水污染现状及重金属废水来源与特征分析

水污染现状及重金属废水来源与特征分析

1. 水污染现状

水是宝贵的自然资源。随着工农业的快速发展和人民生活水平的不断提高，对水资源无论从质量还是数量上都提出了更高的要求。水不是取之不尽、用之不竭的自然资源，而是有限的资源。对于缺水地区来说，水更是宝贵的。防治水污染、保护水环境如今已成为广泛共识。

水污染是指水由于某些外界物质的介入而使水原有的质量特性发生改变，从而影响原有的功能和利用价值，甚至危害人类健康和破坏生态环境。人类社会为了满足生活和生产的需要，需要从各类自然水体中取用大量的水，水被利用后会产生生活污水、工业废水，这些废水最终都会排入自然水体，从而形成水的利用循环。

2 重金属废水来源及特点

1、采矿废水。金属矿山采矿废水主要含有悬浮物和酸。这是因为金属矿石或围岩中含有硫化矿物，这些矿物经风化、水和细菌作用，形成酸性废水。其反应式为：

2FeS2＋2H2O＋7O2——＋

酸性矿山废水一般含有一种或几种金属和非金属离子，主要有钙、铁、锰、铅、锌、铜等。

2、炼铁工序废水。高炉煤气洗涤水是炼铁工序的主要废水，含有大量的悬浮物，其主要成分为铁、铝、锌、硅等氧化物。钢铁企业轧钢酸洗，特别是不锈钢表面酸洗除鳞，也会产生含铁、镍、锌、铅等重金属的废水。

3、金属加工废水主要是金属表面清洗、除锈产生的酸性废液。金属材料酸洗多用硫酸、盐酸，不锈钢则用硝酸和氢氟酸的混合酸洗。钢材酸洗后再用清水冲洗，产生冲洗酸性废水。一般冲洗后剩余的废液含酸量约7%，其中含有大量溶解的铁，冲洗水的pH值为1-2。酸性废液和冲洗水若不经处理直接排放，势必造成严重污染。

4、电镀工艺产生的废水。电镀废水主要来源于镀件漂洗，也有少量工艺废液排出。电镀废水的水质因镀种、电镀工艺不同而异。一般来说，电镀废水中的重金属比较单一，水量虽然少，但其浓度往往较高，毒性很大，主要含有酸和铜、铬、锌、镉、镍等金属离子。

3、金属废水对环境的污染

在高度集中的现代化大型工业环境下，工业生产所排放的废水，特别是重金属废水对周边环境的污染日益严重。重金属污染是含有重金属的工业废水排入江河湖海，会直接对渔业、农业造成严重影响，并直接或间接危害人类健康。下面就几种重金属的危害作简单介绍。

1、汞（Hg+）其毒性作用是破坏细胞酶系统中蛋白质的巯基。无机汞的摄入量若为75～300毫克/人以上，汞就会在人体内蓄积，长期持续则会引起慢性中毒。有机汞化合物，如烷基汞、苯基汞等，在脂肪中的溶解度比在水中高100倍，因此很容易进入生物组织，具有很高的蓄积作用。日本的水俣病污染就是无机汞转化成有机汞，通过食物链进入人体引起的。

2、镉（Cd2+）镉的化合物有剧毒，动物吸收后很少排出体外，所以极易在人体内蓄积，引起贫血、代谢不良、肝病甚至死亡。镉在肾脏蓄积致病后，会引起钙吸收障碍，从而导致佝偻病。日本富山县神通川流域的骨质软化症污染，就是由镉中毒引起的。

3、铬（Cr6+）六价铬化合物及其盐类有剧毒，主要以CrO3、CrO42-、Cr2+等形式存在，易溶于水。六价铬氧化性强，对皮肤、黏膜有剧烈腐蚀作用。近年研究表明，六价铬和三价铬均有致癌性。

