离子交换几个阶段

1. 离子交换纤维素有何特点为什么人们常用它来分离纯化酶及其他生物活性大分子物质

⑴具有开放性支持骨架，大分子可以自由进入和迅速扩散，故吸附容量大。⑵具有亲水性，对大分子的吸附不大牢固，用温和条件使可以洗脱，不致引起蛋白质变性或酶的失活。⑶多孔性，表面积大、交换容量大，回收率高，可用于分离和制备。

一、基本理论
离子交换剂通常是一种不溶性高分子化合物，如树脂，纤维素，葡聚糖，醇脂糖等，它的分子中含有可解离的基团，这些基因在水溶液中能与溶液中的其它阳离子或阴离子起交换作用。虽然交换反应都是平衡反应，但在层析柱上进行时，由于连续添加新的交换溶液，平衡不断按正方向进行，直至完全。因此可以把离子交换剂上的原子离子全部洗脱下来，同理，当一定量的溶液通过交换柱时，由于溶液中的离子不断被交换而波度逐减少，因此也可以全部被交换并吸附在树脂上。如果有两种以上的成分被交换吸着在离子交换剂上，用洗脱液洗脱时，在被洗脱的能力则决定于各自洗反应的平衡常数。蛋白质的离子交换过程有两个阶段──吸附和解吸附。吸附在离子交换剂上的蛋白质可以通过改变pH使吸附的蛋白质失去电荷而达到解离但更多的是通过增加离子强度，使加入的离子与蛋白质竞争离子交换剂上的电荷位置，使吸附的蛋白质与离子交换剂解开。不同蛋白质与离子交换剂之间形成电键数目不同，即亲和力大小有差异，因此只要选择适当的洗脱条件便可将混合物中的组分逐个洗脱下来，达到分离纯化的目的。

2. 离子交换原理

离子交换的基本原理 离子交换的选择性定义为离子交换剂对于某些离子显示优先活性的性质。离子交换树脂吸附各种离子的能力不一，有些离子易被交换树脂吸附，但吸着后要把它置换下来就比较困难；而另一些离子很难被吸着，但被置换下来却比较容易，这种性能称为离子交换的选择性。离子交换树脂对水中不同离子的选择性与树脂的交联度、交换基团、可交换离子的性质、水中离子的浓度和水的温度等因素有关。离子交换作用即溶液中的可交换离子与交换基团上的可交换离子发生交换。一般来说，离子交换树脂对价数较高的离子的选择性较大。对于同价离子，则对离子半径较小的离子的选择性较大。在同族同价的金属离子中，原子序数较大的离子其水合半径较小，阳离子交换树脂对其的选择性较大。对于丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂来说，它对一些离子的选择性顺序为：H+>Fe3+>A13+>Ca2+>Mg2+>K+>Na十。 离子交换反应是可逆反应，但是这种可逆反应并不是在均相溶液中进行的，而是在固态的树脂和溶液的接触界面间发生的。这种反应的可逆性使离子交换树脂可以反复使用。以D113型离子交换树脂制备硫酸钙晶须为例说明： D113丙烯酸系弱酸性阳离子交换树脂是一种大孔型离子交换树脂，其内部的网状结构中有无数四通八达的孔道，孔道里面充满了水分子，在孔道的一定部位上分布着可提供交换离子的交换基团。当硫酸锌溶液中的Zn2+，S042-扩散到树脂的孔道中时，由于该树脂对Zn2+选择性强于对Ca2+的选择性，，所以Zn2+就与树脂孔道中的交换基团Ca2+发生快速的交换反应，被交换下来的Ca2+遇到扩散进入孔道的S042-发生沉淀反应，生成硫酸钙沉淀。其过程大致为：
(1)边界水膜内的扩散 水中的Zn2+，S042-离子向树脂颗粒表面迁移，并扩散通过树脂表面的边界水膜层，到达树脂表面； (2)交联网孔内的扩散(或称孔道扩散) Zn2+，S042-离子进入树脂颗粒内部的交联网孔，并进行扩散，到达交换点；
(3)离子交换 Zn2+与树脂基团上的可交换的Ca2+进行交换反应；
(4)交联网孔内的扩散 被交换下来的Ca2+在树脂内部交联网孔中向树脂表面扩散；部分交换下来的Ca2+在扩散过程中遇到由外部扩散进入孔径的S042-发生沉淀反应，生成CaS04沉淀；
(5)边界水膜内的扩散 没有发生沉淀反应的部分Ca2+扩散通过树脂颗粒表面的边界水膜层，并进入水溶液中。 此外，由于离子交换以及沉淀反应的速度很快，硫酸钙沉淀基本在树脂的孔道里生成，因此树脂的孔道就限制了沉淀的生长及形貌，对其具有一定的规整作用。通过调整搅拌速度、反应温度等外界条件，可以使树脂颗粒及其内部孔道发生相应的变化，这样当沉淀在树脂孔道中生成后，就得到了不同尺寸和形貌的硫酸钙沉淀。

