離子交換幾個階段

1. 離子交換纖維素有何特點為什麼人們常用它來分離純化酶及其他生物活性大分子物質

⑴具有開放性支持骨架，大分子可以自由進入和迅速擴散，故吸附容量大。⑵具有親水性，對大分子的吸附不大牢固，用溫和條件使可以洗脫，不致引起蛋白質變性或酶的失活。⑶多孔性，表面積大、交換容量大，回收率高，可用於分離和制備。

一、基本理論
離子交換劑通常是一種不溶性高分子化合物，如樹脂，纖維素，葡聚糖，醇脂糖等，它的分子中含有可解離的基團，這些基因在水溶液中能與溶液中的其它陽離子或陰離子起交換作用。雖然交換反應都是平衡反應，但在層析柱上進行時，由於連續添加新的交換溶液，平衡不斷按正方向進行，直至完全。因此可以把離子交換劑上的原子離子全部洗脫下來，同理，當一定量的溶液通過交換柱時，由於溶液中的離子不斷被交換而波度逐減少，因此也可以全部被交換並吸附在樹脂上。如果有兩種以上的成分被交換吸著在離子交換劑上，用洗脫液洗脫時，在被洗脫的能力則決定於各自洗反應的平衡常數。蛋白質的離子交換過程有兩個階段──吸附和解吸附。吸附在離子交換劑上的蛋白質可以通過改變pH使吸附的蛋白質失去電荷而達到解離但更多的是通過增加離子強度，使加入的離子與蛋白質競爭離子交換劑上的電荷位置，使吸附的蛋白質與離子交換劑解開。不同蛋白質與離子交換劑之間形成電鍵數目不同，即親和力大小有差異，因此只要選擇適當的洗脫條件便可將混合物中的組分逐個洗脫下來，達到分離純化的目的。

2. 離子交換原理

離子交換的基本原理 離子交換的選擇性定義為離子交換劑對於某些離子顯示優先活性的性質。離子交換樹脂吸附各種離子的能力不一，有些離子易被交換樹脂吸附，但吸著後要把它置換下來就比較困難；而另一些離子很難被吸著，但被置換下來卻比較容易，這種性能稱為離子交換的選擇性。離子交換樹脂對水中不同離子的選擇性與樹脂的交聯度、交換基團、可交換離子的性質、水中離子的濃度和水的溫度等因素有關。離子交換作用即溶液中的可交換離子與交換基團上的可交換離子發生交換。一般來說，離子交換樹脂對價數較高的離子的選擇性較大。對於同價離子，則對離子半徑較小的離子的選擇性較大。在同族同價的金屬離子中，原子序數較大的離子其水合半徑較小，陽離子交換樹脂對其的選擇性較大。對於丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂來說，它對一些離子的選擇性順序為：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。 離子交換反應是可逆反應，但是這種可逆反應並不是在均相溶液中進行的，而是在固態的樹脂和溶液的接觸界面間發生的。這種反應的可逆性使離子交換樹脂可以反復使用。以D113型離子交換樹脂制備硫酸鈣晶須為例說明： D113丙烯酸系弱酸性陽離子交換樹脂是一種大孔型離子交換樹脂，其內部的網狀結構中有無數四通八達的孔道，孔道裡面充滿了水分子，在孔道的一定部位上分布著可提供交換離子的交換基團。當硫酸鋅溶液中的Zn2+，S042-擴散到樹脂的孔道中時，由於該樹脂對Zn2+選擇性強於對Ca2+的選擇性，，所以Zn2+就與樹脂孔道中的交換基團Ca2+發生快速的交換反應，被交換下來的Ca2+遇到擴散進入孔道的S042-發生沉澱反應，生成硫酸鈣沉澱。其過程大致為：
(1)邊界水膜內的擴散 水中的Zn2+，S042-離子向樹脂顆粒表面遷移，並擴散通過樹脂表面的邊界水膜層，到達樹脂表面； (2)交聯網孔內的擴散(或稱孔道擴散) Zn2+，S042-離子進入樹脂顆粒內部的交聯網孔，並進行擴散，到達交換點；
(3)離子交換 Zn2+與樹脂基團上的可交換的Ca2+進行交換反應；
(4)交聯網孔內的擴散 被交換下來的Ca2+在樹脂內部交聯網孔中向樹脂表面擴散；部分交換下來的Ca2+在擴散過程中遇到由外部擴散進入孔徑的S042-發生沉澱反應，生成CaS04沉澱；
(5)邊界水膜內的擴散 沒有發生沉澱反應的部分Ca2+擴散通過樹脂顆粒表面的邊界水膜層，並進入水溶液中。 此外，由於離子交換以及沉澱反應的速度很快，硫酸鈣沉澱基本在樹脂的孔道里生成，因此樹脂的孔道就限制了沉澱的生長及形貌，對其具有一定的規整作用。通過調整攪拌速度、反應溫度等外界條件，可以使樹脂顆粒及其內部孔道發生相應的變化，這樣當沉澱在樹脂孔道中生成後，就得到了不同尺寸和形貌的硫酸鈣沉澱。

