化学水处理技术问答.docx
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1、第一部分 水质和水质指标1-1,天然水中的杂质按颗粒大小可分成哪几类?通常它们都是用什么工艺来除去的? 答:天然水中的主要杂质按其颗粒大小可分为三大类;1)悬浮物:颗粒直径在104毫米以上;主要依靠自沉降或过滤的工艺去除,有时也需进行澄清和过滤;2)胶体:颗粒直径在106104毫米间;主要依靠混凝、澄清和过滤等工艺去除;3)溶解物质:颗粒直径小于106毫米,以离子或分子形态存在,形成真溶液;通常必需用离子交换工艺去除。1-2,天然水中主要有哪几种化合物?随着水的PH值及其它条件的不同,它们通常以会什么形式存在? 答:天然水中的主要化合物有:1)碳酸化合物:存在形式主要有CO2 、HCO3 和C
2、O32。在天然水的PH情况下水中的碳酸化合物以CO2和HCO3存在。PH愈降低则CO2含量增加,HCO3含量减少;当PH4时,水中只有CO2 ;溶液的PH升高时, CO2浓度逐渐降低,HCO3 浓度逐渐增加;当PH8.3时,CO2消失,HCO3 浓度降低,CO32浓度增加;当溶液PH12时,水中的碳酸化合物几乎全为CO32。2) 硅酸化合物:当PH7时水中实际上只有硅酸的分子,没有硅酸根离子存在。当PH7时水中同时存在有H2SiO3和HSiO3;当PH11时则以HSiO3为主;只有在碱性较强的情况下水中才会有SiO32出现。3) 铁化合物: 水中的铁离子有Fe2和Fe3,当水中溶解氧的浓度很小
3、,PH不高时,水中只有Fe2形态的铁离子,而Fe2生成的亚铁盐溶解度都较大,Fe2不易析出,所以通常地下水中的Fe2浓度很大。当水中的溶解氧浓度较大和水的PH升高时,Fe2就会氧化成Fe3,而Fe3很易水解生成难溶的Fe(OH)3 。在地面水中因溶解氧浓度较高,而PH都在7左右,所以水中的铁化合物几乎都只有胶溶状态的Fe(OH)3 ,而Fe2的浓度很小。1-3,在天然水中通常溶有最多的离子有哪些?答:天然水中的化合物大都是电解质,在水中多是以离子或分子形态存在的,在天然水中通常溶有最多的离子为:阳离子有钠离子、钙离子、镁离子;阴离子有重碳酸根、硫酸根、氯根;除此之外还有少量的铁离子和二氧化硅等
4、。 答:悬浮物就是不溶于水的物质。它是取一定量的水经滤纸过滤后,将滤纸截留物在110下烘干称重而测得,单位是毫克/升。由于操作不便,通常用浊度来近似表示悬浮物含量。因为水中的胶体含量和水的色度会干扰浊度的测定,所以浊度值不能完全表示水中悬浮物含量。浊度的测定常用比光或比色法,先以一定量的规定的固体分散在水中,配置成标准液,然后用水样与之相比较,以与之相当的标准液中含固体的量作为测定的浊度值,单位是毫克/升。答:水的含盐量为水中各种盐类的总和,单位:毫克/升。通常可用溶解固形物(或蒸发残渣)近似表示。其常用的表示方法为:一种是以所含各种化学盐类总重量相加来表示,其单位为毫克/升;另一种是以水中所
5、含全部阳离子(或阴离子)的量浓度来表示,其单位为毫摩尔/升。 答:用来表示水溶液的导电能力的指标称为电导。电导是电阻的倒数。两个面积各为1厘米2,相距1厘米的电极在某水溶液中的导电能力称为该溶液的电导率,单位为西门子/厘米(S/cm)。影响溶液电导的因数除了溶液本身的性质外还有电极的截面积和电极间的距离,以及测定时溶液的温度等。 答:因为水中溶解的大部分盐类都是强电解质,它们在水中全部电离成离子,当水的含盐量愈高,电离后生成的离子也愈多,水的电导能力就愈强,所以测定水溶液的电导率就愈高。但是,溶液的电导率不仅与离子含量有关,同时还与组成溶液的离子种类有关(常见的不同离子的电导率见表),所以电导