3. 阴离子交换树脂的合成反应

离子交换树脂是分子中含有活性基团而能与其他物质进行离子交换的树脂 通常可分为阳离子交换树脂和阴离子交换树脂两类 前者具有酸性功能团（如磺酸基）而能与溶液中阳离子进行交换 后者具有碱性功能团（如氨基）而能与溶液中阴离子进行交换
制造过程一般可分两阶段（以苯乙烯型离子交换树脂的合成为例）（1）合成交联高聚物母体 将苯乙烯和二乙烯苯经悬浮共聚而制得交联结构的颗粒状的苯乙烯 二乙烯苯共聚物 树脂颗粒直径为0.2～2.0毫米 单体中二乙烯苯的重量百分数习惯上称做 交联度 一般在4～12%
（2）引入具有离子交换能力的功能团 颗粒状树脂用浓硫酸磺化 在高分子链的苯环上引入磺酸基 便成强酸性阳离子交换树脂 当苯环上引入季节铵盐基时 缩便成为强碱性阴离子交换树脂 引入螯合基团如一
N（CH2COOH）2 制得螯合离子交换树脂
表征离子交换树脂交换能力的指标有 （1）重量交换容量 即每克干树脂所能交换离子的毫克当量数
【meq/g（干】 （2）体积交换容量 即每毫升湿树脂所能交换的离子的毫克当树量（meq/ml） 广泛用于水 糖溶液甘油等的净化 金属的回收 离子的分离和测定以及用作有机合成的催化剂等
常见的阴离子交换树脂是季铵型强碱性树脂 是以苯乙烯和二乙烯苯共聚 经录甲基化反应及胺化反应制得

4. 用阴阳离子交换树脂除盐的过程中完成一次交换有哪几个步骤啊

1、水中的阳离子先和阳树脂交换，置换出氢离子；
2、阴离子与阴树脂交换，置换回出氢氧根离子；答
3、氢离子和氢氧根离子结合成水分子。
如果是复床（阳离子交换-阴离子交换），上述1、2步骤依次进行，步骤3与2是同时进行的；
如果是混床，那么上述的3个步骤是同时进行的。

5. 离子进入根细胞有哪些阶段

关于养分如何进入根细胞，有多种解释和假说。目前，普遍被人们所接受的是离子进入根细胞可划分为主动吸收和被动吸收两个阶段。

①离子的被动吸收。离子的被动吸收主要通过截获、扩散、质流或离子交换先进入根中的“自由空间”。它是从细胞壁到原生质膜，还包括细胞间隙。因为细胞壁带有负电荷，所以阳离子进入根中较阴离子多，而且在很短时间内就与外界溶液达到平衡。在最初阶段阴、阳离子的吸收属被动吸收。

果树根系被动吸收不仅受外界环境条件的影响，而且与根系的阳离子代换量以及根的自由空间有关。离子态养分的来源除了土壤外，根系的呼吸作用产生的二氧化碳和水形成碳酸（H2CO3），碳酸解离成H+和HCO-3，然后分别与土壤溶液中的阴、阳离子进行交换而被吸收（

图3-6根外H+和土壤溶液中阳离子的离子交换

图3-7根分泌的碳酸与黏土所吸附的离子进行离子交换

）。

②离子的主动吸收。许多研究资料证明，果树体内离子态养分的浓度常比外界土壤溶液浓度高，有时竟高达数十倍甚至数百倍，而仍能逆浓度吸收，且吸收养分还有选择性。这种现象很难从被动吸收来解释。所以，离子的扩散、质流以及离子的交换只能说明离子态养分吸收的一个现象，而不能说明其原因与机理。目前，相关研究人员从能量的观点和酶动力学原理来研究主动吸收离子态养分，并提出载体解说和离子泵解说。

载体是生物膜上能携带离子穿过膜的蛋白质或其他物质。载体学说的理论依据是酶动力学。它能够较圆满地从理论上解释关于离子吸收中的3个基本问题，即：离子的选择性吸收、离子通过质膜以及在质膜上的转移、离子吸收与代谢的关系。

载体运输的机理有几种不同模型，即：载体载着离子在膜内扩散的扩散模型、载体蛋白变构使载体与底物的亲和力改变而将离子释放到膜内的变构模型、载体带着离子在质膜上旋转将离子“甩”进质膜内的旋转模型。在这些作用机理中，常用扩散模型和变构模型来解释离子的主动吸收（

图3-8离子经载体蛋白的变构运转模型

M+为阳离子P为结合态磷Pi为无机态磷

图3-9离子泵养分运输

）。

离子载体的作用有两种：一是离子载体和被运载的离子形成配合物，以促进离子在膜的脂相部分扩散，使离子扩散到细胞内，或者使离子扩散到载体中；另一种是离子载体能在膜内形成临时性的充水孔，离子通过充水孔透过质膜。由于离子载体对各种离子有选择性，所以根系就会有选择性地吸收养分。

