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第8章、离子交换

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第八章 土壤胶体与土壤离子交换-胶体性质

第八章 土壤胶体与土壤离子交换-胶体性质

土壤胶体的结构和性质
4. 土壤胶体的吸附性和交换能力
由于胶体的巨大表面能，使其对周围分 子或离子有很强的吸附力，同样胶体的电 性使其扩散层的离子与土壤溶液中的离子 有交换能力。
比表面积 （cm2·g-1）
45,200
226,000
452,000
2,260,000
很显然,土粒越细比表面越大,土壤中颗粒的形状多种多样. 只有砂粒近 似球形,但其表面大多不平,大部分粘粒多为片状,棒状,针状, 实际上胶 体的表面积比光滑的球体大得多。
由于土壤胶体具有巨大表面积，从而具有巨大的表面能。
立方体数 目 1 103 106 109 1012 1015 1018 1021
总表面积
6cm2 60cm2 600cm2 6000cm2 6m2 60m2 600m2 6000m2
比表面积 （cm2·cm-3）
6 6×10 6×102 6×103 6×104 6×105 6×106 6×107
土壤胶体的结构和性质
土壤干燥、冻结过程中，水膜消失，也就加大了电解质浓度，减 小扩散层厚度，使胶粒互相凝聚而形成结构。生产上晒垡、冻垡等 措施也就起了这个作用，所以晒、冻垡有利于土壤形成结构； 相反，土壤水分过多，土壤溶液电解质浓度相应减小，扩散层加厚， 胶粒互相排斥而成溶胶状。 常年泡水的沤水田、烂泥田，土粒分散，缺少结构，通气性差， 栽秧后易产生浮秧，就是因为胶粒分散，土壤不沉实。这种情况下， 施用石灰（CaO）、石膏（CaSO4），增加Ca2+浓度，对沉实土壤， 改良土性，有明显效果。
H2SiO3
HSiO3- +H+
SiO32-+H+ （带正电）
土壤胶体的结构和性质

第8章 土壤阳离子交换量分析.ppt.Convertor

第8章 土壤阳离子交换量分析.ppt.Convertor

第八章土壤阳离子交换性能的分析P152第一节概述土壤中阳离子交换作用，早在19世纪50年代已为土壤科学家所认识。

当土壤用一种盐溶液（例如醋酸铵）淋洗时，土壤具有吸附溶液中阳离子（例如铵离子）的能力，同时释放出等量的其它阳离子如Ca 2+、Mg2+、K+、Na+等交换性阳离子。

在交换中还可能有少量的金属微量元素和铝。

Fe3+ (Fe2+)一般不作为交换性阳离子，因为它们的盐类容易水解生成难溶性的氢氧化物或氧化物。

土壤吸附阳离子的能力用吸附的阳离子总量表示，称为阳离子交换量[cation exchange capacity，简作（Q）]，其数值以厘摩尔每千克（cmol·kg-1）表示。

土壤交换性能的分析包括土壤阳离子交换量的测定、交换性阳离子组成分析和盐基饱和度、石灰、石膏需要量的计算。

土壤交换性能是土壤胶体的属性。

土壤胶体有无机胶体和有机胶体。

土壤有机胶体腐殖质阳离子交换量200～400cmol·kg -1。

无机胶体包括各种类型的粘土矿物，其中2:1型的粘土矿物如蒙脱石的交换量为60～100cmol·kg-1，1:1型的粘土矿物如高岭石的交换量为10～15cmol·kg-1。

因此，不同土壤由于粘土矿物和腐殖质的性质和数量不同，阳离子交换量差异很大。

例如东北的黑钙土的交换量为30～50cmol·kg-1，而华南的土壤阳离子交换量均小于10cmol·kg-1：这是因为黑钙土的腐殖质含量高，粘土矿物以2:1型为主；而红壤的腐殖质含量低，粘土矿物又以1:1型为主。