6、率并不能完全代表溶液的含盐量。溶液的电导率测定时随测定的温度不同而变化,测定时溶液的温度愈高,所测得的电导率也会愈高。1毫克/升各种离子相当的电导率(25)阳离子电导率 微西/厘米阴离子电导率 微西/厘米Na2.13Cl2.14K1.84HCO30.716Ca22.60CO322.82Mg23.82SO421.54H250OH11.6什么是水的COD?测定COD有什么实际意义?水的COD即水的化学耗氧量。水的化学耗氧量指标主要用来表征水中有机物的含量。天然水中的有机物种类繁多,很难准确测定水中的有机物的含量,作为大致估量水中有机物含量,常利用有机物具有可氧化的共性,在一定条件下用氧化剂处理水样
7、,测定其反应过程中所消耗的氧化剂的量换算成O2来表示,即为水的化学耗氧量。简称COD,单位为:毫克O2 / 升。常用的氧化剂有高锰酸钾和重铬酸钾。答:水中含OH、HCO3、CO32及其他弱酸盐类量的总和,或水中含有能接受H的物质的量称为水的碱度,单位为毫摩尔/升。天然水的碱度主要由HCO3的盐类所组成。根据测定碱度时所用的指示剂,碱度可分为酚酞碱度(P)和甲基橙碱度(M),用酚酞作指示剂测定的碱度称为酚酞碱度,此时滴定终点的PH = 8.3,所参加反应的离子为:OHH= H2O ; CO32H = HCO3; 即CO32 仅反应生成HCO3 ;当用甲基橙作指示剂时测定的碱度称为甲基橙碱度,其反
8、应终点的PH = 4.34.5,此时不仅有上述反应外,同时HCO3也参加反应:HCO3H = H2O CO2;因此,甲基橙碱度也即为全碱度。 答:因OHHCO3 = H2OCO32,故在水溶液中OH和HCO3不能同时存在,由此,水中各种碱度离子共存的情况只会有五种可能,即:HCO3、OH、CO32三种离子各自单独存在、OH和CO32共存及HCO3和CO32共存。水中含不同碱度离子时所测得的P及M碱度的情况分别如下: P碱度M碱度含1mmol/L的OH1mmol/L1mmol/L含1mmol/L的HCO3 0 1mmol/L 含1mmol/L的CO321mmol/L 2mmol/L由此,在测定水
9、样获得不同结果的P、M碱度时,可以推断水中的不同离子含量为:1) 当P=0;此时水中只有HCO3,其含量=P碱度;2) 当M=P时,此时水中只有OH,其含量=M(或=P);3) 当M=2P时,此时水中只有CO32,其含量=M(或=2P);4),当M大于2P时,水中除了含有CO32外还有部分不能产生P碱度的离子,即HCO3,所以此时水中为HCO3和CO32共存。其中CO32含量=2P,HCO3含量=M2P;5)当M小于2P时,水中除了含有CO32外还有部分可以产生P碱度的离子,即OH,此时水中为OH和CO32共存。其中CO32含量=M,OH含量=2PM。答:水中钙、镁离子的总浓度即为硬度,单位为
10、毫摩尔/升。如果与钙、镁离子结合的阴离子为重碳酸根和碳酸根,此时的硬度即为碳酸盐硬度,因为碳酸盐硬度在沸腾的水中会析出沉淀而消失硬度,故又称为暂时硬度;如果与钙镁离子结合的阴离子为非碳酸根(氯离子或硫酸根),则此时的硬度即为非碳酸盐硬度,也即为永久硬度。各种硬度之间的关系如下: 水的总硬度 = 钙硬度镁硬度 = 碳酸盐硬度非碳酸盐硬度 = 暂时硬度永久硬度毫克/升答:溶液中含Ca(HCO3)162 mg/L,其中含Ca2量为40/162162=40mg/L,含HCO3为16240=122mg/L;该溶液的碱度应等于HCO3的浓度,即122(112163) = 2mmol/L,该溶液的硬度应等于
11、Ca2的浓度,即4020=2mmol/L。毫克/升毫克/升毫克/升毫克/升毫克/升 答:Ca2 = 80 mg / L=8020=4mmol/L;Mg2 = 12 mg / L=1212=1mmol/L;Na = 46 mg / L=4623=2mmol/L;所以该水样的含盐量=412=7mmol/L。含阴离子有HCO3 = 305 mg / L=30561=5mmol/L;Cl = 35 .5 mg / L=35.535.5=1mmol/L;因为阳离子量应等于阴离子量,所以SO42=751=1mmol/L=196=96mg/L。该水样的总硬度=41=5mmol/L,碱度=5mmol/L,即属
