水质工程学第8章离子交换
水质工程学重点
1.普通快滤池的组成：集水渠、排水渠、滤料层、承托层、配水系统2.滤池的工作原理：滤池工作时，将沉淀以后的水引入滤池上部，由上向下经滤层过滤，水中浊质被截留于滤层中，滤后的清水经下部集水系统收集后，引出池外。
3.滤料比表面积：粒状滤料的比表面积可以表示为单位重量或体积的滤料所具有的表面积，单位为cm2/g或cm2/ cm3。
4.滤层的含污能力：单位面积滤层在一个过滤周期截留的悬浮物量5.滤池压力周期：随着澄清过滤过程的进行，滤层的水头损失h逐渐增加，当增加到最大值时，便需要对滤层进行反冲洗，这是滤池的过滤周期称为压力周期6.水质周期：滤池由开始进入有效过滤期到出水浊度达到泄漏值成为水质周期7.工作周期：从过滤开始到冲洗结束的一段时间称为快滤池的工作周期。
8.与等速过滤相比，减速过滤有哪些优点？1. 与等速过滤相比，在平均滤速相同的情况下，减速过滤后的出水水质较好,产水量较大。
这可能因为在过滤周期后期，减速过滤滤速较低，因而相应的管道等的水损较小，在作用水头相同的条件下，提供给滤层的可利用的水头较大；同样在过滤后期，恒速过滤出水浊度较高，而减速过滤由于滤速较低，出水水质较好；2. 在相同过滤周期内，过滤水损也较小。
这是因为当滤料干净时，滤层的孔隙率较大，虽然滤速较其它滤池较高，但孔隙流速并非按流速增高倍数增大。
相反滤层内截留杂质量较多时，虽然滤速较低，但因滤层孔隙滤减小，孔隙流速并未过多减小。
因而，过滤初期，滤速较大可使悬浮物深入下层滤料；过滤后期滤速减小，可防止悬浮颗粒穿透滤层。
等速过滤则不具备这种调节功能9.反冲洗强度：当用水对过滤层进行反冲洗时，经滤层单位面积上流过反冲洗水流量：q=Q/A10.什么叫负水头？它对过滤和冲洗有何影响？如何避免滤层中的负水头现象？答：负水头现象:当过滤进行到一段时间时，滤料表面由于被堵塞，使整个滤层的水损集中在滤池表面，在过滤后期滤层内部出现真空到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深，该深度处就出现负水头负水头危害及措施：①增加滤层局部阻力，增加了水头损失，滤池的作用水头很快被用完，需中止过滤；②空气泡会穿过滤料层，上升到滤池表面，甚至把煤粒这种轻质滤料带走。
水的离子交换处理
水的离子交换处理第一节离子交换除盐原理、水的离子交换除盐就是顺序用H型阳离子交换树脂将水中各种阳离子交换成H+,用OH型阴离子交换树脂将水中各种阴离子交换成OH-，进入水中的H+和OH-离子组成水分子H2O;或者让水经过阳阴混合离子交换树脂层，水中阳、阴离子几乎同时被H+和OH-离子所取代。
这样，当水经过离子交换处理后，就可除尽水中各种的无机盐类。
该工艺中发生的H离子交换反应和OH离子交换反应以及树脂再生过程中发生的反应如下：(1)氢离子交换反应式：(HCO3) (HCO3)2RH + Ca(Mg,Na2) Cl2 → R2Ca(Mg,Na2) + H2Cl2SO4 SO4再生反应式为：2HCl Cl2R2Ca(Mg,Na2) + → 2RH + Ca(Mg,Na2)H2SO4 SO4(2)氢氧根离子交换反应式为：SO4 SO4Cl2 Cl22ROH + H2 CO3 → R2(HCO3)2 + 2H2OSiO3 (HsiO3)2再生反应式：SO4 SO4Cl2 Cl2R2 (HCO3)2 + 2NaOH → 2ROH + Na2CO32-(HSiO3)2 SiO3进入离子交换器的水中一般都含有大量的碳酸氢盐。
它是天然水中碱度的主要组成部分。
当水经H离子交换后，碳酸氢盐转化成了碳酸，连同水中原来含有的碳酸，可用除碳器一起除去。
这样可以减轻阴离子交换器的负担降低消耗。
水中碳酸的平衡关系如下式所示：H＋+ HCO3- ≒H2CO3 ≒CO2 +H2O水中H＋浓度越大，平衡越易向右移动。
当水的pH值低于4.3时，水中的碳酸几乎全部以游离的CO2形式存在。
水中游离的CO2可以看作是溶解在水中的气体，它在水中的溶解度符合亨利定律，只要降低水面上CO2的分压就可除去CO2。
除碳器就是利用这个原理除去CO2的。
第二节树脂层中的离子交换过程一、阳床工作特性阳床的作用是除去水中H＋离子以外的所有阳离子。
当其运行出水钠离子浓度升高时，树脂失效，须进行再生。
水质工程学Ⅰ思考题
第1章水质与水处理概论一、选择题1．地表水水质特点是（）A. 浊度变化大B. 水温不稳定C. 含盐量大D. 易受有机污染E. 细菌多2．地下水与地表水相比，其特点是（）A. 分布广B. 水温稳定C. 受污染少D. 含盐量少E. 浊度低3．水中杂质按颗粒尺寸大小可分为（）A. 胶体B. 悬浮物C. 溶解杂质D. 有机物E. 细菌第2章水的处理方法概论一、问答题1、三种理想反应器的假定条件是什么?研究理想反应器对水处理设备的设计和操作有何作用?2、3种理想反应器的容积或物料停留时间如何求得？试写出不同反应级数下3种理想反应器内物料的平均停留时间公式。