阳离子交换量的测定受多种因素影响。

例如交换剂的性质、盐溶液的浓度和pH等，必须严格掌握操作技术才能获得可靠的结果。

作为指示阳离子常用的有NH4+、Na+、Ba 2+，亦有选用H+作为指示阳离子。

各种离子的置换能力为：Al 3+ > Ba2+> Ca 2+> Mg 2+> NH4+> K+> Na+。

水质工程学Ⅰ思考题答案

水质工程学Ⅰ思考题答案

参考答案第1章 水质与水处理概论一、选择题1、 ABDE2、 ABCE3、 ABC第2章 水的处理方法概论一、问答题1、答：CMB 型反应器的假定条件是整个反应器是一个封闭系统，在反应过程中不存在由物质的迁移而导致的物质输入和输出，且恒温操作。

CSTR 反应器假定反应器内的物料完全均匀混合且与输出生产物均相同等温操作。

PF 反应器假定反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用。

唯一的质量传递就是平行流动的主流传递。

理想反应器虽不能完全准确地描述反应器内所进行的实际过程，但可以近似反映真实反应器的特征。

而且，由理想反应器模型可进一步推出偏离理想状态的实际反应器模型。

2、答：三种理想反应器的容积和物料停留时间根据反应器内物料衡算求得。

CMB 型 反应级 平均停留时间 0)(10i c c k- 1 ic c Ln k 01 2 )1(100-ic c kc n （n ≠1） ]1)[()1(11010----n i n c c c n k CSTR 型 0 )(10i c c k- 1 )1(10-ic c k 2 )1(10-ii c c kc n （n ≠1） )1(101--i n ic c kc PF 型 0 )(10i c c k- 1 i c c Ln k 012)1(100-ic c kc n （n ≠1） ]1)[()1(11010----n i n c c c n k 其中：c 0为进口物料浓度；C i 为平均停留时间t 时的物料浓度；K 为反应速率常数。

3、解：设原有细菌密度为c 0，t 时后尚存活的细菌密度为c i ，被杀死的细菌密度则为c 0-c i ，根据题意，在t 时刻，%5.990=-c c c i o c i =0.005c 0，细菌被灭速率等于活细胞减少速率，于是，i i i c kc c r 85.0)(-=-=，代入公式，得： 2.6)/005.0(85.010=-=i c c Ln t 所需消毒时间为6.2分钟。

水污染控制工程课后作业及答案

水污染控制工程课后作业及答案

《水污染控制工程》习题集青海大学化工学院盐湖系环境工程教研室2013年3月目录第一章污水水质及控制 (3)第二章废水的预处理 (5)第三章水的混凝 (6)第四章沉淀 (7)第五章浮上分离和去油技术 (9)第六章过滤 (10)第七章吸附 (11)第八章离子交换 (13)第九章膜技术 (14)第十章氧化还原法 (15)第十一章化学沉淀法 (16)第十二章消毒 (18)第十三章生化处理概论 (19)第十四章活性污泥法 (20)第十五章生物膜法 (22)第十六章厌氧生物处理及污泥厌氧处理 (23)第十七章废水的生物脱氮除磷技术 (24)第十八章污水回用 (25)第十九章污泥的处理与处置 (26)第二十章污水处理厂的设计 (27)第一章污水水质及控制1.何谓水质？常用水质指标有哪些？2.水质的标准是如何制定的?3.一般情况下，高锰酸钾的氧化能力大于重铬酸钾（前者的标准氧还原电位为，后者为），为什么由前者测得的高锰酸盐指数值远小于由后者测得的COD值？4.按照污水处理程度不同可划分为几级处理？简述其内容。

5.试简述BOD、COD、TOC、TOD的内涵，根据其各自的内涵判断这四者之间在数量上会有怎样的关系，并陈述其原因。

6.将某污水水样100mL置于重量为的古氏坩埚中过滤，坩埚在105℃下烘干后称重为,然后再将此坩埚置于600℃下灼烧,最后称重为。

另取同一水样100mL,放在重量为的蒸发皿中,在105℃下蒸干后称重为,试计算该水样的总固体、悬浮固体、溶解固体、挥发性悬浮固体和固定性悬浮固体量各为多少？7.碱度与pH的区分是什么？8.一般采用哪些间接的水质指标来反映水中的有机物质的相对含量？9.生化需氧量反应动力学公式。

