化学水处理技术问答.docx

第一部分 水质和水质指标1-1，天然水中的杂质按颗粒大小可分成哪几类？通常它们都是用什么工艺来除去的？ 答：天然水中的主要杂质按其颗粒大小可分为三大类；1）悬浮物：颗粒直径在104毫米以上；主要依靠自沉降或过滤的工艺去除，有时也需进行澄清和过滤；2）胶体：颗粒直径在106104毫米间；主要依靠混凝、澄清和过滤等工艺去除；3）溶解物质：颗粒直径小于106毫米，以离子或分子形态存在，形成真溶液；通常必需用离子交换工艺去除。1-2，天然水中主要有哪几种化合物？随着水的PH值及其它条件的不同，它们通常以会什么形式存在？ 答：天然水中的主要化合物有：1）碳酸化合物：存在形式主要有CO2 、HCO3 和CO32。在天然水的PH情况下水中的碳酸化合物以CO2和HCO3存在。PH愈降低则CO2含量增加，HCO3含量减少；当PH4时，水中只有CO2 ；溶液的PH升高时， CO2浓度逐渐降低，HCO3 浓度逐渐增加；当PH8.3时，CO2消失，HCO3 浓度降低，CO32浓度增加；当溶液PH12时，水中的碳酸化合物几乎全为CO32。2） 硅酸化合物：当PH7时水中实际上只有硅酸的分子，没有硅酸根离子存在。当PH7时水中同时存在有H2SiO3和HSiO3；当PH11时则以HSiO3为主；只有在碱性较强的情况下水中才会有SiO32出现。3） 铁化合物： 水中的铁离子有Fe2和Fe3，当水中溶解氧的浓度很小，PH不高时，水中只有Fe2形态的铁离子，而Fe2生成的亚铁盐溶解度都较大，Fe2不易析出，所以通常地下水中的Fe2浓度很大。当水中的溶解氧浓度较大和水的PH升高时，Fe2就会氧化成Fe3，而Fe3很易水解生成难溶的Fe（OH）3 。在地面水中因溶解氧浓度较高，而PH都在7左右，所以水中的铁化合物几乎都只有胶溶状态的Fe（OH）3 ，而Fe2的浓度很小。1-3，在天然水中通常溶有最多的离子有哪些？答：天然水中的化合物大都是电解质，在水中多是以离子或分子形态存在的，在天然水中通常溶有最多的离子为：阳离子有钠离子、钙离子、镁离子；阴离子有重碳酸根、硫酸根、氯根；除此之外还有少量的铁离子和二氧化硅等。 答：悬浮物就是不溶于水的物质。它是取一定量的水经滤纸过滤后，将滤纸截留物在110下烘干称重而测得，单位是毫克/升。由于操作不便，通常用浊度来近似表示悬浮物含量。因为水中的胶体含量和水的色度会干扰浊度的测定，所以浊度值不能完全表示水中悬浮物含量。浊度的测定常用比光或比色法，先以一定量的规定的固体分散在水中，配置成标准液，然后用水样与之相比较，以与之相当的标准液中含固体的量作为测定的浊度值，单位是毫克/升。答：水的含盐量为水中各种盐类的总和，单位：毫克/升。通常可用溶解固形物（或蒸发残渣）近似表示。其常用的表示方法为：一种是以所含各种化学盐类总重量相加来表示，其单位为毫克/升；另一种是以水中所含全部阳离子（或阴离子）的量浓度来表示，其单位为毫摩尔/升。 答：用来表示水溶液的导电能力的指标称为电导。电导是电阻的倒数。两个面积各为1厘米2，相距1厘米的电极在某水溶液中的导电能力称为该溶液的电导率，单位为西门子/厘米（S/cm）。影响溶液电导的因数除了溶液本身的性质外还有电极的截面积和电极间的距离，以及测定时溶液的温度等。 答：因为水中溶解的大部分盐类都是强电解质，它们在水中全部电离成离子，当水的含盐量愈高，电离后生成的离子也愈多，水的电导能力就愈强，所以测定水溶液的电导率就愈高。但是，溶液的电导率不仅与离子含量有关，同时还与组成溶液的离子种类有关（常见的不同离子的电导率见表），所以电导率并不能完全代表溶液的含盐量。溶液的电导率测定时随测定的温度不同而变化，测定时溶液的温度愈高，所测得的电导率也会愈高。1毫克/升各种离子相当的电导率（25）阳离子电导率 微西/厘米阴离子电导率 微西/厘米Na2.13Cl2.14K1.84HCO30.716Ca22.60CO322.82Mg23.82SO421.54H250OH11.6什么是水的COD？测定COD有什么实际意义？水的COD即水的化学耗氧量。