3、在实验室内作氯消毒试验。
已知细菌被灭火速率为一级反应，且k=0.85min-1。
求细菌被灭火99.5%时，所需消毒时间为多少分钟？4、设物料i分别通过CSTR型和PF型反应器进行反应后，进水和出水中i浓度值比均为C0/Ce=10，且属一级反应，k=2h-1。
求水流在CSTR型和PF型反应器内各需多少停留时间。
5、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。
第3章凝聚和絮凝一、选择题1．混合阶段要求快速剧烈，通常不超过（）A. 5分钟B. 2分钟C. 1分钟D. 30秒2．破坏胶体的稳定性可采用投加（）A. 氧化剂B. 食盐C. 消毒剂D. 混凝剂3．胶体稳定性的关键是（）A. 动力学稳定性B. 聚集稳定性C. 水化膜D. 范德化力作用4．异向絮凝是由下列因素造成的颗粒碰撞（）A. 布朗运动B. 机械C. 水力D. 水泵5．影响混凝效果的水力控制参数是（）A. 流量QB.流速υC. 水温TD. 速度梯度G6．胶体能稳定存在于水中的原因是（）A. 具有布朗运动B. 溶解度高C. 表面积大D. 表面水化膜E. 双电层结构7．同向絮凝中,颗粒的碰撞速率与下列因素有关( )A. 速度梯度B. 颗粒浓度C. 颗粒直径D. 絮凝时间E. 搅拌方式8．影响混凝效果的主要因素为（）A. 水温B. 水的PHC. 水的碱度D. 水的流速E. 水中杂质含量9．在机械絮凝池中，颗粒碰撞主要靠（）提供能量A.机械搅拌器B. 自身能量消耗C. 水平流速 D . 布朗运动10．压缩双电层与吸附电性中和作用的区别在于（）A. 前者会出现电荷变号B. 后者会出现电荷变号C. 前者仅靠范德华引力 D . 后者仅靠静电引力11．为防止絮凝体破碎，在絮凝阶段要求速度梯度（）A. 逐渐增大B. 逐渐减小C. 维持不变D. 都可以12．在混合阶段，剧烈搅拌的目的是（）A. 造成颗粒碰撞B. 药剂快速水解、聚合及颗粒脱稳C. 使速度梯度减小 D . A、B、C都有二、名词解释1.胶体稳定性2.同向絮凝3. 胶体脱稳4. 异向絮凝5.聚集稳定性6. 动力学稳定三、简答题1、在净化水时投加混凝剂的作用是什么？2、试写出常用的三种混凝剂及一种有机高分子混凝剂。
水质工程学 教学大纲
●课程教学目的本课程是环境工程专业必修的主要专业课之一，以讲授水处理单元操作为主，目的是使学生对水、废水与污染物的性质、来源、水质标准及控制水污染的基本途径和治理方法有较全面深入的了解，初步掌握水污染治理技术。
●教学任务本课程的任务是讲授水处理方法的基本知识，配合实验、学习、课程设计、毕业专题等教学环节，最终使学生掌握水处理的基本理论与工程技术，为进行水处理工程设计、科学研究和运行管理打下基础。
●教学内容的结构一、理论教学第一篇水质与水处理概论第 1 章水质与水质标准1.1 天然水中杂质的种类与性质1.2 水体的污染和自净1.3 饮用水水质与健康1.4 用水水质标准1.5 污水的排放标准第 2 章水的处理方法概论2.1 主要单元处理方法2.2 反应器的概念及其在水处理中的应用2.3 水处理工艺流程第二篇物理、化学及物理化学处理工艺原理第 3 章凝聚和絮凝3.1 胶体的稳定性3.2 混凝原理3.3 混凝剂3.4 混凝动力学3.5 混凝过程3.6 混凝设施3.7 混凝试验第 4 章沉淀4.1 杂质颗粒在静水中的沉淀4.2 平流式沉淀池4.3 斜板、斜管沉淀池4.4 澄清池4.5 水中造粒4.6 浓缩4.7 气浮第 5 章过滤5.1 慢滤池与快滤池5.2 颗粒滤料5.3 快滤池的运行5.4 过滤理论5.5 滤层的反冲洗5.6 几种常见的滤池第 6 章吸附6.1 吸附概述6.2 活性炭吸附6.3 活性炭吸附的应用6.4 活性炭的再生6.5 水处理中的其它吸附剂第 7 章氧化还原与消毒7.1 概述7.2 氯氧化与消毒7.3 臭氧氧化与消毒7.4 其他氧化与消毒方法7.5 高级氧化概述第 8 章离子交换8.1 离子交换概述8.2 离子交换反应8.3 离子交换装置及运行操作8.4 离子交换的应用第 9 章膜滤技术9.1 概述9.2 微滤和超滤9.3 反渗透和纳滤9.4 电渗析9.5 膜滤技术在水处理中的应用第 10 章水的冷却 (自学部分)10.1 水的冷却原理10.2 冷却的热力学问题10.3 冷却水的水质与水处理第 11 章腐蚀与结垢 (自学部分)11.1 腐蚀类型与过程11.2 影响腐蚀的因素与腐蚀形式11.3 水质稳定指数11.4 水质稳定处理第 12 章其它处理方法 (自学部分)12.1 中和12.2 化学沉淀12.3 电解12.4 吹脱、汽提法12.5 