10.某废水20℃时的BOD5是150mg/L，此时K1=0.10/d。

求该废水15℃时的BOD8的值。

11. 在实际实验中区分DS、SS的方法是什么?12.在水质指标中氮有几种表述形式，磷有几种表述形式。

有色冶金原理第八章溶剂萃取和离子交换

有色冶金原理第八章溶剂萃取和离子交换

溶剂萃取应用范围
溶剂萃取被广泛应用于有色冶金中的金属提取、有机物的分离等领域。
离子换基本原理
离子交换是利用固体层状材料具有特定化学结构和吸附性能，通过吸附和解 吸过程实现目标物质的分离提取。
离子交换应用范围
离子交换广泛应用于有色冶金中的离子分离、水处理、废水处理等方面。
溶剂萃取与离子交换的比较
溶剂萃取和离子交换都是重要的分离和提取技术，具有各自的优势和适用范 围。
总结与展望
溶剂萃取和离子交换在有色冶金中发挥着重要作用，随着技术的不断发展， 它们的应用将不断扩大和深化。
有色冶金原理第八章溶剂 萃取和离子交换
本章将介绍有色冶金中重要的分离和提取技术，包括溶剂萃取和离子交换， 并探讨它们的原理、应用范围以及比较等方面。
原理概述
溶剂萃取和离子交换是在有色冶金中广泛使用的分离和提取技术。
溶剂萃取基本原理
溶剂萃取是通过溶剂将目标物质从溶液中分离提取出来的过程，主要利用物 质在不同溶剂中的溶解度差异实现分离。

生物制药工艺学第8章离子交换08-4-1

生物制药工艺学第8章离子交换08-4-1
16
离子交换树脂的骨架
（一）苯乙烯型离子交换树脂
由苯乙烯与二 乙烯苯经过氧 苯甲酰催化聚 合而成。
交联度
17
18
（二）丙烯酸型离子交换树脂
丙烯酸型阳离子交换树脂：是由丙烯酸甲酯 与二乙烯苯经过氧苯甲酰催化聚合而成。
19
丙烯酸型阳离子交换树脂
110树脂：丙烯酸甲酯与二乙烯苯聚合而成。 724树脂：它是由甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲
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交换容量测定方法
阳离子交换树脂（氢型）的测定方法：一定量 树 脂 中加 入 NaOH溶 液 ， 一 天 或数 天 后测 定 NaOH剩余量，从消耗的碱量求交换容量。
阴离子交换树脂（氯型）的测定方法：一定量 树脂装柱，用过量Na2SO4溶液进行离子交换， 测定流出液中氯离子总量，求交换容量。
盐类洗脱液是通过高浓度的同种电荷的离子 与目的物竞争树脂上的活性基团，使吸附物 游离。
57
洗脱方式
动态洗脱： 1、 溶液pH及离子强度不变。 2、分阶段改变溶液pH及离子强度。 3、连续改变溶液pH及离子强度。
梯度洗脱：自动化的梯度仪
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梯度洗脱
梯度混合器: A瓶为低浓度盐溶液 B瓶为高浓度盐溶液 C=CA―（CA―CB）VAA/AB
选择合适的树脂（如阳离子交换树脂），便 可使目的物被离子交换树脂吸附，而杂质较 少被吸附。
3
洗脱
（1）调节洗脱液的pH值。 （2）用高浓度的同性离子将目的物离子取
代下来。
对阳离子交换树脂而言，目的物的pI值愈大 （愈碱），将其洗脱下来所需溶液的pH值也 愈高。
4
离子交换树脂吸附和洗脱过程
第八章 离子交换法(ion-exchange)

第8章-(6)-液体吸附与离子交换

第8章-(6)-液体吸附与离子交换

第8章液体吸附与离子交换吸附与离子交换都是相间传质过程，物质传递方向是由液相到固相。

1 液体吸附1.1 吸附作用和吸附剂1.1.1 吸附作用利用多孔固体颗粒选择性地吸附流体中的一个或几个组分，从而使流体混合物得以分离的单元操作。

分离的依据：各组分的吸附力不同。

吸附剂：具有吸附作用的物质；吸附质：被吸附的组分。

固相具有吸附能力的根本原因是固体表面分子处在一个不平衡力场中，也既是表面力在起作用。

物理吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力仅为分子间引力的吸附；化学吸附：吸附剂与吸附质之间的作用力为化学键力的吸附。

