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技 術(shù) 問 答 題 集 89 第一部分 水質(zhì)和水質(zhì)指標(biāo) 1-1，天然水中的雜質(zhì)按顆粒大小可分成哪幾類？通常它們都是用什么工藝來除去的？ 答：天然水中的主要雜質(zhì)按其顆粒大小可分為三大類；1）懸浮物：顆粒直徑在10－4毫米以上；主要依靠自沉降或過濾的工藝去除，有時(shí)也需進(jìn)行澄清和過濾；2）膠體：顆粒直徑在10－6—10－4毫米間；主要依靠混凝、澄清和過濾等工藝去除；3）溶解物質(zhì)：顆粒直徑小于10－6毫米，以離子或分子形態(tài)存在，形成真溶液；通常必需用離子交換工藝去除。 1-3，在天然水中通常溶有最多的離子有哪些？ 答：天然水中的化合物大都是電解質(zhì)，在水中多是以離子或分子形態(tài)存在的，在天然水中通常溶有最多的離子為：陽離子有鈉離子、鈣離子、鎂離子；陰離子有重碳酸根、硫酸根、氯根；除此之外還有少量的鐵離子和二氧化硅等。 1-4，水的懸浮物和濁度指標(biāo)的含義是什么？ 答：懸浮物就是不溶于水的物質(zhì)。它是取一定量的水經(jīng)濾紙過濾后，將濾紙截留物在110℃下烘干稱重而測(cè)得，單位是毫克/升。由于操作不便，通常用濁度來近似表示懸浮物含量。因?yàn)樗械哪z體含量和水的色度會(huì)干擾濁度的測(cè)定，所以濁度值不能完全表示水中懸浮物含量。濁度的測(cè)定常用比光或比色法，先以一定量的規(guī)定的固體分散在水中，配置成標(biāo)準(zhǔn)液，然后用水樣與之相比較，以與之相當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)液中含固體的量作為測(cè)定的濁度值，單位是毫克/升。 1-5，水的含鹽量可有哪兩種表示方法？ 答：水的含鹽量為水中各種鹽類的總和，單位：毫克/升。通?？捎萌芙夤绦挝铮ɑ蛘舭l(fā)殘?jiān)┙票硎?。其常用的表示方法為：一種是以所含各種化學(xué)鹽類總重量相加來表示，其單位為毫克/升；另一種是以水中所含全部陽離子（或陰離子）的量濃度來表示，其單位為毫摩爾/升。 1-6，什么是溶液的電導(dǎo)和電導(dǎo)率？影響溶液電導(dǎo)的因數(shù)除了溶液本身的性質(zhì)外還有哪些？ 答：用來表示水溶液的導(dǎo)電能力的指標(biāo)稱為電導(dǎo)。電導(dǎo)是電阻的倒數(shù)。兩個(gè)面積各為1厘米2，相距1厘米的電極在某水溶液中的導(dǎo)電能力稱為該溶液的電導(dǎo)率，單位為西門子/厘米（S/cm）。影響溶液電導(dǎo)的因數(shù)除了溶液本身的性質(zhì)外還有電極的截面積和電極間的距離，以及測(cè)定時(shí)溶液的溫度等。 1-7，電導(dǎo)率與含鹽量間有什么關(guān)系？電導(dǎo)率測(cè)定時(shí)會(huì)受哪些因素的影響？ 答：因?yàn)樗腥芙獾拇蟛糠蛀}類都是強(qiáng)電解質(zhì)，它們?cè)谒腥侩婋x成離子，當(dāng)水的含鹽量愈高，電離后生成的離子也愈多，水的電導(dǎo)能力就愈強(qiáng)，所以測(cè)定水溶液的電導(dǎo)率就愈高。但是，溶液的電導(dǎo)率不僅與離子含量有關(guān)，同時(shí)還與組成溶液的離子種類有關(guān)（常見的不同離子的電導(dǎo)率見表），所以電導(dǎo)率并不能完全代表溶液的含鹽量。溶液的電導(dǎo)率測(cè)定時(shí)隨測(cè)定的溫度不同而變化，測(cè)定時(shí)溶液的溫度愈高，所測(cè)得的電導(dǎo)率也會(huì)愈高。 1毫克/升各種離子相當(dāng)?shù)碾妼?dǎo)率（25℃） 陽離子 電導(dǎo)率 微西/厘米 陰離子 電導(dǎo)率 微西/厘米 Na＋ 2.13 Cl— 2.14 K＋ 1.84 HCO3— 0.716 Ca2＋ 2.60 CO32— 2.82 Mg2＋ 3.82 SO42— 1.54 H＋ 250 OH— 11.6 1-8，什么是水的COD？測(cè)定COD有什么實(shí)際意義？ 水的COD即水的化學(xué)耗氧量。水的化學(xué)耗氧量指標(biāo)主要用來表征水中有機(jī)物的含量。天然水中的有機(jī)物種類繁多，很難準(zhǔn)確測(cè)定水中的有機(jī)物的含量，作為大致估量水中有機(jī)物含量，常利用有機(jī)物具有可氧化的共性，在一定條件下用氧化劑處理水樣，測(cè)定其反應(yīng)過程中所消耗的氧化劑的量換算成O2來表示，即為水的化學(xué)耗氧量。簡稱COD，單位為：毫克O2 / 升。常用的氧化劑有高錳酸鉀和重鉻酸鉀。 1-9， 1-10， 1-11，什么是水的硬度？什么是永久硬度、暫時(shí)硬度、碳酸鹽硬度、非碳酸鹽硬度？它們間各有什么關(guān)系？ 答：水中鈣、鎂離子的總濃度即為硬度，單位為毫摩爾/升。 如果與鈣、鎂離子結(jié)合的陰離子為重碳酸根和碳酸根，此時(shí)的硬度即為碳酸鹽硬度，因?yàn)樘妓猁}硬度在沸騰的水中會(huì)析出沉淀而消失硬度，故又稱為暫時(shí)硬度；如果與鈣鎂離子結(jié)合的陰離子為非碳酸根（氯離子或硫酸根），則此時(shí)的硬度即為非碳酸鹽硬度，也即為永久硬度。各種硬度之間的關(guān)系如下： 水的總硬度 = 鈣硬度＋鎂硬度 = 碳酸鹽硬度＋非碳酸鹽硬度 = 暫時(shí)硬度＋永久硬度 1-12， 1-13，已知某水樣中含陽離子有[Ca2＋] = 80毫克/升 、[Mg2＋] = 12毫克/升、[Na＋] = 46毫克/升； 含陰離子有[HCO3－] = 305毫克/升、[Cl－] = 35 .5毫克/升、以及SO42－，求該水樣的含鹽量、碳酸鹽硬度、非碳酸鹽硬度、暫時(shí)硬度、永久硬度、P堿度、M堿度？該水樣中含SO42－量約為多少？ 答：[Ca2＋] = 80 mg / L=80÷20=4mmol/L；[Mg2＋] = 12 mg / L=12÷12=1mmol/L；[Na＋] = 46 mg / L=46÷23=2mmol/L；所以該水樣的含鹽量=4＋1＋2=7mmol/L。 含陰離子有[HCO3－] = 305 mg / L=305÷61=5mmol/L；[Cl－] = 35 .5 mg / L=35.5÷35.5=1mmol/L；因?yàn)殛栯x子量應(yīng)等于陰離子量，所以SO42－=7－5－1=1mmol/L=1×96=96mg/L。 該水樣的總硬度=4＋1=5mmol/L，堿度=5mmol/L，即屬于硬度=堿度的水樣。在總硬度=5mmol/L中碳酸鹽硬度=暫時(shí)硬度=5mmol/L，非碳酸鹽硬度=永久硬度=0。在全堿度 = 5mmol/L中，因?yàn)樗袥]有OH－和CO32－；所以酚酞堿度P = 0，甲基橙堿度M = 5mmol/L。 1-14，什么是酸度？ 水中含有能與強(qiáng)堿起中和作用的物質(zhì)的量稱為酸度，單位為毫摩爾/升?？赡苄纬伤岫鹊碾x子有（1）能全部離解出H＋的強(qiáng)酸，如HCl、H2SO4等。（2）強(qiáng)酸弱堿組成的鹽，如鐵、鋁等離子與強(qiáng)酸組成的鹽。（3）弱酸，如H2CO3、H2SiO3等。在天然水中酸度主要由H2CO3形成。而在陽床出水中，原水所含的全部陽離子與樹脂交換后形成了H＋，與全部陰離子會(huì)組成相應(yīng)的酸，所以測(cè)定陽床出水的酸度有重要的實(shí)用價(jià)值。 1-15，什么是PH值？ 