水处理技术问答[1](3)

2018-11-23 12:35

2. 水质污染。主要是接触空气的污染,水质越纯,其稳定性越差,空气中的尘埃、CO2等

气体越易溶入纯水中,使损水的电导率升高。

3. 流速。流过电极的水的流速越低,水中的微量杂质及生物粘液越易附着在电极上,造成

电极污染,影响所测导电率的准确度。

二十三.水溶液中杂质含量的表示方法有几种?其含义是什么?

答:水中溶解杂质含量的表示方法有以下几种:

1. 用mg/L或ppm表示。其含义均是百万分数的意识。前者为每升水中含有某物质的毫克

数。

2. 用mmol/L表示。其含义是每升水中含有某些物质的毫摩尔数。

3. 用“度”表示。这是个不科学的表示方法,现已很少使用。有“德国度”、“法国度”、

等,它们都有其特定的含义。我国水质资料上采用的“度”是指“德国度”,其含义是:当离子浓度可以折合成10mg/L的CaO含量时,则称为1度。因为CaCO3的摩尔量为56,所以与mmo/L的换算关系为:1mmol/L=56/10=5.6度。

4. 以ppm或mg/L CaCO3表示。将水中某些物质的量析出算成CaCO3的ppm数来表示,因1

毫克当量的CaCO3是50毫克,所以,水中含有一毫克当量的离子可表示为:以CaCO3计50ppm或50mg/L。(必须注明是以CaCO3计)

二十四.储存纯水要注意哪些事项?

答:储存纯水的容器不能用易产生腐蚀的材料制作,新容器必须先用纯水置换干净,尽量减少容器对水质的污染。避免与大气接触,以免大气中的尘埃、气体污染水质。另外,尽量避免长期存放,防止微生物繁殖造成生物污染。

二十五.什么是离子交换剂?什么是离子交换树脂?

答:凡是水中阳、阴离子具有交换能力的物质,都可称为离子交换剂。如钠沸石、磺化煤、离子交换树脂、离子交换膜。其结构虽然各有不同,但就其功能而言、大致均可分为骨架(交换计本体)和交换基团两部分。交换离子是交换基团上能离解并与水中离子发生交换反应的游离酸型、碱型或盐型的离子。

离子交换树脂是以类人工合成的离子交换剂。外观为淡黄或咖啡色的实心小球,其直径约为0.3~1.2mm,因其表观性状很像松脂类物质,故名离子交换树脂。它是由苯乙烯、二乙烯苯按一定比例聚合成聚苯乙烯树脂骨架,然后在骨架上引入交换基团而制得的。引入阳离子交换基团制得阳离子交换树脂,引入阴离子交换基团即得阴离子交换树脂。它的微观结

-6

构为立体的网状,这些网构成了四通八达的孔隙,孔隙直径约50(5*10mm),里面冲满了水分子,在孔隙的一定部位上有一个可自由活动的离子,这些离子可与水中离子进行交换反

+-应。离子交换树脂通常简写为:RH(阳离子交换树脂)或ROH(阴离子交换树脂)。这里R

的特定含义是:取英文树脂(Resin)一词的第一个字母“R”来代表树脂母体(不代表明确

+-的化学成分),H或OH代表树脂上能离解的全部离子。

二十六.较理想的离子交换树脂应具备哪些主要性能?

答:较理想的离子交换树脂应具有以下性能:

1. 物理性能。机械强度高,均一系数小,热稳定性好,对于混合床用树脂还要求比重差及

色差大。

2. 化学性能。工作交换容量大,交换速度快,容易再生,化学稳定性好(不易氧化降解),

能抗有机污染,溶胀性小。

二十七.离子交换反应的过程是怎样的?