离子泵是存在于细胞膜上的一种蛋白质，它在有能量供应时可使离子在细胞膜上逆电化学势梯度主动地吸收。离子泵能够在介质中离子浓度非常低的情况下，吸收和富集离子，致使细胞内离子的浓度与外界环境中相差很大（

图3-9离子泵养分运输

）。通过细胞化学技术和电子显微镜技术证实，在根细胞原生质膜上有ATP酶，它不均匀地分布在细胞膜、内质网和线粒体膜系统上。ATP酶可被K+、Rb+、Na+、NH+4、Cs+等阳离子活化，促进ATP酶水解，产生质子泵，将质子（H+）泵出膜外，进入外界溶液，同时一价阳离子则可进入细胞质。由于膜内外产生质子梯度，又促使2H+与阴离子一起运入细胞质中。

总之对养分的跨膜运输来说，尤其是离子态养分，运输的主要驱动力是引起跨膜电位梯度的H+－ATP酶。离子吸收与ATP酶活性之间有很好的相关性。阴阳离子的运输速率与电位和化学位的梯度、离子的理化性质等有关。

6. 离子交换层析的具体操作

对于离子交换纤维素要用流水洗去少量碎的不易沉淀的颗粒，以保证有较好的均匀度，对于已溶胀好的产品则不必经这一步骤。溶胀的交换剂使用前要用稀酸或稀碱处理，使之成为带H+或OH-的交换剂型。阴离子交换剂常用“碱-酸-碱”处理，使最终转为-OH-型或盐型交换剂；对于阳离子交换剂则用“酸-碱-酸”处理，使最终转为-H-型交换剂。
洗涤好的纤维素使用前必须平衡至所需的pH和离子强度。已平衡的交换剂在装柱前还要减压除气泡。为了避免颗粒大小不等的交换剂在自然沉降时分层，要适当加压装柱，同时使柱床压紧，减少死体积，有利于分辨率的提高。
柱子装好后再用起始缓冲液淋洗，直至达到充分平衡方可使用。 加样：
层析所用的样品应与起始缓冲液有相同的pH和离子强度，所选定的pH值应落在交换剂与被结合物有相反电荷的范围，同时要注意离子强度应低，可用透析、凝胶过滤或稀释法达此目的。样品中的不溶物应在透析后或凝胶过滤前，以离心法除去。为了达到满意的分离效果，上样量要适当，不要超过柱的负荷能力。柱的负荷能力可用交换容量来推算，通常上样量为交换剂交换总量的1%-5%。 已结合样品的离子交换前，可通过改变溶液的pH或改变离子强度的方法将结合物洗脱，也可同时改变pH与离子强度。为了使复杂的组份分离完全，往往需要逐步改变pH或离子强度，其中最简单的方法是阶段洗脱法，即分次将不同pH与离子强度的溶液加入，使不同成分逐步洗脱。由于这种洗脱pH与离子强度的变化大，使许多洗脱体积相近的成分同时洗脱，纯度较差，不适宜精细的分离。最好的洗脱方法是连续梯度洗脱，洗脱装置见图16-6.两个容器放于同一水平上，第一个容器盛有一定pH的缓冲液，第二个容器含有高盐浓度或不同pH的缓冲液，两容器连通，第一个容器与柱相连，当溶液由第一容器流入柱时，第二容器中的溶液就会自动来补充，经搅拌与第一容器的溶液相混合，这样流入柱中的缓冲液的洗脱能力即成梯度变化。第一容器中任何时间的浓度都可用下式进行计算：
C=C2-(C2-C1)(1-V)A2/A1
式中A1、A2分别代表两容器的截面积：C1、C2分别表示容器中溶液的浓度；V为流出体积对总体积之比。当A1=A2时为线性梯度，当A1>A2时为凹形梯度，A1>A2时为凸形梯度。
洗脱时应满足以下要求：
①洗脱液体积应足够大，一般要几十倍于床体积，从而使分离的各峰不至于太拥挤。
②梯度的上限要足够高，使紧密吸附的物质能被洗脱下来。
③梯度不要上升太快，要恰好使移动的区带在快到柱末端时达到解吸状态。目的物的过早解吸，会引起区带扩散；而目的物的过晚解吸会使峰形过宽。
洗脱馏份的分析按一定体积（5-10ml/管）收集的洗脱液可逐管进行测定，得到层析图谱。依实验目的的不同，可采用适宜的检测方法（生物活性测定、免疫学测定等）确定图谱中目的物的位置，并回收目的物。
离子交换剂的再生与保存离子交换剂可在柱上再生。如离子交换纤维素可用2mol/：NaCl淋洗柱，若有强吸附物则可用0.1mol/LNaOH洗柱；若有脂溶性物质则可用非离子型去污剂洗柱后再生，也可用乙醇洗涤，其顺序为：0.5mol/LNaOH-水-乙醇-水-20%NaOH-水。保存离子交换剂时要加防腐剂。对阴离子交换剂宜用0.002%氯已定（洗必泰），阳离子交换剂可用乙基硫柳汞（0.005%）。有些产品建议用0.02%叠氮钠。