3. 陰離子交換樹脂的合成反應

離子交換樹脂是分子中含有活性基團而能與其他物質進行離子交換的樹脂 通常可分為陽離子交換樹脂和陰離子交換樹脂兩類 前者具有酸性功能團（如磺酸基）而能與溶液中陽離子進行交換 後者具有鹼性功能團（如氨基）而能與溶液中陰離子進行交換
製造過程一般可分兩階段（以苯乙烯型離子交換樹脂的合成為例）（1）合成交聯高聚物母體 將苯乙烯和二乙烯苯經懸浮共聚而製得交聯結構的顆粒狀的苯乙烯 二乙烯苯共聚物 樹脂顆粒直徑為0.2～2.0毫米 單體中二乙烯苯的重量百分數習慣上稱做 交聯度 一般在4～12%
（2）引入具有離子交換能力的功能團 顆粒狀樹脂用濃硫酸磺化 在高分子鏈的苯環上引入磺酸基 便成強酸性陽離子交換樹脂 當苯環上引入季節銨鹽基時 縮便成為強鹼性陰離子交換樹脂 引入螯合基團如一
N（CH2COOH）2 製得螯合離子交換樹脂
表徵離子交換樹脂交換能力的指標有 （1）重量交換容量 即每克干樹脂所能交換離子的毫克當量數
【meq/g（干】 （2）體積交換容量 即每毫升濕樹脂所能交換的離子的毫克當樹量（meq/ml） 廣泛用於水 糖溶液甘油等的凈化 金屬的回收 離子的分離和測定以及用作有機合成的催化劑等
常見的陰離子交換樹脂是季銨型強鹼性樹脂 是以苯乙烯和二乙烯苯共聚 經錄甲基化反應及胺化反應製得

4. 用陰陽離子交換樹脂除鹽的過程中完成一次交換有哪幾個步驟啊

1、水中的陽離子先和陽樹脂交換，置換出氫離子；
2、陰離子與陰樹脂交換，置換回出氫氧根離子；答
3、氫離子和氫氧根離子結合成水分子。
如果是復床（陽離子交換-陰離子交換），上述1、2步驟依次進行，步驟3與2是同時進行的；
如果是混床，那麼上述的3個步驟是同時進行的。

5. 離子進入根細胞有哪些階段

關於養分如何進入根細胞，有多種解釋和假說。目前，普遍被人們所接受的是離子進入根細胞可劃分為主動吸收和被動吸收兩個階段。

①離子的被動吸收。離子的被動吸收主要通過截獲、擴散、質流或離子交換先進入根中的「自由空間」。它是從細胞壁到原生質膜，還包括細胞間隙。因為細胞壁帶有負電荷，所以陽離子進入根中較陰離子多，而且在很短時間內就與外界溶液達到平衡。在最初階段陰、陽離子的吸收屬被動吸收。

果樹根系被動吸收不僅受外界環境條件的影響，而且與根系的陽離子代換量以及根的自由空間有關。離子態養分的來源除了土壤外，根系的呼吸作用產生的二氧化碳和水形成碳酸（H2CO3），碳酸解離成H+和HCO-3，然後分別與土壤溶液中的陰、陽離子進行交換而被吸收（

圖3-6根外H+和土壤溶液中陽離子的離子交換

圖3-7根分泌的碳酸與黏土所吸附的離子進行離子交換

）。

②離子的主動吸收。許多研究資料證明，果樹體內離子態養分的濃度常比外界土壤溶液濃度高，有時竟高達數十倍甚至數百倍，而仍能逆濃度吸收，且吸收養分還有選擇性。這種現象很難從被動吸收來解釋。所以，離子的擴散、質流以及離子的交換只能說明離子態養分吸收的一個現象，而不能說明其原因與機理。目前，相關研究人員從能量的觀點和酶動力學原理來研究主動吸收離子態養分，並提出載體解說和離子泵解說。

載體是生物膜上能攜帶離子穿過膜的蛋白質或其他物質。載體學說的理論依據是酶動力學。它能夠較圓滿地從理論上解釋關於離子吸收中的3個基本問題，即：離子的選擇性吸收、離子通過質膜以及在質膜上的轉移、離子吸收與代謝的關系。

載體運輸的機理有幾種不同模型，即：載體載著離子在膜內擴散的擴散模型、載體蛋白變構使載體與底物的親和力改變而將離子釋放到膜內的變構模型、載體帶著離子在質膜上旋轉將離子「甩」進質膜內的旋轉模型。在這些作用機理中，常用擴散模型和變構模型來解釋離子的主動吸收（

圖3-8離子經載體蛋白的變構運轉模型

M+為陽離子P為結合態磷Pi為無機態磷

圖3-9離子泵養分運輸

）。

離子載體的作用有兩種：一是離子載體和被運載的離子形成配合物，以促進離子在膜的脂相部分擴散，使離子擴散到細胞內，或者使離子擴散到載體中；另一種是離子載體能在膜內形成臨時性的充水孔，離子通過充水孔透過質膜。由於離子載體對各種離子有選擇性，所以根系就會有選擇性地吸收養分。

離子泵是存在於細胞膜上的一種蛋白質，它在有能量供應時可使離子在細胞膜上逆電化學勢梯度主動地吸收。離子泵能夠在介質中離子濃度非常低的情況下，吸收和富集離子，致使細胞內離子的濃度與外界環境中相差很大（