水的化学耗氧量指标主要用来表征水中有机物的含量。天然水中的有机物种类繁多，很难准确测定水中的有机物的含量，作为大致估量水中有机物含量，常利用有机物具有可氧化的共性，在一定条件下用氧化剂处理水样，测定其反应过程中所消耗的氧化剂的量换算成O2来表示，即为水的化学耗氧量。简称COD，单位为：毫克O2 / 升。常用的氧化剂有高锰酸钾和重铬酸钾。答：水中含OH、HCO3、CO32及其他弱酸盐类量的总和，或水中含有能接受H的物质的量称为水的碱度，单位为毫摩尔/升。天然水的碱度主要由HCO3的盐类所组成。根据测定碱度时所用的指示剂，碱度可分为酚酞碱度(P)和甲基橙碱度(M)，用酚酞作指示剂测定的碱度称为酚酞碱度，此时滴定终点的PH = 8.3,所参加反应的离子为：OHH= H2O ； CO32H = HCO3； 即CO32 仅反应生成HCO3 ；当用甲基橙作指示剂时测定的碱度称为甲基橙碱度，其反应终点的PH = 4.34.5，此时不仅有上述反应外,同时HCO3也参加反应：HCO3H = H2O CO2；因此，甲基橙碱度也即为全碱度。 答：因OHHCO3 = H2OCO32，故在水溶液中OH和HCO3不能同时存在，由此，水中各种碱度离子共存的情况只会有五种可能，即：HCO3、OH、CO32三种离子各自单独存在、OH和CO32共存及HCO3和CO32共存。水中含不同碱度离子时所测得的P及M碱度的情况分别如下： P碱度M碱度含1mmol/L的OH1mmol/L1mmol/L含1mmol/L的HCO3 0 1mmol/L 含1mmol/L的CO321mmol/L 2mmol/L由此，在测定水样获得不同结果的P、M碱度时，可以推断水中的不同离子含量为：1） 当P=0；此时水中只有HCO3，其含量=P碱度；2） 当M=P时，此时水中只有OH，其含量=M（或=P）；3） 当M=2P时，此时水中只有CO32，其含量=M（或=2P）；4），当M大于2P时，水中除了含有CO32外还有部分不能产生P碱度的离子，即HCO3，所以此时水中为HCO3和CO32共存。其中CO32含量=2P，HCO3含量=M2P；5）当M小于2P时，水中除了含有CO32外还有部分可以产生P碱度的离子，即OH，此时水中为OH和CO32共存。其中CO32含量=M，OH含量=2PM。答：水中钙、镁离子的总浓度即为硬度，单位为毫摩尔/升。如果与钙、镁离子结合的阴离子为重碳酸根和碳酸根，此时的硬度即为碳酸盐硬度，因为碳酸盐硬度在沸腾的水中会析出沉淀而消失硬度，故又称为暂时硬度；如果与钙镁离子结合的阴离子为非碳酸根（氯离子或硫酸根），则此时的硬度即为非碳酸盐硬度，也即为永久硬度。各种硬度之间的关系如下： 水的总硬度 = 钙硬度镁硬度 = 碳酸盐硬度非碳酸盐硬度 = 暂时硬度永久硬度毫克/升答：溶液中含Ca（HCO3）162 mg/L，其中含Ca2量为40/162162=40mg/L，含HCO3为16240=122mg/L；该溶液的碱度应等于HCO3的浓度，即122（112163） = 2mmol/L，该溶液的硬度应等于Ca2的浓度，即4020=2mmol/L。毫克/升毫克/升毫克/升毫克/升毫克/升 答：Ca2 = 80 mg / L=8020=4mmol/L；Mg2 = 12 mg / L=1212=1mmol/L；Na = 46 mg / L=4623=2mmol/L；所以该水样的含盐量=412=7mmol/L。含阴离子有HCO3 = 305 mg / L=30561=5mmol/L；Cl = 35 .5 mg / L=35.535.5=1mmol/L；因为阳离子量应等于阴离子量，所以SO42=751=1mmol/L=196=96mg/L。该水样的总硬度=41=5mmol/L，碱度=5mmol/L，即属于硬度=碱度的水样。在总硬度=5mmol/L中碳酸盐硬度=暂时硬度=5mmol/L，非碳酸盐硬度=永久硬度=0。在全碱度 = 5mmol/L中，因为水中没有OH和CO32；所以酚酞碱度P = 0，甲基橙碱度M = 5mmol/L。