答:在纯水制取中,离子交换的过程主要按下述顺序进行,以RH与Na交换为例:

+

1. 水中Na向树脂表面扩散。

+

2. Na穿过树脂表面水膜。

+

+

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3. Na进入树脂内部孔隙并与H+进行交换。

+

4. H向树脂扩散。

+

5. H穿过表面水膜。

+

6. H向水中扩散。

++

这些离子运动过程实际上是以Na、H群体同时并进的,直至交换运动达到平衡。以上六个运动过程决定了离子交换的速度,其中1、6两个过程对交换速度影响不大,起决定作用的是2、5和3、4这两对运动过程。若2、5过程决定作用,称为水膜扩散控制过程,若3、4过程起决定作用,则称为颗粒扩散控制过程。

+

二十八.造成树脂强度降低的原因有哪些?

答:概括地讲,可能有以下因素使树脂的强度降低: 1. 反洗、输送、空气吹洗等机械摩擦。 2. 树脂的热稳定性差,使用时温度较高。 3. 树脂保存不当,失水干燥,遇水胀裂。

4. 树脂溶胀太大,转形膨胀过快过大,反复胀缩引起强度下降。 5. 环境温度低于0°C,树脂内部水分冻结膨胀引起树脂碎裂。 6. 高流速高压力下运行,入、出口差压太大,树脂受到积压碎热。

二十九.何谓一级脱盐?

答:将水中的强电解质几乎全部去除并将弱电解质去除至一定程度的处理过程称为一级除盐。即水先经阳床强酸阳离子交换树脂去除掉Ca+2、Mg+2、Na+等阳离子,再经阴床强碱阴树脂去除掉SO4-2、Cl-、HSiO3-等阴离子,水中仍残留少量弱电解质(如Na+HSiO3-等)的处理过程称为一级脱盐。

三十.何谓混合床除盐?

答:经过一级复床除盐的水质虽然已经教高,但不能满足许多工业部门对水质的要求。人们曾采用二级复床脱盐系统,即在一级复床后面再加一级复床。但是增加级数不仅增加投资费用,而且还使除盐系统变复杂了,给运行管理带来困难。人们根据一级复床除盐的原理,发展了一种混床除盐系统,它是阴、阳树脂同时放在交换床内,组成无限多级的复床,称为混合床除盐,从而得到了高纯度的除盐水。

三十一.阳床漏Na+对阴床运行有无影响?

答:运行中如果阳床漏Na+,对阴离子交换要产生一定影响,因为有Na+,水中的硅以盐型存在(Na++HSiO3-→NaHSiO3),强碱阴离子交换树脂对硅酸盐的交换能力比对硅酸的交换能力小。因此阳床漏Na+有可能造成阴床漏硅。

三十二.阴床出水SiO2含量最大值不会超过入水含量吗?

答:若阴床深度失效仍制水,出水中SiO2含量会超过入水SiO2含量。根据强碱阴离子交换树脂对水中阴离子交换的选择性顺序,SO4-2>Cl->HSiO3-交换势最弱,运行中HSiO4-最先漏过。当HSiO3-开始漏过床层时,即为失效终点。此时树脂层从入口端至出口端的层态分布为:R2SO4-2、RCl-、RHSiO3和ROH-型树脂。若继续制水,SiO2含量会逐渐增加,直至与入口含量相等,此时出口端水质几乎全为RHSiO3-型,树脂对HSiO3-不再具有交换能力。此时若再强制运行或因硅表故障未示出SiO2超标而继续运行,结果是不同型态树脂层按选择性顺序逐层下移,RHSiO3型树脂被逐渐排代为RCl-型树脂、而将HSiO3-置换到水中,使出水SiO2含量大于入水SiO2含量。

三十三.什么是顺流再生?什么是对流再生?

答:再生液流向与制水流向相同为顺流再生。顺流再生比耗较高,一般为2.5~3.5倍。其出水品质也较差,但操作方便。对流再生是再生液流向与制水流向相对,浮动床或逆流再生是

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对流再生的典型例子。再生液始终接触失效最低的保护层树脂,使得改层水质再生最彻底,因而出水品质好。同时由于对流再生的“钩出效应”缩短了交换例子间亲和力的差距,使得再生较容易,故再生剂比耗较低,一般比耗为1.2~1.5倍。但操作较顺流再生复杂,且树脂不能乱层,乱层后对流再生的优点不复存在。逆流再生是对流再生的另一种形式,制水是水流自上而下,再生时再生液自下而上。此种再生方式是顺流再生的改进型。为了避免再生时对树脂乱层,必须采取气顶压或水顶压,因此操作更为复杂。

三十四.复床在一个周期内经历哪些工作状态?