物理吸附的特点：①放热过程；②吸附无选择性；③吸附速度快，易达平衡；④可以是多分子层吸附；⑤可逆过程，解吸容易。

化学吸附的特点：①放热过程；②吸附有选择性；③吸附速度慢，不易达平衡；④单分子层吸附；⑤解吸困难。

1．1．2 吸附剂及其性能吸附剂的来源：①天然矿产：活性白土、漂白土、硅藻土、凹凸棒等；②人工制品：活性炭、硅胶、活性氧化铝、分子筛、吸附树脂等。

食品工业中常用的吸附剂有：(1)活性炭包括粉末活性炭和颗粒活性炭两种。

(2)活性白土(3)硅胶包括球形、无定形、粉末状及加工成型四种。

(4)膨润土(5)分子筛(6)吸附树脂食品工业对吸附剂的要求主要有：①吸附量大；②选择性好。

一些常用吸附剂的性能见表8-1。

1．2 吸附理论1．2．1 吸附平衡(1)单组分吸附 吸附剂只选择性的吸附一个组分（溶质）。

可用等温吸附方程（弗氏方程）表示： n kC 1*=ω式中：ω-吸附质在固相中的浓度，kg 吸附质/kg 吸附剂；C *-吸附质与固相浓度成平衡的液相质量浓度，kg 吸附质/m 3。

k ，n-与吸附剂（质）性质、温度有关的常数。

一般n 在2～10之间易吸附，小于0.5时，吸附困难。

吸附浓度较低时，可用线性方程表示：*ω=kC参见下图，活性炭对醋酸（水容液）和苯甲酸（苯溶液）的吸附：从图中可以看出，吸附质不同，吸附平衡浓度不同；另外，浓度低时ω～C*基本为线性关系。

水质工程学各章习题(自己整理的)

水质工程学各章习题(自己整理的)

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），生化需氧量第二章水的处理方法概论填空题：1、水处理按技术原理可分为和两大类。

2、按对氧的需求不同，将生物处理过程分为和两大类。

3、按反应器内的物料的形态可以分为和两大类；按反应器的操作情况可将反应器分为和两大类。

4、列举水的物理化学处理方法：、、、、。

（举出 5 种即可）名词解释：>1、间歇式反应器 2 、活塞流反应器 3 、恒流搅拌反应器 4 、过滤5、吸附 6 、氧化与还原 7 、水的好氧处理 8 、水的厌氧处理9、停留时间 10 、停留时间分布函数 11 、水处理工艺流程问答题：1、水处理工艺流程选择的出发点有哪些？如何确定一个合适的水处理工艺流程？2、举例说明废水处理的物理法、化学法和生物法三者之间的主要区别。

10第八章-生物制药工艺学-离子交换

10第八章-生物制药工艺学-离子交换
惰性的 高分子固定骨架
功能基团:
与载体共价结合 的固定的活性基团
平衡离子:
与功能基团 以离子键联结 可移动的活性离子
平衡离子带正电荷的为阳离子交换树脂，带负电荷者称阴离子交换树脂。
在介质中带正电的物质用阳离子交换剂；带负电物质用阴离子交换剂。
一、离子交换树脂的分类
强酸型树脂：功能基团 为磺酸根(-SO3H)及甲基 磺酸根(-CH2SO3H)，有 好的解离能力。
❖ 在特定溶液条件下，电荷密度、电荷种类不同
4
基本原理
❖ 离子交换法：利用溶液中带电粒子与离子交换
剂之间结合力的差异进行物质分离的操作方法。 ❖ 带电粒子与离子交换剂间的作用力是静电力。 ❖ 离子交换是可逆的。
5
离子交换剂
❖ 离子交换剂：由惰性的不溶性载体、功能基团和平 衡离子组成。
❖ 阳离子交换剂：平衡离子带正电荷。 ❖ 阴离子交换剂：平衡离子带负电荷。
（3）多孔性，表面积大、交换容量大，分离效率 高，回收率高，可用于分离和制备。
（4）设备简单，操作不复杂，应用广泛。 （5）树脂具有再生能力，可反复使用。
❖ 缺点：
分离周期长，耗时过多。
离子交换技术是分离精制生化药物的重要手段
17
第二节 离子交换树脂的结构和种类
离子交换剂
平衡离子 决定树脂正负
不溶性载体:
Sample application and wash
--
-
+
+ -+
-+
++-
离子交换法过程
洗脱Elution
-
-
-
-
-
-
-
-
+ --

