工业水处理高级工培训教材

碳酸化合物在水中的存在形式与水的pH值有何关系？答案：碳酸化合物在水中有几种不同的存在形态：溶于水中的气体(即所谓游离CO2)；分子态碳酸H2CO3；碳酸氢根HCO3-和碳酸根CO32-。在这四者之间存在着以下平衡关系：CO2十H2OH2CO3H2CO3H+十HCO3-HCO3-H+十CO32-如将这些平衡式联系起来，则可写成下式：CO2十H2OH2CO3H+十HCO3-2H+十CO32-在上述一系列的平衡中，CO2与H2CO3的平衡实际上是强烈地趋向于生成CO2，水中呈H2CO3状态的量非常小(通常小于1％)，所以可把生成H2CO3的过程略去，其平衡式可改为下式：23322221COHHCOHOHCOKK其中:][]][[231COHCOHK(25℃时，K1=4.45×10-7)][]][[3232HCOCOHK(25℃时，K1=4.69×10-11)根据以上情况可知，[H+]对平衡的移动起着决定性的作用，水中CO2、HCO32-和CO32-的相对值和[H+]浓度的关系如图4-3所示。从图4-3上可看出：(1)当pH＜4时，水中只有游离CO2。(2)当pH值升高时，平衡向有移动，[CO2]降低，[HCO3-]增大，当pH＝8.3～8.4时,98%以上的碳酸化合物以HCO3-形态存在。(3)pH值再升高(大于8.3时)，CO2消失，[HCO3-]降低，[CO32-]增大，当pH＝12时，水中碳酸化合物几乎完全以CO32-的形态存在。硅酸化合物在水中的存在形式与水的pH值有何关系?答案：酸酸化合物是天然水中的主要杂质之一，它在水中有多种形态，是一种比较复杂的化合物。硅酸化合物在水中的不同形态与水的pH值有着密切的关系。当pH＜7时，水中实际上只有硅酸的分子，没有硅酸根离子存在。所以，当pH值较低时(酸性溶液中)，水中的胶态硅酸明显增多；当pH值＞7时，水中同时有H2SiO3和HSiO3-存在；当pH＝11时，水中是以HSiO3-为主；只有在碱性较强的水中(pH＞11时)才出现SiO32-离子。混凝处理对水的pH值有什么要求?答案：水的pH值对混凝过程的影响很大，不同的混凝剂，对水的pH值的要求也不一样，因此在混凝处理时，必须严格控制加入混凝剂后的水的pH值。不同混凝剂对pH值的要求如下：(1)铝盐。铝盐在水中经电离、水解后生成氢氧化铝胶体，pH值对该胶体有两方面的影响。一是氢氧化铝是两性氢氧化物，当水的pH值低于5.5时，氢氧化铝呈碱性而被溶解，反应如下：A1(OH)3十3H+→A13+十3H2O反应结果，使水中残留铝含量增加。当水的pH值高于7.5时，氢氧化铝呈酸性，水中有偏铝酸根(AlO2-)出现，反应如下：AI(OH)3十OH--→AlO2-十2H2O反应结果是水中残留铝量也增加。因此起不到产生AI(OH)2絮团的作用。二是水的pH值在5.5～8.8时，氢氧化铝胶体微粒带正电荷。当水的pH＜5时，胶体微粒带负电荷；水的pH＞8时，氢氧化铝溶解。因此，当水的pH值高于8.0或低于5.0时，都影响着带正电荷的氢氧化铝胶体的生成，所以，用铝盐作混凝剂时，水的pH值应为6.5～7.5。(2)铁盐。铁盐在水中电离、水解生成带正电荷的氢氧化铁胶体，反应如下：4FeSC４十10H2O十O2→4Fe(OH)3十4H2SO4该反应过程中，Fe2+在pH＞8．5时，极易被氧化成Fe3+而形成Fe(OH)3胶体；而pH值较低时，完成上述反应速度缓慢。所以，用铁盐作混凝剂进行混凝处理时，一般与石灰处理一起进行，维持水的pH值在8.5～10之间。由于原水水质的差异和采用的混凝剂不同，最切合实际的pH值应通过小型试验来确定。采用聚合铝作混凝剂有哪些优点?答案：聚合铝混凝剂有以下优点：(1)适用范围广。对低浊度水、高浊度水、有色度水和某些工业废水等，都有优良的混凝效果。(2)用量少(按Al2O3计)。对于低浊度水，其用量相当于硫酸铝的l/2；对于高浊度水，其用量可减少到硫酸铝用量的l/3～l/4。