水中含有能与强碱起中和作用的物质的量称为酸度，单位为毫摩尔/升。可能形成酸度的离子有（1）能全部离解出H的强酸，如HCl、H2SO4等。（2）强酸弱碱组成的盐，如铁、铝等离子与强酸组成的盐。（3）弱酸，如H2CO3、H2SiO3等。在天然水中酸度主要由H2CO3形成。而在阳床出水中，原水所含的全部阳离子与树脂交换后形成了H，与全部阴离子会组成相应的酸，所以测定阳床出水的酸度有重要的实用价值。答：PH值的定义是水中氢离子浓度的负对数。通俗的说，PH值是表示水中酸碱性强弱的一项指标。水是一种极弱的电解质，它只能微弱的电离为H+和OH-；当温度一定时，水中的氢离子浓度和氢氧根浓度的乘积总是保持一个定值。在一般溶液中氢离子浓度和氢氧根浓度的值非常小，而在不同条件下它们的变动范围又很大，因此用毫摩尔/升来表示很不方便，所以常用PH值来表示。PH = -lgH+ = lg（1/H+）。在中性溶液中H+=10-7毫摩尔/升；则它的PH值=7。在酸性溶液中H+10-7毫摩尔/升；则它的PH值7。在碱性溶液中H+10-7毫摩尔/升；则它的PH值7。1-16，OH碱度为0.001mmol / L的水溶液其PH等于多少？当溶液的OH碱度为0.001毫摩尔/升时，OH的浓度为0.001毫摩尔/升= 106摩尔/升；其H的浓度为108摩尔/升；故溶液的PH值PH = -lgH+ =-lg 108 = 8；常见的HCl与NaOH水溶液的酸碱度与PH值的关系表HCl酸度mmol / LH浓度mol / LOH浓度mol / LPH0.00110610860.0110510950.110410104110310113101021012210010110131NaOH碱度mmol / LOH浓度mol / LH浓度mol / LPH0.00110610880.0110510990.1104101010110310111110102101212100101101313 答：碱（酸）度与碱（酸）浓度的换算公式：碱浓度 % = 碱度401000溶液密度；酸浓度% = 酸度36.51000溶液密度； 常用的NaOH和HCl的转换表：NaOH浓度%碱度mmol / L碱含量mg / L密度g/cm330.7730.951.03241.0441.711.04351.3252.691.054289.15365.81.306299.55382.11.317309.96398.41.3283110.36415.11.339HCl浓度%酸度mmol / L酸含量mg / L密度g/cm341.1240.721.01851.4151.201.02361.6961.671.028288.74319.01.139299.10331.91.144309.45344.81.149319.81357.91.1541-18，假想水中各种离子在形成化合物时，它们的组合顺序会怎样排列？答：假想水中各种离子在形成化合物时，其组合的基本顺序为：1） 水中的Ca2首先与HCO3组成Ca（HCO3）2之后，剩余的HCO3才能再与Mg2组合成Mg（HCO3）2 。组成的化合物都属碳酸盐硬度物质。2） 水中Ca2、Mg2与HCO3组合后多余的Ca2再与SO4组成CaSO4，其次Mg2与SO4组成MgSO4，当Ca2、Mg2再有多余时，才能与Cl组成CaCl2、MgCl2，这些组成的化合物都属于非碳酸盐硬度物质。如果Ca2、Mg2与HCO3组合后HCO3有多余，可与Na组成NaHCO3，组成的化合物则为负硬度物质。3） 最后Na与SO42或Cl组成溶解度很大的中性盐。答：当水中硬度碱度时，这类水称为非碱性水。当水中的碱度硬度时，这类水为碱性水。在这两种水中，其碱度和硬度的关系有以下的规律：暂时硬度永久硬度负硬度硬度碱度= 碱度硬度碱度= 0硬度碱度= 硬度= 0碱度硬度硬度 = 碱度= 硬度= 0= 0当水中硬度碱度时，此时水中有非碳酸盐硬度存在；当水中的碱度硬度时，此时水中有过剩的重碳酸根存在，即有过剩碱度（或称负硬度）。