12、于硬度=碱度的水样。在总硬度=5mmol/L中碳酸盐硬度=暂时硬度=5mmol/L,非碳酸盐硬度=永久硬度=0。在全碱度 = 5mmol/L中,因为水中没有OH和CO32;所以酚酞碱度P = 0,甲基橙碱度M = 5mmol/L。水中含有能与强碱起中和作用的物质的量称为酸度,单位为毫摩尔/升。可能形成酸度的离子有(1)能全部离解出H的强酸,如HCl、H2SO4等。(2)强酸弱碱组成的盐,如铁、铝等离子与强酸组成的盐。(3)弱酸,如H2CO3、H2SiO3等。在天然水中酸度主要由H2CO3形成。而在阳床出水中,原水所含的全部阳离子与树脂交换后形成了H,与全部阴离子会组成相应的酸,所以测定阳床出水
13、的酸度有重要的实用价值。答:PH值的定义是水中氢离子浓度的负对数。通俗的说,PH值是表示水中酸碱性强弱的一项指标。水是一种极弱的电解质,它只能微弱的电离为H+和OH-;当温度一定时,水中的氢离子浓度和氢氧根浓度的乘积总是保持一个定值。在一般溶液中氢离子浓度和氢氧根浓度的值非常小,而在不同条件下它们的变动范围又很大,因此用毫摩尔/升来表示很不方便,所以常用PH值来表示。PH = -lgH+ = lg(1/H+)。在中性溶液中H+=10-7毫摩尔/升;则它的PH值=7。在酸性溶液中H+10-7毫摩尔/升;则它的PH值7。在碱性溶液中H+10-7毫摩尔/升;则它的PH值7。1-16,OH碱度为0.0
14、01mmol / L的水溶液其PH等于多少?当溶液的OH碱度为0.001毫摩尔/升时,OH的浓度为0.001毫摩尔/升= 106摩尔/升;其H的浓度为108摩尔/升;故溶液的PH值PH = -lgH+ =-lg 108 = 8;常见的HCl与NaOH水溶液的酸碱度与PH值的关系表HCl酸度mmol / LH浓度mol / LOH浓度mol / LPH0.00110610860.0110510950.110410104110310113101021012210010110131NaOH碱度mmol / LOH浓度mol / LH浓度mol / LPH0.00110610880.011051099
15、0.1104101010110310111110102101212100101101313 答:碱(酸)度与碱(酸)浓度的换算公式:碱浓度 % = 碱度401000溶液密度;酸浓度% = 酸度36.51000溶液密度; 常用的NaOH和HCl的转换表:NaOH浓度%碱度mmol / L碱含量mg / L密度g/cm330.7730.951.03241.0441.711.04351.3252.691.054289.15365.81.306299.55382.11.317309.96398.41.3283110.36415.11.339HCl浓度%酸度mmol / L酸含量mg / L密度g/cm
16、341.1240.721.01851.4151.201.02361.6961.671.028288.74319.01.139299.10331.91.144309.45344.81.149319.81357.91.1541-18,假想水中各种离子在形成化合物时,它们的组合顺序会怎样排列?答:假想水中各种离子在形成化合物时,其组合的基本顺序为:1) 水中的Ca2首先与HCO3组成Ca(HCO3)2之后,剩余的HCO3才能再与Mg2组合成Mg(HCO3)2 。组成的化合物都属碳酸盐硬度物质。2) 水中Ca2、Mg2与HCO3组合后多余的Ca2再与SO4组成CaSO4,其次Mg2与SO4组成MgSO
17、4,当Ca2、Mg2再有多余时,才能与Cl组成CaCl2、MgCl2,这些组成的化合物都属于非碳酸盐硬度物质。如果Ca2、Mg2与HCO3组合后HCO3有多余,可与Na组成NaHCO3,组成的化合物则为负硬度物质。3) 最后Na与SO42或Cl组成溶解度很大的中性盐。答:当水中硬度碱度时,这类水称为非碱性水。当水中的碱度硬度时,这类水为碱性水。在这两种水中,其碱度和硬度的关系有以下的规律:暂时硬度永久硬度负硬度硬度碱度= 碱度硬度碱度= 0硬度碱度= 硬度= 0碱度硬度硬度 = 碱度= 硬度= 0= 0当水中硬度碱度时,此时水中有非碳酸盐硬度存在;当水中的碱度硬度时,此时水中有过剩的重碳酸根存
