镜检，持续30日后，评价填料挂膜情况。

            表4 人工试验用水配方             单位为毫克每升

            表5 营养液配方             单位为毫克每升

7．4．2 硝化速率
    根据7．4．1所规定试验条件对悬浮载体填料挂膜培养30d后，排空反应器系统内的污泥混合液，将不含有营养物和氨氮的自来水注满反应器系统后开始曝气，反应器系统内水温控制在20℃左右，溶解氧控制在2．0mg／L～5．0mg／L，SCOD浓度控制在50mg／L以下，5min后加入分析纯氯化铵固体约25g，待混合均匀(约5min)后计时开始试验。分别在0min、15min、30min、60min、90min、150min、210min、270min时取约50mL混合水样过滤后测定其NO^–₃-N浓度，根据测定结果绘制NO^–₃-N浓度-时间变化曲线，利用该曲线斜率和投加填料有效表面积通过式(10)计算求得填料挂膜后的硝化速率。

    式中：
        v——硝化速率，单位为毫克每平方米有效表面积日[mg／(m²有效表面积·d)，以NO^–₃-N计]；
        γ——NO^–₃-N浓度-时间变化曲线的斜率，单位为毫克每日(mg／d，以NO^–₃-N计)；
        S——试验过程所用悬浮载体填料的总有效表面积，单位为平方米(m²)。

7．4．3 有机物去除速率
    根据7．4．1所规定试验条件对悬浮载体填料挂膜培养30d后，排空反应器系统内的污泥混合液，将不含有有机营养物和氨氮的自来水注满反应器系统，并加入200g葡萄糖后开始曝气，反应器系统内水温控制在20℃左右，溶解氧控制在2．0mg／L～5．0mg／L，10min后计时开始试验。分别在0min、15min、30min、60min、90min、150min、210min、270min时取约50mL混合水样过滤后测定其COD浓度，根据测定结果绘制COD浓度-时间变化曲线，利用该曲线斜率和投加有效表面积通过式(11)计算求得填料挂膜后的有机物去除速率。

    式中：
        u——有机物去除速率，单位为毫克每平方米有效表面积日[mg／(m²有效表面积·d)，以COD计]；
        v——COD浓度-时间变化的曲线的斜率，单位为毫克每日(mg／d，以COD计)；
        S——试验过程所用悬浮载体填料的总有效表面积，单位为平方米(m²)。

7．5 填料化学性能

7．5．1 酸失量
    将10个抽样填料试样，在85℃～90℃温度条件下充分干燥至恒重并称量总质量后放入5％的H₂SO₄溶液中浸没煮沸，待试验时间满4h后取出试样，用纯水清洗填料样品后在85℃～90℃温度条件下充分干燥至恒重并称量总质量。试验重复3次，计算其算术平均值。计算方法见式(12)：

    式中：
        A——填料酸失量，％；
        m₁——酸失试验前的填料质量，单位为毫克(mg)；
        m₂——酸失试验后的填料质量，单位为毫克(mg)。

7．5．2 碱失量
    将10个抽样填料试样，在85℃～90℃温度条件下充分干燥至恒重并称量总质量后放入25％的NaOH溶液中浸没煮沸，待试验时间满4h后取出试样，用纯水清洗填料样品后在85℃～90℃温度条件下充分干燥至恒重并称量总质量。试验重复3次，计算其算术平均值。计算方法见式(13)：

    式中：
        B——填料碱失量，％；
        m₁——碱失试验前的填料质量，单位为毫克(mg)；
        m₂——碱失试验后的填料质量，单位为毫克(mg)。

7．5．3 紫外损失
    将10个抽样填料试样，称量后放入UV光照老化试验箱内，试样与灯管的距离为50mm左右，辐照度为UVA340 1．0W／m²，放置500h，取出样品后用蒸馏水冲洗3遍后，再用滤纸或无绒面布擦拭干净后称量。试验样品组少不少于3组，计算其算术平均值。计算方法见式(14)：

    式中：
        V——紫外照射后的损失率，％；
        m₁——紫外照射前的填料质量，单位为毫克(mg)；
        m₂——紫外照射后的填料质量，单位为毫克(mg)。

