现代水处理技术简答题

1、现代水处理技术简答题1、何为穿透曲线？它有何工程意义？答：（1）穿透曲线：用层析柱做层析时，在一定波长的紫外下检测，当溶 质流出层析柱，紫外检测会有峰出现，所得的这条曲线被称为穿透曲线。 该曲线 是以流出液体量或流出时间为横坐标，出口流体浓度为纵坐标得到的一种浓度变 化曲线。又有：吸附过程中吸附柱出口溶质浓度变化曲线称为穿透曲线。穿透曲线（如图）（2）工程意义：A、穿透曲线的结果对工程是一个典型的基准； B、大多 数技术分离过程是基于穿透特性的固定床吸附； C、可以得到客体分子不同的反 应动力学；D、可以测量气体混合物和技术相关的气体速度；E、从商业生产规模 到实验室规模的按比例缩小技术；F、

2、最好的实验结果可以转移到技术工艺流程。以固定床吸附为例，如果以空气为原料，以碳分子筛为吸附剂，通过变压吸 附的方法分离空气中的氮气和氧气，达到提纯氮气的目的。物质在吸附剂（固体） 表面的吸附必须经过两个过程：一是通过分子扩散到达固体表面，二是通过范德 华力或化学键合力的作用吸附于固体表面。因此，要利用吸附实现混合物的分离， 被分离组分必须在分子扩散速率或表面吸附能力上存在明显差异。由于N2和02都是非极性分子，两者的物性相近，与碳分子筛表面的结合力差异不大， 因此碳 分子筛对N2和02的吸附并无选择性，但是N2和02在碳分子筛微孔内的扩散 速度存在明显差异，02的速度比N2快，因此当空气与碳分

3、子筛接触时，02将 优先吸附于碳分子筛而从空气中分离出来，使得空气中的N2得以提纯。由于该 吸附分离过程是一个速率控制的过程，因此，吸附时间的控制非常重要。其可以 通过测定吸附柱的穿透曲线来确定。穿透曲线的预测是固定床吸附过程设计与操作的基础2、离子交换树脂的主要性能指标有哪些？它们各有什么实用意义？答：物理性能：外观 树脂是一种透明或半透明的物质，因其组成不同， 颜色各异，如苯乙烯树脂呈黄色，也有呈黑色和赤褐色的，但对性能影响不大。 一般情况下，原料杂质多或交联剂多，树脂的颜色稍深（但树脂在运行过程中， 因为各种原因有时颜色也会变化）。树脂外形呈球状，要求圆球率达到90%以上。 粒度树脂颗粒

4、的大小将影响交换速度、压力损失、反洗效果等。颗粒大小不 能相差太大。用于水处理的离子交换树脂的颗粒以 2040目为宜。粒度的表示 方法以有效粒径和不均匀系数来表示。密度 关系到水处理工艺和树脂装填量， 是水处理工艺中的实用数据。例如在估算设备中树脂的装载量，需要知道它的密 度。密度的表示方法有：干真密度（此值一般为1.6左右，在实用意义不大，常用在研究树脂性能方面）、湿真密度（一般1.041.30g/cm3之间）、视湿密度（湿 视密度用来计算交换器中装载树脂时所需湿树脂的质量，此值一般在0.600.85 之间。阴树脂较轻，偏于下限；阳树脂较重，偏于上限）。含水率 它可以反映交联度和网眼中的孔隙

5、率，树脂的含水率越大，表示孔隙率越大，交联度越小。 溶胀性 树脂浸水之后要溶胀，它与交联度、活性基团、交换容量、水中电解 质密度、可交换离子的性质等有关。树脂在交换与再生过程中会发生胀缩现象， 多次胀缩树脂易碎裂。由于离子交换树脂具有这样的性能，因而在其交换和再生 的过程中会发生胀缩现象，多次的胀缩就容易促使树脂颗粒碎裂。机械强度在 使用过程中由于相互摩擦、挤压及周期性的转型，都可能致使树脂颗粒的破裂影 响正常使用，所以应保证一定的机械强度，它应保证每年树脂耗量不超过7%。溶解性树脂内含有低聚合物要逐渐溶解，在树脂使用过程中也会发生胶溶。 在运行中要密切注意其运行条件：如离子交换树脂处于蒸馏水

6、中要比在盐溶液中易胶溶，Na型比Ca型易胶溶。离子交换器备用后刚投入运行时，有时发生出水 带色的现象，就是胶溶的缘故。耐热性 各种树脂所能承受的温度都有限度，超过此温度，树脂热分解的现象就很严重。由于各种树脂的耐热性能不一，所以 对每种树脂能承受的最高温度，应由鉴定试验来确定。一般阳树脂可耐100 °C或更高的温度；阴树脂，强碱性的约可耐 60C，弱碱性的可耐80 C以上。通常， 盐型要比酸型或碱型稳定。 导电性 干燥的离子交换树脂不导电，纯水也不导 电，但用纯水润湿的离子交换树脂可以导电，所以这种导电属于离子型导电。 这种导电在离子交换膜及树脂的催化作用上很重要。孔结构 决定着树脂

7、的好坏及交换速率化学性能：再生 离子交换反应的可逆性交换的逆反应。 酸碱性 树脂在水中 电离出H+和OH-表现出酸碱性。树脂的酸碱性受 pH值影响，各种树脂在使用 时都有适当的pH值范围。交换容量 单位质量干树脂或单位体积湿树脂所能 交换 离子相当于一价离子的物质的量（大约为3-6mmol/g，或离子相当于一价离 子的物质的量（大约为3-6 mmol /g，或1-2 mmol /ml）。表示树脂的交换能力。 交联度 交联剂用量与单体质量的百分比，是网状结构程度的表征。交联度为树 脂合成时交联剂的用量，一般为 7%-10%交联度较高的树脂，孔隙较低，密度 较大，离子扩散速度较低，对半径较大的离子

