第二十一章 水的软化

1.试说明石灰软化时水中发生的化学反应 石灰软化过程包括下面几个方面： CO2+Ca(OH)2 → CaCO3↓+H2O Ca(HCO3)2+Ca(OH)2 → 2CaCO3↓+2H2O Mg(HCO3)2+Ca(OH)2 → CaCO3↓+MgCO3+2H2O MgCO3+Ca(OH)2 → CaCO3↓+Mg(OH)2↓

2.石灰软化处理后水质有何变化？为什么不能将水中硬度降为零？

水的剩余碳酸盐硬度可以降低到0.25－0.5毫摩尔每升，剩余碱度约0.8－1.2毫摩尔每升，硅化合物可去除30％-35％，有机物可去除25％，铁残留量约0.1毫克每升。

熟石灰虽然亦能与水中非碳酸盐的镁硬度起反应生成氢氧化镁，但同时又产生了等物质的量的非碳酸盐的钙硬度：

MgSO4+Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓+CaSO4↓ MgCl2+Ca(OH)2 → Mg(OH)2↓+CaCl2↓

所以单纯的石灰软化是不能降低水的非碳酸盐硬度的。不过，通过石灰处理，还可以去除水中部分铁和硅的化合物。

3.与顺流再生相比，逆流再生为何能使离子交换出水质显著提高？

顺流再生固定床树脂层上部再生程度高，而越是下部，再生程度越差，到软化工作后期，由于树脂下半部原先再生不好，出水剩余硬度提前超出规定指标，导致交换器过早地失效，降低了设备工作效率。

逆流再生固定床再生时，再生液首先接触饱和程度低的底层树脂，然后再生饱和程度较高的中、上

层树脂。这样，再生液被充分利用，再生剂用量显著降低，并能保证底层树脂得到充分再生。软化时，处理水在经过相当软化之后又与这一底层树脂接触，进行充分交换，从而提高出水水质。 4.逆流再生的关键是什么?

答:再生时再生液流向与交换时水流流向相反，并在再生操作过程中做到各层次不乱。

5. 如图21-14所示，当氢离子交换出水强酸酸度为零，与其相应，出水Na+含量应是多少？C(1/2SO42- +Cl_)

第二十二章 水的除盐与咸水淡化

1.在一级复床除盐系统中如何从水质变化情况来判断强碱阴床和强酸阳床即将失效？

答： 若阴床运行以硅酸开始泄漏作为失效控制点,则电导率瞬时下降可视为周期终点的讯号。若阳床运行以Na开始泄漏作为失效控制点,则出水酸度开始急剧下降可视为失效点。 2.试说明离子交换混合床工作原理，其除盐效果好的原因何在？

答：阴、阳离子交换树脂填在同一个交换器内，再生时使之分层再生，使用时先将其均匀混合，这种阴、阳树脂混合一起的离子交换器称为混合床。

混合床的反应过程可写成（以NaCl为例）：RH + NaOH + NaCl→RNa+RCl+H2O

其除盐效果好的原因：上式交换反应可看作是盐分解反应和中和反应的组合，并且阴阳离子交换反应是同时进行的。由于混合床中阴、阳树脂紧密交替接触。好象有许多阳床和阴床串联在一起，构成无数微型复床，反复进行多次脱盐，加上去离子作用是在中性pH值下迅速进行的，所以出水纯度高。并且具有水质稳定、间断运行影响小、失效终点明显等特点。

3.在离子交换除盐系统中，阳床、阴床、混合床和除二氧化碳器的前后位置的布置应如何考虑？试说明理由。

答：（一）强酸—脱气—强碱系统 (阳床→除二氧化碳器→中间水箱→阴床→出水)

进水通过阳床，去除Ca,Mg、Na等阳离子，出水为酸性水，随后通过除CO2器去除CO2，最后由阴床去除水中的SO4,Cl,HCO3等阴离子。

2---2+

2+

+

+

强碱阴床设置在强酸阳床之后的理由：

（1）若水先通过阴床，容易生成碳酸钙、氢氧化镁沉淀在树脂层内，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 强碱树脂在硅酸盐的吸附要比对硅酸的吸附差得多。 （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。

除CO2器设置在强酸阳床之后的理由：当水的pH值低，碳酸几乎全部以游离CO2形态存在于水中，因此除CO2器放置进接H离子交换器之后。 （二）强酸—脱气—弱减—强碱系统

适用于原水有机物含量较高、强酸阴离子含量较大的情况。弱碱树脂用于去除强酸阴离子，强碱树脂主要

用于除硅。

4.何谓双层床？其与混合床有何区别？

答：即在同一交换器内装有弱酸/碱和强酸/碱两种树脂，借助于树脂湿真密度之差别，经反洗分层后，使弱酸/碱树脂位于上层，强酸/碱树脂位于下层，组成双层床。

与混合床区别：

1）混合床中，阴阳离子交换反应是同时进行的，而双层床分为阴、阳两种，分别只去除阴离子、阳离子。

2）双层床因使用弱酸或弱碱树脂，使交换能力提高，酸/碱比耗降低，废酸/碱量亦显著减少，出水量增加，适用范围增大。混合床因为阴、阳树脂紧密交替接触，构成无数微型复床，加上去离子作用是在中性pH值下迅速进行的，因而出水纯度高。

3）因为原理不同，所以再生方式存在差异。都要反洗分层，但双层床的上层弱脂可用强脂用过的再生液充分加以利用，不过对于阴离子交换床，再生要求更为严格。

5、电渗析的级和段是如何规定的？级和段与电渗析器的出水水质、产水量以及操作电压有何关系？ 答：一对电极之间的膜堆称为一级，具有同向水流的并联膜堆称为一段。一般而言，增加段数就等于增