18、在,即有过剩碱度(或称负硬度)。如果某水样的碱度等于硬度,该水样中所含的化合物可能有碳酸氢钙Ca(HCO3)2 、碳酸氢镁Mg(HCO3)2 和氯化钠NaCl及硫酸钠Na2SO4。1-20,天然水中的硬度主要是什么离子?碱度主要是什么离子?如果某一水源的碱度大于硬度,说明该水源中的硬度主要是什么硬度?答:天然水中的硬度主要是钙、镁离子,碱度主要是重碳酸根离子。如果水源中碱度大于硬度,说明该水源中的硬度主要是碳酸盐硬度,即暂时硬度。第二部分 离子交换树脂2-1,离子交换树脂的结构是怎样的?什么是树脂的交联度? 答:树脂由高分子骨架和离子交换基团组成。高分子骨架是由化学单体和交联体共聚而成。例如常
19、用的聚苯乙烯树脂其化学单体为苯乙烯,交联剂则为二乙烯苯,共聚后生成球形小颗粒,再将离子交换基团引入。树脂中引入的离子交换基团不同,其能交换的离子种类也不同。例如当引入磺酸基(-SO3H)时为强酸阳离子交换树脂,引入羧酸基(-COOH)时为弱酸阳离子交换树脂,如引入胺基N(CH3)3OH时则生成强碱阴离子交换树脂,引入亚胺基N(CH3OH)2时则生成弱碱阴离子交换树脂。 在树脂中交联剂的含量会决定树脂结构的紧密程度,树脂中含交联剂的重量%称为树脂的交联度。交联度愈大,则树脂网孔愈紧,其含水量小,湿视密度愈大,工交容量愈高,机械强度愈好。在树脂制造过程中利用降低树脂交联度可以得到多孔型树脂,如果同
20、时加入适量溶剂,待聚合后再将溶剂从共聚体中赶走,则可以制得海绵状的大孔型树脂。2-2,树脂的型号命名有什么规定?答:离子交换树脂的型号主要以三位数字组成。其中第一位数字代表产品的分类(例如:0代表强酸性树脂,1代表弱酸性树脂,2代表强碱性树脂,3代表弱碱性树脂),第二位数字代表骨架的差异(例如:0代表苯乙烯系列的骨架,1代表丙烯酸系列的骨架),第三位数字为产品顺序号。大孔型树脂在型号前加字母D。树脂的交联度可在树脂型号后用连接数字表示。例如:通常用的强酸型阳树脂型号为:0017;强碱型阴树脂型号为:2017;大孔型弱酸树脂型号为D113,大孔型弱碱阴树脂型号为:D301.2-3,通常树脂颗粒的
21、粒径有多大?控制树脂颗粒粒径在实际应用中有什么意义?答:树脂通常的粒度为20-40目(0.31.2mm),在实际应用中树脂颗粒大则交换容量降低,交换速度减慢,但水流经过树脂层的阻力也小;树脂颗粒小则交换容量大,交换速度较快,但水流经过树脂层的阻力也大。2-4,实际应用中树脂颗粒除了要控制粒径外,还应控制哪些指标?答:树脂颗粒的大小不均匀会影响它的使用效果,当树脂层反洗时,小颗粒树脂会分布在树脂层的上部,而大颗粒的树脂会集中在下部,因此树脂层面的小颗粒树脂会加大树脂层对水流的阻力,而且在反洗中要使大颗粒树脂层达到必要的反洗强度时,小颗粒树脂就会被水流带走,而要防止小颗粒树脂被水流带走,必需降低反
22、洗强度,此时又会造成大颗粒树脂反洗强度不够,所以树脂在使用中还要考察其粒径的均匀程度。树脂粒径的均匀程度常用不均匀系数来衡量。树脂的不均匀系数为树脂颗粒80%(重量)通过的筛孔孔径与10%通过的筛孔孔径之比。有时还要考察其平均粒径(即树脂颗粒50%通过的筛孔孔径)。2-5,树脂的密度指标分哪两种,在使用中各有什么意义?答:在使用中树脂的密度可分为湿真密度和湿视密度,湿真密度为树脂颗粒在水中经充分膨胀后的密度,而湿视密度则为树脂颗粒在水中膨胀后的堆积密度。 湿真密度 = 湿树脂颗粒重/湿树脂颗粒体积g/Mol 湿视密度 = 湿树脂颗粒重/湿树脂的堆积体积g/mol树脂的湿真密度通常应用在决定树脂
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