答：PH值的定義是水中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。通俗的說，PH值是表示水中酸堿性強(qiáng)弱的一項(xiàng)指標(biāo)。水是一種極弱的電解質(zhì)，它只能微弱的電離為H+和OH-；當(dāng)溫度一定時(shí)，水中的氫離子濃度和氫氧根濃度的乘積總是保持一個(gè)定值。在一般溶液中氫離子濃度和氫氧根濃度的值非常小，而在不同條件下它們的變動(dòng)范圍又很大，因此用毫摩爾/升來表示很不方便，所以常用PH值來表示。PH = -lg[H+] = lg（1/[H+]）。在中性溶液中[H+]=10-7毫摩爾/升；則它的PH值=7。在酸性溶液中[H+]＞10-7毫摩爾/升；則它的PH值＜7。在堿性溶液中[H+]＜10-7毫摩爾/升；則它的PH值＞7。 1-16，OH－堿度為0.001mmol / L的水溶液其PH等于多少？ 當(dāng)溶液的OH－堿度為0.001毫摩爾/升時(shí)，OH－的濃度為0.001毫摩爾/升= 10－6摩爾/升；其H＋的濃度為10－8摩爾/升； 故溶液的PH值PH = -lg[H+] =-lg [10－8] = 8； 常見的HCl與NaOH水溶液的酸堿度與PH值的關(guān)系表 HCl 酸度mmol / L H＋濃度mol / L OH－濃度mol / L PH 0.001 10－6 10－8 6 0.01 10－5 10－9 5 0.1 10－4 10－10 4 1 10－3 10－11 3 10 10－2 10－12 2 100 10－1 10－13 1 NaOH 堿度mmol / L OH－濃度mol / L H＋濃度mol / L PH 0.001 10－6 10－8 8 0.01 10－5 10－9 9 0.1 10－4 10－10 10 1 10－3 10－11 11 10 10－2 10－12 12 100 10－1 10－13 13 1-17，堿(酸)度與堿（酸）濃度間如何轉(zhuǎn)換？ 答：堿（酸）度與堿（酸）濃度的換算公式： 堿濃度 % = 堿度×40÷1000÷溶液密度； 酸濃度% = 酸度×36.5÷1000÷溶液密度； 常用的NaOH和HCl的轉(zhuǎn)換表： NaOH 濃度% 堿度mmol / L 堿含量mg / L 密度g/cm3 3 0.77 30.95 1.032 4 1.04 41.71 1.043 5 1.32 52.69 1.054 28 9.15 365.8 1.306 29 9.55 382.1 1.317 30 9.96 398.4 1.328 31 10.36 415.1 1.339 HCl 濃度% 酸度mmol / L 酸含量mg / L 密度g/cm3 4 1.12 40.72 1.018 5 1.41 51.20 1.023 6 1.69 61.67 1.028 28 8.74 319.0 1.139 29 9.10 331.9 1.144 30 9.45 344.8 1.149 31 9.81 357.9 1.154 1-18，假想水中各種離子在形成化合物時(shí)，它們的組合順序會(huì)怎樣排列？ 答：假想水中各種離子在形成化合物時(shí)，其組合的基本順序?yàn)椋?） 水中的Ca2＋首先與HCO3－組成Ca（HCO3）2之后，剩余的HCO3－才能再與Mg2＋組合成Mg（HCO3）2 。組成的化合物都屬碳酸鹽硬度物質(zhì)。2） 水中Ca2＋、Mg2＋與HCO3－組合后多余的Ca2＋再與SO4－組成CaSO4，其次Mg2＋與SO4－組成MgSO4，當(dāng)Ca2＋、Mg2＋再有多余時(shí)，才能與Cl－組成CaCl2、MgCl2，這些組成的化合物都屬于非碳酸鹽硬度物質(zhì)。如果Ca2＋、Mg2＋與HCO3－組合后HCO3－有多余，可與Na＋組成NaHCO3，組成的化合物則為負(fù)硬度物質(zhì)。3） 最后Na＋與SO42－或Cl－組成溶解度很大的中性鹽。 1-19，什么是堿性水和非堿性水？它們的堿度與硬度之間有什么不同特點(diǎn)？哪種水中有非碳酸鹽硬度？哪種水中有負(fù)硬度？如果某水樣的堿度等于硬度，該水樣中所含的化合物可能有哪些？ 答：當(dāng)水中硬度＞堿度時(shí)，這類水稱為非堿性水。當(dāng)水中的堿度＞硬度時(shí)，這類水為堿性水。在這兩種水中，其堿度和硬度的關(guān)系有以下的規(guī)律： 暫時(shí)硬度 永久硬度 負(fù)硬度 硬度＞堿度 = 堿度 硬度－堿度 = 0 硬度＜?jí)A度 = 硬度 = 0 堿度－硬度 硬度 = 堿度 = 硬度 = 0 = 0 當(dāng)水中硬度＞堿度時(shí)，此時(shí)水中有非碳酸鹽硬度存在；當(dāng)水中的堿度＞硬度時(shí)，此時(shí)水中有過剩的重碳酸根存在，即有過剩堿度（或稱負(fù)硬度）。如果某水樣的堿度等于硬度，該水樣中所含的化合物可能有碳酸氫鈣Ca（HCO3）2 、碳酸氫鎂Mg（HCO3）2 和氯化鈉NaCl及硫酸鈉Na2SO4。 1-20，天然水中的硬度主要是什么離子？堿度主要是什么離子？如果某一水源的堿度大于硬度，說明該水源中的硬度主要是什么硬度？ 答：天然水中的硬度主要是鈣、鎂離子，堿度主要是重碳酸根離子。如果水源中堿度大于硬度，說明該水源中的硬度主要是碳酸鹽硬度，即暫時(shí)硬度。 第二部分 離子交換樹脂 2-1，離子交換樹脂的結(jié)構(gòu)是怎樣的？什么是樹脂的交聯(lián)度？ 答：樹脂由高分子骨架和離子交換基團(tuán)組成。高分子骨架是由化學(xué)單體和交聯(lián)體共聚而成。例如常用的聚苯乙烯樹脂其化學(xué)單體為苯乙烯，交聯(lián)劑則為二乙烯苯，共聚后生成球形小顆粒，再將離子交換基團(tuán)引入。樹脂中引入的離子交換基團(tuán)不同，其能交換的離子種類也不同。例如當(dāng)引入磺酸基(-SO3H)時(shí)為強(qiáng)酸陽離子交換樹脂，引入羧酸基（-COOH）時(shí)為弱酸陽離子交換樹脂，如引入胺基[N(CH3)3OH]時(shí)則生成強(qiáng)堿陰離子交換樹脂，引入亞胺基[N(CH3OH)2]時(shí)則生成弱堿陰離子交換樹脂。 在樹脂中交聯(lián)劑的含量會(huì)決定樹脂結(jié)構(gòu)的緊密程度，樹脂中含交聯(lián)劑的重量%稱為樹脂的交聯(lián)度。交聯(lián)度愈大，則樹脂網(wǎng)孔愈緊，其含水量小，濕視密度愈大，工交容量愈高，機(jī)械強(qiáng)度愈好。在樹脂制造過程中利用降低樹脂交聯(lián)度可以得到多孔型樹脂，如果同時(shí)加入適量溶劑，待聚合后再將溶劑從共聚體中趕走，則可以制得海綿狀的大孔型樹脂。 2-2，樹脂的型號(hào)命名有什么規(guī)定？ 答：離子交換樹脂的型號(hào)主要以三位數(shù)字組成。其中第一位數(shù)字代表產(chǎn)品的分類（例如：0代表強(qiáng)酸性樹脂，1代表弱酸性樹脂，2代表強(qiáng)堿性樹脂，3代表弱堿性樹脂），第二位數(shù)字代表骨架的差異（例如：0代表苯乙烯系列的骨架，1代表丙烯酸系列的骨架），第三位數(shù)字為產(chǎn)品順序號(hào)。大孔型樹脂在型號(hào)前加字母D。樹脂的交聯(lián)度可在樹脂型號(hào)后用‘×’連接數(shù)字表示。例如：通常用的強(qiáng)酸型陽樹脂型號(hào)為：001×7；強(qiáng)堿型陰樹脂型號(hào)為：201×7；大孔型弱酸樹脂型號(hào)為D113，大孔型弱堿陰樹脂型號(hào)為：D301. 2-3，通常樹脂顆粒的粒徑有多大？