8 检验规则

8．1 检验分出厂检验和型式检验，检验项目和要求见表6。

表6 出厂检验与型式检验项目和要求

8．2 出厂检验

8．2．1 组批与抽样
    以同一原料、配方和工艺连续生产的同一型号的填料作为一批，每批填料量不超过500m³。生产期7d尚未满500m³，则以7d生产量为一批。
    每批填料抽样次数不低于3次，每次抽样1m³，再从每批抽取的填料样品中随机抽取10个填料作为一组填料试样送检。

8．2．2 判定规则

8．2．2．1 6．3的填料有效比表面积和空隙率为质量否决项，此项不合格判定为不合格品。其余各项不合格允许两次复检抽样，经复检抽样后仍然不合格，判定为不合格品。

8．2．2．2 6．1、6．2检验中，若检验不合格率低于5％，视为合格产品。若不合格率高于20％，视为不合格产品；若不合格率高于5％低于20％，进行复检，若复验结果的不合格率仍超过5％，则判定为不合格品。

8．2．3 检验项目和要求
    抽样填料应经生产厂家质量检验部门检验合格，并附有合格证方可出厂。

8．3 型式检验

8．3．1 产品的型式检验
    当遇到下列情况之一时，产品应进行型式检验：
    a) 新产品或新规格产品定型或老产品转厂生产；
    b) 产品的结构、工艺及主要材料有较大改变，可能影响产能品性能；
    c) 长期停产后，恢复生产时；
    d) 产品正常生产，每二年进行一次型式检验；
    e) 出厂检验结果与上次型式检验有较大差异时。

8．3．2 组批与抽样
    组批与抽样方法同8．2．1。

8．3．3 判定规则

8．3．3．1 6．3的填料物理性能和6．4的填料的生物性能为质量否决项，此项不合格判定为不合格品。其余各项不合格允许3次复检抽样，经复检抽样后仍然不合格，判定为不合格品。

8．3．3．2 在6．1、6．2检验中，若检验不合格率低于5％，视为合格产品。若不合格率高于20％，视为不合格产品；若不合格率高于5％低于20％，进行复检，若复验结果的不合格率仍超过5％，则判定为不合格品。

8．4 质量验收
    填料质量验收方式如下：
    第一步：选取正方形箱体作为验收的核算容器，其内径为1m×1m×1m，然后将相应型号的悬浮载体填料自然堆积在箱体内，填料自然堆积的平面与箱体上平面相平，即为1m³的填料，并称量出1m³填料的实际质量。
    1m³填料的实际质量应在验收全程随机抽验，抽验频率不应低于1％。
    第二步：不同型号悬浮载体填料的有效比表面积不同，应根据工艺计算确定的总有效比表面积换算成相应型号填料的总体积，并核算悬浮载体填料的填充率。
    第三步：相应型号填料的总体积乘以称量出的1m³该型号填料的实际质量，所得的总质量为最终验收的填料量。
    第四步：验收误差范围不应超过0．5％，即检验合格。

9 标志、包装、运输和贮存

9．1 标志

9．1．1 产品装袋应有清单及产品合格证书。合格证书应标明：产品名称、规格尺寸、生产日期、出厂日期、制造商名称等。

9．1．2 产品的外包装应标明：产品名称、质量、产品标记、制造商名称等字样或标志。

9．1．3 包装标志：
    a) 运输包装收发货标志应符合GB／T 6388的规定；
    b) 包装储运图示标志应符合GB／T 191的规定。

9．2 包装

9．2．1 产品包装应符合GB／T 191的规定。

9．2．2 包装应有足够的强度，能保证经受多次搬运装卸，并安全可靠的到达目的地。

9．3 运输
    产品运输应符合GB／T 6388的规定。运输过程中不应在阳光下暴晒，不应与煤油等易燃物质混合装运，用汽车运输时应使用篷布遮挡。

9．4 贮存
    产品应储存在避光、通风并具有防火条件的室内。 

附录 A 各类水处理用高密度聚乙烯悬浮载体填料示意图

A．1 A类填料示图如图A．1。

图A．1 A类填料示意图

A．2 B类填料示图如图A．2。

图A．2 B类填料示意图

A．3 C类填料示图如图A．3。

图A．3 C类填料示意图