圖3-9離子泵養分運輸

）。通過細胞化學技術和電子顯微鏡技術證實，在根細胞原生質膜上有ATP酶，它不均勻地分布在細胞膜、內質網和線粒體膜系統上。ATP酶可被K+、Rb+、Na+、NH+4、Cs+等陽離子活化，促進ATP酶水解，產生質子泵，將質子（H+）泵出膜外，進入外界溶液，同時一價陽離子則可進入細胞質。由於膜內外產生質子梯度，又促使2H+與陰離子一起運入細胞質中。

總之對養分的跨膜運輸來說，尤其是離子態養分，運輸的主要驅動力是引起跨膜電位梯度的H+－ATP酶。離子吸收與ATP酶活性之間有很好的相關性。陰陽離子的運輸速率與電位和化學位的梯度、離子的理化性質等有關。

6. 離子交換層析的具體操作

對於離子交換纖維素要用流水洗去少量碎的不易沉澱的顆粒，以保證有較好的均勻度，對於已溶脹好的產品則不必經這一步驟。溶脹的交換劑使用前要用稀酸或稀鹼處理，使之成為帶H+或OH-的交換劑型。陰離子交換劑常用「鹼-酸-鹼」處理，使最終轉為-OH-型或鹽型交換劑；對於陽離子交換劑則用「酸-鹼-酸」處理，使最終轉為-H-型交換劑。
洗滌好的纖維素使用前必須平衡至所需的pH和離子強度。已平衡的交換劑在裝柱前還要減壓除氣泡。為了避免顆粒大小不等的交換劑在自然沉降時分層，要適當加壓裝柱，同時使柱床壓緊，減少死體積，有利於解析度的提高。
柱子裝好後再用起始緩沖液淋洗，直至達到充分平衡方可使用。 加樣：
層析所用的樣品應與起始緩沖液有相同的pH和離子強度，所選定的pH值應落在交換劑與被結合物有相反電荷的范圍，同時要注意離子強度應低，可用透析、凝膠過濾或稀釋法達此目的。樣品中的不溶物應在透析後或凝膠過濾前，以離心法除去。為了達到滿意的分離效果，上樣量要適當，不要超過柱的負荷能力。柱的負荷能力可用交換容量來推算，通常上樣量為交換劑交換總量的1%-5%。 已結合樣品的離子交換前，可通過改變溶液的pH或改變離子強度的方法將結合物洗脫，也可同時改變pH與離子強度。為了使復雜的組份分離完全，往往需要逐步改變pH或離子強度，其中最簡單的方法是階段洗脫法，即分次將不同pH與離子強度的溶液加入，使不同成分逐步洗脫。由於這種洗脫pH與離子強度的變化大，使許多洗脫體積相近的成分同時洗脫，純度較差，不適宜精細的分離。最好的洗脫方法是連續梯度洗脫，洗脫裝置見圖16-6.兩個容器放於同一水平上，第一個容器盛有一定pH的緩沖液，第二個容器含有高鹽濃度或不同pH的緩沖液，兩容器連通，第一個容器與柱相連，當溶液由第一容器流入柱時，第二容器中的溶液就會自動來補充，經攪拌與第一容器的溶液相混合，這樣流入柱中的緩沖液的洗脫能力即成梯度變化。第一容器中任何時間的濃度都可用下式進行計算：
C=C2-(C2-C1)(1-V)A2/A1
式中A1、A2分別代表兩容器的截面積：C1、C2分別表示容器中溶液的濃度；V為流出體積對總體積之比。當A1=A2時為線性梯度，當A1>A2時為凹形梯度，A1>A2時為凸形梯度。
洗脫時應滿足以下要求：
①洗脫液體積應足夠大，一般要幾十倍於床體積，從而使分離的各峰不至於太擁擠。
②梯度的上限要足夠高，使緊密吸附的物質能被洗脫下來。
③梯度不要上升太快，要恰好使移動的區帶在快到柱末端時達到解吸狀態。目的物的過早解吸，會引起區帶擴散；而目的物的過晚解吸會使峰形過寬。
洗脫餾份的分析按一定體積（5-10ml/管）收集的洗脫液可逐管進行測定，得到層析圖譜。依實驗目的的不同，可採用適宜的檢測方法（生物活性測定、免疫學測定等）確定圖譜中目的物的位置，並回收目的物。
離子交換劑的再生與保存離子交換劑可在柱上再生。如離子交換纖維素可用2mol/：NaCl淋洗柱，若有強吸附物則可用0.1mol/LNaOH洗柱；若有脂溶性物質則可用非離子型去污劑洗柱後再生，也可用乙醇洗滌，其順序為：0.5mol/LNaOH-水-乙醇-水-20%NaOH-水。保存離子交換劑時要加防腐劑。對陰離子交換劑宜用0.002%氯已定（洗必泰），陽離子交換劑可用乙基硫柳汞（0.005%）。有些產品建議用0.02%疊氮鈉。

7. 污水處理工考試

1.柵渣量

格柵在單位時間截留廢水中的固體懸浮物的量，柵渣量的大小與地區特點、柵條間隙大小、廢水流量以及下水道系統的類型有關。

2.排水系統的體制

各種不同的排除方式所形成的排水系統分為：分流制、合流制、混合制。

3.生物膜法

污水生物處理的一種方法。該法採用各種不同的載體，通過污水與載體的不斷接觸，在載體上繁殖生物膜，利用膜的生物吸附和氧化作用，以降解去除污水中的有機污染物，脫落下來的生物膜與水進行分離。