7. 污水处理工考试

1.栅渣量

格栅在单位时间截留废水中的固体悬浮物的量，栅渣量的大小与地区特点、栅条间隙大小、废水流量以及下水道系统的类型有关。

2.排水系统的体制

各种不同的排除方式所形成的排水系统分为：分流制、合流制、混合制。

3.生物膜法

污水生物处理的一种方法。该法采用各种不同的载体，通过污水与载体的不断接触，在载体上繁殖生物膜，利用膜的生物吸附和氧化作用，以降解去除污水中的有机污染物，脱落下来的生物膜与水进行分离。

4.废水厌氧生物处理

又称厌氧消化法。利用厌氧生物在缺氧的条件下，降解废水中有机污染物的一种处理方法。

5.一级强化处理

在常规一级处理基础上，增加化学混凝处理、机械过滤或不完全生物处理等，以提高一级处理效果的处理工艺。

6.BOD污泥负荷

是指单位重量的活性污泥，在单位时间内要保证一定的处理效果所能承受的有机污染物量。

7.吸附平衡

废水与吸附剂接触后，一方面吸附质被吸附剂吸附，另一方面，一部分已被吸附的吸附质因热运动的结果而脱离吸附剂表面，又回到液相中去，前者称为吸附过程，后者称为解吸过程。当吸附速度与解吸速度相等时，即达到吸附平衡。

8.气固比 气固比A/S是设计气浮系统时经常使用的一个基本参数，是空气量与固体物数量的比值，无量纲。

9.污泥龄

是指曝气池内活性污泥的总量与每日排放污泥总量之比。

10.生物接触法

生物接触氧化处理技术是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定的流速流经填料。在填料上布满生物膜，污水与生物膜接触，在生物膜上微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机物得以去除，污水得到净化。

11.污泥容积指数SVI

是指混合液经30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥体积，单位ml/g。

12.污泥消化

污泥消化是利用微生物的代谢作用，使污泥中的有机物稳定化，减少污泥体积，降低污泥中的病原体数量。当污泥中的挥发固体VSS含量降低到40%以下时，即可认为已达到稳定化。污泥的消化稳定即可采用好氧消化，也可采用厌氧消化。

13.膜分离法

是利用特殊的膜材料对液体中的成分进行选择分离的技术。用于废水处理的膜分离技术包括扩散渗透、电渗析、反渗析、超滤、微滤等几种。

14.升流式厌氧污泥床法

这种方法是目前应用最为广泛的一种厌氧生物处理工艺，利用反应器底部的高浓度污泥床，对上升废水进行厌氧处理的废水生物处理过程。构造上的特点是，集生物反应和气固液三相分离于一体，是一种结构紧凑的厌氧反应器。废水自下而上地通过厌氧污泥床反应器。

15.出水堰负荷

指单位堰板长度的单位时间内所能溢流的水量

16.生化需氧量

简称BOD，在规定条件下水中有机物和无机物在生物氧化作用下所消耗的溶解氧。

17.厌氧流化床工艺

它是借鉴液态化技术的一种生物反应装置。它以小粒径载体为流化粒料，废水作为流化介质，当废水以升流方式通过床体时，与床中附着于载体上的厌氧生物膜不断接触反应，以达厌氧生物降解目的。

18.板框压滤机

由板和框相间排列而成。在滤板两面覆有滤布，用压紧装置把板和框压紧，即在板与板之间构成压滤室，在板与框的上端想通部位开有小孔，压紧后孔连成一条通道，用0.4~0.8Mpa的压力，把经过化学调理的污泥由该通道压入，并由每一块虑框上的支路孔道进入各个压滤室，滤板的表面有沟槽，下端钻有供滤液排除的孔道。滤液在压力的作用下，通过滤布并由孔道从虑机排出，而固体截留下来，在滤布表面形成滤饼，当滤饼完全填满压滤室时，脱水过程结束，打开压滤机，一次抽出各个滤板，剥离滤饼并清洗。

19.气浮

气浮是在水中产生大量细微气泡，细微气泡与废水中的细小悬浮物粒子相黏附，形成整体密度小雨水的气泡-颗粒复合体，悬浮粒子随气泡一起浮升到水面，形成泡沫或浮渣，从而使水中悬浮物得以分离。

20.污泥沉降比和污泥容积指数

污泥沉降比是指混合液经30min静沉后形成的沉淀污泥容积占原混合液容积的百分率。

污泥容积指数是指混合液经30min静沉后，每g干污泥所形成的沉淀污泥容积（ml/g）。

21.三相分离器

它是UASB反应器中最重要的设备，它安装在反应器的顶部，将反应器分为下部的反应区和上部的沉淀区，其作用是完成气、液、固三相的分离，将附着于颗粒污泥上的气体分离，并收集反应区产生的沼气，通过集气室反应器，使分离去中的悬浮物沉淀下来，回落于反应区，有效地防止具有生物活性的厌氧污泥的流失，保证反应器中足够的生物量，降低出水中悬浮物的含量。