加脱盐流程，亦提高脱盐效率，有利于提高出水水质。增加膜堆数，则可提高水处理量。增加级数则可降低所需电压。

Ps：一对阴、阳膜和一对浓、淡水隔板交替排列，组成最基本的脱盐单元，称为膜对。电极之间由若干组膜对堆叠一起即为膜堆。应根据具体情况选择合理的工作状况，并在此基础上，确定所需电渗析器的台数以及并联或串联的组装方式。 6、试画出六级三段电渗析器组装示意图。 答：

7、电渗析器的电流效率与电能效率有何区别？

答：电流效率等于一个淡室实际去除的盐量与应析出的盐量之比。与膜对数无关，电压随膜对增加而加

大，而电流则保持不变。电能效率是衡量电能利用程度的一个指标，可定义为整台电渗析器脱盐所需

的理论耗电量与实际耗电量之比值，即电能效率 = 理论耗电量 / 实际耗电量。 8、试说明电渗析的极化现象，它有何危害？应如何防止？（重点）

答：在电渗析过程中，由于膜内反离子的迁移数大于溶液中的迁移数，从而造成淡水隔室中在膜与溶液的

界面处形成离子亏空现象，当操作电流密度增大到一定程度时，主体溶液内的离子不能迅速补充到膜的界面上，从而迫使水分子电离产生H和OH来负载电流,这就是电渗析的极化现象. 电渗析的极化现象对电渗析的运行有很大的影响,主要表现在:

1）.极化时一部分电能消耗在水的电离与H和OH的迁移上,使电流效率下降。

2）．OH透过阴膜进入浓水室，与mg 和Ga发生反应生成沉淀会堵塞水流通道，增加水流阻力，增加电耗，

影响出水水质、水量和电渗析器的安全运行。

3）.由于沉淀、结垢的影响，使膜的性能发生了变化，导致膜易裂，机械强度下降，膜电阻增大，缩短了

膜的使用寿命。

目前主要采取的措施有:1）控制工作电流密度在极限电流密度以下运行；2）定时倒换电极；3）定期酸洗。 9、电渗析极限电流密度公式中的K和n的值的大小对电渗析装置有何影响？

答：在电渗析除盐中对一定的含盐量而言，电渗析槽内流过的电流密度有一个最高值。当电流超过此数值时，就会发生各种故障，比如浓度差极化和膜结垢等，所以有必要事先掌握被处理液的最大允许电流值即极限电流。公式中的K和n值增大，极限电流就会增大，相对来水装置发生故障的可能会有所降低。所以，当K和n值增大时，会起到减小电渗析装置发生故障可能性的积极影响。

10、在电渗析过程中，流经淡室的水中阴、阳离子分别向阴、阳膜不断地迁移，此时淡室中的水流是否仍旧保持电中性？如何从理论上加以解释？（没懂）

答：淡室中的水流是保持电中性的。淡室中阴阳离子的迁徙过程，其实就是淡室中的电解质电解过程，电解后的电解质具有电荷相等，电性相反的性质，这样综合起来，整个淡室中的水流仍旧保持电中性。 11、试阐明在电渗析运行时，流经淡室的水沿隔板流水道流动过程中浓度变化规律。

答：在水沿隔板流动过程中，水中离子浓度逐渐降低。其变化规律系沿流向按指数关系分布，式中c值一般采用对数平均值表示，即：C= (C1-C2)/2.3㏒（C1/C2）

12.何谓渗透与反渗透?渗透压与反渗透压？

答：用只能让水分子透过，而不允许溶质透过的半透膜将纯水与咸水分开，则水分子将从出水一侧通过膜向咸水一侧透过，结果使咸水一侧的液面上升，直至到达某一高度，此即所谓渗透过程。当渗透达到动平衡状态时，半透膜两侧存在着一定的压力差，即为渗透压π。当咸水一侧施加的压力P大于该溶液的渗透压π，可迫使渗透反向，实现反渗透过程。反渗透达到平衡时称作反渗透压。 13.反渗透法除盐与其他方法相比有何特点？

答：反渗透膜是流体阻力大的较致密性膜，孔径2-3nm以下，主要分离1nm以下的无机离子以及小分子。需要较高的压力。

14.什么叫浓差极化？试阐明超滤浓差极化过程中，膜面浓度Cm与压力差△P之间的关系。

答：在膜分离过程中，水连同小分子透过膜，而大分子溶质则被膜所阻拦并不断积累在膜表面上，使溶质在膜面处的浓度Cm高于溶质在主体溶液中的浓度Cb,从而在膜附近边界层内形成浓度差Cm-Cb，并促使溶质从膜表面向着主体溶液进行反向扩散，这种现象称为浓差极化。

刚开始增大压力势必提高透过水通量，因而膜面的溶质浓度亦随之增大，浓差极化现象就越是严重。在大分子溶液超过滤过程中，由于Cm值急剧增加，结果使极化模数即Cm/Cb比值迅速增大.在某一压力差下,当Cm值达到这样程度，大分子物质在膜面很快生成凝胶,此时膜面浓度称为凝胶浓度,以Cg表示。一旦生成凝胶层，透过水通量并不因压力的增加而增加。

15.多级闪蒸与多效蒸发工作原理的主要区别何在？前者的结垢现象比后者为何要轻得多? 答：多级闪蒸将加热面与蒸发面分开，故结垢较轻。

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2+

2++

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