控制樹脂顆粒粒徑在實(shí)際應(yīng)用中有什么意義？ 答：樹脂通常的粒度為20-40目（0.3—1.2mm），在實(shí)際應(yīng)用中樹脂顆粒大則交換容量降低，交換速度減慢，但水流經(jīng)過樹脂層的阻力也??；樹脂顆粒小則交換容量大，交換速度較快，但水流經(jīng)過樹脂層的阻力也大。 2-4，實(shí)際應(yīng)用中樹脂顆粒除了要控制粒徑外，還應(yīng)控制哪些指標(biāo)？ 答：樹脂顆粒的大小不均勻會(huì)影響它的使用效果，當(dāng)樹脂層反洗時(shí)，小顆粒樹脂會(huì)分布在樹脂層的上部，而大顆粒的樹脂會(huì)集中在下部，因此樹脂層面的小顆粒樹脂會(huì)加大樹脂層對(duì)水流的阻力，而且在反洗中要使大顆粒樹脂層達(dá)到必要的反洗強(qiáng)度時(shí)，小顆粒樹脂就會(huì)被水流帶走，而要防止小顆粒樹脂被水流帶走，必需降低反洗強(qiáng)度，此時(shí)又會(huì)造成大顆粒樹脂反洗強(qiáng)度不夠，所以樹脂在使用中還要考察其粒徑的均勻程度。樹脂粒徑的均勻程度常用不均勻系數(shù)來衡量。樹脂的不均勻系數(shù)為樹脂顆粒80%（重量）通過的篩孔孔徑與10%通過的篩孔孔徑之比。有時(shí)還要考察其平均粒徑（即樹脂顆粒50%通過的篩孔孔徑）。 2-5，樹脂的密度指標(biāo)分哪兩種，在使用中各有什么意義？ 答：在使用中樹脂的密度可分為濕真密度和濕視密度，濕真密度為樹脂顆粒在水中經(jīng)充分膨脹后的密度，而濕視密度則為樹脂顆粒在水中膨脹后的堆積密度。 濕真密度 = 濕樹脂顆粒重/濕樹脂顆粒體積g/Mol 濕視密度 = 濕樹脂顆粒重/濕樹脂的堆積體積g/mol 樹脂的濕真密度通常應(yīng)用在決定樹脂顆粒的水力特性上，而濕視密度則用于計(jì)算交換器內(nèi)裝填一定體積的樹脂層的重量。交換器內(nèi)裝載樹脂重=樹脂體積×濕視密度 2-6，什么是樹脂的溶漲性，哪些因素會(huì)影響樹脂的溶漲性？ 答：樹脂顆粒浸入水中時(shí)，其體積會(huì)漲大，稱為樹脂的溶漲性。樹脂的溶漲主要是樹脂遇水時(shí)其網(wǎng)孔漲大而致。樹脂的溶漲程度受以下因素的影響：1）交聯(lián)度愈小，溶漲程度愈大；2）溶液中的離子濃度愈高，溶漲程度愈小. 2-7，實(shí)際使用中樹脂的溶漲性有什么實(shí)用意義？ 答：因?yàn)椴煌螒B(tài)的樹脂在水中的溶漲程度不同，強(qiáng)酸樹脂在水中的溶漲程度依次為：H+＞Na+＞NH4+＞K+；強(qiáng)堿樹脂的溶漲程度依次為：OH－＞HCO3－＞SO42-＞Cl－。所以隨著樹脂在離子交換過程中因?yàn)槲x子的變換，其體積也會(huì)不斷的變化。在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)樹脂在交換和再生過程中吸著離子的變換，樹脂的體積會(huì)發(fā)生漲縮，例如強(qiáng)酸強(qiáng)堿樹脂由失效轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕蜁r(shí)，體積會(huì)增加約7%，而弱堿樹脂由失效轉(zhuǎn)變?yōu)樵偕蜁r(shí)，則體積會(huì)縮小約20%，這種多次反復(fù)的漲縮會(huì)促使樹脂顆粒破碎。 2-8，什么是樹脂上離子交換反應(yīng)的可逆性？ 答：樹脂上進(jìn)行的離子交換過程具有可逆性，例如當(dāng)陽樹脂與水中H+進(jìn)行離子交換時(shí)會(huì)發(fā)生下述反應(yīng)：RH＋Na+ = RNa＋H+ （式中R代表樹脂骨架），即樹脂上的H+會(huì)與水中的Na+進(jìn)行離子交換；但如果改變條件，離子交換過程會(huì)逆向進(jìn)行，RNa＋H+ = RH＋Na+，即樹脂上的Na+會(huì)與水中的H+進(jìn)行交換。由于樹脂的這個(gè)離子交換可逆性的特性，在離子交換過程中經(jīng)過離子交換已經(jīng)失效了的樹脂可以進(jìn)行再生而重復(fù)使用。 2-9，什么是樹脂的選擇性，各種樹脂對(duì)水中不同離子的選擇性的順序排列是怎樣的？ 答：樹脂對(duì)水溶液中不同的離子會(huì)有不同的吸著能力，樹脂對(duì)吸著能力強(qiáng)的離子容易吸著，而且一旦吸著就不容易放出；而對(duì)吸著能力較弱的離子，即使吸著后，當(dāng)又遇到吸著能力強(qiáng)的離子時(shí)，會(huì)放出原先吸著的離子而改吸吸著能力強(qiáng)的離子，這就是樹脂的選擇性。樹脂的選擇性是樹脂能進(jìn)行離子交換的主要依據(jù)。樹脂對(duì)不同離子的選擇性有以下規(guī)律：1）元素的原子價(jià)愈高，選擇性愈強(qiáng)；2）當(dāng)離子濃度改變，其選擇性也會(huì)改變。 不同類別樹脂對(duì)不同離子的選擇性吸著能力的次序?yàn)椋? 001×7強(qiáng)酸樹脂 Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞Na+＞H+ 201×7強(qiáng)堿樹脂 SO42－＞Cl－＞OH－＞HCO3－＞HSiO3－ D113弱酸樹脂H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞NH4+＞Na+ D301弱堿樹脂OH－＞SO42－＞Cl－＞HCO3－（對(duì)HSiO3－無吸著能力） 2-10，離子交換過程的運(yùn)行和再生各依據(jù)樹脂的什么特性？ 答：例如氫—鈉離子交換過程中，樹脂上的氫離子與水中的鈉離子進(jìn)行交換主要依靠樹脂對(duì)鈉離子的選擇性比對(duì)氫離子的選擇性高，因此樹脂防出氫離子而從水中吸取鈉離子，這就是離子交換過程；當(dāng)樹脂失效成鈉型樹脂后，利用樹脂上離子交換反應(yīng)的可逆性，只要增加水中氫離子的濃度，根據(jù)質(zhì)量作用定律當(dāng)水中氫離子濃度與樹脂上鈉離子濃度的乘積達(dá)到一定程度時(shí)，離子交換過程就會(huì)逆向進(jìn)行，樹脂上的鈉離子又會(huì)轉(zhuǎn)換成氫離子，即為再生過程。 2-11，什么是樹脂的交換容量？ 答：一定體積（或重量）樹脂的離子交換能力即為樹脂的交換容量。 單位：mol/（m3樹脂）。因?yàn)闃渲诓煌螒B(tài)時(shí)的體積因其溶漲性的不同而不同，所以相應(yīng)的交換容量也會(huì)有不同，通常規(guī)定陽樹脂的交換容量以H型樹脂體積為準(zhǔn)，陰樹脂的交換容量以Cl型樹脂體積為準(zhǔn)。 2-12，什么是樹脂的工作交換容量，在實(shí)際使用中工作交換容量有什么意義？ 答：樹脂的工作交換容量是樹脂在實(shí)際運(yùn)行條件下的離子交換能力，常用于對(duì)實(shí)際運(yùn)行過程的分析和計(jì)算。樹脂的工作交換容量決定于實(shí)際運(yùn)行中樹脂的再生程度、水中的離子濃度、交換器樹脂層的高度、水的流速、交換器的水力特性及交換器樹脂失效終點(diǎn)的控制等因數(shù)；在實(shí)際使用中，樹脂工交容量的意義為：在離子交換過程中樹脂共能吸著的離子總量，所以交換器樹脂工交容量高即表示交換器運(yùn)行周期內(nèi)能吸著的離子量多，也就是交換器周期制水量高，交換器的經(jīng)濟(jì)性能好。 2-13，怎樣計(jì)算交換器運(yùn)行中樹脂的工作交換容量？ 