22.污泥的好氧速率

是指单位重量的活性污泥在单位时间内的好氧量。

23.城市污水排水系统的基本组成

市内排水系统及设备，室外污水管网，污水输送泵站及设备，污水处理厂及设备，排出口及事故排出口。

24.过滤

指通过具有空隙的颗粒状层或过滤材料截留废水中细小的固体颗粒的处理工艺。

25.沉淀池水力表面负荷

是指单位沉淀池面积在单位时间内所能处理的污水量。q=Q/A

26.生物硝化

活性污泥中以氮、硫、铁或其他化合物为能源的自养菌，能在绝对好氧的条件下，将氨氮化为亚硝酸盐，并进一步可氧化为硝酸盐，这种反应称为生物消化反应。参与生物消化反应的细菌称为硝化菌。

27.污泥

在工业废水和生活污水的处理过程中，会产生大量的固体悬浮物质，这些物质统称为污泥。可以是废水中早已存在，也可以在处理过程中形成。前者各种自然沉淀中截留的悬浮物质，后者如生物处理和化学处理过程中，由原来的溶解性物质和胶体物质转化而成。

28.污水三级处理

在一、二级处理后，进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够致水体抚养养花的可溶性无机物等。

29.调节池

为了改善废水处理设备的工作条件，一般需要对水量进行调节，对水质进行均和。实际应用中将具有以上功能的构筑物称为调节池。

30.离子交换

离子交换是不溶性离子化合物上的可交换离子与溶液中的其他同性离子的交换反应，是一种特殊的吸附过程，通常是可逆的化学吸附过程。

31.BOD5容积负荷

指单位曝气池容积单位时间内，能够接受并将其降到预定程度的有机物的量。

32.电解气浮法

电解气浮法是在直流电的作用下，对废水进行电解时，在正负两极会有气体呈微小气泡析出，将废水中呈颗粒状的污染物带至水面以进行固液分离的一种技术。

33.额定功率

在正常运行工作状况下，动力设备的输出功率或消耗能量的设备的输入功率也指及其在正常工作时能达到的功率。

四、计算题

1.某城市污水处厂最大设计污水量为30000m3/d，污水流量总变化系数为1.4，采用栅距为30mm的格栅，请计算每天的栅渣产生早。（假设：每1000m3污水的栅渣产生量为0。06m3）

解：根据栅渣公式 W=86400QmaxW1 / 1000K2

解得W=1.29m3/d

2.某城市污水处厂进水BOD浓度S0=200mg/L，SS浓度X0=250mg/L，该厂采用普通二级活性污泥法处理工艺。初次沉淀池的BOD和SS的去除效率分别为25%和50%，经过二级处理后出水的BOD和SS浓度分别是20mg/L, 25mg/L。求初次沉淀池出水的的BOD和SS的浓度及BOD和SS的去除率。

3.设有一水泵管路系统，已知流量Q=101m3/h，管径d=150mm，管路的总水头损失是25.4H2O。水泵效率为75.7%，上下两水面高差h=102m，试求水泵的扬程和功率。

解：水泵扬程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

水泵总功率P=P有 / 效率=35028/75.7%=46272W=46.27KW

4.某处理厂测得瀑气池混合液悬浮固体浓度X为2000mg/L，回流活性污泥悬浮固体浓度Xg为2000mg/L。运行人员刚把回流比R调到50%。试分析回流比调节器节是否正确，应如何调节器节。

解：R=X/（Xg-X）=2000/(5000-2000)=66.7%

答：50%不正确，应调节器节至66.7%，否则如不增大排泥，污泥将随出水流失

5、 某污水处理厂瀑气池有效容积5000m3，瀑气池内混合液悬浮固体浓度为3000mg/L，试计算当瀑气处理污水量为22500m3/d，进水BOD浓度为200mg/L时，该厂的BOD-SS负荷。

解：Ls=QSo/XV

6.某处理厂污泥浓缩池，当控制负荷为50Kg/(m3/d)时，得到如下浓缩效果：入流污泥量Q1=500m3/d;入流污泥的含水率为98%；排泥量Q=200m3/d；排泥的含水率为95.5%；试评价浓缩效果，并计算分离率。

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

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

分离率F=Qe/Qi=(500-200)/500=60%

7.某食品厂

8、

9、瀑气池混合液浓度为4000mg/L，BOD负荷0.3KgBOD5(KgMLSS*d)，流量为100000m3/d，进水BOD5=300mg/L，设计曝气池的体积。

Ls=QSo/XV

V=QSo/LsX

10、某处理厂一般将污沁的泥龄控制在4d左右，该厂曝气池容积V为5000m3。试计算当回流污泥浓度为4000mg/L，混合液浓度为2500mg/L，出水悬浮固体浓度为30mg/L，入流污水量Q为20000m3/d时，该厂每天应排放的剩余污泥的量。