萃取法第三篇生物处理理论与应用第 13 章活性污泥法13.1 活性污泥法的理论基础13.2 活性污泥的性能指标及其有关参数 13.3 活性污泥反应动力学及其应用13.4 活性污泥法的各种演变及应用13.5 曝气及曝气系统13.6 活性污泥法污水处理系统的过程控制与运行管理 13.7 活性污泥法的脱氮除磷原理及应用13.8 活性污泥法的发展与新工艺第 14 章生物膜法14.1 生物膜法的基本概念14.2 生物膜的增长及动力学14.3 生物滤池14.4 生物转盘14.5 生物接触氧化法14.6 生物流化床14.7 其他新型生物膜反应器和联合处理工艺14.8 生物膜法的运行管理第 15 章厌氧生物处理15.1 概述15.2 厌氧生物处理的基本原理15.3 厌氧微生物生态学15.4 升流式厌氧污泥层工艺15.5 两相厌氧生物处理15.6 悬浮生长厌氧生物处理法15.7 固着生长厌氧生物处理法第 16 章自然生物处理系统16.1 稳定塘的基本原理16.2 好氧塘16.3 兼性塘16.4 厌氧塘16.5 曝气塘与深度处理塘16.6 常规稳定塘的设计原则第 17 章污泥处理、处置与利用17.1 概述17.2 污泥的分类、性质及计算17.3 污泥浓缩17.4 污泥的厌氧消化17.5 污泥的其它稳定措施17.6 污泥的调理17.7 污泥的干化与脱水17.8 污泥的干燥与焚化17.9 污泥的有效利用与最终处理第四篇水处理工艺系统第 18 章常用给水处理工艺系统（实践部分）18.1 给水处理工艺系统的选择原则18.2 地面水的常规处理工艺系统18.3 受污染水源水的处理工艺系统18.4 水的除藻18.5 水的除臭除味18.6 给水厂污水的回收利用18.7 给水厂污泥的处理与处置第 19 章特种水源水处理工艺系统（实践部分）19.1 高浊度水处理工艺系统19.2 地下水除铁除锰处理工艺系统19.3 水的除氟除砷处理工艺系统19.4 软化、除盐与锅炉水处理工艺系统19.5 游泳池水的处理工艺系统第 20 章城市污水处理工艺系统（实践部分）20.1 污水处理工艺系统的选择原则20.2 城市污水处理工艺系统20.3 活性污泥法处理系统实例20.4 污水深度处理与再生水有效利用20.5 污泥处理与利用工艺系统第 21 章工业废水处理工艺系统（实践部分）21.1 概述21.2 常用工业废水处理工艺系统二、实验教学1.颗粒自由沉淀实验Particle Free Sediment Experiment2.混凝实验Coagulation Experiment3.过滤及反冲洗实验Filtration and Wash Experiment4.树脂类型的鉴别Identifying Species of Resin5.强酸性阳树脂总交换容量的测定Measurement of Strong Acid Cation Resin Exchange Total Volume6.强酸性阳树脂工作交换容量的测定Measurement of Strong Acid Cation Resin Working Exchange Volume 7.曝气充氧实验Aeration Experiment8.完全混合式活性污泥法处理系统的观测和运行Completely Mixed Activated Sludge Process9.污泥沉降比 (SV%)和污泥指数(SVI)的测定Measurement of Strong Acid Cation Resin Exchange Total Volume 10.曝气池中环境因素的监测和菌胶团中生物相的观察Environmental Factor Monitor and Observation of Miroorganism in Zoogloea in Aeration Tank11.生物转盘实验Rotating Bio Disc Experiment12.SBR法计算机自动控制系统Computer Auto Control System of SBR13.间歇式活性污泥法实验Experiment System of Sequencing Batch Reactor模块或单元教学目标与任务“水质工程学”是环境工程专业和给水排水工程专业的重要学科基础课之一。
水质工程学名词解释
流速过小：淤塞，影响过水能力
调节的功能
调节水量；均化水质；同时调节水量、均化水质。
调节的目的
削弱水质水量波动对废水处理工艺的影响，利于或保证处理工艺的正常运行，保
证稳定的处理效果。
调节方式
在线调节：全部废水均流过调节池，对废水的流量和水质可进行大幅度调节。
离线调节：只有超过日平均流量的那部分废水进入调节池，对废水的流量和水质
的调节幅度较小，并需另设提升泵，操作复杂，不常采用。
调节池的类型
均量池；均质池；均化池；
9。
水质工程学习题(全)