4.廢水厭氧生物處理

又稱厭氧消化法。利用厭氧生物在缺氧的條件下，降解廢水中有機污染物的一種處理方法。

5.一級強化處理

在常規一級處理基礎上，增加化學混凝處理、機械過濾或不完全生物處理等，以提高一級處理效果的處理工藝。

6.BOD污泥負荷

是指單位重量的活性污泥，在單位時間內要保證一定的處理效果所能承受的有機污染物量。

7.吸附平衡

廢水與吸附劑接觸後，一方面吸附質被吸附劑吸附，另一方面，一部分已被吸附的吸附質因熱運動的結果而脫離吸附劑表面，又回到液相中去，前者稱為吸附過程，後者稱為解吸過程。當吸附速度與解吸速度相等時，即達到吸附平衡。

8.氣固比 氣固比A/S是設計氣浮系統時經常使用的一個基本參數，是空氣量與固體物數量的比值，無量綱。

9.污泥齡

是指曝氣池內活性污泥的總量與每日排放污泥總量之比。

10.生物接觸法

生物接觸氧化處理技術是在池內充填填料，已經充氧的污水浸沒全部填料，並以一定的流速流經填料。在填料上布滿生物膜，污水與生物膜接觸，在生物膜上微生物的新陳代謝功能的作用下，污水中有機物得以去除，污水得到凈化。

11.污泥容積指數SVI

是指混合液經30min靜沉後，每g干污泥所形成的沉澱污泥體積，單位ml/g。

12.污泥消化

污泥消化是利用微生物的代謝作用，使污泥中的有機物穩定化，減少污泥體積，降低污泥中的病原體數量。當污泥中的揮發固體VSS含量降低到40%以下時，即可認為已達到穩定化。污泥的消化穩定即可採用好氧消化，也可採用厭氧消化。

13.膜分離法

是利用特殊的膜材料對液體中的成分進行選擇分離的技術。用於廢水處理的膜分離技術包括擴散滲透、電滲析、反滲析、超濾、微濾等幾種。

14.升流式厭氧污泥床法

這種方法是目前應用最為廣泛的一種厭氧生物處理工藝，利用反應器底部的高濃度污泥床，對上升廢水進行厭氧處理的廢水生物處理過程。構造上的特點是，集生物反應和氣固液三相分離於一體，是一種結構緊湊的厭氧反應器。廢水自下而上地通過厭氧污泥床反應器。

15.出水堰負荷

指單位堰板長度的單位時間內所能溢流的水量

16.生化需氧量

簡稱BOD，在規定條件下水中有機物和無機物在生物氧化作用下所消耗的溶解氧。

17.厭氧流化床工藝

它是借鑒液態化技術的一種生物反應裝置。它以小粒徑載體為流化粒料，廢水作為流化介質，當廢水以升流方式通過床體時，與床中附著於載體上的厭氧生物膜不斷接觸反應，以達厭氧生物降解目的。

18.板框壓濾機

由板和框相間排列而成。在濾板兩面覆有濾布，用壓緊裝置把板和框壓緊，即在板與板之間構成壓濾室，在板與框的上端想通部位開有小孔，壓緊後孔連成一條通道，用0.4~0.8Mpa的壓力，把經過化學調理的污泥由該通道壓入，並由每一塊慮框上的支路孔道進入各個壓濾室，濾板的表面有溝槽，下端鑽有供濾液排除的孔道。濾液在壓力的作用下，通過濾布並由孔道從慮機排出，而固體截留下來，在濾布表面形成濾餅，當濾餅完全填滿壓濾室時，脫水過程結束，打開壓濾機，一次抽出各個濾板，剝離濾餅並清洗。

19.氣浮

氣浮是在水中產生大量細微氣泡，細微氣泡與廢水中的細小懸浮物粒子相黏附，形成整體密度小雨水的氣泡-顆粒復合體，懸浮粒子隨氣泡一起浮升到水面，形成泡沫或浮渣，從而使水中懸浮物得以分離。

20.污泥沉降比和污泥容積指數

污泥沉降比是指混合液經30min靜沉後形成的沉澱污泥容積占原混合液容積的百分率。

污泥容積指數是指混合液經30min靜沉後，每g干污泥所形成的沉澱污泥容積（ml/g）。

21.三相分離器

它是UASB反應器中最重要的設備，它安裝在反應器的頂部，將反應器分為下部的反應區和上部的沉澱區，其作用是完成氣、液、固三相的分離，將附著於顆粒污泥上的氣體分離，並收集反應區產生的沼氣，通過集氣室反應器，使分離去中的懸浮物沉澱下來，回落於反應區，有效地防止具有生物活性的厭氧污泥的流失，保證反應器中足夠的生物量，降低出水中懸浮物的含量。