解：剩余污泥排放量的计算公式如下

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、某污水处理厂曝气池体积为5000m3，混合溶液浓度为2500mg/L，每天从系统排除的液活性污泥量为2500Kg。试求污水处理厂的污泥泥龄。 解：SRT=(2500mg/L*5000m3)/2500Kg=5d

12、某UASB反应器有效体积为200，进水CODo为5000mg/L，有机负荷Nv为8Kg/m3*d。求（1）此反应器的进水流量Q？（2）允许的最大水力停留时间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、某污水得理厂日处理污水量100000m3/d，入流污水的SS为250mg/L。该厂高有四条初沉池，每池配有一台流量为60m3/h的排泥泵，每2h排泥一次。试计算当SS去除率为60%时、要求排泥浓度为3%时，每次的排泥时间。（污泥密度近似按1000Kg/m3计算）

解：每个排泥周期产生的干污泥量为：

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

Cs=30000g/m3

所以每个排污周期产生的湿污泥量为：Q=1250000/30000=41.6m3

41.6/4=10.4m3

排泥时间约10.4/60=10min

五、问答题

1.简述调节池在污水处理中的作用，常见类型及特点：

答：调节池在污水处理中的作用是对水量进行调节，对水质进行均和，常见的类型有：水量调节池，水质调节池和事故调节池三种。水量调节池的特点是，调节水量，保持容积，并使出水均匀；水质调节池的结构功能是，采用穿孔导游槽，或增加搅拌设备；事故调节池是，在特殊的情况下设立的，对保护系统不受冲击，减少调节池容积有十分重要的作用。

2.什么是城市污水的一级处理，二级处理及深度处理：

答：一级处理主要是除去污水中的漂浮物和悬浮物的重要过程，主要为深沉；二级处理为污水经一级处理后用生物方法继续去除没有沉淀的微小粒径的悬浮物，胶体和溶解性的有机物质，以及氮和磷的净化过程；深度处理为进一步去除二级处理未能去除的污染物的净化过程。

3.与活性污泥法相比，生物膜法的优点与缺点有哪些，并作简易说明。

优缺点有：1.适应冲击负荷变化能力强。2。反应器内微生物浓度高3。剩余污泥产量低 4。同时存在硝化与反硝化过程 5。操作管理简单，运行费用较低 6。调节运行的灵活性差 7。有机物去除率较低。

4.简述污泥的来源与分类，并作简要的说明

污泥来源于工业废水和生活污水的处理过程中产生的大量的固体悬浮物质，根据污泥的来源和性质，可分为以下几种污泥，1。初次沉淀污泥，来自初次沉淀池，其性质随污水的成份而异。2。剩余活性污泥与腐殖污泥来自活性污泥法和生物膜后的二沉池。3。硝化污泥初次沉淀污泥，剩余活性污呢和腐殖污泥等经过硝化稳定处理后的污泥4。化学污泥 5。有机污泥，主要含有有机物6。无机污泥，以无机物为主要成份