水质工程学习题(全)编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（水质工程学习题(全)）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为水质工程学习题(全)的全部内容。
第一章水质与水质标准填空题:1、水的循环包括：和。
2、按水中杂质的尺寸，可以将杂质分为、、三种。
3、含磷物质存在形式:、、 ;溶解性的磷：、、；悬浮性的磷：。
4、按处理程度污水处理分为:、、 .5、污水的最终出路：、、。
6、城市污水：包括以下四部分、、、 .7、污水复用分:、。
8、有直接毒害作用的无机物：、、、、、。
9、生活饮用水的水质指标可分为、、、四类。
10、通常采用、、、等水质指标来表示水质耗氧有机物的含量。
名词解释：1、合流制2、分流制3、 BOD4、 COD5、 TOC6、 TOD7、总残渣、总固体或叫蒸发残渣8、水体富营养化（eutrophication ）的定义 9、水环境容量 10、水体自净问答题：1、污水中含氮物质的分类及相互转换2、什么是水体自净？为什么说溶解氧是河流自净中最有力的生态因素之一?3、在研究水体污染问题时，为什么除毒物外，还要考虑溶解氧和生化需氧量这两个问题？在进行水体自净的计算时，关于溶解氧一般是以夏季水体中不低于 4mg/L为根据的,但在北方严寒地区,对于溶解氧的要求往往提高，这是什么原因？4、进行水体污染的调查，主要应采取哪些步骤？5、什么是水体富营养化？富营养化有哪些危害？6、 BOD 的缺点、意义？7、什么是“水华"现象?8、什么是“ 赤潮 " 现象？9、氧垂曲线的意义，使用时应主意哪些问题?10、写出氧垂曲线的公式,并图示说明什么是氧垂点.11、河水：最旱年最旱月平均时流量（保证率 95% ）(水速为0.25m/s)，生化需氧量=3mg/L，亏氧量Da〈10％，水温T=20，耗氧常数，复氧常数。
水质工程学_章北平_离子交换
第8章 离子交换一、选择题。
1、H离子交换软化法，原水中碳酸盐硬度在交换过程中形成碳酸，因此除了软化外还能去除（ ）。
非碳酸盐硬度在交换过程中，除软化外生成相应的（ ）。
由于H离子交换出水经常为酸性，一般总是和（ ）交换联合使用，或与其他措施（如加碱中和相结合）。
A.酸；碱度；Na离子B.碱度；酸；Na离子C. 酸；Na离子；碱度D. 碱度；Na离子；酸2、纯水制备方法主要有蒸馏法、反渗透法、电渗析法、冷冻法和离子交换法。
其中（ ）的联合使用可制备高纯度去离子水。
A.离子交换法、电渗析法或反渗透法B. 电渗析法、蒸馏法、冷冻法C. 蒸馏法、反渗透法D. 反渗透法、蒸馏法、冷冻法3、水的软化处理主要有：一是基于（ ），加入某些药剂，把水中钙、镁离子转变成难溶化合物使之沉淀。
这一方法称为水的药剂软化法或沉淀软化法。
二是基于（ ），利用某些离子交换剂所具有的阳离子（Na+或H+）与水中钙、镁离子进行交换反应，达到软化的目的，称为水的离子交换软化法。
A.沉淀原理；离子交换原理B.溶度积原理；离子交换原理C.离子交换原理；溶度积原理D. 溶度积原理、置换原理4、下列叙述中错误的是（ ）A．深井水无污染，它是软水B．利用离子交换法使暂时硬水和永久硬水都能软化C．在暂时硬水中，若加入适量的稀盐酸使HCO3-转化成CO2气体，则该暂时硬水已软化D．用磺化煤处理硬水时，Ca2+、Mg2+等阳离子被Na+离子代替，但溶液中阴阳离子总电荷数仍然相同5、若1L水中溶有bmol/L Mg(HCO3)2和2bmol/L CaCl2，则能把溶液中的Mg2+和Ca2+除去的合适试剂是（ ）。
A．NaHCO3B．Na2CO3C．NaOHD．Ca(OH)2二、填空题。
1、根据活性基团性质不同，离子交换树脂可分为两大类，凡与溶液中阳离子进行交换反应的树脂成为 ；凡与溶液中的阴离子进行交换反应的树脂称为 。
2、树脂含水率越大，表示树脂的孔隙率越 ，其交联度越 。
水污染治理技术—离子交换
胀和收缩性能。
（4）湿视密度：指树脂在水中溶解后的质量与堆积体积之比，一 般为0.60～0.85g/mL。
（5）耐热性: 树脂的贮藏和使用温度5～40℃。
2. 化学性能
（1）交换容量：表示树脂交换能力的大小，常用容积法 表示。容积法是指单位体积的湿树脂中离子交换基团的数 量，用Ev（mol/L）表示。
（四）清洗阶段
清洗目的是洗涤残留的再生液和再生时可能出现的反应产物。 清洗水最好用交换处理后的净水。
一般清洗用水量为树脂体积的4～13倍，水流速为2～4m/h。
2、离子交换设备
常用的有固定床、移动床和流动床三种，应用最广泛的是固定
床离子交换器。 A.固定床离子交换器 分为单层床、双层床和混合床三种。 单层床只装一种树脂；双层床装两种同性不同型的树脂，由于 比重不同而分为两层；混合床是把阴阳离子两种树脂混合装成一 床使用。