第八章 土壤胶体和土壤离子交换

第八章 土壤胶体和土壤离子交换
土壤中常见阳离子对胶体的凝聚力的大小顺序 为：Fe3+>Al3+> H+ > Ca2+>Mg2+> K+≥ NH4+>Na+

I win

Mr. Green had a job in a computer company. His boss paid him every Friday. When he got home that day, his wife would make him give her all his money, and then she would give him back only enough to buy his lunch in the office every day. One day Mr. Green came home very excited. He said to his wife, who was listening to the radio, "You'll never know what happened to me today. I won one hundred thousand on the lottery!" "That's great!" said his wife happily. But she thought for a minute and said coldly, "Wait a moment! How could you have the money to buy the ticket?"
H+ K+
Ca+2 H+
Mg+2

第八章+离子交换

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。

第8章 离子交换

第8章 离子交换

7、耐磨性
影响其实用性能指标之一，一般年耗损应不超过37%。
2)化学性质
1、酸碱性
.有效PH值范围 由于树脂活性基团分为强酸、强碱、弱酸、弱碱 性，水的pH值势必对其交换容量产生影响。 表8.1 各种类型树脂有效pH值范围
树脂类型 有效pH值范围 强酸性 0~14 弱酸性 4~14 强碱性 0~14 弱碱性 0~7
△C---脱除CO2的平均解析推动力
C、除碳器所需鼓风量W（m3/h)及所需进风压力P0（kPa)
风量 20～30 m3/ m3（水） 据风量，风压选风机
空气阻力0.2～0.5 KPa／m， 其它局部阻力0.4 KPa
8.4 离子交换的应用
8.4.1 水的软化
1．Na＋离子交换软化法
优点：处理过程中不产生酸； 再生剂为食盐，设备和防腐设施简单； 碱度不变，适应于碱度低，只须软化的场合，硬度高， 碱度大，难以满足要求
2）按结构特征分类
凝胶型（均相高分子凝胶结构）、 大孔型（形成大量毛细孔道，有利去除高分子有机物） 均孔型树脂（改良型大孔树脂） 3）按单体种类分类
3.离子交换树脂的命名
根据国家标准《离子交换树脂产品分类、命名及型号》而制 定， 名称：由分类名称、骨架（或基团）名称、基本名称依次排列 型号：以三位阿拉伯数字组成，第一位产品分类，第二位骨架 组成，第三位为顺序号 例：常用的强酸性苯乙烯系阳离子交换树脂 001×7 大孔型弱酸性丙烯酸系阳离子交换树脂型号：D111
3、交联度 指交联剂在离子交换树脂内的重量百分含量。以7-10%为宜。
4．密度
5．含水率 树脂的含水率以每克树脂（在水中充分膨胀）所含水分的百分 比（约50%） 树脂的含水率相应地反映了树脂网架中的孔隙率 6．溶胀性和转型体积改变率 干树脂+水→湿树脂 体积胀大 绝对溶胀度