如果某水样的碱度等于硬度，该水样中所含的化合物可能有碳酸氢钙Ca（HCO3）2 、碳酸氢镁Mg（HCO3）2 和氯化钠NaCl及硫酸钠Na2SO4。1-20，天然水中的硬度主要是什么离子？碱度主要是什么离子？如果某一水源的碱度大于硬度，说明该水源中的硬度主要是什么硬度？答：天然水中的硬度主要是钙、镁离子，碱度主要是重碳酸根离子。如果水源中碱度大于硬度，说明该水源中的硬度主要是碳酸盐硬度，即暂时硬度。第二部分 离子交换树脂2-1，离子交换树脂的结构是怎样的？什么是树脂的交联度？ 答：树脂由高分子骨架和离子交换基团组成。高分子骨架是由化学单体和交联体共聚而成。例如常用的聚苯乙烯树脂其化学单体为苯乙烯，交联剂则为二乙烯苯，共聚后生成球形小颗粒，再将离子交换基团引入。树脂中引入的离子交换基团不同，其能交换的离子种类也不同。例如当引入磺酸基(-SO3H)时为强酸阳离子交换树脂，引入羧酸基（-COOH）时为弱酸阳离子交换树脂，如引入胺基N(CH3)3OH时则生成强碱阴离子交换树脂，引入亚胺基N(CH3OH)2时则生成弱碱阴离子交换树脂。 在树脂中交联剂的含量会决定树脂结构的紧密程度，树脂中含交联剂的重量%称为树脂的交联度。交联度愈大，则树脂网孔愈紧，其含水量小，湿视密度愈大，工交容量愈高，机械强度愈好。在树脂制造过程中利用降低树脂交联度可以得到多孔型树脂，如果同时加入适量溶剂，待聚合后再将溶剂从共聚体中赶走，则可以制得海绵状的大孔型树脂。2-2，树脂的型号命名有什么规定？答：离子交换树脂的型号主要以三位数字组成。其中第一位数字代表产品的分类（例如：0代表强酸性树脂，1代表弱酸性树脂，2代表强碱性树脂，3代表弱碱性树脂），第二位数字代表骨架的差异（例如：0代表苯乙烯系列的骨架，1代表丙烯酸系列的骨架），第三位数字为产品顺序号。大孔型树脂在型号前加字母D。树脂的交联度可在树脂型号后用连接数字表示。例如：通常用的强酸型阳树脂型号为：0017；强碱型阴树脂型号为：2017；大孔型弱酸树脂型号为D113，大孔型弱碱阴树脂型号为：D301.2-3，通常树脂颗粒的粒径有多大？控制树脂颗粒粒径在实际应用中有什么意义？答：树脂通常的粒度为20-40目（0.31.2mm），在实际应用中树脂颗粒大则交换容量降低，交换速度减慢，但水流经过树脂层的阻力也小；树脂颗粒小则交换容量大，交换速度较快，但水流经过树脂层的阻力也大。2-4，实际应用中树脂颗粒除了要控制粒径外，还应控制哪些指标？答：树脂颗粒的大小不均匀会影响它的使用效果，当树脂层反洗时，小颗粒树脂会分布在树脂层的上部，而大颗粒的树脂会集中在下部，因此树脂层面的小颗粒树脂会加大树脂层对水流的阻力，而且在反洗中要使大颗粒树脂层达到必要的反洗强度时，小颗粒树脂就会被水流带走，而要防止小颗粒树脂被水流带走，必需降低反洗强度，此时又会造成大颗粒树脂反洗强度不够，所以树脂在使用中还要考察其粒径的均匀程度。树脂粒径的均匀程度常用不均匀系数来衡量。树脂的不均匀系数为树脂颗粒80%（重量）通过的筛孔孔径与10%通过的筛孔孔径之比。有时还要考察其平均粒径（即树脂颗粒50%通过的筛孔孔径）。2-5，树脂的密度指标分哪两种，在使用中各有什么意义？答：在使用中树脂的密度可分为湿真密度和湿视密度，湿真密度为树脂颗粒在水中经充分膨胀后的密度，而湿视密度则为树脂颗粒在水中膨胀后的堆积密度。 湿真密度 = 湿树脂颗粒重/湿树脂颗粒体积g/Mol 湿视密度 = 湿树脂颗粒重/湿树脂的堆积体积g/mol树脂的湿真密度通常应用在决定树脂颗粒的水力特性上，而湿视密度则用于计算交换器内装填一定体积的树脂层的重量。交换器内装载树脂重=树脂体积湿视密度2-6，什么是树脂的溶涨性，哪些因素会影响树脂的溶涨性？答：树脂颗粒浸入水中时，其体积会涨大，称为树脂的溶涨性。树脂的溶涨主要是树脂遇水时其网孔涨大而致。树脂的溶涨程度受以下因素的影响：1）交联度愈小，溶涨程度愈大；2）溶液中的离子浓度愈高，溶涨程度愈小.2-7，实际使用中树脂的溶涨性有什么实用意义？答：因为不同形态的树脂在水中的溶涨程度不同，强酸树脂在水中的溶涨程度依次为：H+Na+NH4+K+；强碱树脂的溶涨程度依次为：OHHCO3SO42-Cl。