(2) 选择性：离子交换树脂优先吸附某种离子的性能称为
选择性。在常温和低浓度溶液中，各种树脂对不同离子的
选择性大致有如下规律：
离子价数越高，选择性越好。
a）强酸性阳离子交换树脂的选择性顺序：
Fe3+＞Cr3+＞Al3+＞Ca2+＞Ni2+＞Cd2+＞Cu2+＞Co2+＞Zn2+
＞Mg2+＞K+=NH4+＞Na+＞H+＞Li+ b）弱酸性阳离子交换树脂的选择性顺序：
•
以上五个阶段中，①和⑤属于外扩散；②和④属于内扩散；③属
于离子间的反应，可瞬间完成；因此离子交换速率由①、②、④和⑤ 阶段的一个或几个所制约；而内扩散和外扩散受溶液离子浓度、水温、
第八章+离子交换
第八章 离子交换8-1 概述8.1.1 离子交换的处理对象与功能1、处理对象水处理中，用于软化（去除水中能引起结垢的钙、镁离子）和除盐（去除水中所有阴、阳离子）。
废水处理中，用于去除金属离子。
2、功能满足更高的用水水质要求；实现水或废水的深度处理，利于回用。
8.1.2 离子交换的实质Ion exchange is a reversible chemical reaction wherein an ion from solution is exchanged for a similarly charged ion attached to an immobile solid particle. These solid ion exchange particles are either naturally occurring inorganic zeolites or synthetically produced organic resins. The synthetic organic resins are the predominant type used today because their characteristics can be tailored to specific applications.离子交换的实质是不溶性离子化合物（离子交换剂）上的可交换离子与溶液中其它同样离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆的化学吸附。
（1）利用不溶性离子化合物（即离子交换剂）上的可交换离子与废水中的其它同性离子所具有的交换能力，将废水中有害离子去除的交换反应过程。
（2）是一种特殊的可逆化学吸附过程。
（3）离子交换剂是实现此过程的执行者。
反应式可表达为：平衡时，有：K—平衡常数。
K越大，越有利于交换反应。
K值能定量地表示离子交换选择性的大小，故亦称为选择性系数。
8.1.3 离子交换的过程Ion exchange is a reversible chemical reaction in which one type of ion (electrically charged atoms or molecules) is exchanged for another.During the process, a solution containing the ionic materials to be separated is exposed to an insoluble solid. When contact is made, an exchange of ions takes place.▲Movement of the ions from bulk of solution▲Diffusion of the ions through the laminar film▲Diffusion of the ions through the pores▲ Ion exchange▲Diffusion of the exchanged ions outward▲Diffusion of the exchanged ions through laminar layer▲Movement of exchanged ion into bulk of solution8-2 离子交换剂及其特性水处理中常用的离子交换剂为磺化煤和离子交换树指，废水处理中主要用树指。
水质工程学教学大纲
水质工程学教学大纲课程代码：033105英文名称：Water Quality Engineering课程类别：专业必修课总学时(周数)：84授课学时：84实践学时(周数)：学分：5.0授课对象：给水排水工程开课单位：环境工程学院1、课程目的《水质工程学》是给水排水工程专业的主干专业课之一。
通过本课程的学习，使学生全面系统地了解水和废水的水质特征与水质指标、水体污染与自净的基本概念与理论，较扎实地掌握水处理的基本理论与方法，基本掌握主要水处理工艺，了解水处理工艺技术的最新发展，为将来从事本专业的工程设计、科研及水处理设施的运行管理工作奠定必要的理论基础。