答：交換器的樹脂總工作交換容量 = 交換器在運(yùn)行中總制水量×（進(jìn)水離子濃度—出水離子濃度） 交換器內(nèi)樹脂的平均工作交換容量 = 交換器樹脂總交換容量÷交換器內(nèi)樹脂的有效體積 2-14，當(dāng)利用強(qiáng)酸陽樹脂對(duì)水中的Ca2＋進(jìn)行Na+交換處理時(shí)，進(jìn)水中Ca2＋濃度=2.3mmol/L，出水的Ca2＋濃度=0.003mmol/L。交換器共裝陽樹脂1.6m3，周期制水量=700m3，怎樣計(jì)算交換器和樹脂的工作交換容量？ 答：樹脂的工作交換容量 = 700×（2.3－0.003）= 1608 mol 平均工作交換容量 = 700×（2.3－0.003）÷1.6 = 1005mol/m3 2-15，樹脂在儲(chǔ)存時(shí)應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？ 答：樹脂在長期儲(chǔ)存時(shí)，為使其穩(wěn)定，應(yīng)將其變?yōu)橹行喳}型；2）樹脂在儲(chǔ)存中應(yīng)保持濕潤防止失水；3）樹脂應(yīng)盡量保存在室內(nèi)，環(huán)境溫度保持在5—40℃，絕對(duì)不應(yīng)低于0℃，防止樹脂凍結(jié)崩裂。4）為了防止細(xì)菌在樹脂中繁殖，最好將樹脂浸泡在蒸煮過的水中。 2-16，新樹脂開始使用前應(yīng)作哪些予處理？ 答：因?yàn)樾聵渲谐：幸恍┻^剩溶劑及反應(yīng)不完全而生成的低聚物和某些重金屬離子，它們可以污染出水水質(zhì)，所以新樹脂在使用前最好先進(jìn)行予處理，以提高樹脂的穩(wěn)定性。對(duì)陽樹脂的予處理流程為：1）樹脂清洗，2）用2—4%濃度的NaOH浸泡4—8小時(shí)，3）清洗，4）用5%濃度的Hcl浸泡8小時(shí)，5）清洗待用。對(duì)陰樹脂的予處理流程為：1）樹脂清洗，2）用5%濃度的Hcl浸泡8小時(shí)， 3）清洗，4）用2—4%濃度的NaOH浸泡4—8小時(shí)，5）清洗待用。 如果樹脂在使用時(shí)已失水而變干燥，則不應(yīng)立即接觸水，以防止樹脂膨脹而崩裂，應(yīng)該先用飽和鹽水浸泡18—20小時(shí)，然后逐步稀釋和清洗。 如果機(jī)組同時(shí)處在啟運(yùn)階段，則需要大量的系統(tǒng)沖洗用水，此時(shí)除鹽系統(tǒng)的出水水質(zhì)雖較差，但已完全能滿足沖洗用水的要求，因此除鹽系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)，樹脂則可以不進(jìn)行予處理而只需經(jīng)過徹底清洗，洗至排水無色無泡沫，即可再生和投運(yùn)。 2-17，強(qiáng)酸陽樹脂在交換過程中有哪些主要交換特性？ 答：1）經(jīng)強(qiáng)酸陽樹脂交換后，水中陽離子全部轉(zhuǎn)成H＋，出水有酸度而無硬度和堿度； 2）水中陰離子全部通過樹脂層，其中的HCO3—會(huì)與H＋ 生成CO2； 強(qiáng)酸樹脂對(duì)水中的陽離子的選擇性吸著順序?yàn)椋篎e3+ >Ca2+>Mg2+>Na+>H+ 2-18，強(qiáng)堿樹脂有哪些主要交換特性？ 答：1）強(qiáng)堿樹脂對(duì)水中陰離子的選擇性為：SO42— > Cl— > OH— > HCO3— > HSiO3—，即它對(duì)強(qiáng)酸陰離子的吸著能力很強(qiáng)，對(duì)弱酸陰離子的吸著能力較小。 2）對(duì)很弱的硅酸，它雖然能吸著其HSiO3—，但吸著能力很差。 2-19，弱堿樹脂有哪些主要交換特性？ 答：1）弱堿樹脂對(duì)離子的選擇性順序?yàn)椋篛H— >SO42— > Cl— > HCO3—。 2）弱堿陰樹脂只能吸著水中的SO42— 、Cl— 等強(qiáng)酸根，對(duì)弱酸根HCO3— 的吸著能力很差，對(duì)更弱的硅酸根HSiO3—不能吸著。 3）OH型弱堿樹脂對(duì)強(qiáng)酸根和弱酸根的吸著是有條件的，即吸著過程只能在酸性溶液中進(jìn)行，如果水的PH值過大時(shí)，水中的OH—濃度大，因?yàn)槿鯄A樹脂對(duì)OH—會(huì)優(yōu)先吸著，別的離子就不能取代它。所以在中性溶液中OH型弱堿樹脂就不能和它們進(jìn)行交換。 4）OH型弱堿樹脂在運(yùn)行中轉(zhuǎn)變成Cl型時(shí)，其體積會(huì)有約25%的收縮。 2-20，弱酸樹脂在離子交換中有哪些工藝特性？ 答：1）在離子交換過程中，弱酸樹脂只能與水中的碳酸鹽硬度交換而生成碳酸，與其他陽離子不起作用。因此利用弱酸樹脂時(shí)在去除水中碳酸鹽硬度的同時(shí)也降低了水的堿度； 2）弱酸樹脂即使在去除水中的碳酸鹽硬度時(shí)，也有一定的泄漏率，而且這泄漏率會(huì)隨著弱酸樹脂的失效程度加深而不斷增大； 3）由于弱酸樹脂不能去除除碳酸鹽硬度外的非碳酸鹽硬度和鈉離子等其他陽離子，所以在除鹽過程中必需與強(qiáng)酸樹脂聯(lián)合應(yīng)用； 弱酸樹脂的工交容量高，價(jià)格也高，況且它的離子交換有嚴(yán)重的局限性，因此它對(duì)于大多數(shù)碳酸鹽硬度較低的地表水的處理中有一定的限制。 第三部分 離子交換基本知識(shí) 3-1，離子交換過程應(yīng)遵守哪些基本原則？ 答：1）離子交換遵循等摩爾量交換的原則，即水中1摩爾的離子與樹脂上同等的1摩爾離子進(jìn)行交換，即各離子在交換前后的摩爾量是相等的； 2）離子交換應(yīng)符合質(zhì)量作用定律，即化學(xué)反應(yīng)速度與反應(yīng)物濃度的乘積成正比。離子交換過程和化學(xué)反應(yīng)同樣符合質(zhì)量作用定律，即改變水中的離子組成可以控制交換過程的進(jìn)行方向。 3-2，水中的離子與樹脂上的離子進(jìn)行交換應(yīng)經(jīng)過哪幾個(gè)步驟？ 答：水中的離子與樹脂上的離子進(jìn)行的交換過程可以分為： 水中的離子在水溶液中擴(kuò)散到樹脂顆粒表面; 擴(kuò)散到 樹脂表面的離子穿透樹脂顆粒表面的水膜。 2）水中的離子進(jìn)入樹脂顆粒內(nèi)部交聯(lián)網(wǎng)孔,在內(nèi)部擴(kuò)散,接觸到活性基團(tuán)； 3）水中的離子與樹脂上的離子進(jìn)行離子交換； 4）交換后的離子在樹脂交聯(lián)網(wǎng)孔內(nèi)擴(kuò)散,到樹脂顆粒表面； 5）交換下的離子穿過樹脂顆粒表面的水膜,擴(kuò)散進(jìn)入水溶液中。 上述各步中第1）與5）稱為膜擴(kuò)散，第2）與4）稱為內(nèi)擴(kuò)散。 3-3，離子交換過程的交換速度由哪些因數(shù)來控制？ 答：離子交換過程的速度首先決定于到底是由膜擴(kuò)散或內(nèi)擴(kuò)散決定，而膜擴(kuò)散或內(nèi)擴(kuò)散會(huì)分別受到下列因素的不同影響： 1）溶液的濃度 溶液的濃度是影響擴(kuò)散速度的重要因素，濃度愈大，擴(kuò)散速度愈快。水溶液中的離子濃度對(duì)內(nèi)擴(kuò)散和外擴(kuò)散有不同程度的影響，當(dāng)濃度大，例如在0.1mol/L時(shí)，膜擴(kuò)散的速度已較快，此時(shí)交換速度主要受內(nèi)擴(kuò)散的支配，這相當(dāng)于再生階段的情況。如離子濃度較小，例如在0.003以下時(shí)，膜擴(kuò)散的速度就很慢，交換速度就受膜擴(kuò)散的支配，這相當(dāng)于運(yùn)行時(shí)的情況。