(3)操作简单。加药后，水的碱度降低较少，因而水的PH值下降也小，混凝的最优pH值范围广，一般pH值自7～8都可取得良好的效果，低温时效果仍稳定。(4)形成凝絮速度快。由于这种药剂形成凝絮快，可以减小澄清设备的体积。(5)加药过多也没有害处，不会使水质恶化。什么是滤料的不均匀系数?它的大小对过滤器运行有何影响?答案：滤料的不均匀系数常以KB表示。它是指80%(按质量计)滤料能通过的筛孔孔径d80与10%滤料能通过的筛孔孔径d10之比，即1080ddKB滤料颗粒的大小不均匀，有两种不良后果：一是反洗操作困难，因为如反洗强度太大，会带出上部微小滤料颗粒；而反洗强度太小，又不能松动下部滤层。二是过滤情况恶化，因细小的滤料颗粒集中在滤层表面，使水中悬浮物被截留堆积在表面，形成坚实的厚膜，结果使过滤器的水头损失增加过快，过滤周期缩短。逆流再生离子交换器再生时进酸、进碱困难是由哪些原因造成的?如何处理?答案：逆流再生离子交换器再生时进酸、进碱困难的原因可能是：(l)离子交换器内背压太高。(2)排酸、排碱装置有堵塞现象。(3)离子交换器再生时本体阀门失灵，再生液串到另外一台交换器中去。(4)加酸、加碱的喷射器损坏，或是入口水水压太低，出口水水压小。处理方法如下：(l)离子交换器保持一定的背压(＞0.05MPa)。(2)排酸、排碱装置及加酸、加碱喷射器损坏时，及时地检修更换。(3)再生过程中，认真检查各台离子交换器的阀门的开关情况，防止失灵和未关紧。(4)定期清扫排酸、排碱装置的尼龙网套。离子交换器在运行过程中，工作交换能力降低的主要原因有哪些?答案：离子交换器在运行过程中的工作交换能力降低，可能原因有以下几个方面：(1)新树脂开始投入运行时，工作交换容量较高，随着运行时间的增加，工作交换容量逐渐降低，经过一段时间后，可趋于稳定。(2)交换剂颗粒表面被悬浮物污染，甚至发生粘结。(3)原水中含有Fe2+、Fe3+、Mn2+等离子，使交换剂中毒，颜色变深。(4)再生剂剂量小，再生不够充分。(5)运行流速过大。(6)枯水季节原水中的含盐量、硬度过大。(7)树脂层太低或树脂逐渐减少。(8)再生剂质量低劣，含杂质太多。(9)配水装置、排水装置、再生液分配装置堵塞或损坏，引起偏流。(10)离子交换器反洗时，反洗强度不够，树脂层中积留较多的悬浮物，与树脂粘结一起，形成泥球或泥饼，使水偏流。逆流再生离子交换器再生后刚投入运行就失效，原因是什么?如何处理?答案：发生此现象的原因可能是：(1)再生操作有问题，如顶压不足造成树脂乱层。(2)再生液流速过大，造成树脂乱层。(3)压脂层变薄，造成再生液及顶压流体偏流。处理方法如下：(1)加强再生操作训练，正确、熟练地掌握再生操作技术。(2)调整再生液流速。(3)补充压脂层的树脂(或白球)。(4)进行大反洗。逆流再生离子交换器出水水质恶化或运行周期明显缩短，原因是什么?如何处理?答案：发生此现象的原因可能是：(l)再生操作时置换或反洗用水，没有用除盐水(或软化水)，使下部树脂层处于失效状态，运行开始时不断有Na+(或硬度或HsiO3-)漏出。(2)顶压流体压力过大，影响再生液的进入量。处理方法如下：(1)一定要用除盐水(或软化水)进行置换或反洗。(2)调整顶压装置，检查顶压表。浮床离子交换器交换能力下降的原因有哪些?如何处理?答案：浮床发生此现象的原因可能是：(1)再生时交换器顶部部分树脂暴露在空气中，影响再生效果。(2)出水装置与进再生液装置共用时，表面包扎的尼龙网局部被破碎树脂堵塞，造成再生液分配不均。处理方法如下：(l)改装再生废液排液管为倒U形管。(2)将体内树脂移出，进行体外反洗，检查、检修出水装置。浮床离子交换器的出水阻力增加，甚至不出水，原因是什么?如何处理?答案：浮床发生此现象的原因可能是：(1)树脂层中碎树脂和悬浮物增多。(2)出水装置的尼龙网破损，大量树脂堆积在树脂捕捉器中，使出水受阻。