水质工程学Ⅰ思考题答案

5. 滤层负水头：过滤过程中，当滤层截留了大量杂质以至砂面以下某一深度处的水头损失超过该处水深时，称为滤层负水头。

6. 强制滤速：指1个或2个滤池停产检修时，其余滤池在超过正常负荷下的滤速。 7. 均质滤料：指沿整个滤层深度方向的任一横断面上，滤料组成和平均粒径均匀一致。 8. 滤层的冲洗强度：单位时间，单位滤层面积所通过的冲洗水量（L/s.m2）。

9. 滤层含污能力：在一个过滤周期内，如果按整个滤层计，单位体积滤料中所截留的杂质量称为滤层含污能力。

10. 截污量：单位体积滤层中所截留的杂质量。

三、简答题

1. 滤料不均匀系数K80越大，对滤料和反冲洗有何影响？

答：K80=d80/d10,K80越大，表示粗细颗粒尺寸相差越大，颗粒越不均匀，对过滤和冲洗都很不利。因为K80越大时，滤层含污能力减少；反冲洗时，为满足粗颗粒膨胀要求，细颗粒可能被冲出滤池，若为满足细颗粒膨涨要求，粗颗粒将得不到很好冲洗。

2. 试述滤池负水头所产生的危害。

答：气囊对过滤有破坏作用,一是减少有效过滤面积,增加过滤水头损失及滤速;二是会破坏滤层结构,反冲洗时易将滤料带出池体。

3. 给水处理所选用的滤料应符合哪些要求？ 答：①具有足够的机械强度； ②具有足够的化学稳定性；

③具有一定的颗粒级配和适当的孔隙率

4. 简述V型滤池的主要特点。

答：1、采用较粗滤料较厚滤层以增加过滤周期。滤料为均质滤料。使滤池含污能力提高。滤料有效粒径d10=0.95～1.5mm,不均匀系数K60=1.2～1.5，滤层厚约0.95～1.5m。

2、气、水反冲洗再加始终存在的横向表面扫洗，冲洗效果好、冲洗水量大大减小。

四、问答题

1. 试述大阻力配水系统与小阻力配水系统的优缺点？并说明哪一个配水系统配水均匀性更好一些，为什么？

答：大阻力配水系统优点；配水均匀性好。缺点：结构较复杂，孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大，管道易结垢，增加检修困难。

小阻力配水系统优点：配水系统压力较均匀，能耗少。缺2. 相对于等速过滤，变速过滤有什么优点？为什么？

答：与等速过滤相比，在平均滤速相同的情况下，变速过滤的滤后水质较好，而且在相同过滤周期内，过滤水头损失也较小。其原因为，当滤料干净时，滤层孔隙率较大，虽然滤速较高，但孔隙中流速并非按滤速增高倍数而增大，相反，滤层内截留杂质量较多时，虽然滤速低，但因滤层孔隙率减小，孔隙流速未必过多减小，因而，过滤初期，滤速较大可使悬浮杂质深入下层滤料；过滤后期滤速减小，可防止悬浮颗粒穿透滤层。等速过滤不具备这种自然调节功能。

大阻力配水均匀性好于小阻力，原因是大阻力配水系统具有以巨大孔口阻力加以控制的能力。

第8章 离子交换

一、选择题

1、C 2、C 3、C 4、B 5、C 6、A 7、ABC 8、BC 9、AC 10、C 11、A 12、D 13、D 14、B 15、B 16、B 17、A

二、名词解释

1. 湿视密度：湿树脂的重量与其堆积体积之比。

2. 溶胀性：干树脂变为湿树脂，体积胀大，湿树脂在转型时，体积也会发生变化，称为树脂的溶胀性。

3. 顺流再生固定床：再生时再生液的流动方向与交换时的水流方向相反。 4. 逆流再生：交换时的水流方向与再生时再生液的流动方向相反的称为逆流再生。

5.再生比耗：单位体积树脂所消耗的纯再生剂物质的量与树脂工作交换容量的比值（mol/mol）。 5. 湿真密度：湿树脂的重量与其本身所占体积之比。

6. 树脂饱和度：在水的软化处理中，指单位体积树脂所吸附的Ca++、Mg++含量与其全交换容量之比。

7. 树脂工作交换容量：在给定的条件下，树脂实际可利用的交换能力。

8. 树脂全交换容量：一定量的树脂所具有的活性基因或可交换离子的总量称为全交换容量。 10. 逆流再生：原水与再生液分别从上而下以同一方向流经离子交换器的固定床称为顺流再生固定床。

11. 水的软化处理：去除水中的Ca++、Mg++等硬度的过程。

，

12. 交联度：离子交换树脂中交联剂占树脂总重量的百分数。

13. 复床除盐：由强酸性阳离子交换器与阴离子交换器串联使用以达到水的脱盐目的。 14. 阴双层床：同一交换器内，装有弱碱和强碱两种树脂，借助于树脂湿真密 度之差，经反洗分层后弱碱树脂在上，强碱树脂在下的双层床。

三、简答题

1．什么是离子交换树脂的两种溶胀性？

答：树脂由干态转为湿态时，体积增大，称为绝对溶胀性；当树脂转型时体积发生变化称为相对溶胀性。

2.什么叫做树脂的工作交换容量？它与全交换容量有什么不同？

答：在实际工作条件下,离子交换树脂所能发挥出的交换容量称为工作交换容量；而全交换容量是指树脂制备时所具有的全部能力,工作交换容量必然小于全交换容量。

3. 简述水温对CO2脱气效果的影响。

答：CO2气体在水中溶解度受水温影响，水温高，溶解度小，脱气容易；水温低，溶解度大，脱气难，设计脱气塔时应以冬季最低水温为依据。

四、论述题

1．强酸性阳离子交换树脂对水中常见离子的选择顺序如何，为什么会有这样的顺序？ 答：强酸树脂对水中常见离子的选择性顺序为： Fe2+>Ca2+>Mg2+>K+>NH4+>Na+>H+