2）溶液的流速；溶液的流速只能加快膜擴(kuò)散，不能影響到內(nèi)擴(kuò)散。3）溶液的溫度；提高溶液溫度能同時(shí)加快膜擴(kuò)散和內(nèi)擴(kuò)散。所以離子交換運(yùn)行和再生時(shí)，夏季的處理效果會(huì)比冬季好。4）樹脂的交聯(lián)度；交聯(lián)度愈大，網(wǎng)孔愈小，其內(nèi)擴(kuò)散愈慢，尤其是當(dāng)水中有大離子時(shí)，對(duì)交換速度的影響就會(huì)更顯著。5）樹脂的粒徑；顆粒粒徑愈小，內(nèi)擴(kuò)散距離愈短，同時(shí)粒徑愈小，相當(dāng)于增加了樹脂膜擴(kuò)散的表面積，從而加快了交換速度。 3-4，樹脂層內(nèi)的離子交換過程是怎樣進(jìn)行的，交換器的失效在樹脂層內(nèi)是怎樣反映的？ 答：1）交換器在運(yùn)行中，樹脂層內(nèi)會(huì)形成三個(gè)區(qū)域，即最上 層的失效樹脂層（稱失效層或飽和層）、中層的交換層（或稱工作層）和最下層的未交換層。因?yàn)橥ㄟ^工作層后的水質(zhì)已達(dá)到和這里的離子交換劑成平衡狀態(tài)，所以交換器最下部的一層樹脂在交換過程中不能發(fā)揮其全部的交換能力，而只是起保護(hù)出水水質(zhì)的作用，故這部分樹脂層又稱為保護(hù)層。 2）交換器中樹脂層內(nèi)的離子交換過程可以看作是樹脂層內(nèi)的工作層不斷的向下移動(dòng)的過程。隨著工作層的不斷下移的同時(shí)，上層的失效層高不斷增加，下層的未交換層高不斷的降低；只要在交換層下尚存有一定高度的未交換層樹脂，交換器的出水水質(zhì)應(yīng)保持不變。 3）當(dāng)樹脂層中的工作層的下緣下移到與樹脂層下緣接觸時(shí)，如果繼續(xù)運(yùn)行，勢(shì)必會(huì)因交換不完全而使水中帶有殘留的未交換離子，當(dāng)其濃度達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)時(shí)，交換器就失效； 4）交換器實(shí)際運(yùn)行中樹脂層中的區(qū)域交界面是不平整的，因而當(dāng)樹脂層失效時(shí)實(shí)際上工作層厚度也時(shí)不均勻的，當(dāng)其最厚處接觸到樹脂層底時(shí)，就會(huì)有離子漏過，所以實(shí)際上其失效點(diǎn)會(huì)提前，交界面愈不平整則樹脂的利用率也就愈低。 3-5，通常交換器樹脂層內(nèi)的工作層約有多少厚？運(yùn)行中會(huì)受到哪些因數(shù)的影響？ 答：工作層的厚度通常約0.2米左右。運(yùn)行中工作層的厚度會(huì)受到多種因素的影響，如：1）水通過樹脂層的流速愈大，工作層則愈厚；2）樹脂的顆粒直徑愈大，工作層愈厚；3）進(jìn)水中要去除的離子濃度愈大，工作層愈厚；4）運(yùn)行中交換器內(nèi)水流愈不均勻，工作層愈厚。 3-6，怎樣利用H＋==Na＋離子交換的出水水質(zhì)曲線來解釋交換器的運(yùn)行過程？ 答；在H == Na交換中，當(dāng)樹脂層內(nèi)的工作層向下移動(dòng)尚未接觸樹脂層底時(shí)，交換器因有樹脂層內(nèi)下層保護(hù)層的作用，出水水質(zhì)應(yīng)能平穩(wěn)的保持在合格范圍內(nèi)，如果以交換器出水量為橫坐標(biāo)，以交換器出水水質(zhì)（此處為含鈉量）作縱坐標(biāo)作水質(zhì)曲線，可見圖中的曲線AB段，此時(shí)出水水質(zhì)穩(wěn)定，曲線平穩(wěn)； 當(dāng)樹脂層內(nèi)的工作層向下移動(dòng)至其下緣開始接觸樹脂層底時(shí)，交換器樹脂層內(nèi)下層保護(hù)層開始消失，出水中開始有應(yīng)該去除的離子漏過，出水水質(zhì)開始改變，即出水中的含鈉量開始升高，曲線開始漸升，到含鈉量達(dá)到失效標(biāo)準(zhǔn)后，即曲線升高至規(guī)定值時(shí)，交換器失效停運(yùn)，樹脂進(jìn)行再生處理。其水質(zhì)變化即圖中的BC段，其中B點(diǎn)即工作層開始接觸樹脂層底點(diǎn)，C點(diǎn)即交換器的失效點(diǎn)。 如果繼續(xù)運(yùn)行，工作層內(nèi)未交換的離子迅速大量的漏出，使出水水質(zhì)迅速惡化，含鈉量迅速增高直到樹脂層內(nèi)的工作層全部消失，即樹脂層全部成失效層，此時(shí)的出水水質(zhì)就完全與進(jìn)水水質(zhì)相同。見圖中的CD曲線； 圖中E及A的縱坐標(biāo)高度e及e′分別表示進(jìn)水和出水中的含鈉量；而C點(diǎn)的縱坐標(biāo)e¨則等于交換器控制的出水水質(zhì)合格標(biāo)準(zhǔn)。 3-7，從水質(zhì)曲線上怎樣看出交換器的工作交換容量、總交換容量和失效后的樹脂殘余的工作交換容量？ 答：因?yàn)榻粨Q器總工交容量=（進(jìn)水離子含量-出水離子含量）×交換器周期制水量，從圖來看，交換器的總工交容量就應(yīng)等于曲線ABCFE所包含的面積的數(shù)值。而ABCDE面積即為交換器樹脂的總交換容量。CDF所包含的面積即為因工作層厚度而喪失的交換容量即交換器失效后的樹脂殘余的工作交換容量。 3-8，多種陽離子與氫型樹脂交換過程各種吸著離子在樹脂層中有怎樣的分布規(guī)律？ 答：當(dāng)含有多種離子的水在固定床內(nèi)與氫型樹脂交換時(shí)，他們?cè)跇渲瑢觾?nèi)的分布規(guī)律如下： 1）吸著離子在樹脂層內(nèi)的分布，時(shí)按其被樹脂吸著能力的大小，自上而下依次分布的。最上部是吸著能力最大的離子（即選擇性最大的離子），最下部是吸著能力最小的離子。 2）各種離子的被吸著能力差異愈大，在樹脂層中的分層愈明顯。各種離子的被吸著能力差異較小時(shí)，在樹脂層中分層不明顯。例如同是二價(jià)的Ca2＋和Mg2＋因它們的選擇性差別小，在樹脂層內(nèi)混排在同一層內(nèi)，只是在此層的上部Ca2＋含量較大，而在下部則Mg2＋的含量較大。 3-9，在含多種陽離子的進(jìn)水與H型樹脂的離子交換過程中，樹脂層內(nèi)各種離子吸著層相互間的變化有什么規(guī)律？ 答：1）在含多種陽離子的進(jìn)水與H型樹脂的離子交換過程中，在樹脂層內(nèi)各層間都會(huì)存在有失效層、交換層和未交換層。 2）隨著運(yùn)行的進(jìn)行，各離子層的失效層都不斷的增厚，交換層都不斷的下移，未交換層都不斷的減薄。 3）各離子層失效層厚度的比例及其增加的速度多決定于進(jìn)水中各離子濃度的比例。 4）當(dāng)H＋→Na＋離子的交換層達(dá)到樹脂層底時(shí)，才會(huì)有Na＋離子在出水中出現(xiàn)，水質(zhì)才會(huì)有變化；而其它離子的交換層的下移對(duì)交換器出水水質(zhì)不會(huì)有改變。 5）進(jìn)水中Na＋離子濃度占總離子濃度的比例愈高，運(yùn)行中H＋→Na＋離子的交換層下移的速度愈快，交換器運(yùn)行的周期會(huì)愈短，對(duì)交換器的運(yùn)行愈不利。 3-10，含有Fe3＋、Ca2＋、Na＋的進(jìn)水經(jīng)過H型樹脂的交換，正常出水中應(yīng)含哪些離子？樹脂層內(nèi)各種離子會(huì)按怎樣的順序排列？在樹脂失效時(shí)，含有Fe3＋、Ca2＋、Na＋的進(jìn)水中各種離子按怎樣的順序漏入出水中？ 答：含有Fe3＋、Ca2＋、Na＋的進(jìn)水經(jīng)過H型樹脂的交換，正常出水中應(yīng)含H＋和少量漏過的Na＋。