所以随着树脂在离子交换过程中因为吸着离子的变换，其体积也会不断的变化。在实际运行中，当树脂在交换和再生过程中吸着离子的变换，树脂的体积会发生涨缩，例如强酸强碱树脂由失效转变为再生型时，体积会增加约7%，而弱碱树脂由失效转变为再生型时，则体积会缩小约20%，这种多次反复的涨缩会促使树脂颗粒破碎。2-8，什么是树脂上离子交换反应的可逆性？答：树脂上进行的离子交换过程具有可逆性，例如当阳树脂与水中H+进行离子交换时会发生下述反应：RHNa+ = RNaH+ （式中R代表树脂骨架），即树脂上的H+会与水中的Na+进行离子交换；但如果改变条件，离子交换过程会逆向进行，RNaH+ = RHNa+，即树脂上的Na+会与水中的H+进行交换。由于树脂的这个离子交换可逆性的特性，在离子交换过程中经过离子交换已经失效了的树脂可以进行再生而重复使用。2-9，什么是树脂的选择性，各种树脂对水中不同离子的选择性的顺序排列是怎样的？ 答：树脂对水溶液中不同的离子会有不同的吸着能力，树脂对吸着能力强的离子容易吸着，而且一旦吸着就不容易放出；而对吸着能力较弱的离子，即使吸着后，当又遇到吸着能力强的离子时，会放出原先吸着的离子而改吸吸着能力强的离子，这就是树脂的选择性。树脂的选择性是树脂能进行离子交换的主要依据。树脂对不同离子的选择性有以下规律：1）元素的原子价愈高，选择性愈强；2）当离子浓度改变，其选择性也会改变。 不同类别树脂对不同离子的选择性吸着能力的次序为： 0017强酸树脂 Fe3+Al3+Ca2+Mg2+NH4+Na+H+ 2017强碱树脂 SO42ClOHHCO3HSiO3 D113弱酸树脂H+Fe3+Al3+Ca2+Mg2+NH4+Na+ D301弱碱树脂OHSO42ClHCO3（对HSiO3无吸着能力）2-10，离子交换过程的运行和再生各依据树脂的什么特性？答：例如氢钠离子交换过程中，树脂上的氢离子与水中的钠离子进行交换主要依靠树脂对钠离子的选择性比对氢离子的选择性高，因此树脂防出氢离子而从水中吸取钠离子，这就是离子交换过程；当树脂失效成钠型树脂后，利用树脂上离子交换反应的可逆性，只要增加水中氢离子的浓度，根据质量作用定律当水中氢离子浓度与树脂上钠离子浓度的乘积达到一定程度时，离子交换过程就会逆向进行，树脂上的钠离子又会转换成氢离子，即为再生过程。2-11，什么是树脂的交换容量？答：一定体积（或重量）树脂的离子交换能力即为树脂的交换容量。 单位：mol/（m3树脂）。因为树脂在不同形态时的体积因其溶涨性的不同而不同，所以相应的交换容量也会有不同，通常规定阳树脂的交换容量以H型树脂体积为准，阴树脂的交换容量以Cl型树脂体积为准。2-12，什么是树脂的工作交换容量，在实际使用中工作交换容量有什么意义？答：树脂的工作交换容量是树脂在实际运行条件下的离子交换能力，常用于对实际运行过程的分析和计算。树脂的工作交换容量决定于实际运行中树脂的再生程度、水中的离子浓度、交换器树脂层的高度、水的流速、交换器的水力特性及交换器树脂失效终点的控制等因数；在实际使用中，树脂工交容量的意义为：在离子交换过程中树脂共能吸着的离子总量，所以交换器树脂工交容量高即表示交换器运行周期内能吸着的离子量多，也就是交换器周期制水量高，交换器的经济性能好。2-14，当利用强酸阳树脂对水中的Ca2进行Na+交换处理时，进水中Ca2浓度=2.3mmol/L，出水的Ca2浓度=0.003mmol/L。交换器共装阳树脂1.6m3，周期制水量=700m3，怎样计算交换器和树脂的工作交换容量？答：树脂的工作交换容量 = 700（2.30.003）= 1608 mol平均工作交换容量 = 700（2.30.003）1.6 = 1005mol/m32-15，树脂在储存时应注意哪些事项？答：树脂在长期储存时，为使其稳定，应将其变为中性盐型；2）树脂在储存中应保持湿润防止失水；3）树脂应尽量保存在室内，环境温度保持在540，绝对不应低于0，防止树脂冻结崩裂。