2、基本要求(1) 了解水的性质、饮用水水质与水质标准及其与人体健康的关系等；(2) 了解水的污染指标、污水特性、污水排放标准与法规、污水处理现状与发展等；(3) 掌握水体（河流、湖泊。
海洋、地下水等）污染的规律和危害、水体自净过程，水体质量评价及水污染防治措施等；(4) 了解反应器的基本概念，掌握水的物理化学处理法、生物处理法以及污泥处理与处置的基本概念、基本理论与基本方法；(5) 基本掌握城市水质工程和工业企业水质处理工艺技术、方法以及新工艺与新技术的应用条件，具有水质工程的设计、运行管理与科学研究的基本能力；(6) 熟悉城市和工业企业水质工程设计中的方案选择、设计计算的基本原理和基本方法，了解水质工程设计特点、原则和设计标准；(7) 熟悉污泥处理与处置设施的设计原理与计算方法；(8) 熟悉典型的特种水处理工艺及单体构筑物的设计计算；(9) 了解主要水处理设备的工作原理和设计选型。
3、相关课程在学习本课程前，要求学生已学完以下的基础课与学科基础课《高等数学》、《画法几何与建筑制图A1》、《无机及分析化学》、《有机化学》、《物理化学》、《水力学》、《水文学》、《水泵及水泵站》、《水处理生物学》。
4、内容简介绪论水资源简介，水的循环与利用。
重点：水资源的分布与水的循环。
水处理工艺——离子交换处理
3. 离子交换树脂的特性
物理性能 ： (1)外观。 (2)颗粒度。 化学性能： (1)交换反应的可逆性 (2)酸、碱性 (3)选择性。 (4)交换容量。 1)全交换容量。 2)工作交换容量。
(3)含水量。
(4)密度。 1)湿真密度。 2)湿视密度。 5)机械强度。 （6)耐热性
3.4 离子交换原理
HNO 3 HCI 1/2H2CO3
阳离子交换器的出水是酸性水。但当交换器运行失效时，其出水中就会有 其它阳离子的泄漏，而在诸多的阳离子中，首先漏出的阳离子是Na+，故 习惯上称之为漏钠。当出水中的Na+超过一个给定的极限值时，阳离子交换器被
判是漏Ca2+或Mg2+离子？这是因为水
CI CH2N (CH3)3 苯乙烯季胺盐阴树脂
2 离子交换树脂的命名
离子交换树脂产品型号是根据国家标准GBl631—79《离子交换树 脂产品分类、命名及型号》而制定的。 离子交换树脂的全名称由分类名称、骨架（或基团）名称、基本 名称依次排列组成。基本名称为离子交换树脂。大孔型树脂在全名称 前加“大孔”两字。分类属酸性的，在基本名称前加“阳”字；分类 属碱性的，在基本名称前加“阴”字。
离子交换树脂产品的型号以三位阿拉伯数字组成。第一位数字代
表产品分类，第二位数字代表产品骨架组成，第三位数字为顺序号， 用以区别功能基或交联剂的差异。代号数字的意义见表3.5.1和3.5.2 。
表3.5.1 分类代号
代号 功能基 0 强酸性 1 弱酸性 2 强碱性 3 弱碱性 4 螯合性 5 两性 6 氧化还原
二乙烯苯在高聚物中起的是空间架桥作用，使聚合物形成网状交联，聚合物 中二乙烯苯的含量愈多，白球的网状结构就愈坚固。我们通常把聚合物中二 乙烯苯的质量百分数叫做交联度。如交联度为7 ，就是指白球中二乙烯苯的 质量占7%。白球制备出来以后，再将白球通过磺化反应、氯甲基反应和胺化 反应，即可分别得到阴、阳离子交换树脂。下面就分别介绍。
水质工程学
水质工程学（上）重点第一章水质与水质标准：何谓水质工程学？原水中杂质有哪几类？饮用水主要除去水中的哪些杂质？了解我国水污染现状及主要污染物，富营养化，了解水体自净，BOD、DO及氧垂曲线，何谓水质标准？饮用水主要有哪几类标准？（记住浊度标准微生物标准及氯消毒要求），污水排放标准应考虑哪些因素？（为什么要分级）第二章水处理方法概论：知道3种理想反应器及主要特点，在同样情况下，那一种反应器所需时间长？为什么？怎样改进？（短流？）普通地表水的常规处理流程，城市污水处理的工艺流程。
第三章凝聚与絮凝：了解胶体的结构，知道胶体在水中稳定的原因，胶体的凝聚机理及投加过量的后果，絮凝的两种形式，影响混凝效果的因素及对策，常用的混凝剂及助凝剂有哪些，适用情况如何，速度梯度在水处理中的作用，如何控制？为什么？如何配制、计量混凝剂？混凝剂的投加方法有哪几种？为什么说混凝剂投加量的控制很重要？知道2～3种方法，混合设施有哪些，特点如何？絮凝设施有哪些？主要特点，各种絮凝池速度梯度如何控制？各适用于什么样的水厂？第四章沉淀拥挤沉淀的沉降曲线；理想沉淀池；截留沉速与表面负荷；絮凝效果对某种颗粒的去除率的影响；短流；如何控制平流式沉淀池的水流状况；平流式沉淀池特点；进水要求、出水要求（溢流率、指型槽、淹没小孔）、排泥方式；斜管沉淀池特点；斜管、布水区要求、出水、排泥；澄清（池）概念、机械搅拌澄清池组成、特点、回流比、排泥、出水、出水；高密度澄清池特点；辐流式沉淀池适用范围、排泥；气浮池适用条件、主要特点、发泡剂使用情况。