8、和水合离子的交换量较小，浸泡在水中时，水化度较低，形变较小，也就比较稳定，不易破碎。形变较小，也就比 较稳定，不易破碎。 交联度越高，孔隙度越低，密度越大，对半径较大的离子 和水合离子扩散速度越低，交换量越小。在水中浸泡，形变小，较稳定。选择性 指交换剂对不同离子的亲和力。交换势 交换势大，交换离子越容易取代 树脂上的可交换交换势大，交换离子越容易取代树脂上的可交换离子，也就表明 交换离子与树脂之间的亲和力越大。3、强酸性阳离子交换树脂和弱酸性阳离子树脂交换特性有什么不同？在废水处 理中应如何选择？答：（1） A、亲和性：强酸型a.不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。 例如：Na+v Ca2+

9、< AI3+VTh （IV） b.当离子价态相同时亲和力随着水合离子 半径减小而增大。 例如；Li+v H+v Na+v NH4+v K+v Rb+v Cs+v Ag+v Tl+ 例如： c.二价离子的亲和力顺序：UO22+v Mg2+v Zn2+v Co2+v Cu2+ v Cd2+v Ni2+v Ca2+v Sr2+v Pb2+vBa2+ d.稀土元素的亲和力随原子序数增大而减小。La3+>Ce3+> Pr3+>Nd3+>Sm3+> Eu3+> Gd3+>Tb3+>Dy3+ y >Y3+>Ho3+>Er3+ >T

10、m3+>Yb3+>Lu3+>Sc3+ 弱酸型：H+的亲和力比其它阳离子大，其它同强 酸型；B、弱酸性阳离子交换树脂的交联度低，孔隙大所以其机械强度比强酸性 阳树脂的要低；C弱酸性阳离子交换树脂的交换容量大（约相当于强酸阳树脂 的2倍）。（2） A、由于弱酸性阳离子交换树脂对 J的亲合力较大，很容易再生，因此它 可用强酸型阳离子交换树脂的再生废液来进行再生；B、弱酸性阳离子交换树脂，在水中的特性类似弱酸。因此它分解中性盐类的能力较弱（即与SO2-、C等强酸阴离子的盐类难以反应）。它仅能与弱酸性盐类（具有碱度的盐类）反应，交 换后产生的是弱酸，不会产生强酸。用弱酸型交换树脂可处理

11、碱度大的水，将水中的碱度所对应的阳离子全除去后，再用强酸型交换树脂除去水中强酸根对应的 那部分阳离子；C强酸性阳离子交换树脂是在苯乙烯共聚交联结构的高分子基 体上带有磺酸基（-SO3H的离子交换树脂，它在碱性、中性，甚至酸性介质中 都显示离子交换功能。具有交换容量高、交换速度快、机械强度好等特点。主要 用于硬水软化、纯水制备、湿法冶金、稀有元素分离、抗生素提取等。4、强碱性阴离子交换树脂和弱碱性阴离子树脂的交换特性有什么不同？它们各 适用什么水质条件？答：（1） A、弱碱性阴离子交换树脂：这类树脂含有弱碱性基团，如伯胺 基（亦称一级胺基）-NH2、仲胺基（二级胺基）-NHR或叔胺基（三级胺基）

12、-NR2,它们 在水中能离解出OH而呈弱碱性。这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸 附结合，从而产生阴离子交换作用。这种树脂在多数情况下是将溶液中的整个其 他酸分子吸附。它只能在中性或酸性条件 （如 pH19）下工作。它可用Na2CO3 NH4OH进行再生；B、强碱性阴离子交换树脂：这类树脂含有强碱性基团，如季 胺基（亦称四级胺基）NR3OH（F为碳氢基团），能在水中离解出OH而呈强碱性。 这种树脂的正电基团能与溶液中的阴离子吸附结合，从而产生阴离子交换作用。；C、亲和性：强碱型常见阴离子的亲和力顺序为：F-v OH-v CH3COOVHCOO-v C1v NO2-V CN-v Br-v C

13、2O42V NO 3 -v HSO42V I-v CrO42-v SO42<柠檬 酸根离子弱碱型常见阴离子的亲和力顺序为：F-v C1-v Br-v I-v CH3COOvMo052- v P043-v Fv C1 v Brv I v CH3COQ Mo05 v P04v AsO43-v NO3-v酒 石酸根离子 <CrO42v SO42-v OHOH（2）如果只需要去除水中吸附性较强的离子（如 Ca2+ Mg2+等），可选用或弱 碱性树脂进行软化处理较经济。（比如氯苯酚废水）如果需要除去原水中吸附较 弱的阴离子（如HCO3- HSiO3），用弱酸性或弱碱性树脂就较困难，甚至不能

14、进行交换。此时就必须选用强碱性树脂。（比如含汞废水）5、试排出TH4*, Na+, Cs2+, Mg2+, H+,和LsP+在阳离子交换树脂上的交换顺序？ 并说明理由。答：（1） A、强酸型阳离子交换树脂：TH4+> LsP+>CX+> Mg2+ >Na+>H+ B、弱酸型阳离子交换树脂：H+>TH4*La3+>CsT >Mg2+ >Na+（2）理由：a.不同价态离子，电荷越高，亲和力越大。所以，TH4*La3*Cs2+/Mg2+ > Na+ b.当离子价态相同时亲和力随着水合离子半径减小而增大。所以，Na+>H+（强酸型阳离子交换树脂）（弱酸型：H+的亲和力比其它阳离子大， 其它