化学水处理技术问答.docx

1、化学水处理技术问答第一部分 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。1-3，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、

2、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。1-4，水的悬浮物和浊度指标的含义是什么？ 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。1-5，水的含盐量可有哪两种表示方法？答：水的含盐量为水中各种盐

3、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。1-6，什么是溶液的电导和电导率？影响溶液电导的因数除了溶液本身的性质外还有哪些？ 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。1-7，电导率与含盐量间

4、有什么关系？电导率测定时会受哪些因素的影响？ 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Na2.13Cl2.14K1.84HCO30.716Ca22.60CO322.82

5、Mg23.82SO421.54H250OH11.61-8，什么是水的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。1-9， 1-10， 1-11，什么是水的硬度？什么是永久硬度、暂时硬度、碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度？它们间各有什么关系？答：水中钙、

6、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1-12，1-13，已知某水样中含阳离子有Ca2 = 80毫克/升 、Mg2 = 12毫克/升、Na = 46毫克/升； 含阴离子有HCO3 = 305毫克/升、Cl = 35 .5毫克/升、以及SO42，求该水

7、样的含盐量、碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度、暂时硬度、永久硬度、P碱度、M碱度？该水样中含SO42量约为多少？ 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

8、=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。1-14，什么是酸度？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，

9、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。1-15，什么是PH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

10、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

11、浓度mol / LPH0.00110610880.0110510990.11041010101103101111101021012121001011013131-17，碱(酸)度与碱（酸）浓度间如何转换？ 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/cm330.7730.951.03241.0441.711.04351.3252.691.054289.15365.81.306299.55382.11.317309.963

12、98.41.3283110.36415.11.339HCl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

13、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。1-19，什么是碱性水和非碱性水？它们的碱度与硬度之间有什么不同特点？哪种水中有非碳酸盐硬度？哪种水中有负硬度？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哪些？答：当水中硬度碱度时，这类水称为非碱性水。当水中

14、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

15、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

16、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

17、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

18、：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

19、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

20、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

21、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

22、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

23、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

24、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-

25、13，怎样计算交换器运行中树脂的工作交换容量？答：交换器的树脂总工作交换容量 = 交换器在运行中总制水量（进水离子浓度出水离子浓度）交换器内树脂的平均工作交换容量 = 交换器树脂总交换容量交换器内树脂的有效体积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/m32-1

26、5，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

27、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

28、；2）水中阴离子全部通过树脂层，其中的HCO3会与H 生成CO2；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

29、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

30、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；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。3-2，水中的离子与树脂上的离子进行交换应经过哪几个步骤？答：水中的离