处理方法如下：(1)将体内树脂移出，进行体外反洗。(2)检修出水装置。(3)将捕捉器内的树脂排出。浮床离子交换器再生后刚投入运行就失效，原因有哪些?如何处理?答案：浮床发生此现象的原因可能是：(1)起床时，进水压力小，树脂未能成床而发生乱层。(2)交换器内树脂未能自然装实，水垫层过高，树脂乱层。处理方法如下：(l)启动时，增大起床流速。(2)将树脂装满，降低水垫层的高度。采用盐酸与硫酸作为H型离子交换器的再生剂，各有何利弊?答案：再生剂的选择在水处理工艺中是很主要的环节，它直接影响到交换树脂的交换容量和出水水质。盐酸作为H型离子交换器的再生剂，具有操作简便、出水质量好、交换树脂的交换容量高和再生时不会有沉淀物产生等优点。这是由于盐酸是一元酸，易电离，又可采用较高浓度的再生液，再生效果好。故用盐酸再生树脂的交换容量比用硫酸再生时可提高近一倍，从而延长了交换器的运行周期，减少了再生次数，节省了自耗水。但是，盐酸价格较高，制水成本比用硫酸再生要高些，贮酸设备及其系统需要防腐，资较多，还需要采取防止酸雾污染环境的措施。用硫酸再生H型交换器的制水成本较低，浓硫酸不腐蚀钢铁，故可采用普通钢铁容器贮存，节省了投资。但是，硫酸是二元酸，活度小，电离不完全，因而再生树脂的效果差。再生树脂的交换容量仅为盐酸再生的一半，自耗水量大，出水质量差。此外，硫酸再生树脂时易产生硫酸钙沉淀等，故再生操作麻烦(需分步再生)。为保证设备和人身安全，设有防止水倒回至浓硫酸设备的安全措施，酸喷射器的喷嘴和混合管要采用耐高温、耐腐蚀的材料制作，如聚四氟乙烯和铝锑合金等。目前，电厂大多采用盐酸再生H型离子交换器，是根据技术经济比较，用盐酸较硫酸有利。在水的化学除盐系统中，阴离子交换器为什么都安置在阳离子交换器之后?答案：在化学除盐系统中，阴离子交换器安置在阳离子交换器之后有以下原因：(l)原水经阳离子交换器交换后，出水呈酸性，有利于阴离子交换器的交换反应，除硅效率高。(2)原水直接进入阴离子交换器交换，能产生难溶解的化合物[如Ca(OH)2Mg(OH)2等]，堵塞交换树脂内部的交联孔眼，使阴离子交换树脂的交换容量降低。(3)原水中均有大量的碳酸盐，先经阳离予交换器，可分解为H2O和CO2。CO2经除碳器除去后，就减少了进入阴离子交换器的阴离子总量，从而延长了阴离子交换器的运行周期，降低了再生剂耗量。(4)阴离子交换树脂，抗有机物和其它因素污染的能力比阳离子交换树脂差，故不宜直接通入原水。水的pH值对阴离子交换器除硅有何影响?答案：水的pH值大小对除硅效果有直接影响。水的pH值低易于除硅，因为此时水中硅以硅酸形式存在，离子交换反应式如下：R一OH十H2SiO3-→R-HsiO3十H2O水的pH值高不易于除硅，因为pH值高，水中硅以硅酸盐形式存在，易生成反离子OH-，反离子OH-浓度越高，它所起的阻碍除硅作用也越大，反应如下：R一OH十NaHSiO3R-HsiO3十NaOH此反应的逆反应速度远远大干正反应速度，所以，水中HsiO3-含量就大。固定床逆流再生离子交换器的特点是什么?答案：固定床逆流再生离子交换器的最大特点是运行时水流方向和再生时再生液的流向相反，一般是顺流运行，逆流再生。逆流再生时，新鲜的再生液先接触失效较少的树脂，从交换器底部向上部流动，而质量差的再生液接触上层失效较多的树脂。根据溶液中离子平衡的关系，再生液在下部或上部都能得到很好的利用，从而大大地提高了树脂的再生率和再生的经济性。顺流运行时被处理水从交换器上部进入，首先接触再生度较差的树脂，随着水向下流动，水中要交换的离子量逐渐减少，而接触的树脂再生度越来越高。根据离子交换的平衡关系，保护层中树脂的再生度越高，出水纯度越大。所以，固定床逆流再生离子交换器内的交换树脂的再生度高、再生剂耗量低，其出水水质也好。离子交换器逆流再生时，对再生液浓度及流速有哪些要求?答案：对浓度的选择以再生效果为重要条件，最佳浓度根据水质等条件通过进行调整试验求得。一般阳离子交换器以盐