4）为了防止细菌在树脂中繁殖，最好将树脂浸泡在蒸煮过的水中。2-16，新树脂开始使用前应作哪些予处理？答：因为新树脂中常含有一些过剩溶剂及反应不完全而生成的低聚物和某些重金属离子，它们可以污染出水水质，所以新树脂在使用前最好先进行予处理，以提高树脂的稳定性。对阳树脂的予处理流程为：1）树脂清洗，2）用24%浓度的NaOH浸泡48小时，3）清洗，4）用5%浓度的Hcl浸泡8小时，5）清洗待用。对阴树脂的予处理流程为：1）树脂清洗，2）用5%浓度的Hcl浸泡8小时， 3）清洗，4）用24%浓度的NaOH浸泡48小时，5）清洗待用。如果树脂在使用时已失水而变干燥，则不应立即接触水，以防止树脂膨胀而崩裂，应该先用饱和盐水浸泡1820小时，然后逐步稀释和清洗。如果机组同时处在启运阶段，则需要大量的系统冲洗用水，此时除盐系统的出水水质虽较差，但已完全能满足冲洗用水的要求，因此除盐系统投运时，树脂则可以不进行予处理而只需经过彻底清洗，洗至排水无色无泡沫，即可再生和投运。2-17，强酸阳树脂在交换过程中有哪些主要交换特性？ 答：1）经强酸阳树脂交换后，水中阳离子全部转成H，出水有酸度而无硬度和碱度；2）水中阴离子全部通过树脂层，其中的HCO3会与H 生成CO2；4） 强酸树脂对水中的阳离子的选择性吸着顺序为：Fe3+ Ca2+Mg2+Na+H+ 2-18，强碱树脂有哪些主要交换特性？ 答：1）强碱树脂对水中阴离子的选择性为：SO42 Cl OH HCO3 HSiO3，即它对强酸阴离子的吸着能力很强，对弱酸阴离子的吸着能力较小。2）对很弱的硅酸，它虽然能吸着其HSiO3，但吸着能力很差。2-19，弱碱树脂有哪些主要交换特性？ 答：1）弱碱树脂对离子的选择性顺序为：OH SO42 Cl HCO3。2）弱碱阴树脂只能吸着水中的SO42 、Cl 等强酸根，对弱酸根HCO3 的吸着能力很差，对更弱的硅酸根HSiO3不能吸着。3）OH型弱碱树脂对强酸根和弱酸根的吸着是有条件的，即吸着过程只能在酸性溶液中进行，如果水的PH值过大时，水中的OH浓度大，因为弱碱树脂对OH会优先吸着，别的离子就不能取代它。所以在中性溶液中OH型弱碱树脂就不能和它们进行交换。4）OH型弱碱树脂在运行中转变成Cl型时，其体积会有约25%的收缩。2-20，弱酸树脂在离子交换中有哪些工艺特性？答：1）在离子交换过程中，弱酸树脂只能与水中的碳酸盐硬度交换而生成碳酸，与其他阳离子不起作用。因此利用弱酸树脂时在去除水中碳酸盐硬度的同时也降低了水的碱度；2）弱酸树脂即使在去除水中的碳酸盐硬度时，也有一定的泄漏率，而且这泄漏率会随着弱酸树脂的失效程度加深而不断增大；3）由于弱酸树脂不能去除除碳酸盐硬度外的非碳酸盐硬度和钠离子等其他阳离子，所以在除盐过程中必需与强酸树脂联合应用；5） 弱酸树脂的工交容量高，价格也高，况且它的离子交换有严重的局限性，因此它对于大多数碳酸盐硬度较低的地表水的处理中有一定的限制。第三部分 离子交换基本知识3-1，离子交换过程应遵守哪些基本原则？答：1）离子交换遵循等摩尔量交换的原则，即水中1摩尔的离子与树脂上同等的1摩尔离子进行交换，即各离子在交换前后的摩尔量是相等的；2）离子交换应符合质量作用定律，即化学反应速度与反应物浓度的乘积成正比。离子交换过程和化学反应同样符合质量作用定律，即改变水中的离子组成可以控制交换过程的进行方向。答：1） 的离子在水溶液中扩散到树脂颗粒表面; 扩散到树脂表面的离子穿透树脂颗粒表面的水膜。2）水中的离子进入树脂颗粒内部交联网孔,在内部扩散,接触到活性基团；3）水中的离子与树脂上的离子进行离子交换；4）交换后的离子在树脂交联网孔内扩散,到树脂颗粒表面；5）交换下的离子穿过树脂颗粒表面的水膜,扩散进入水溶液中。上述各步中第1）与5）称为膜扩散，第2）与4）称为内扩散。答：离子交换过程的速度首先决定于到底是由膜扩散或内扩散决定，而膜扩散或内扩散会分别受到下列因素的不同影响：1）溶液的浓度 溶液的浓度是影响扩散速度的重要因素，浓度愈大，扩散速度愈快。