即位于顺序前的离子可以取代顺序后的离子；这是因为原子价越高的阳离子，其和树脂的亲合

力越强，在同价离子（碱金属和碱土金属）中原子序数越大，则水合离子半径越小，其和树脂的亲合力也越大。

2.与顺流再生相比，逆流再生有哪些优点？ 答：与顺流再生比较，逆流再生具有如下优点：

1） 再生剂耗量可降低20%以上； 2） 出水水质显著提高；

3） 原水水质适用范围扩大，对于硬度较高的水，仍能保证出水水质； 4） 再生液中再生剂有效浓度明显降低，一般不超过1%； 5） 树脂工作交换容量有所提高。

3. 离子交换的过程可分为那五个步骤，试绘图加以说明。

答：（1）外部溶液中待交换的离子Ca2+向树脂颗粒表面迁移并通过树脂表面的边界水膜； （2）待交换的离子Ca2+在树脂孔道里移动，直到到达某有效交换位置上； （3）Ca2+与树脂上可交换离子Na+进行交换反应;

（4）被交换下来的离子Na+从有效交换位置上通过孔道向外面移动； （5）Na+通过树脂表面的边界水膜进入外部溶液中。

4．试述逆流再生出水水质好的原因。

答：H-Na并联系统与H-Na串联系统的不同点在于,前者只是一部分经过Na离子交换器,而后者则是全部流量经过Na离子交换器.因此就设备而言.并联系统比较紧凑,投资省;但从运行看,串联系统比较安全可靠,更适合处理高硬度水。

5．试用化学反应方程式表示钠离子交换法。 答： Ca(HCO3)2+ 2RNa?R2Ca+2NaHCO3 Mg(HCO3)2 + 2RNa?R2Mg+2NaHCO3 CaSO4 + 2 RNa?RCa+NaSO4

MgCl2 + 2 RNa?R2Mg+2 NaCl

6．试用化学反应方程式表示一级复床除盐系统的除盐过程。 答：阳床： Ca(HCO3)2+2RH?R2Ca+CO2+H2O MgSO4 + 2RH?R2Mg+ H2SO4 NaCl + RH?RNa+ HCl 阴床： H2SO4 +2ROH?R2 SO4 +H2O HCl + 2ROH?RCl+H2O H2CO3 +ROH?RH CO3 +H2O HSiO3+ROH?RHSiO3+H2O

7．试述一级复床除盐系统中强碱阴床置于强酸阳床之后的原因。

答：①若进水先通过阴床，容易生成CaCO3、Mg(OH)2沉积在树脂层内，使强碱树脂交换容量降低。

②阴床在酸性介质中易于进行离子交换，若进水先经过阴床，更不利于去除硅酸，因为强碱树脂对硅酸盐的吸附要比对硅酸的吸附差的多。

③强酸树脂抗有机物污染的能力胜过强碱树脂。

④若原水先通过阴床，本应由除二氧化碳器去除的碳酸，都要由阴床承担，从而增加了再生剂耗用量。

五、计算题

1. 某离子交换软化器在一个交换周期中共产软化水120吨，原水总硬度为（c1/2Ca2++1/2Mg2+）=5.0mmol/L， 采用纯度为96%的工业食盐逆流再生，再生剂比耗为1.45，试求再生一次消耗的再生剂干重。（NaCl的摩尔质量为58.45g/mmol）

QTc(?k)?n120?5?58.5?1.45??53(kg) 1. 答： G?1000?1000?96%2. 原水水质为（单位：mmol/L）

c(1/2Ca2+)=3.0 c(1/2Mg2+)=3.0 c(Na+)=4.0 c(HCO-3)=4.0 c(1/2SO2-4)=4.0 c (Cl—)=2.0

已知：采用H—Na并联离子交换脱碱—软化系统，出水剩余碱度为0.5mmol/L,设备总水量为Q=120m/h。若H罐控制在Na泄漏为准，则进入H罐及Na罐的水量为多少？

3

+

答：QH?c(HCO3)?Ar4?0.5Q??120?42 m3/h

c(?A)4?2.5?3.5 QNa=Q-QH=78m3/h

3. 已知某水样水质为（单位：mmol/L）

c(1/2Ca2+)=3.5 c(1/2Mg2+)=2.5 c(Na+)=4.0 c(HCO-3)=4.0 c(1/2SO2-4)=2.5 c (Cl)=3.5

—

试画出该水样假想化合物图，并写出该水样的总硬度、碳酸盐硬度、非碳酸盐硬度和碱度。 答：.

c(1++Ca) 23.5 c(1++Ma) 22.5 c(Na+) 4.0 c(HCO3-) 4.0 c(12-SO4) 22.5 c(Cl-) 3.5 c(1Ca(HCO3)2) 23.5 c(1Mg(HCO3)2) 20.5 c(1MgSO4) 22.0 c(1Na2SO4) 20.5 c(NaCl) 3.5 Ht=6.0mmol/L HC=4.0mmol/L Hn=2.0mmol/L A=4.0mmol/L