樹脂層內(nèi)各種離子的排列會(huì)按樹脂對(duì)各種離子的選擇性自上而下依次排列，即Fe3＋在樹脂層的最上部，下面為Ca2＋ 離子層，再下面是Na＋ 離子層。最下層為未接觸水中離子的H型樹脂層。在樹脂失效時(shí)各種離子漏入出水中的順序?yàn)槭紫嚷┏龅氖荖a＋，其次為Ca2＋，最后是Fe3＋。 3-11，多種陽離子與氫型樹脂交換過程時(shí)的出水水質(zhì)曲線是怎樣的？ 答：多種陽離子與氫型樹脂交換過程時(shí)的出水水質(zhì)變化情況可見其水質(zhì)曲線圖。 1）因?yàn)镠型樹脂對(duì)Na＋的選擇性最小，所以Na＋首先漏入出水中，當(dāng)樹脂層中的Na＋和H＋ 的交換層接觸到樹脂層底后，出水中的Na＋的濃度迅速增加，但同時(shí)進(jìn)水中的Ca2＋仍不斷的從鈉型樹脂層中交換出Na＋，因此出水中Na＋的濃度會(huì)超過進(jìn)水中Na＋的濃度， 直至樹脂層中的Ca2＋和Na＋ 的交換層消失，出水中的Na＋濃度才會(huì)與進(jìn)水的Na＋濃度保持相等。 2）當(dāng)鈉型樹脂層消失時(shí)，Ca2＋和Na＋ 的交換層也開始接觸樹脂層底，因此同時(shí)會(huì)有Ca2＋漏入出水中，同樣隨著樹脂層中的鈣型樹脂層的下移和消失，出水中Ca2＋的濃度也會(huì)超過進(jìn)水中的濃度而最終保持與進(jìn)水濃度相等。 如果運(yùn)行繼續(xù)，出水中有Fe3＋出現(xiàn)，而且其濃度也迅速增加，直至其出水中的濃度與進(jìn)水濃度相等，交換器則徹底失效。 3-12，交換器內(nèi)樹脂層的總高度對(duì)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有什么影響，為什么？ 答：在交換器失效時(shí)，交換劑工作層內(nèi)的樹脂并沒有全部失效，但因?yàn)闃渲瑢觾?nèi)工作層的厚度相對(duì)是固定的，所以當(dāng)樹脂總層高較低時(shí)，工作層厚度占總層高的百分率就相對(duì)降低，未完全利用的樹脂的百分率也就較高，交換器的總交換容量就相對(duì)的也降低。當(dāng)提高樹脂層總高度時(shí)即提高了樹脂的利用率，因此會(huì)提高交換器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。 第四部分 一級(jí)化學(xué)除鹽 4-1，天然水進(jìn)入鍋爐前為什么要進(jìn)行處理？ 答：鍋爐是用來將水加熱生成蒸汽的設(shè)備，在鍋爐內(nèi)由于大量水蒸發(fā)生成蒸汽，水中的一些雜質(zhì)會(huì)留在爐水內(nèi)，而且其濃度會(huì)劇烈的增加，天然水中雖然含的雜質(zhì)不多，但是在鍋爐內(nèi)高度濃縮的環(huán)境下，會(huì)對(duì)鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行產(chǎn)生危害。尤其是水中的某些化合物會(huì)濃縮而在鍋壁上產(chǎn)生沉淀，破壞渦壁的傳熱，使鍋壁金屬產(chǎn)生局部過熱。因此天然水在進(jìn)入鍋爐前必需先除去這些有害的雜質(zhì)，以保證鍋爐的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 4-2，什么是化學(xué)除鹽水處理工藝？ 答：將水中的所有陽離子全部轉(zhuǎn)換成氫離子，所有的陰離子全部轉(zhuǎn)換成氫氧根，這樣，水中就只有氫離子和氫氧根構(gòu)成的水分子，其他陽陰離子構(gòu)成的化學(xué)鹽類都消失了，這種水處理工藝稱為化學(xué)除鹽水處理工藝。 4-3，化學(xué)除鹽水處理中的離子轉(zhuǎn)換主要依靠什么過程來完成？ 答：離子轉(zhuǎn)換主要依靠離子交換來完成，在一種離子交換劑的表面上，水中的離子可以與離子交換劑所攜帶的離子按一定的規(guī)律進(jìn)行交換，這樣，經(jīng)過交換，水中的離子就吸者在離子交換劑上，而離子交換劑上原來所帶的離子就進(jìn)入水中。目前常用的離子交換劑主要是人工合成的離子交換樹脂。 4-4，化學(xué)除鹽過程的主要原理是什么？ 答：1）水中的陽離子經(jīng)強(qiáng)酸陽樹脂交換后，全部轉(zhuǎn)變成H＋ ； 2）水中的堿度HCO3— 與H＋ 可生成CO2 ； 3）水中的剩余陰離子經(jīng)OH型樹脂交換后，全部轉(zhuǎn)變?yōu)镺H— ，因此。經(jīng)H型和OH型樹脂交換后，水中只有H＋ 、OH— 和水分子； 4）因?yàn)殡x子交換是等摩爾量進(jìn)行的，水中陽離子交換后生成的H＋ 和陰離子交換后生成的OH— 與原來水中的陽、陰離子一樣也應(yīng)是等摩爾量的，所以出水應(yīng)為中性，其PH仍應(yīng)等于7。 4-5，寫出化學(xué)除鹽過程的化學(xué)方程式。 答：1）強(qiáng)酸陽床的離子交換反應(yīng)方程式 2）除二氧化碳器的反應(yīng)方程式 3）陰床離子交換反應(yīng)方程式 4-6，交換器正常啟動(dòng)時(shí)應(yīng)該如何操作？ 答：首先打開交換器空氣閥，稍開進(jìn)水閥向交換器進(jìn)水，隨著水不斷進(jìn)入，交換器內(nèi)原存的空氣由空氣閥排出，可以用手在空氣閥下試探排出的氣流來判明交換器在正常進(jìn)水。當(dāng)交換器進(jìn)滿水時(shí)，空氣閥就有水溢出，關(guān)閉空氣閥，打開交換器正洗排水閥，開大進(jìn)水閥，調(diào)節(jié)進(jìn)水流量至正常運(yùn)行時(shí)控制的水流流量，交換器正洗至排水達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)閉正洗排水閥，打開交換器出水閥開始運(yùn)行制水。 4-7，交換器內(nèi)樹脂層失水后在啟動(dòng)前應(yīng)該如何進(jìn)水？為什么？ 答：應(yīng)先由交換器上部進(jìn)水至水位高于樹脂層后，改由底部進(jìn)水至空氣閥溢水為止。因?yàn)橛山粨Q器上部進(jìn)水時(shí)，樹脂顆粒間夾雜的空氣不能排除，因此必需采用底部進(jìn)水將空氣隨上升的水流同時(shí)排除。但當(dāng)交換器樹脂層內(nèi)無水時(shí)，由交換器底部進(jìn)水會(huì)因樹脂顆粒間的摩擦力使樹脂層成一個(gè)整體上抬，此時(shí)會(huì)造成中排裝置的彎曲或斷裂。 4-8，監(jiān)視交換器在運(yùn)行中進(jìn)水和出水的壓力有什么作用？ 答：監(jiān)視交換器在運(yùn)行中進(jìn)水和出水的壓力主要是監(jiān)視水流經(jīng)過交換器樹脂層時(shí)的壓力降，也即水流流經(jīng)樹脂層時(shí)的阻力。影響阻力的因數(shù)很多，包括交換器的水流流量、樹脂層的總高度、樹脂層面小樹脂顆粒的粒徑和層厚、運(yùn)行中樹脂層面的截污程度等。由于上述因數(shù)的影響，交換器經(jīng)過若干周期運(yùn)行后與剛投運(yùn)周期相比，其壓力降會(huì)增高，過高的壓力降會(huì)造成交換器中排裝置故障，因此當(dāng)壓力降過高時(shí)交換器樹脂層就應(yīng)該進(jìn)行反洗，以排除樹脂層中的樹脂碎片和積聚的污物。 4-9，怎樣調(diào)節(jié)交換器正常運(yùn)行的出力？ 