水溶液中的离子浓度对内扩散和外扩散有不同程度的影响，当浓度大，例如在0.1mol/L时，膜扩散的速度已较快，此时交换速度主要受内扩散的支配，这相当于再生阶段的情况。如离子浓度较小，例如在0.003以下时，膜扩散的速度就很慢，交换速度就受膜扩散的支配，这相当于运行时的情况。2）溶液的流速；溶液的流速只能加快膜扩散，不能影响到内扩散。3）溶液的温度；提高溶液温度能同时加快膜扩散和内扩散。所以离子交换运行和再生时，夏季的处理效果会比冬季好。4）树脂的交联度；交联度愈大，网孔愈小，其内扩散愈慢，尤其是当水中有大离子时，对交换速度的影响就会更显著。5）树脂的粒径；颗粒粒径愈小，内扩散距离愈短，同时粒径愈小，相当于增加了树脂膜扩散的表面积，从而加快了交换速度。3-4，树脂层内的离子交换过程是怎样进行的，交换器的失效在树脂层内是怎样反映的？ 答：1）交换器在运行中，树脂层内会形成三个区域，即最上 层的失效树脂层（称失效层或饱和层）、中层的交换层（或称工作层）和最下层的未交换层。因为通过工作层后的水质已达到和这里的离子交换剂成平衡状态，所以交换器最下部的一层树脂在交换过程中不能发挥其全部的交换能力，而只是起保护出水水质的作用，故这部分树脂层又称为保护层。 2）交换器中树脂层内的离子交换过程可以看作是树脂层内的工作层不断的向下移动的过程。随着工作层的不断下移的同时，上层的失效层高不断增加，下层的未交换层高不断的降低；只要在交换层下尚存有一定高度的未交换层树脂，交换器的出水水质应保持不变。 3）当树脂层中的工作层的下缘下移到与树脂层下缘接触时，如果继续运行，势必会因交换不完全而使水中带有残留的未交换离子，当其浓度达到规定的指标时，交换器就失效； 4）交换器实际运行中树脂层中的区域交界面是不平整的，因而当树脂层失效时实际上工作层厚度也时不均匀的，当其最厚处接触到树脂层底时，就会有离子漏过，所以实际上其失效点会提前，交界面愈不平整则树脂的利用率也就愈低。3-5，通常交换器树脂层内的工作层约有多少厚？运行中会受到哪些因数的影响？答：工作层的厚度通常约0.2米左右。运行中工作层的厚度会受到多种因素的影响，如：1）水通过树脂层的流速愈大，工作层则愈厚；2）树脂的颗粒直径愈大，工作层愈厚；3）进水中要去除的离子浓度愈大，工作层愈厚；4）运行中交换器内水流愈不均匀，工作层愈厚。3-6，怎样利用H=Na离子交换的出水水质曲线来解释交换器的运行过程？ 答；在H = Na交换中，当树脂层内的工作层向下移动尚未接触树脂层底时，交换器因有树脂层内下层保护层的作用，出水水质应能平稳的保持在合格范围内，如果以交换器出水量为横坐标，以交换器出水水质（此处为含钠量）作纵坐标作水质曲线，可见图中的曲线AB段，此时出水水质稳定，曲线平稳；当树脂层内的工作层向下移动至其下缘开始接触树脂层底时，交换器树脂层内下层保护层开始消失，出水中开始有应该去除的离子漏过，出水水质开始改变，即出水中的含钠量开始升高，曲线开始渐升，到含钠量达到失效标准后，即曲线升高至规定值时，交换器失效停运，树脂进行再生处理。其水质变化即图中的BC段，其中B点即工作层开始接触树脂层底点，C点即交换器的失效点。如果继续运行，工作层内未交换的离子迅速大量的漏出，使出水水质迅速恶化，含钠量迅速增高直到树脂层内的工作层全部消失，即树脂层全部成失效层，此时的出水水质就完全与进水水质相同。见图中的CD曲线；图中E及A的纵坐标高度e及e分别表示进水和出水中的含钠量；而C点的纵坐标e则等于交换器控制的出水水质合格标准。3-7，从水质曲线上怎样看出交换器的工作交换容量、总交换容量和失效后的树脂残余的工作交换容量？答：因为交换器总工交容量=（进水离子含量-出水离子含量）交换器周期制水量，从图来看，交换器的总工交容量就应等于曲线ABCFE所包含的面积的数值。而ABCDE面积即为交换器树脂的总交换容量。CDF所包含的面积即为因工作层厚度而丧失的交换容量即交换器失效后的树脂残余的工作交换容量。3-8，多种阳离子与氢型树脂交换过程各种吸着离子在树脂层中有怎样的分布规律？