答:复床在一个周期内分为制水和再生两种工作状况。制水时,复床内树脂上的可交换离子(RH+型阳树脂或ROH-型阴树脂)分别与水中阳离子或阴离子进行交换。以阳离子顺流交换为例,当水生水通过床层时,由于离子交换的选择性,树脂优先交换水中Ca+2,其次是Mg+2,然后是Na+,这样就形成了树脂以不同盐型分层排布的层态。工作中的树脂床层从上至下分别为RCa+2、RMg+2、RNa+、RH+型树脂。随着交换反应的继续进行,这样的层态逐渐下移,直至Na+开始漏过,此时即为制水终点。

失效树脂要重新获得交换能力就必须进行再生。仍以阳床为例,用一定浓度的H2SO4

或HCl溶液通过床层,算中离解下来的H+离子与树脂上的Ca+2、Mg+2、 Na+等离子进行交换,将树脂重新转变为RH型。

三十五.浮动床和固定床比较有何优缺点?

答:浮动床与固定床比较,其优点是出水品质好,再生剂比耗低,运行出力大等。缺点是操作较复杂,运行中不仍落床,再生前树脂不能乱层,对某些工艺操作,条件要求较严格。

三十六.浮动床在成床、运行和落床时对流速有何要求?

答:浮动床成床时流速不宜过高或过低。流速过高,床层呈活塞状迅速推向顶部,瞬间的巨大推力可能造成出水装置的损坏和树脂挤压破碎。流速过低易造成偏流或乱层,不能有效地托起树脂床层。因此成床时一般以15m/h左右的流速为宜。

运行流速过高,树脂工作层加厚,造成出水品质变差,工作交换容量下降。运行流速过低,则可能造成落床,落床过程及重新成床过程中易使树脂乱层,影响水质及缩短运行周期。尤其在运行后期不能落床,因此时保护层薄,一旦乱层就正洗不合格。所以,运行流速以7~40m/h为宜。

停运时则要求流速迅速降为0,使树脂快速落床,避免乱层,必要时可采用压力落床或排水落床。

三十七.浮动床的工作原理是什么?

答:所谓浮动床,其实是浮而不动。运行时的水流是下进上出,大部分树脂被压实在交换器上部,相当于倒置的固定床,其运行过程的工作原理与固定床相同,床层的层态分布也于固

+2+2++

定床相同,但方向相反,以阳床为例,运行终点的树脂层态依次为:RCa、RMg、RNa+RH层。停运时由于落床迅速而且再生前不反洗,床层基本上保持原层态,再生液自上而下通过床层,

+2++

最新鲜的再生液首先与失效最低的保护层树脂Rh、RNa型树脂反应,被交换下来的Na离子

++

又将RNa型树脂交换为型树脂。这样,再生剂始终与较易再生的RNa型树脂反应。这种接力式的离子排代过程为“钩出效应”。由于“钩出效应”缩小了交换离子间亲和力的差距,因而再生效率高、再生剂比耗低、出水品质好。简言之,浮动床的工作原理就是对流再生的原理。

三十八.为什么浮动床比固定床再生比耗低,出水品质反而更好?

答:因为浮动床采用对流再生方式,保护层树脂始终与新鲜再生液反应,保护层树脂再生度最高,所以出水品质比固定床好。同样因为对流再生过程的“钩出效应”缩小了交换离子见的亲和力的差距,因而使再生更容易,再生效率更高,再生剂消耗也就更少。而固定床顺流再生由于没有“钩出效应”所以比耗较高。

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三十九.混床装填惰性树脂的作用是什么?浮动床中装入白球的作用是什么?