22.污泥的好氧速率

是指單位重量的活性污泥在單位時間內的好氧量。

23.城市污水排水系統的基本組成

市內排水系統及設備，室外污水管網，污水輸送泵站及設備，污水處理廠及設備，排出口及事故排出口。

24.過濾

指通過具有空隙的顆粒狀層或過濾材料截留廢水中細小的固體顆粒的處理工藝。

25.沉澱池水力表面負荷

是指單位沉澱池面積在單位時間內所能處理的污水量。q=Q/A

26.生物硝化

活性污泥中以氮、硫、鐵或其他化合物為能源的自養菌，能在絕對好氧的條件下，將氨氮化為亞硝酸鹽，並進一步可氧化為硝酸鹽，這種反應稱為生物消化反應。參與生物消化反應的細菌稱為硝化菌。

27.污泥

在工業廢水和生活污水的處理過程中，會產生大量的固體懸浮物質，這些物質統稱為污泥。可以是廢水中早已存在，也可以在處理過程中形成。前者各種自然沉澱中截留的懸浮物質，後者如生物處理和化學處理過程中，由原來的溶解性物質和膠體物質轉化而成。

28.污水三級處理

在一、二級處理後，進一步處理難降解的有機物、磷和氮等能夠致水體撫養養花的可溶性無機物等。

29.調節池

為了改善廢水處理設備的工作條件，一般需要對水量進行調節，對水質進行均和。實際應用中將具有以上功能的構築物稱為調節池。

30.離子交換

離子交換是不溶性離子化合物上的可交換離子與溶液中的其他同性離子的交換反應，是一種特殊的吸附過程，通常是可逆的化學吸附過程。

31.BOD5容積負荷

指單位曝氣池容積單位時間內，能夠接受並將其降到預定程度的有機物的量。

32.電解氣浮法

電解氣浮法是在直流電的作用下，對廢水進行電解時，在正負兩極會有氣體呈微小氣泡析出，將廢水中呈顆粒狀的污染物帶至水面以進行固液分離的一種技術。

33.額定功率

在正常運行工作狀況下，動力設備的輸出功率或消耗能量的設備的輸入功率也指及其在正常工作時能達到的功率。

四、計算題

1.某城市污水處廠最大設計污水量為30000m3/d，污水流量總變化系數為1.4，採用柵距為30mm的格柵，請計算每天的柵渣產生早。（假設：每1000m3污水的柵渣產生量為0。06m3）

解：根據柵渣公式 W=86400QmaxW1 / 1000K2

解得W=1.29m3/d

2.某城市污水處廠進水BOD濃度S0=200mg/L，SS濃度X0=250mg/L，該廠採用普通二級活性污泥法處理工藝。初次沉澱池的BOD和SS的去除效率分別為25%和50%，經過二級處理後出水的BOD和SS濃度分別是20mg/L, 25mg/L。求初次沉澱池出水的的BOD和SS的濃度及BOD和SS的去除率。

3.設有一水泵管路系統，已知流量Q=101m3/h，管徑d=150mm，管路的總水頭損失是25.4H2O。水泵效率為75.7%，上下兩水面高差h=102m，試求水泵的揚程和功率。

解：水泵揚程H=25.4+102=127.4m

泵的有效功率P有=pgQH=1.0*1000*9.8*101/3600*127.4=35028W

水泵總功率P=P有 / 效率=35028/75.7%=46272W=46.27KW

4.某處理廠測得瀑氣池混合液懸浮固體濃度X為2000mg/L，迴流活性污泥懸浮固體濃度Xg為2000mg/L。運行人員剛把迴流比R調到50%。試分析迴流比調節器節是否正確，應如何調節器節。

解：R=X/（Xg-X）=2000/(5000-2000)=66.7%

答：50%不正確，應調節器節至66.7%，否則如不增大排泥，污泥將隨出水流失

5、 某污水處理廠瀑氣池有效容積5000m3，瀑氣池內混合液懸浮固體濃度為3000mg/L，試計算當瀑氣處理污水量為22500m3/d，進水BOD濃度為200mg/L時，該廠的BOD-SS負荷。

解：Ls=QSo/XV

6.某處理廠污泥濃縮池，當控制負荷為50Kg/(m3/d)時，得到如下濃縮效果：入流污泥量Q1=500m3/d;入流污泥的含水率為98%；排泥量Q=200m3/d；排泥的含水率為95.5%；試評價濃縮效果，並計算分離率。

解：f=Cu/Ci=(100-Pu)/(100-Pi)=(100-95.5)/ (100-98)=2.25

固體回收率=Qu*Cu/Qi*Ci=(200*4.5)/(500*2)*100%=90%

分離率F=Qe/Qi=(500-200)/500=60%

7.某食品廠

8、

9、瀑氣池混合液濃度為4000mg/L，BOD負荷0.3KgBOD5(KgMLSS*d)，流量為100000m3/d，進水BOD5=300mg/L，設計曝氣池的體積。

Ls=QSo/XV

V=QSo/LsX

10、某處理廠一般將污沁的泥齡控制在4d左右，該廠曝氣池容積V為5000m3。試計算當迴流污泥濃度為4000mg/L，混合液濃度為2500mg/L，出水懸浮固體濃度為30mg/L，入流污水量Q為20000m3/d時，該廠每天應排放的剩餘污泥的量。

解：剩餘污泥排放量的計算公式如下

Qc=VX/[QwXw+(Q-Qw)Xe]

即Qw=(V/Qc)*[X/(Xw-Xe)]-[Xe/(Xw-Xe)]*Q

Qw=(5000/4)*[2500/(4000-30)]-[30/(4000-30)*20000]=636m3

11、某污水處理廠曝氣池體積為5000m3，混合溶液濃度為2500mg/L，每天從系統排除的液活性污泥量為2500Kg。試求污水處理廠的污泥泥齡。 解：SRT=(2500mg/L*5000m3)/2500Kg=5d

12、某UASB反應器有效體積為200，進水CODo為5000mg/L，有機負荷Nv為8Kg/m3*d。求（1）此反應器的進水流量Q？（2）允許的最大水力停留時間t?

