高考申論題
108年
[環境工程] 水處理工程(包括相關法規)
第 一 題
📖 題組：
五、離子交換程序常被應用來回收有價的金屬離子及水資源永續的目的。請說明： (一)陽離子交換的原理與樹脂種類及固定床式操作程序。（15 分） (二)針對混和的離子（包含陽離子與陰離子）溶液，若使用串聯的程序分別回收陽離子與陰離子，請設計此處理流程。（5 分）
五、離子交換程序常被應用來回收有價的金屬離子及水資源永續的目的。請說明： (一)陽離子交換的原理與樹脂種類及固定床式操作程序。（15 分） (二)針對混和的離子（包含陽離子與陰離子）溶液，若使用串聯的程序分別回收陽離子與陰離子，請設計此處理流程。（5 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
陽離子交換的原理與樹脂種類及固定床式操作程序。
思路引導 VIP
- 原理：電價平衡與親和力（Selectivity）。2. 種類：強酸性（SAC）與弱酸性（WAC）。3. 固定床操作：这是一个循環過程，包含運轉（Service）、反洗（Backwash）、再生（Regenerate）、淋洗（Rinse）。建議按順序描述這四個步驟。
小題 (二)
針對混和的離子（包含陽離子與陰離子）溶液，若使用串聯的程序分別回收陽離子與陰離子，請設計此處理流程。
思路引導 VIP
這題關鍵在於「先陽後陰」還是「先陰後陽」。思考點：若先經陰離子交換，水會變鹼性，可能導致金屬離子在樹脂床內產生氫氧化物沉澱，造成阻塞。因此，標準設計是「先陽離子交換，後陰離子交換」。
離子交換程序與操作
💡 利用樹脂活性基與水中離子等電價交換，達成水質淨化與回收。
🔗 固定床離子交換操作循環與串聯邏輯
- 1 採水 Service — 原水由上往下流經樹脂床進行等電價離子交換。
- 2 反洗 Backwash — 水流由下往上使樹脂膨脹，去除懸浮物並重排樹脂。
- 3 再生 Regeneration — 注入高濃度強酸或強鹼藥劑，使樹脂還原交換能力。
- 4 淋洗 Rinse — 分為慢洗與快洗，洗去殘餘再生藥劑以防影響水質。
- 5 先陽後陰串聯 — 陽離子交換釋放H+使水呈酸性，避免陰床產生沉澱。
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🔄 延伸學習：延伸學習：分析樹脂交換容量 (Capacity) 與再生效率的平衡關係。