答：当含有多种离子的水在固定床内与氢型树脂交换时，他们在树脂层内的分布规律如下：1）吸着离子在树脂层内的分布，时按其被树脂吸着能力的大小，自上而下依次分布的。最上部是吸着能力最大的离子（即选择性最大的离子），最下部是吸着能力最小的离子。2）各种离子的被吸着能力差异愈大，在树脂层中的分层愈明显。各种离子的被吸着能力差异较小时，在树脂层中分层不明显。例如同是二价的Ca2和Mg2因它们的选择性差别小，在树脂层内混排在同一层内，只是在此层的上部Ca2含量较大，而在下部则Mg2的含量较大。3-9，在含多种阳离子的进水与H型树脂的离子交换过程中，树脂层内各种离子吸着层相互间的变化有什么规律？答：1）在含多种阳离子的进水与H型树脂的离子交换过程中，在树脂层内各层间都会存在有失效层、交换层和未交换层。2）随着运行的进行，各离子层的失效层都不断的增厚，交换层都不断的下移，未交换层都不断的减薄。3）各离子层失效层厚度的比例及其增加的速度多决定于进水中各离子浓度的比例。4）当HNa离子的交换层达到树脂层底时，才会有Na离子在出水中出现，水质才会有变化；而其它离子的交换层的下移对交换器出水水质不会有改变。5）进水中Na离子浓度占总离子浓度的比例愈高，运行中HNa离子的交换层下移的速度愈快，交换器运行的周期会愈短，对交换器的运行愈不利。3-10，含有Fe3、Ca2、Na的进水经过H型树脂的交换，正常出水中应含哪些离子？树脂层内各种离子会按怎样的顺序排列？在树脂失效时，含有Fe3、Ca2、Na的进水中各种离子按怎样的顺序漏入出水中？答：含有Fe3、Ca2、Na的进水经过H型树脂的交换，正常出水中应含H和少量漏过的Na。树脂层内各种离子的排列会按树脂对各种离子的选择性自上而下依次排列，即Fe3在树脂层的最上部，下面为Ca2 离子层，再下面是Na 离子层。最下层为未接触水中离子的H型树脂层。在树脂失效时各种离子漏入出水中的顺序为首先漏出的是Na，其次为Ca2，最后是Fe3。3-11，多种阳离子与氢型树脂交换过程时的出水水质曲线是怎样的？答：多种阳离子与氢型树脂交换过程时的出水水质变化情况可见其水质曲线图。1）因为H型树脂对Na的选择性最小，所以Na首先漏入出水中，当树脂层中的Na和H 的交换层接触到树脂层底后，出水中的Na的浓度迅速增加，但同时进水中的Ca2仍不断的从钠型树脂层中交换出Na，因此出水中Na的浓度会超过进水中Na的浓度， 直至树脂层中的Ca2和Na 的交换层消失，出水中的Na浓度才会与进水的Na浓度保持相等。2）当钠型树脂层消失时，Ca2和Na 的交换层也开始接触树脂层底，因此同时会有Ca2漏入出水中，同样随着树脂层中的钙型树脂层的下移和消失，出水中Ca2的浓度也会超过进水中的浓度而最终保持与进水浓度相等。2） 如果运行继续，出水中有Fe3出现，而且其浓度也迅速增加，直至其出水中的浓度与进水浓度相等，交换器则彻底失效。3-12，交换器内树脂层的总高度对运行经济性有什么影响，为什么？ 答：在交换器失效时，交换剂工作层内的树脂并没有全部失效，但因为树脂层内工作层的厚度相对是固定的，所以当树脂总层高较低时，工作层厚度占总层高的百分率就相对降低，未完全利用的树脂的百分率也就较高，交换器的总交换容量就相对的也降低。当提高树脂层总高度时即提高了树脂的利用率，因此会提高交换器运行的经济性。第四部分 一级化学除盐4-1，天然水进入锅炉前为什么要进行处理？答：锅炉是用来将水加热生成蒸汽的设备，在锅炉内由于大量水蒸发生成蒸汽，水中的一些杂质会留在炉水内，而且其浓度会剧烈的增加，天然水中虽然含的杂质不多，但是在锅炉内高度浓缩的环境下，会对锅炉的安全经济运行产生危害。尤其是水中的某些化合物会浓缩而在锅壁上产生沉淀，破坏涡壁的传热，使锅壁金属产生局部过热。因此天然水在进入锅炉前必需先除去这些有害的杂质，以保证锅炉的安全经济运行。4-2，什么是化学除盐水处理工艺？答：将水中的所有阳离子全部转换成氢离子，所有的阴离子全部转换成氢氧根，这样，水中就只有氢离子和氢氧根构成的水分子，其他阳阴离子构成的化学盐类都消失了，这种水处理工艺称为化学除盐水处理工艺。4-3，化学除盐水处理中的离子转换主要依靠什