答:混床装入惰性树脂时为了避免交叉污染。所谓交叉污染是指混床因装入阳、阴树脂比例不合适或因反洗分层不好,再生时阳、阴树脂分别受到NaOH或H2SO4的污染,正洗或运行时

+

缓慢放Na或H2SO4的现象。例如:阳树脂欠量低于中排管,就有部分阴树脂处于中排管以下,再生时,这部分树脂就被污染。

正洗或运行初期,在pH值>3.0时,被污染的阴树脂缓慢地释放酸污染水质,使正洗水耗量增加或电导洗不合格。

同样,阳树脂过量,高于中排管,再生时部分阳树脂又会受到NaOH的污染。 因为装填树脂时很难准确估计树脂的转型膨胀率,所以阳树脂不是高于中排管中心线就是低于中排管中心线,无法恰到好处,装入惰性树脂就能解决这一难题。由于它的比重介于阳、阴树脂之间,反洗分层后它位于中排管上下阳、阴树脂之间,隔开了阳、阴树脂,它的装填高度一般在200mm左右,足可调节树脂装量的计算误差。同时由于它本身对比重的要求是小于阳树脂,大于阴树脂,这样就必须加大阳、阴树脂的比重差,因此分层效果会更好,即使有少许混杂,它们也被分散在惰性树脂层中,交叉污染的程度也是相当轻微的。

浮动床装入白球主要有以下作用: 1. 再生时起再生剂分配作用。

2. 运行时起拦截细碎树脂的作用,避免堵塞出水孔或滤帽缝隙。

3. 调节树脂填充率。浮床成床好坏与树脂填充率有关。填充率太小,不易成床;填充

率过大,树脂转型膨胀后又会堵得过满,而白球可起少量调节作用。

四十.浮动床成床时有哪些操作要求?

答:首先要控制合适的流速。流速太低树脂成床率低,但流速太高由于局部端流成床可能不平,而且固定层树脂呈活塞状上升,瞬间推力可能造成设备的损坏。因此,一般成床流速以

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15~20m/h为宜,即流量为75~100m/h。其次是阀门开关的步骤不能搞错,首先开正洗出口阀,然后开入口阀,以免憋压。阳床运行阴床成床时,CV1、AV1、AV5阀应在CV5阀关闭前打开,以免阳床树脂落床。

四十一.为什么浮动床落床时要求进、出水阀应快速关严?

答:浮床落床时要求树脂迅速降床,避免乱层。因为运行但终点时,树脂均为失效型,阳树

+2+2+-2-+-脂为RCa、RMg、RNa型阴树脂为RSO4、RCl型,它们教RH型阳树脂、ROH型阴树脂相对体积

小,比重增大,阳床水垫层较高。树脂颗粒下落时与水是一个对流的运动过程,由于树脂盐型不同而产生的微笑的比重差以及树脂颗粒粒径的差异,即使绝对的自然落床,床层也不可能完全不乱。落床时,从运行流速至流速为零的过程中,中间有一个从临界流速(其动能刚好等于树脂克服水的阻力而下落的重力)、亚临界流速到流速为零的过渡阶段,在此阶段树脂最易乱层。因此,落床时必须尽快关闭入、出口水阀,使流速迅速降为零,缩短过渡阶段的时间,避免乱层。必要时可采用排水落床或压力落床。

四十二.影响浮动床再生效果的因素有哪些?

答:影响浮动床再生效果的因素有:

1. 再生剂是否足够。 2. 再生液浓度是否合适。 3. 再生液的流速是否合适。 4. 再生液温度是否合适。

5. 置换和顺洗的时间和流量是否足够。 6. 树脂是否乱层。因为乱层后亲和力较小的离子逐层排代亲和力较大的离子的接力效

应的条件被破坏,实际上与顺流再生差不多,如果不增加再生剂量,就有可能再生不出来。

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四十三.固定床失效后为何要先反洗?浮动床为何采用体外定期反洗?