第五章过滤过滤概念；快滤池滤料及要求（级配及表示法）、筛选、杂质粘附及脱落、含污能力；快滤池水质变化、水头损失变化、普通快池滤层优化方法；恒速过滤、等速过滤、强制过滤（滤速）；承托层作用；直接过滤；负水头及影响因素、措施；反冲洗方法（2个概念）、强度、膨胀率、反冲洗水头损失（流化态时）、大阻力系统小阻力系统及均匀性、反冲洗槽一般要求、冲洗水供给（水泵、水箱、水塔）；V型滤池特点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
树脂的再生
交换后的树脂在强酸或强碱中浸泡可恢复 交换能力，称为树脂的再生。
水质对离子交换的影响
1、悬浮物、油脂：堵塞树指孔隙，包裹树脂 颗粒，影响交换容量。
预处理：沉淀、过滤、除油等。
2、有机物：某些高分子有机物与固定离子 结合力很强，使树脂难以再生，降低了交换 容量。
活动离子：依靠静电引力与固定离子结合， 遇水可离解，并能在一定范围内自由移动， 与水中其它同性离子进行交换反应，为可交 换离子。
例：—SO3H中，—SO3固定，H+移动； ≡NHOH中，≡NH固定，OH-移动
故：酸性树脂以RH表示；碱性树脂以ROH表 示
树脂的类型
按树脂类型和孔结构不同，分为凝胶型、 大孔型、多孔型、巨孔型等。
交换容量
两种表示方法之间具有如下关系：
Ev Ew （1 含水率）湿视密度 （11-6）
式中：Ev—单位体积湿树脂的交换能力（毫 克当量/毫升湿树脂）
Ew—单位重量干树脂的交换能力（毫克 当量/克干树脂）
交换容量
树脂的交换容量有几种，常用两种：
（1）全（总）交换容量：指单位重量（干） 或单位体积（湿）树脂的交换基团总数，用滴 定法测定。
减少有机污染，选用低交联度树脂， 预处理，特殊的再生操作( 加氧化剂等)。
水质对离子交换的影响
3、高价金属离子：Fe3+、Al3+、Cr3+，与 固定离子结合力强，优先交换。难以再生、 洗脱(中毒)，降低工作容量。
高浓度酸（10~15％HCl或20％H2SO4） 长时间浸泡。
4、氧化剂：如Cl2、O2、H2Cr2O7等，会使 树脂氧化分解，强碱性树脂容易被氧化，使 交换基团变成非碱性物质，完全丧失交换能 力；氧化作用影响母体，使树脂加速老化。
影响交换速度的因素
1、交联度 2、水中的离子浓度 3、水的流速 4、树脂颗粒大小 5、水温
树脂层的离子交换过程
在离子交换柱中装填钠型树脂，从上而下 通以含有一定浓度钙离子的硬水，逐层取出 样品并测定其吸着的钙离子含量以及饱和程 度。图中，黑点表示钙型树脂，白点表示钠 型树脂，1段表示树脂已全部被钙离子饱和， 2段表示正在进行离子交换反应的部分，其 饱和程度顺着流向逐渐减小，3段表示树脂 尚未进行交换的区段。如把整个树脂层各点 饱和程度连成曲线，即得图所表示的饱和程 度曲线。
可见，交换带厚度相当于此时的保护层厚度， 在水的离子交换软化的情况下，交换带厚度 主要与进水流速及进水总硬度有关。
水的离子交换软化
水的离子交换软化是指利用离子交换去除 水中的硬度离子（Ca、Mg），主要利用阳离 子交换树脂的交换特性。
一、阳离子交换树脂的交换特性
二、离子交换软化系统
三、离子交换软化装置
2RH + CaSO4 R2Ca + H2SO4
(11-12)
2RH + CaCl2 R2Ca + 2HCl
(11-13)
RH + NaCl RNa + HCl
(11-14)
从上述反应方程式可知，利用强酸性H型树脂 不仅可去除水中的硬度，还可去除碱度。
➢ 过量投加石灰反而会增加水的硬度
➢ 一般用于原水中碳酸盐硬度较高且要求 深度处理的情况，作为钠离子交换法的 预处理
石灰苏打软化
➢ 同时投加石灰和苏打Na2CO3 ，石灰用 于降低水的碳酸盐硬度，苏打用于降低 水的非碳酸盐硬度。
➢ 软化水的剩余硬度可以降低到 0.15~0.2mol/L
➢ 适应于硬度大于碱度的水
离子交换树脂的结构
常用的交换基团有：经磺化反应引入的SO3H（阳离子）；经氯甲基化及胺化引入的 ≡NOH（强碱性阴离子）、≡NHOH（叔胺 型）、=NH2OH（仲胺型）和—NH3OH（伯 胺型）等。
交换基团分为固定离子和活动离子
离子交换树脂的结构
固定离子：与母体牢固结合，固定在树脂的 网状骨架上，不能自由移动。
R2Ca + Na2SO4
(11-9)
2RNa + MgCl2 R2Mg + 2NaCl
(11-10)
水的硬度可分为碳酸盐硬度和非碳酸盐硬度。 从上述反应方程式可以看出，利用钠型树脂可去 除水中的硬度，但不能去除碱度。
强酸性H型树脂的交换特性
2RH + Ca(HCO3)2 R2Ca + 2CO2 + 2H2O (11-11)