水污染控制工程课后作业及答案

水污染控制工程课后作业及答案

《水污染控制工程》习题集青海大学化工学院盐湖系环境工程教研室2013年3月目录第一章污水水质及控制 (3)第二章废水的预处理 (5)第三章水的混凝 (6)第四章沉淀 (7)第五章浮上分离和去油技术 (9)第六章过滤 (10)第七章吸附 (11)第八章离子交换 (13)第九章膜技术 (14)第十章氧化还原法 (15)第十一章化学沉淀法 (16)第十二章消毒 (18)第十三章生化处理概论 (19)第十四章活性污泥法 (20)第十五章生物膜法 (22)第十六章厌氧生物处理及污泥厌氧处理 (23)第十七章废水的生物脱氮除磷技术 (24)第十八章污水回用 (25)第十九章污泥的处理与处置 (26)第二十章污水处理厂的设计 (27)第一章污水水质及控制1.何谓水质？常用水质指标有哪些？2.水质的标准是如何制定的?3.一般情况下，高锰酸钾的氧化能力大于重铬酸钾（前者的标准氧还原电位为，后者为），为什么由前者测得的高锰酸盐指数值远小于由后者测得的COD值？4.按照污水处理程度不同可划分为几级处理？简述其内容。

5.试简述BOD、COD、TOC、TOD的内涵，根据其各自的内涵判断这四者之间在数量上会有怎样的关系，并陈述其原因。

6.将某污水水样100mL置于重量为的古氏坩埚中过滤，坩埚在105℃下烘干后称重为,然后再将此坩埚置于600℃下灼烧,最后称重为。

另取同一水样100mL,放在重量为的蒸发皿中,在105℃下蒸干后称重为,试计算该水样的总固体、悬浮固体、溶解固体、挥发性悬浮固体和固定性悬浮固体量各为多少？7.碱度与pH的区分是什么？8.一般采用哪些间接的水质指标来反映水中的有机物质的相对含量？9.生化需氧量反应动力学公式。

10.某废水20℃时的BOD5是150mg/L，此时K1=0.10/d。

求该废水15℃时的BOD8的值。

11. 在实际实验中区分DS、SS的方法是什么?12.在水质指标中氮有几种表述形式，磷有几种表述形式。

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碳酸盐硬度为暂时硬度，可通过加热去除。
（2）药剂软化法
• 基于溶度积原理，即难溶化合物浓度大于其溶度积 时就产生沉淀，加入某些药剂，把水中钙、镁离子 转变成难溶化合物，使之沉淀析出，称为药剂软化 法或沉淀软化法。
• 在水的药剂软化中，石灰是最常用的投加剂。 • 生石灰投入水中消化后即成消石灰乳浆液
可见，离子交换反应速度主要由膜扩散、 孔隙扩散来控制。
图8－3 离子扩散过程示意
（2）影响因素