答:固定床的反洗,主要作用有三点: 1.疏松树脂层,便于再生剂的均匀分布。 2.带走破碎、细小的树脂,减少床层压力。 3.冲走运行时吸附在树脂颗粒上的脏物。

浮动床在运行时是从下向上的通水,脏物不是在树脂层上部,而是在树脂层下部,反洗不可能将脏物冲走;浮动床树脂的装填度很高,基本上是完全充满,树脂罐内没有反洗空间,不能反洗。对于浮动床来说,使用时间长了同样有脏物、破碎树脂、压实树脂层,也要进行反洗。只不过是抽出树脂在反洗罐中进行,在进水浊度低,悬浮物少的情况下,阳床每20个周期、阴床每30个周期反洗一次。

四十四.混床与浮床反洗的目的有何不同?

答:浮床反洗的目的见四十二题。混床除具有与复床相同的反洗目的外,还有一点是借助反洗的水力使阴、阳树脂分层,水力反洗分层是混床最常用的树脂分层方法。

四十五.怎样衡量离子交换树脂的反洗效果?

答:反洗效果的好坏会直接影响离子交换树脂的再生。离子交换树脂反洗效果的好坏,可以用反洗时树脂的膨胀率来衡量。所谓膨胀率是反洗时离子交换树脂膨胀后所增加的高度(体积)与膨胀前的高度(体积)之比。阳树脂在60%,阴树脂在80~100%为好。

用反洗强度也可以衡量反洗效果。反洗强度是单位时间内、单位面积上通过的水量,用

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l/s·m表示。反洗强度通常为3~5l/s·m。用反洗强度衡量没有用膨胀率来衡量反洗效果直观。设备的类型、结构、安装水平都会影响它的反洗强度,各台设备的反洗强度是否合适,应做水力试验才能确定。

四十六.何谓一步再生和分步再生?分步再生为何比一步再生效果好?

答:一步再生是再生过程中采用一种浓度的再生液再生。

分步再生是再生过程在采用两种或两种以上的浓度的再生液再生。

+2

分步再生通常在使用酸减作再生剂时,因酸减与树脂上被交换下来的Ca易生成溶度积小的CaSO4·2H2O,这种CaSO4·2H2O会堵塞树脂微孔,使树脂的交换容量降低。经验证明,用酸减再生时,先用1%稀H2SO4进完中用量的一半后,再改为2%、4%H2SO4再生,不但可以防止CaSO4·2H2O沉淀生成,而且可以提高再生效果。

四十七.为什么阳床可用清水作再生剂稀释水,而阴、混床必须用纯水?

答:阳床再生时主要是用酸置换出树脂上吸附的Ca+2、Mg+2、Fe+3等阳离子,再生剂溶液中存在少许Ca+2、Mg+2等阳离子,对交换反应不会有多大影响。而阴床的再生液中混入了Ca+2、Mg+2等阳离子后,易生成:

Ca(HCO3)2+OH---→CaCO3↓+H2O

-Mg(HCO3)2+OH---→Mg(OH)2↓+2HCO3

生产的CaCO3、Mg(OH)2沉淀会污染树脂,使树脂工交下降。

混床用纯水作再生剂稀释水,可以缩短正洗时间,节约正洗水量,提高工交,保证出水水质好等。

四十八.阴树脂再生时稀减液为何要加温?阴树脂再生时稀减液是否温度越高再生效果越好?

答:两种交换树脂的再生度除与再生液溶度、再生剂用量、再生液流速等有关外,温度对它的影响也很大,尤其是强碱性阴离子交换树脂。试验证明,高温再生比常温再生的平均再生度可提高7%左右,提高SiO2的洗脱率,再生剂用量可节约2/5左右。这是因为热这是加快离子的扩散和交换速度,有利于离子交换平衡向转化为OH型树脂方向移动。

采用高温强化这是,有利于提高离子交换树脂的再生度,但不是越高越好,一般控制在

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