答：因?yàn)榻粨Q器的出力 = 交換器截面積×流速，通常當(dāng)進(jìn)水含鹽量不超過5mmol/L時(shí)，除鹽系統(tǒng)交換器運(yùn)行流速選用5—25m/h，由此可以由交換器的截面積算得交換器運(yùn)行時(shí)的正常出力。但交換器運(yùn)行流速會(huì)受進(jìn)水水質(zhì)和樹脂特性等的影響，選用較高流速時(shí)會(huì)增加樹脂層的阻力，運(yùn)行中會(huì)容易造成中排裝置的故障，同時(shí)還會(huì)降低樹脂的平均工交容量。 4-10，說明交換器的進(jìn)、出水裝置的作用原理。 答：交換器進(jìn)水裝置的作用原理：1）使進(jìn)入交換器內(nèi)的水流分配均勻；2）使進(jìn)水流不會(huì)直接沖擊樹脂層表面，保持樹脂層表面平整；3）反洗時(shí)將樹脂層內(nèi)的懸浮物及破碎的樹脂碎片隨反洗水排出交換器。 交換器出水裝置的作用原理：1）支撐樹脂層，過濾水流，使出水水流均勻的通過樹脂層引出交換器；2）反洗和再生時(shí)均勻的分布水流和再生液。 4-11，除鹽系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水懸浮物、有機(jī)物含量和殘余氯含量有什么要求？懸浮物、有機(jī)物含量和殘余氯含量過高對(duì)除鹽系統(tǒng)運(yùn)行有什么影響？ 答：根據(jù)水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，除鹽系統(tǒng)對(duì)進(jìn)水的濁度要求小于2mg/L，殘余氯含量要求小于0.1mg/L，COD應(yīng)不超過2mg/L；濁度超標(biāo)表示水中懸浮物過高，長期運(yùn)行會(huì)污染樹脂，增加運(yùn)行中樹脂層的阻力，降低樹脂的交換容量，反洗時(shí)過量的懸浮物進(jìn)入樹脂層，會(huì)積聚在樹脂層內(nèi)，造成運(yùn)行中的偏流，影響出水水質(zhì)；COD（化學(xué)耗氧量）表示原水中有機(jī)物的含量，水中的有機(jī)物主要容易污染強(qiáng)堿樹脂，會(huì)堵塞強(qiáng)堿樹脂的微孔，造成樹脂結(jié)塊；要降低水中的有機(jī)物含量，常用的方法是加氯，但氯對(duì)有機(jī)物氧化的同時(shí)，也會(huì)氧化樹脂，使樹脂結(jié)構(gòu)破壞，縮短樹脂的使用壽命，所以必須控制殘余在水中的氯的含量。 通常經(jīng)過混凝處理后的水質(zhì)，出水濁度應(yīng)低于5mg/L，再經(jīng)過濾，濁度應(yīng)不超過2mg/L，水中有機(jī)物含量會(huì)降低50—70%，如果在凈水過程不采用加氯來除有機(jī)物，則水中不會(huì)存在殘余氯。 4-12，如果進(jìn)水平均懸浮物含量為2mg/L，陽床按40m/h出力運(yùn)行25小時(shí)，進(jìn)水帶入陽床的懸浮物總量會(huì)有多少？ 如果陽床按40m3/h出力運(yùn)行25小時(shí)，則進(jìn)入陽床的水量40 ×25=1000m3：，進(jìn)水平均懸浮物含量為2mg/L，此時(shí)進(jìn)水帶入陽床的懸浮物總量應(yīng)=1000× 2=2000g=2Kg。 4-13，除鹽系統(tǒng)運(yùn)行中為什么要測(cè)定陰床出水的電導(dǎo)率來判斷陽床的失效，而不直接測(cè)定陽床出水的電導(dǎo)率來判斷陽床失效？能否估算出陽床失效時(shí)其出水電導(dǎo)率會(huì)有多大的變化？ 答：原水經(jīng)陽離子交換后，水中所有的陽離子全部轉(zhuǎn)變?yōu)镠+，此時(shí)水中除了H+ 外還有原水中的全部陰離子，假設(shè)原水陽離子總含量=3.3mmol/L，陰離子中HCO3—=1.3mmol/L，Cl—及SO42—的含量各為1mmol/L，此時(shí)陽床出水中各離子的電導(dǎo)率就應(yīng)約等于：H+ =3.3×250 = 825μS/cm，HCO3— = 1.3×61×0.715 = 57μS/cm，Cl— = 1×35.5×2.14 = 76μS/cm，SO42— = 1×48×1.54 = 74μS/cm，此時(shí)陽床出水總電導(dǎo)率約等于1032μS/cm。當(dāng)陽床失效時(shí)，出水中有200μg/L（=0.2mg/L）的Na+未轉(zhuǎn)變成H+，因此出水的電導(dǎo)率會(huì)降低0.2×250＋0.2×2.13≈50μS/cm，即陽床此時(shí)出水總電導(dǎo)率由原來的1032降低至982μS/cm，其降低值僅為50/1032=0.048，從表計(jì)顯示上不會(huì)很明顯。但在陰床出水中，原來因陽床出水的H+ 與陰床出水中的OH—是等摩爾量的，所以電導(dǎo)率理論上應(yīng)等于0，當(dāng)陽床因有0.0087mmol/L的Na+泄漏，造成H+ 有0.0087mmol/L的降低時(shí)，陰床出水中就會(huì)有0.0087mmol/L的OH—的過剩，此時(shí)其電導(dǎo)率會(huì)由原來的0增高至0.0087×17×11.6 = 1.7μS/cm，表計(jì)顯示的變化就會(huì)非常明顯判斷出來。同時(shí)，由于有OH—的過剩，出水的PH值也會(huì)出現(xiàn)升高。所以運(yùn)行中通常都用陰床出水的變化來判斷陽床的失效。 附 水中每含1mg/L離子時(shí)水溶液的電導(dǎo)率為：H+=250μS/cm；Na+=2.13μS/cm；HCO3—=0.715μS/cm；Cl—=2.14μS/cm；SO42—=1.54μS/cm；OH—=11.6μS/cm。 4-14，運(yùn)行統(tǒng)計(jì)中怎樣來計(jì)算陽床的進(jìn)水離子含量？為什么？ 答：運(yùn)行中陽床的進(jìn)水離子含量通常用陽床進(jìn)水的堿度與陽床出水的酸度相加的和來計(jì)算；因?yàn)殛柎策M(jìn)水中的所有陽離子經(jīng)過陽床后，都應(yīng)交換為氫離子，此時(shí)有一部分氫離子會(huì)與水中的堿度生成二氧化碳而消耗，所有測(cè)定陽床出水的酸度實(shí)際上是與堿度反應(yīng)后剩余的氫離子，進(jìn)水中的氫離子總含量就應(yīng)包括陽床出水的酸度與進(jìn)水的堿度的和。 4-15，運(yùn)行統(tǒng)計(jì)中怎樣來計(jì)算陰床的進(jìn)水離子含量？為什么？ 答：陰床的進(jìn)水中的離子含量即陽床出水中所含的陰離子，此時(shí)，原水中的堿度已生成二氧化碳而消失，所以陽床出水的酸度即為陰床進(jìn)水的離子含量。但是，在滴定堿度時(shí)弱酸陰離子在指示劑顯色時(shí)并不包括在內(nèi)，所以，陰床的進(jìn)水中的離子含量應(yīng)等于陰床進(jìn)水酸度＋進(jìn)水中[CO2]/44＋進(jìn)水中[SiO2]/60。在陰床進(jìn)水中所含弱酸陰離子包括經(jīng)過脫碳塔后剩余的微量二氧化碳和原水中原有的二氧化硅，其總含量通常很低而且很穩(wěn)定，因此，在計(jì)算時(shí)，一般用陽床出水的酸度加0.2或0.3來來計(jì)算陰床的進(jìn)水離子含量。 4-16，陽床正常運(yùn)行時(shí)出水中有沒有硬度，為什么？ 