(1) V=QSo/Nv Q=VNv/So=(200m3*8Kg/m3*d)/5000mg/L=320m3/d

(2) t=V/Q=200m3/320m3/d=0.625d=15h

13、某污水得理廠日處理污水量100000m3/d，入流污水的SS為250mg/L。該廠高有四條初沉池，每池配有一台流量為60m3/h的排泥泵，每2h排泥一次。試計算當SS去除率為60%時、要求排泥濃度為3%時，每次的排泥時間。（污泥密度近似按1000Kg/m3計算）

解：每個排泥周期產生的干污泥量為：

Ms=(100000/24)*2*250*60%=1250000g/h

Cs=30000g/m3

所以每個排污周期產生的濕污泥量為：Q=1250000/30000=41.6m3

41.6/4=10.4m3

排泥時間約10.4/60=10min

五、問答題

1.簡述調節池在污水處理中的作用，常見類型及特點：

答：調節池在污水處理中的作用是對水量進行調節，對水質進行均和，常見的類型有：水量調節池，水質調節池和事故調節池三種。水量調節池的特點是，調節水量，保持容積，並使出水均勻；水質調節池的結構功能是，採用穿孔導游槽，或增加攪拌設備；事故調節池是，在特殊的情況下設立的，對保護系統不受沖擊，減少調節池容積有十分重要的作用。

2.什麼是城市污水的一級處理，二級處理及深度處理：

答：一級處理主要是除去污水中的漂浮物和懸浮物的重要過程，主要為深沉；二級處理為污水經一級處理後用生物方法繼續去除沒有沉澱的微小粒徑的懸浮物，膠體和溶解性的有機物質，以及氮和磷的凈化過程；深度處理為進一步去除二級處理未能去除的污染物的凈化過程。

3.與活性污泥法相比，生物膜法的優點與缺點有哪些，並作簡易說明。

優缺點有：1.適應沖擊負荷變化能力強。2。反應器內微生物濃度高3。剩餘污泥產量低 4。同時存在硝化與反硝化過程 5。操作管理簡單，運行費用較低 6。調節運行的靈活性差 7。有機物去除率較低。

4.簡述污泥的來源與分類，並作簡要的說明

污泥來源於工業廢水和生活污水的處理過程中產生的大量的固體懸浮物質，根據污泥的來源和性質，可分為以下幾種污泥，1。初次沉澱污泥，來自初次沉澱池，其性質隨污水的成份而異。2。剩餘活性污泥與腐殖污泥來自活性污泥法和生物膜後的二沉池。3。硝化污泥初次沉澱污泥，剩餘活性污呢和腐殖污泥等經過硝化穩定處理後的污泥4。化學污泥 5。有機污泥，主要含有有機物6。無機污泥，以無機物為主要成份