含水率
在水中充分膨胀后的湿树脂所含溶胀水的 重量与湿树脂重量的百分比
含水率
溶胀水重 干树脂重 溶胀水重100
%
（11-5）
一般为50%
酸、碱性
离子交换树脂具有一般酸、碱的反应性能， 在水中离解出H+或OH-。根据离解能力的大 小，树脂的酸、碱性有强、弱之分。
pH影响活性基团的电离能力，强酸强碱性 受其影响小，弱酸碱性则受pH影响大。
树脂层的离子交换过程
实验证明，树脂层离子交换过程可分为两 个阶段（见图）。
交换带是指在某一时刻正在进行交换反应 的软化工作层。这个软化工作层并非在一段 时间内固定不动的，而是随着时间的推移而 缓慢地推移。交换带厚度可以理解为处于动 态的软化工作层的厚度。
树脂层的离子交换过程
当交换带下端到达树脂层底部，硬度也就 开始泄漏。此时，整个树脂层可分为两个部 分：树脂交换容量得到充分利用的部分称为 饱和层，树脂交换容量只是部分利用的部分 称为保护层。
磺化煤：煤研磨后经浓硫酸处理而得的碳质 离子交换剂。
离子交换树脂：有凝胶型、大孔型和等孔 型等。根据交换基团（活性基团）的不同， 可分为强酸性、弱酸性、强碱性、弱碱性四 种。前两种有酸性交换基团，为阳离子型交 换树脂；后两种带碱性交换基团，为阴离子 交换树脂。
离子交换剂
一、离子交换树脂的结构 二、树脂的类型 三、离子交换树指的性能指标 四、废水水质对离子交换的影响
选择性
关于不同离子交换势的大小，有多种理论 解释，影响因素较多，一般有如下规律：
① 离子的交换势，与自身化学性质，树脂化 学性有关，并受温度和浓度影响较大。下面 介绍的规律适用于常温和低浓度溶液中。
② 离子所带电荷愈多，交换势愈大。
Th4+ > Al3+ > Ca2+ > Na+
PO43- > SO42- > Cl-
强酸性阳树脂 Fe3+ > Al3+ > Ca2+ > … > Na+ > H+ > Li+
弱酸性阳树脂 H+ > Fe3+ > …
强碱性阴树脂 SO42- > NO3- > Cl- > OH- > F> HCO3- > HSiO3弱碱性阴树脂 OH- > SO42- > …
选择性
⑤ 离子量高的有机离子和金属络合离子交换 势特别大。
离子交换树脂的结构
离子交换树脂是人工合成的高分子化合物 (小球状、多孔结构)，由树脂本体(母体、骨 架)和交换基团两大部分组成。
母体：由高分子化合物与交联剂经聚合反 应而成。树脂中交联剂的重量在树脂重量中 所占的百分数称为交联度。
交换基团：树脂母体并不具有离子交换性 能，只能在母体上引入交换基团才成为离子 化合物，具有离子交换能力。
离子交换法
概述 8.1.1 离子交换剂 8.1.2 离子交换速度 8.1.3 树脂层的离子交换过程 8.1.4 水的离子交换软化 8.1.5 水的离子交换除盐 8.1.6 离子交换法在废水处理中的应用
概述
在给水处理中，离子交换是软化、除盐的
主要方法之一；废水处理中，常用于去除金 属离子。
离子交换的实质是不溶性离子化合物（离 子交换剂）上的可交换离子与溶液中其它同 样离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程， 通常是可逆的化学吸附。
反应式可表达为：
RH + M+ RM + H+
（11-1）
概述
平衡时，有：
RM H RH M K
（11-2）
K——平衡常数。K越大，越有利于交换 反应。K值能定量地表示离子交换选择性的 大小，故亦称为选择性系数。
离子交换剂
水处理中常用的离子交换剂为磺化煤和离子 交换树指，废水处理中主要用树指。
选用交联度大的树指，加入适当的还原剂等。
离子交换速度
一、交换过程 二、影响交换速度的因素
交换过程
1、水中Na+离子扩散至树脂表面水膜（膜扩散） 2、Na+经水膜至某一交换基团位置（内扩散） 3、Na+与H+交换 4、交换下的H+经孔隙向树脂表面扩散（内扩散） 5、H+经水膜向水中扩散（膜扩散）
其中第三步速度快，其余步骤速度慢，离子交换 速度指全过程的速度。
硬度的单位
➢ 硬度的单位为mEq/L ➢ 10mgCaO/L为1度（德国） ➢ mgCaCO3/L（美国，日本）
➢ 1 mEq/L＝2.8德国度＝50 mgCaCO3/L
➢ 法定计量单位为物质的量浓度mol/L
水的软化处理
➢ 药剂软化法 基于溶度积的原理，加入某些药剂，把水
中钙镁离子转变成难溶解化合物使之沉淀析出 ➢ 离子交换法
⑥ 大孔型树脂具有很强的吸附性，可以吸附 非离型杂质。
上述规律适用于稀溶液，当离子浓度很高 时则可使交换次序发生改变，再生时即如此。
交换容量
是树脂最重要的性能指标，定量表示树指 交换能力的大小。
表示方法：① 重量表示法：单位重量干树 脂的交换能力，毫克当量/克(干树脂)
② 体积表示法：单位重量湿树 脂的交换能力，毫克当量/毫升(湿树脂)