①交联度
交联度越大，孔隙越小，孔隙扩散慢，则孔
隙扩散起控制作用。

②水中离子浓度
离子浓度＞0.1mol/L时，膜扩散很快，孔隙扩散为控制因 素；
离子浓度＜0.003mol/L时，膜扩散很慢，膜扩散为控制因 素。
江河水含盐量C＝1000～1500mg/L以下； 苦咸水含盐量C＝4000～5000mg/L； 海水含盐量C＝30000mg/L以上。
②电阻率ρ：指断面1cm×1cm，长1cm体积的水 所测得的电阻。其单位为Ω·cm或MΩ·cm。
• 药剂软化的处理工艺形式与常规处理基本相同，也 需经过混合、反应、沉淀、过滤等过程。
（3）离子交换法
基于离子交换原理，利用某些离子交换剂本身 所具有的阳离子（Na+或H+）与水中钙、镁离子进 行交换反应，称为离子交换软化法。
二、离子交换树脂的类型和结构特点
1、离子交换树脂的分类
离子交换树脂是由网状结构骨架(即母体)与附 属在骨架上的许多活性基因所构成的不溶性高 分子化合物。
特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且 该系统运行安全可靠，能减轻Na交换器的负 荷，提高软化水的质量，更适合于处理高硬度 水。
图8－6 H－Na串联离子交换脱碱软化系统
8.4 离子交换的应用
一、概述
1、水的纯度 水的纯度常以水中含盐量或水的电阻率来衡 量。 （1）表示方法 ①含盐量C：水中所含阴、阳离子总量。
Ca(OH)2，当投入处理水中，即可与游离CO2和碳 酸盐硬度产生下列各反应：
• 由以上反应式可见，当投加石灰时，去除Ca2+和 除Mg去2+碳要酸消盐耗硬等度当，量亦的即HC只O能3-去。除因同此H，C石O灰3-等软当化量只的能 硬度。
• 如果水中的总硬度超过总碱度，存在非碳酸盐硬度 时，则需另外再投加苏打(即碳酸钠NaCO3)。此 时，石灰用以降低水的碳酸盐硬度，苏打用以降低 水的非碳酸硬度。
2、H－Na离子交换脱碱软化系统
（1）H－Na并联离子交换脱碱软化系统 H－Na并联离子交换脱碱软化系统的流程见图
8－5。 特点：适用于原水硬度高、碱度大的情况，且
系统布置紧凑，投资较省，但系统安全可靠性 稍差。
图8－5 H－Na并联离子交换脱碱软化系统
在H－Na并联离子交换脱碱软化系统中， H 交换器和Na交换器的流量分配为：
（1）密度 :
湿真密度
ρt
=
湿树脂质量 树脂颗粒本身所占体积
（g
/ mL）
湿视密度ρ f = 树湿脂树堆脂积质体量积（g / mL）
（2）交联度
工业上常用的凝胶型树脂含有2％～12％的二乙 烯苯作为苯乙烯的交联剂。
苯乙烯树脂的交联度＝
二乙烯苯的质量 二乙烯苯质量＋聚苯乙
烯质量
×
100％
交联度越大，树脂的孔隙率越小，密度越大， 交换能力越小。水处理中用的离子交换树脂的交联 度一般为7％～10％。
Q = QH + QNa
QH ⋅ S = QNa ⋅ A − Q ⋅ A' ⇒
QH
=
A − A' A+ S
Q
QNaห้องสมุดไป่ตู้
= Q − QH
=
S + A' A+ S
Q
（2）H－Na串联离子交换脱碱软化系统
H－Na串联离子交换脱碱软化系统见图8－6。
H－Na串联离子交换脱碱软化系统的流量分 配与并联情况一样。
2）弱酸阳树脂的选择性顺序为： H+＞Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＝NH4+＞Na+＞Li+
3）强碱阴树脂的选择性顺序为： SO42-＞CrO42-＞NO3-＞Cl-＞OH-＞F-＞HCO3-＞HSiO3-
4）弱碱阴树脂的选择性顺序为： OH-＞SO42-＞CrO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-＞HSiO3-
树脂类型
有效pH值 范围
强酸 树脂
1～14
弱酸 树脂
5～14
强碱 树脂
1～12
弱碱 树脂
0～7
（3）离子交换树脂的选择性
在常温下，低浓度时，各种树脂对各种离子亲和
力大小可归纳如下几个规律：
1）强酸阳树脂的选择性顺序为： Fe3+＞Al3+＞Ca2+＞Mg2+＞K+＝NH4+＞Na+＞H+＞Li+
第8章 离子交换
8.1 离子交换概述 一、概述
1、水的硬度 水中所含钙、镁离子的总量称为水的总硬度。 按照阳离子类别又可分为钙硬度和镁硬度。 按照水中阴离子组成又可把硬度分为碳酸盐硬度和非