5.混凝過程的運行控制條件是什麼：

答：混凝過程中的運行條件包括：PH，水溫，混凝劑的選擇和投加量，水力條件。

1。PH：在最適宜的PH條件下，混凝反應速度最快，絮體溶解度最小，混凝作用最強。

2。水溫：水溫一般在20-30度為宜

3。混凝劑的選擇和投加量：混凝劑的選擇主要取決於膠體的細微懸物的性質，濃度，但還應考慮來源成本和是否引入有害物質等因素。

4。水力條件：混凝劑投入廢水中後，必須創造最適宜的水力條件，使混凝作用順利進行。

6.表面曝氣葉輪充氧是通過哪幾部分實現的？

答：通過以下三部分實現的： 1。葉輪的提水和輸水作用，使曝氣池內液體循環流動，從而使不斷更新氣液接觸面和不斷吸氣。

2。葉輪旋轉時在其周圍形成水躍，使液體劇烈攪動而捲入空氣

3。葉輪葉片後側在旋轉時形成負壓區，吸入空氣

7.何為活性污泥絲狀菌膨脹，該如何控制？

在活性污泥處理系統中，由於絲狀菌的存在引起活性污泥體積膨脹和不易沉降的現象，為活性污泥絲狀菌膨脹，其控制的措施為：

1。減少進水量，降低BOD負荷

2。增加DO濃度

8.離子交換過程分哪幾個階段，各有什麼作用：

離子交換過程包括：交換，反沖洗，再生和清洗

1。交換：交換階段是利用離子交換樹脂的交換作用從廢水中去除目標離子的操作過程

2。反沖洗的目的是松動樹脂層，使再生液能均勻滲入層中，與交換劑顆粒充分接觸，同時把過濾過程中產生的破碎粒子和截留的污物沖走

3。再生：在樹脂失效後必須再生才能使用，通過樹脂再生一方面可以恢復樹脂的交換能力，另一方面可回收有用的物質。離子交換樹脂的再生是離子交換的逆過程。

4。清洗：清洗的目的是洗滌殘留的再生液和再生時出現的反應物質。

9.初次沉澱池的運行管理應注意哪些方面：

答：

1。操作人員根據池組設置，進水量的變化，應調節各池進水量，使各池均勻配水。

2。初次沉澱池應及時排泥，並宜間歇進行。

3。操作人員應經常檢查初次沉澱池浮渣斗和排渣管道的排渣情況，並及時清除浮渣，清撈出的浮渣應妥善處理。

4。刮泥機待修或長期停機時，應將池內污泥排空。

5。採用泵房排泥工藝時，可按有關規定執行。

6。當剩餘活性污泥排入初次沉澱池時，在正常的運轉情況下，應控制其迴流比少於2%

10.氣浮法的原理是什麼：

答：氣浮法是在水中產生大量細微氣泡，細微氣泡與廢水中細小懸浮物粒子相粘附，形成整體密度小於水的氣泡-顆粒復合體；懸浮粒子隨氣泡一起浮升到水面，形成泡沫或浮渣，從而使水中的懸浮物得以分離 其氣浮分離必須具備以下兩個基本條件：1。必須水中產生足夠數量的細微氣泡2。必須使氣泡能夠與污染物相粘附，並形成不溶性的固體懸浮體

11.二沉池污泥上浮的原因是什麼，如何解決

答：二沉池污泥上浮指的是污泥在二沉池內發生酸化或反硝化，導致污泥漂浮到二沉池表面的現象。漂浮的原因主要是，這些污泥在二沉池內停留時間過長，由於溶解氧被逐漸消耗，而產生酸化，產生H2S，使污泥絮體密度減少上浮。當SRT 過長時，發生硝化後進入的混合中含有大量的硝酸鹽，污泥在二沉池中由於缺乏足夠的DO，而進行反硝化，產生N2，附著在污泥上，使密度減少，上浮。

措施：1。及時排泥，加大污泥迴流量石流沉積2。加強曝氣池未端充氧量，提高進入二沉池的DO含量。3。對於反硝化造成的污泥上浮，還可以增大剩餘污泥的排放量，降低SRT。

4。檢查刮給泥機的運行情況，減少死角積泥，造成死泥上浮。

12.真空過濾機膠水效果的影響因素有哪些：

1。污泥的性質：污泥的種類，濃度，儲存時間，調理情況等對過濾性能產生影響。

2。真空度的影響：真空度是真空過濾的推動,直接關繫到過濾率及運行費用，影響比較復雜，一般，真空度越高，濾餅厚度越大，含水率越低。

3。轉鼓浸深的影響

4。轉鼓轉速快慢的影響

5。濾布性能的影響：網眼的大小決定於污泥顆粒的大小和性質

13.混凝工藝包括哪幾個步驟：

答：工藝包括：混凝劑的配製與投加，混合，反應和礬花分離等幾個步驟

1。配製與投加：實際應用中，混凝劑通常採用濕法投加

2。混合：將混凝葯迅速分散到廢水中，與水中膠體和細微懸浮物相接觸

3。反應：指混凝劑與膠體和細微的懸浮物產生反應，使膠體和懸浮物脫穩，互相絮凝，最終聚集成為粒徑較大的礬花顆粒。

4。礬花分離：指過重力沉降或其他固液分離手段將形成的大顆粒礬花從水中去除

14.生物膜系統運行中為何維持較高的DO？

因為適當地提高生物膜系統內的DO可減少生物膜中厭氧層的厚度，增大好氧層生物膜中的比例，提高生物膜內氧化分解有機物的好氧微生物的活性；此外，加大曝氣量後，氣流上升所產生的剪切力，有助於老化生物膜的脫落。使生物膜厚度不致於過厚，並防止因此產生堵塞弊端。

15.簡述活性碳再生的方法：

有四種方法：

1。加熱再生：1）脫水2）乾燥 3）碳化 4）活化 5）冷卻

2。蒸汽法：吸附物質是低沸點物質，可考慮通入水蒸汽進行吹脫

3。化學再生方法：通過化學反應，使吸附物質轉化為易於溶於水的物質而解吸下來

4。生物再生法：利用微生物的作用，將初活性碳吸附的有機物氧化分解，從而使活性碳得到再生

8. 離子進入根細胞可劃分為幾個階段

關於養分如何進入根細胞，有多種解釋和假說。目前，普遍被人們所接受的有：離子進入根細胞可劃分為主動吸收和被動吸收兩個階段。

①離子的被動吸收。離子的被動吸收主要通過截獲、擴散、質流或離子交換先進入根中的「自由空間」。它是從細胞壁到原生質膜，還包括細胞間隙。因為細胞壁帶有負電荷，所以陽離子進入根中較陰離子多，而且在很短時間內就與外界溶液達到平衡。在最初階段陰、陽離子的吸收屬被動吸收。

②離子的主動吸收。許多研究資料證明，果樹體內離子態養分的濃度常比外界土壤溶液濃度高，有時竟高達數十倍甚至數百倍，而仍能逆濃度吸收，且吸收養分還有選擇性。這種現象很難從被動吸收來解釋。所以，離子的擴散、質流以及離子的交換只能說明離子態養分吸收的一個現象，而不能說明其原因與機理。目前，相關研究人員從能量的觀點和酶動力學原理來研究主動吸收離子態養分，並提出載體解說和離子泵解說。