5.混凝过程的运行控制条件是什么：

答：混凝过程中的运行条件包括：PH，水温，混凝剂的选择和投加量，水力条件。

1。PH：在最适宜的PH条件下，混凝反应速度最快，絮体溶解度最小，混凝作用最强。

2。水温：水温一般在20-30度为宜

3。混凝剂的选择和投加量：混凝剂的选择主要取决于胶体的细微悬物的性质，浓度，但还应考虑来源成本和是否引入有害物质等因素。

4。水力条件：混凝剂投入废水中后，必须创造最适宜的水力条件，使混凝作用顺利进行。

6.表面曝气叶轮充氧是通过哪几部分实现的？

答：通过以下三部分实现的： 1。叶轮的提水和输水作用，使曝气池内液体循环流动，从而使不断更新气液接触面和不断吸气。

2。叶轮旋转时在其周围形成水跃，使液体剧烈搅动而卷入空气

3。叶轮叶片后侧在旋转时形成负压区，吸入空气

7.何为活性污泥丝状菌膨胀，该如何控制？

在活性污泥处理系统中，由于丝状菌的存在引起活性污泥体积膨胀和不易沉降的现象，为活性污泥丝状菌膨胀，其控制的措施为：

1。减少进水量，降低BOD负荷

2。增加DO浓度

8.离子交换过程分哪几个阶段，各有什么作用：

离子交换过程包括：交换，反冲洗，再生和清洗

1。交换：交换阶段是利用离子交换树脂的交换作用从废水中去除目标离子的操作过程

2。反冲洗的目的是松动树脂层，使再生液能均匀渗入层中，与交换剂颗粒充分接触，同时把过滤过程中产生的破碎粒子和截留的污物冲走

3。再生：在树脂失效后必须再生才能使用，通过树脂再生一方面可以恢复树脂的交换能力，另一方面可回收有用的物质。离子交换树脂的再生是离子交换的逆过程。

4。清洗：清洗的目的是洗涤残留的再生液和再生时出现的反应物质。

9.初次沉淀池的运行管理应注意哪些方面：

答：

1。操作人员根据池组设置，进水量的变化，应调节各池进水量，使各池均匀配水。

2。初次沉淀池应及时排泥，并宜间歇进行。

3。操作人员应经常检查初次沉淀池浮渣斗和排渣管道的排渣情况，并及时清除浮渣，清捞出的浮渣应妥善处理。

4。刮泥机待修或长期停机时，应将池内污泥排空。

5。采用泵房排泥工艺时，可按有关规定执行。

6。当剩余活性污泥排入初次沉淀池时，在正常的运转情况下，应控制其回流比少于2%

10.气浮法的原理是什么：

答：气浮法是在水中产生大量细微气泡，细微气泡与废水中细小悬浮物粒子相粘附，形成整体密度小于水的气泡-颗粒复合体；悬浮粒子随气泡一起浮升到水面，形成泡沫或浮渣，从而使水中的悬浮物得以分离 其气浮分离必须具备以下两个基本条件：1。必须水中产生足够数量的细微气泡2。必须使气泡能够与污染物相粘附，并形成不溶性的固体悬浮体

11.二沉池污泥上浮的原因是什么，如何解决

答：二沉池污泥上浮指的是污泥在二沉池内发生酸化或反硝化，导致污泥漂浮到二沉池表面的现象。漂浮的原因主要是，这些污泥在二沉池内停留时间过长，由于溶解氧被逐渐消耗，而产生酸化，产生H2S，使污泥絮体密度减少上浮。当SRT 过长时，发生硝化后进入的混合中含有大量的硝酸盐，污泥在二沉池中由于缺乏足够的DO，而进行反硝化，产生N2，附着在污泥上，使密度减少，上浮。

措施：1。及时排泥，加大污泥回流量石流沉积2。加强曝气池未端充氧量，提高进入二沉池的DO含量。3。对于反硝化造成的污泥上浮，还可以增大剩余污泥的排放量，降低SRT。

4。检查刮给泥机的运行情况，减少死角积泥，造成死泥上浮。

12.真空过滤机胶水效果的影响因素有哪些：

1。污泥的性质：污泥的种类，浓度，储存时间，调理情况等对过滤性能产生影响。

2。真空度的影响：真空度是真空过滤的推动,直接关系到过滤率及运行费用，影响比较复杂，一般，真空度越高，滤饼厚度越大，含水率越低。

3。转鼓浸深的影响

4。转鼓转速快慢的影响

5。滤布性能的影响：网眼的大小决定于污泥颗粒的大小和性质

13.混凝工艺包括哪几个步骤：

答：工艺包括：混凝剂的配制与投加，混合，反应和矾花分离等几个步骤

1。配制与投加：实际应用中，混凝剂通常采用湿法投加

2。混合：将混凝药迅速分散到废水中，与水中胶体和细微悬浮物相接触

3。反应：指混凝剂与胶体和细微的悬浮物产生反应，使胶体和悬浮物脱稳，互相絮凝，最终聚集成为粒径较大的矾花颗粒。

4。矾花分离：指过重力沉降或其他固液分离手段将形成的大颗粒矾花从水中去除

14.生物膜系统运行中为何维持较高的DO？

因为适当地提高生物膜系统内的DO可减少生物膜中厌氧层的厚度，增大好氧层生物膜中的比例，提高生物膜内氧化分解有机物的好氧微生物的活性；此外，加大曝气量后，气流上升所产生的剪切力，有助于老化生物膜的脱落。使生物膜厚度不致于过厚，并防止因此产生堵塞弊端。

15.简述活性碳再生的方法：

有四种方法：

1。加热再生：1）脱水2）干燥 3）碳化 4）活化 5）冷却

2。蒸汽法：吸附物质是低沸点物质，可考虑通入水蒸汽进行吹脱

3。化学再生方法：通过化学反应，使吸附物质转化为易于溶于水的物质而解吸下来

4。生物再生法：利用微生物的作用，将初活性碳吸附的有机物氧化分解，从而使活性碳得到再生

8. 离子进入根细胞可划分为几个阶段

关于养分如何进入根细胞，有多种解释和假说。目前，普遍被人们所接受的有：离子进入根细胞可划分为主动吸收和被动吸收两个阶段。

①离子的被动吸收。离子的被动吸收主要通过截获、扩散、质流或离子交换先进入根中的“自由空间”。它是从细胞壁到原生质膜，还包括细胞间隙。因为细胞壁带有负电荷，所以阳离子进入根中较阴离子多，而且在很短时间内就与外界溶液达到平衡。在最初阶段阴、阳离子的吸收属被动吸收。

②离子的主动吸收。许多研究资料证明，果树体内离子态养分的浓度常比外界土壤溶液浓度高，有时竟高达数十倍甚至数百倍，而仍能逆浓度吸收，且吸收养分还有选择性。这种现象很难从被动吸收来解释。所以，离子的扩散、质流以及离子的交换只能说明离子态养分吸收的一个现象，而不能说明其原因与机理。目前，相关研究人员从能量的观点和酶动力学原理来研究主动吸收离子态养分，并提出载体解说和离子泵解说。