答：陽床在正常運(yùn)行中，當(dāng)鈉離子與氫離子的交換層接觸到樹脂層底時(shí)，鈉離子就開始進(jìn)入出水中，濃度達(dá)到失效標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就判定交換器失效了，此時(shí)鈉離子的飽和層對(duì)鈣離子與鈉離子的交換仍能起有效的保護(hù)作用，因此正常運(yùn)行中陽床出水中不會(huì)有硬度出現(xiàn)。 4-17，陽床正常運(yùn)行時(shí)出水中有沒有堿度，為什么？ 答：在陽床的離子交換中，進(jìn)水所含的陽離子全部交換成氫離子，進(jìn)水時(shí)原水中含的堿度（即重碳酸根離子）與氫離子起中和作用而生成二氧化碳和水，原有的堿度消失了。所以陽床正常運(yùn)行中出水不會(huì)有堿度。 4-18，陽床出水進(jìn)入除碳器除去的二氧化碳是哪里來的，其含量如何計(jì)算？ 答：陽床出水進(jìn)入除碳器除去的二氧化碳，其中除了有一小部分是原水中本來所含的氣體外，大部分是原水中所含的堿度（即重碳酸根離子）與原水中的陽離子經(jīng)陽樹脂交換后生成的氫離子中和后的產(chǎn)物，即HCO3－＋H＋ ＝ H2O ＋CO2。其含量可以通過原水中重碳酸根離子的含量來計(jì)算，因?yàn)樗忻亢?mmol/L的重碳酸根離子，交換后就會(huì)生成1mmol/L的二氧化碳，即要除去的二氧化碳的摩爾量應(yīng)該等于原水的堿度。 4-19，在除鹽過程中陽床出水的含鈉量有可能會(huì)高于進(jìn)水的含鈉量嗎，為什么？ 答：在化學(xué)除鹽過程中，當(dāng)陽床樹脂層中的氫和鈉的離子交換全部變?yōu)殁c離子的飽和層后，此時(shí)樹脂層對(duì)鈉離子已無交換能力，即鈉離子會(huì)直接流過樹脂層，但在此同時(shí)進(jìn)水中的鈣離子仍不斷的從飽和了的鈉型樹脂層中交換出鈉離子，因此此時(shí)出水中鈉離子的濃度會(huì)超過進(jìn)水， 直至樹脂層中的鈉型樹脂層消失，出水中的鈉離子濃度才會(huì)與進(jìn)水的鈉離子濃度保持相等。 4-20，陽床在正常運(yùn)行中，當(dāng)進(jìn)水的硬度增加時(shí)，對(duì)交換器的周期制水量和出水的含鈉量會(huì)有哪些影響？ 答：陽床在正常運(yùn)行中，當(dāng)進(jìn)水的硬度增加時(shí)，交換器樹脂的平均工作交換容量會(huì)降低，這是因?yàn)樵诮粨Q后的樹脂層中，鈣型樹脂層的高度會(huì)增加，它會(huì)使鈉型樹脂層向下移動(dòng)的速度加快，因而交換器會(huì)提前到達(dá)失效終點(diǎn)，使交換器樹脂的總交換容量降低，周期制水量減少。但在交換器正常運(yùn)行中，雖然進(jìn)水硬度增加了，其出水的含鈉量并不會(huì)有影響，因?yàn)檎＿\(yùn)行時(shí)在交換器樹脂層中只要有未交換的樹脂層（即保護(hù)層）存在，水中的鈉離子都能有效得到控制。 4-21，如果陽床進(jìn)水的硬度=2mmol/L，含鈉離子=1mmol/L，經(jīng)陽離子交換后生成的氫離子應(yīng)有多少？ 答：經(jīng)陽離子交換后所有的陽離子都轉(zhuǎn)變?yōu)闅潆x子，所以當(dāng)進(jìn)水中有硬度2mmol/L和鈉離子1mmol/L時(shí)，總離子量為3mmol/L，經(jīng)過交換后，根據(jù)離子交換按等摩爾量進(jìn)行的規(guī)律，生成的氫離子也應(yīng)為3mmol/L。 4-22，滴定陽床出水的酸度時(shí)應(yīng)用哪種指示劑？為什么？ 滴定陽床出水的酸度時(shí)應(yīng)用甲基橙作指示劑，因?yàn)楫?dāng)甲基橙變色時(shí)溶液的PH值在4.3，此時(shí)溶液內(nèi)的包括重碳酸在內(nèi)的所有形成酸度的離子都能與滴定用的NaOH完全中和，此時(shí)的酸度即為總酸度。 4-23，為什么滴定酸度時(shí)的計(jì)算中，所消耗的NaOH的毫升數(shù)就是水溶液的酸度值？ 滴定時(shí)的計(jì)算原理是“滴定所用的物質(zhì)和被滴定的物質(zhì)的摩爾量相等”；即滴定所用的NaOH的濃度和體積的乘積應(yīng)等于所取水樣的酸度和體積的乘積，即NV=N’V’。當(dāng)NaOH的濃度為0.1mol/L時(shí)，所取水樣的體積等于100ml，如果滴定至終點(diǎn)消耗NaOH體積等于a ml，水樣酸度應(yīng)=（滴定時(shí)用堿的濃度×耗堿體積）÷水樣體積；此時(shí)堿的濃度=0.1mol/L×1000=100mmol/L，堿的體積=a，水樣體積= 100ml，所以酸度就等于0.1×1000mmol/L×a ml÷100 ml =a mmol/L，即數(shù)值上等于滴定時(shí)所消耗的NaOH的毫升數(shù)，單位是毫摩爾/升。 4-24，如果水樣酸度等于2mmol/L所用NaOH的濃度為0.01mol/L，則滴定應(yīng)耗NaOH多少毫升？ 如果水樣酸度等于2mmol/L所用NaOH的濃度為0.01mol/L，滴定所耗NaOH體積a等于：則0.1mol×1000×a = 100×2，即a =100×2÷（0.01×1000）=20ml。 4-25，當(dāng)陽床失效漏鈉230微克/升時(shí)，如果用濃度為0.01mol/L的NaOH溶液滴定，耗用體積應(yīng)該減少多少毫升？ 當(dāng)陽床漏鈉230微克/升即230÷1000÷23=0.01mmol/L時(shí)，其酸度相應(yīng)的降低0.01mmol/L，如果用濃度為0.01mol/L的NaOH滴定時(shí)，其體積應(yīng)減少v ml，則0.01×1000×v=100×0.01，v=100×0.01÷（0.01×1000）=0.1 ml 4-26，交換器在實(shí)際運(yùn)行中，樹脂層中的工作層尚未與樹脂層底接觸，為什么出水中會(huì)有應(yīng)該去除的離子出現(xiàn)？ 答：例如在陽交換器的實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)樹脂層中的H＋＝ Na＋ 離子交換層尚未與樹脂層底接觸時(shí)，樹脂層中的下層H型樹脂層能使交換層中泄漏的Na＋ 離子進(jìn)一步得到徹底交換，也即交換層下的樹脂層能起到保護(hù)層的作用，此時(shí)在出水中就不應(yīng)有Na＋ 存在。但是在實(shí)際陽床的運(yùn)行中，即使在這階段的出水中仍然會(huì)有微量的Na＋ ，這主要因?yàn)榻粨Q器在實(shí)際運(yùn)行中使用的再生劑中往往會(huì)含有一定量的雜質(zhì)，（例如在用來再生陽床的工業(yè)鹽酸中會(huì)包含有約5%的Na＋ ，在用來再生陰床的工業(yè)液堿中也會(huì)包含有約5%的Cl－），因此當(dāng)再生后的底層樹脂層中就會(huì)包含有一定量的Na型樹脂，在正常運(yùn)行中，由于經(jīng)上層樹脂交換后的水流中含有較高的H＋ 濃度，遇到底層的Na型樹脂時(shí)，離子交換反應(yīng)會(huì)逆向進(jìn)行，使底層中的Na型樹脂交換成H型樹脂而同時(shí)放出Na＋ ，使出水中含有微量的Na＋。 4-27，陽床再生后投運(yùn)時(shí)的出水含鈉離子量偏高，主要有哪些原因？ 答：在陽床樹脂層與水中離子進(jìn)行交換時(shí)，按理論講只要在氫鈉離子交換層下尚存在有未進(jìn)行交換的氫型樹脂層，就不應(yīng)有鈉離子進(jìn)入出水中。但是當(dāng)未進(jìn)行交換的氫型樹脂層中混有未徹底再生的鈉型樹脂時(shí)，這些鈉型樹脂會(huì)不斷交換出鈉離子進(jìn)入出水中，使出水含鈉離