9. 以硬水軟化為例，說明離子交換劑在硬水軟化工藝全過程分為幾個階段

湖南湘星環保水處理設備有限公司所生產的軟化水器自動化程度高，供水工況穩內定，使用壽命長，全容程自動，只需定期加鹽，不需人工干預。高效率、低能耗、運行費用經濟。設備結構緊湊合理，操作維護方便，佔地面積小，節省投資。安裝、調試、操作簡單易行，控制部件性能穩定，可使用戶無後顧之憂。軟化水器可廣泛應用於蒸汽鍋爐、熱水鍋爐、交換器、蒸發冷凝器、空調、直燃機等系統的補給水的軟化。還可用於賓館、飯店、寫字樓、公寓、家居等生活用水的處理及食品、飲料、釀酒、洗衣、印染、化工、醫葯等行業的軟化水處理。

10. 試分析電滲析分離法與離子交換分離法和電泳分離法的區別與聯系

一類單元操作的傳質為各種均勻混合物的主要理論依據。早在公元前，人們會知道從礦石，這是最早的傳質應用中的分離過程的植物提取金屬和葯品的方法。在現代化工產業的發展過程中，質量分離過程中發揮了特別重要的作用。如：傳質分離，得到氮純氫氣體混合物，氨的工業生產，能夠;的原油被分離，以獲得各種燃料油，潤滑油和石化原料，這是基礎石化;類似地，無分離和純化，以獲得高純度的乙烯，丙烯，丁二烯，氯乙烯單體，就不可能生產出各種合成樹脂，合成橡膠，纖維和合成纖維。幾乎沒有一個化學生產過程中不需要的原料或反應產物分離和純化。用作傳質分離裝置參天塔是化工廠的最明顯的跡象，並在分離過程的傳質的應用不限於化學工業中，范圍例如核工業用各種分離方法提取核燃料，以及治療後的廢物。它可以在現代生活中可以說，從太空梭到海底，從生物的化學物質對環境的保護，從所述混合物分離分不開的。
通過物理和化學原理，在工業和質量分離的分離過程通常使用可分為平衡和速率分離分為兩類：由單獨的媒體的裝置
平衡分離方法（如熱，溶劑和吸附劑） ，以使所有相混合物體系的兩相系統中，然後在混合物中的成分是在這兩個階段的相位平衡是不等同於根據所取得的分離的分配。根據狀態可分為兩個階段：①氣體（蒸汽）的液體傳質過程，如蒸餾，吸收; ②液 - 液傳質過程，諸如萃取; ③氣（汽）固傳質過程，如吸附，色層分離，分離泵參數; ④液固傳質過程，如浸出，吸附，離子交換層析，分離和泵的其它參數。在這兩個階段的時候
平衡，您可以使用平衡的比例（或分配系數）文的關系，組分濃度，說：
其中yi和喜表示分兩期組分i的濃度。對於命名為x和y相，根據氣體或稱為相汽相，萃取液萃取為y相的吸收，蒸餾的習慣。在一般情況下，平衡比取決於兩相的組合物的溫度和壓力線的特性。 Ki和KJ的比例的兩種組分的i和j平衡比稱為分離因子αij：
在一些傳質分離的過程中，該分離因子往往有專門的名稱。例如：被稱為蒸餾的相對揮發;被稱為選擇性提取系數。平衡一般比文價值觀的分子較大，所以αij大於一。只要這兩種組分的平衡比是不相等的（即αij≠1），可以通過平衡分離方法來分離，αij越大越容易分離。均衡的比例，最系統的分離系數並不大，平衡，可實現一次接觸分離是非常有限的，你需要採取行動，以提高多級逆流分離。以適應各種系統和操作條件和分離的要求，以提供多種不同類型的傳質設備中的相應的使用。下，在分離過程中的驅動力
率（密度差，壓力差，溫度差，像差量的電勢）的效果，有時具有選擇性滲透膜，利用各成分的擴散率，實現組間差異的分離點。原料及這些方法的加工產品通常屬於相同的相位，只在該組合物的差異。的分離方法的速率可分為：①膜分離，如超濾，反滲透，滲析和電滲析。 ②場分離，如電泳，熱擴散，超速離心分離。
差分分離膜分離和場：前者與分離兩種流體的膜，後者不被挪用。不同類型的分離過程率，分別使用不同的設備和不同的方法來設計的計算和操作控制。
Outlook和質量分離過程蒸餾，吸附，萃取，有些單位已與經營的非常廣泛的悠久歷史，並進行了大量的研究，積累了豐富的運作經驗和信息。但是，進一步研究這些過程的機理和傳質規律，高效傳質設備，研究開發和掌握他們的放大規律，改進和其他設備的設計計算方法，仍然有許多工作要做。能耗和大規模分離過程，並且常常構成了單位能耗的主要部分，因此降低了能源消耗和質量分離的過程中，引起了普遍的關注。膜分離是一個新的領域，一類分離，稀溶液處理的分離，生化產品，節約能源，不污染產品，已顯示出其優越性。研究和開發新的分離方法的開發，在組合使用，以提高工作效率，以及利用化學反應的要被分離的各種分離方法，是非常值得關注的發展方向。