9. 以硬水软化为例，说明离子交换剂在硬水软化工艺全过程分为几个阶段

湖南湘星环保水处理设备有限公司所生产的软化水器自动化程度高，供水工况稳内定，使用寿命长，全容程自动，只需定期加盐，不需人工干预。高效率、低能耗、运行费用经济。设备结构紧凑合理，操作维护方便，占地面积小，节省投资。安装、调试、操作简单易行，控制部件性能稳定，可使用户无后顾之忧。软化水器可广泛应用于蒸汽锅炉、热水锅炉、交换器、蒸发冷凝器、空调、直燃机等系统的补给水的软化。还可用于宾馆、饭店、写字楼、公寓、家居等生活用水的处理及食品、饮料、酿酒、洗衣、印染、化工、医药等行业的软化水处理。

10. 试分析电渗析分离法与离子交换分离法和电泳分离法的区别与联系

一类单元操作的传质为各种均匀混合物的主要理论依据。早在公元前，人们会知道从矿石，这是最早的传质应用中的分离过程的植物提取金属和药品的方法。在现代化工产业的发展过程中，质量分离过程中发挥了特别重要的作用。如：传质分离，得到氮纯氢气体混合物，氨的工业生产，能够;的原油被分离，以获得各种燃料油，润滑油和石化原料，这是基础石化;类似地，无分离和纯化，以获得高纯度的乙烯，丙烯，丁二烯，氯乙烯单体，就不可能生产出各种合成树脂，合成橡胶，纤维和合成纤维。几乎没有一个化学生产过程中不需要的原料或反应产物分离和纯化。用作传质分离装置参天塔是化工厂的最明显的迹象，并在分离过程的传质的应用不限于化学工业中，范围例如核工业用各种分离方法提取核燃料，以及治疗后的废物。它可以在现代生活中可以说，从航天飞机到海底，从生物的化学物质对环境的保护，从所述混合物分离分不开的。
通过物理和化学原理，在工业和质量分离的分离过程通常使用可分为平衡和速率分离分为两类：由单独的媒体的装置
平衡分离方法（如热，溶剂和吸附剂） ，以使所有相混合物体系的两相系统中，然后在混合物中的成分是在这两个阶段的相位平衡是不等同于根据所取得的分离的分配。根据状态可分为两个阶段：①气体（蒸汽）的液体传质过程，如蒸馏，吸收; ②液 - 液传质过程，诸如萃取; ③气（汽）固传质过程，如吸附，色层分离，分离泵参数; ④液固传质过程，如浸出，吸附，离子交换层析，分离和泵的其它参数。在这两个阶段的时候
平衡，您可以使用平衡的比例（或分配系数）文的关系，组分浓度，说：
其中yi和喜表示分两期组分i的浓度。对于命名为x和y相，根据气体或称为相汽相，萃取液萃取为y相的吸收，蒸馏的习惯。在一般情况下，平衡比取决于两相的组合物的温度和压力线的特性。 Ki和KJ的比例的两种组分的i和j平衡比称为分离因子αij：
在一些传质分离的过程中，该分离因子往往有专门的名称。例如：被称为蒸馏的相对挥发;被称为选择性提取系数。平衡一般比文价值观的分子较大，所以αij大于一。只要这两种组分的平衡比是不相等的（即αij≠1），可以通过平衡分离方法来分离，αij越大越容易分离。均衡的比例，最系统的分离系数并不大，平衡，可实现一次接触分离是非常有限的，你需要采取行动，以提高多级逆流分离。以适应各种系统和操作条件和分离的要求，以提供多种不同类型的传质设备中的相应的使用。下，在分离过程中的驱动力
率（密度差，压力差，温度差，像差量的电势）的效果，有时具有选择性渗透膜，利用各成分的扩散率，实现组间差异的分离点。原料及这些方法的加工产品通常属于相同的相位，只在该组合物的差异。的分离方法的速率可分为：①膜分离，如超滤，反渗透，渗析和电渗析。 ②场分离，如电泳，热扩散，超速离心分离。
差分分离膜分离和场：前者与分离两种流体的膜，后者不被挪用。不同类型的分离过程率，分别使用不同的设备和不同的方法来设计的计算和操作控制。
Outlook和质量分离过程蒸馏，吸附，萃取，有些单位已与经营的非常广泛的悠久历史，并进行了大量的研究，积累了丰富的运作经验和信息。但是，进一步研究这些过程的机理和传质规律，高效传质设备，研究开发和掌握他们的放大规律，改进和其他设备的设计计算方法，仍然有许多工作要做。能耗和大规模分离过程，并且常常构成了单位能耗的主要部分，因此降低了能源消耗和质量分离的过程中，引起了普遍的关注。膜分离是一个新的领域，一类分离，稀溶液处理的分离，生化产品，节约能源，不污染产品，已显示出其优越性。研究和开发新的分离方法的开发，在组合使用，以提高工作效率，以及利用化学反应的要被分离的各种分离方法，是非常值得关注的发展方向。