碳酸盐硬度。 碳酸盐硬度即钙和镁的重碳酸盐和碳酸盐。碳酸盐硬
度在水煮沸后很容易成为沉淀物析出，故又称暂时硬 度。 碳酸盐以外的硬度盐类，如钙和镁的硫酸盐、氢化物 等非碳酸盐硬度，用一般煮沸方法不能从水中析出， 故又称永久硬度。
适用：
①原水硬度不太大的情况，原水硬度小于6～8meq/L； ②原水碱度小于出水允许碱度； ③用于低压锅炉。
图8－4 单级钠离子交换软化系统
（2）双级 双级钠离子交换软化系统的出水残余硬度
≤0.01meq/L，再生剂耗量较少。 适用：进水总硬度＜10meq/L，且碱度较低。
（3）含水率
树脂含水率指每克湿树脂含水的百分率，即树 脂中的孔隙水占整个树脂层的百分率。一般树脂 的含水率为50％。
树脂的交联度越小，则含水率越大，孔隙率越 大。
（4）溶胀性
干树脂浸泡水中时，体积胀大，成为湿树脂； 湿树脂转型（例如阳树脂由Na型→H型），体积 也发生变化，这种体积发生变化的现象称为溶 胀。 • 绝对溶胀：干树脂→湿树脂 • 相对溶胀：湿树脂转型。
3、软化的基本方法
软化处理的目的是降低水的硬度，也就是减少 水中钙、镁离子含量。
硬度单位目前普遍采用mg当量/L。国外也有用 10mL/LCaO作为1度(德国度)，也有采用以 CaCO3mg/L表示的。它们之间的换算关系为： 1mg当量/L=2.8德国度＝50mg/L CaCO3
软化的主要方法有： （1）加热法
③水流速度v
④树脂颗粒尺寸
颗粒越小，表面积越大，孔隙通道越短，对膜扩 散、孔隙扩散均有利。
⑤水温t
8.3 离子交换装置及运行操作
1、钠离子交换软化系统
（1）单级 单级钠离子交换软化系统的流程见图8－4。 去除效果：
①能去硬度，残余硬度为0.03～0.05meq/L； ②不能脱碱； ③出水总硬度稍有增加。
2、水的硬度高所造成的危害
在日用水或纺织洗染用水中，硬度会浪费肥 皂，降低产品质量。
对于锅炉用水，由于在蒸发浓缩过程中，水 中钙、镁离子不断与某些阴离子结合生成水 垢(或称水锈)，附着在锅炉受热面上，从而 降低锅炉效率，浪费燃料。
《生活饮用水水质标准》对总硬度的规定标 准为小于450mg/L(以CaCO3计)。当水的硬 度超过标准时，应进行软化处理。
按其活性基团性质，可分为强酸性、弱酸性、 强碱性、弱碱性四种。
带有酸性活性基团的称为阳离子交换树脂； 带有碱性活性基团的称为阴离子交换树脂。
在水的软化过程中，离子交换反应就是阳离子交换 树脂上的可交换离子（Na+或H+）与水中钙、镁离 子之间的交换过程，即：
离子交换反应为可逆反应，遵守质量作用定律。离 子交换技术就是基于等当量交换与可逆反应来进行 交换与再生的。树脂失效后要进行再生，把树脂上 吸附的钙、镁离子置换出来，代之以新的可交换离 子。
2、离子交换树脂的化学性能
（1）交换容量 树脂的交换容量指树脂交换能力的大小，即
可交换的离子数量。干树脂的交换容量的单位 为 meq/g ， 湿 树 脂 的 交 换 容 量 的 单 位 为 meq/mL。 全交换容量Et：指单位质量树脂所具有可交换 离子的总数量。 工作交换容量Eop：指在给定条件下，单位质量 树脂实际可利用的可交换离子的数量。 Eop＝（60～80）％Et。
（2）离子交换树脂对pH值的适应性
• 强酸、强碱树脂的活性基团电离能力强，其交换容 量基本上与pH值无关。
• 弱酸树脂在水的pH值低时不电离或仅部分电离，因 而只能在碱性溶液中才会有较高的交换能力；
• 弱碱树脂则相反，在水的pH值高时不电离或仅部分 电离，只能在酸性溶液中才会有较高的交换能力。
表8－1 各种类型树脂的有效pH值范围
树脂型号由三个阿拉伯数字组成，第一个数字 为分类代号，第二个数字为骨架代号，第三个 数字为顺序号，后面的“×”表示交联代号，其 后的阿拉伯数字为交联度。
例如001×7，表示凝胶型苯乙烯系强酸阳离子 交换树脂，交联度7％；D311表示大孔型丙烯 酸系弱碱阴离子交换树脂 。
三 离子交换的特性
1、离子交换树脂的物理性能
聚苯乙烯为线团状，聚苯乙烯内有交联剂、孔隙
水组成白色小球，在白色小球上挂着活性基团（－ SO3H），SO3-总挂在网状结构上，H+可游离出来。 故写成R－SO3H，R代表母体，也可简写为R-H+，此 时R-表示母体及牢固结合在母体上的固定离子。