4.铅（Pb2+） 铅对人体所有组织均有毒性，特别是神经系统、造血系统和血管。铅主要蓄积在骨骼中。慢性铅中毒症状包括食欲不振、便秘和皮肤呈灰黑色。

5、锌（Zn2+） 锌盐能使蛋白质沉淀，对皮肤、粘膜有刺激性和腐蚀性，对水生生物和农作物有明显的毒性。

6、铜（Cu2+）铜毒性较小，是生命所必需的微量元素之一。但超过一定量时，会刺激消化系统，引起腹痛、呕吐等症状。长期过量服用会导致肝硬化。铜对低等生物和农作物有很强的毒性。对鱼类来说，0.1-0.2mg/l为致死量，因此要求一般水产所用水的铜含量在0.01mg/l以下。对农作物来说，铜是毒性最强的重金属。它以离子形式固定在根部，影响养分吸收功能。

四、我国工业废水污染及治理现状

在环境污染中，工业废水的影响最大。自20世纪60年代以来，世界水污染已达到极其严重的程度，相继发生多起震惊世界的公共污染事件，引起科学界和政界的高度重视，保护环境、控制污染成为人们普遍关注的问题。

我国每天排放大量的工业废水，对江河湖泊海洋造成严重污染。据统计，全国27条主要河流大部分污染严重，部分河流中苯酚、汞含量普遍超标​​几倍甚至几十倍，造成许多鱼虾资源丰富的河流鱼产量急剧下降。水污染加剧了北方缺水地区的缺水问题。在南方，由于大量工厂无节制地排放重金属废水，水质也受到严重污染，造成长江流域水污染。

因此，重金属废水的处理刻不容缓，重金属是永久性污染物。对重金属废水必须进行妥善处理，首先要努力减少废水量，尽可能回收有用金属，并将废水经妥善处理后循环使用，避免或尽量减少废水的排放。必须排放的废水应进行净化处理，达到排放标准。处理产生的污泥、浓缩液，如无回收价值，也应进行无害化处理，避免二次污染。在重金属废水的处理方法中，离子交换法是最常用的方法，处理效果最好。

离子交换现象最早由汤普森于十八世纪中叶发现，后经J.托马斯·威（J. Way）全面研究。离子交换剂发展史上最重要的事件是1935年BA亚当斯和HL霍尔姆斯合成具有离子交换功能的高分子材料，即第一批离子交换树脂——聚酚强酸性阳离子交换树脂和聚苯胺醛弱碱性阴离子交换树脂。后来霍尔姆斯和当时的德国IG染料工业公司对上述离子交换树脂进行了改进，并投入工业生产。此后的几年中，各种类型的缩聚型离子交换树脂相继被开发出来，并在水处理中得到应用。

离子交换树脂的重大发展是在第二次世界大战以后。当时美国、英国的一些公司对离子交换树脂的合成进行了广泛的研究。GF达利里奥（D）成功合成了聚苯乙烯阳离子交换树脂。在此基础上，相继开发了其他具有高交换容量和良好的物理化学稳定性的聚苯乙烯离子树脂，并相继开发了聚丙烯酸阳离子树脂。此时离子交换树脂已成为一种新型的高分子材料。人们认识到利用它可以比较简单地达到分离、提纯和浓缩离子物质的目的，而不必借助于消耗热能的结晶、蒸发等工艺过程。

20世纪60年代，离子交换树脂的发展又取得了重要的突破。等人采用和发明的新聚合方法，合成了一系列与过去物理结构完全不同的大孔离子交换树脂，这些树脂很快在1997年投入生产。这些树脂除具有普通离子交换树脂的交换基团外，还具有与无机、碳质吸附剂和催化剂相似的大孔毛细管结构，使离子交换树脂既具有离子交换功能，又具有吸附功能，为离子交换树脂的广泛应用开辟了新的前景。

离子交换树脂的发展与其应用技术的发展从来都是相辅相成、相互依存的。随着离子交换树脂的发展，树脂应用技术也不断完善，从间歇工艺开始，很快发展到固定床工艺。20世纪60年代以后，逆流技术及连续离子交换工艺、双床技术等都得到了迅速的发展。这些新的应用和工艺的发展，使离子交换树脂在许多领域的应用更加有效和经济。20世纪70年代以后，人们以极大的兴趣关注热再生离子交换技术的发展。随着高分子化学的发展，离子交换的应用越来越广泛。在水处理中，可用于水的软化和脱盐，生产软化水、纯水和超纯水。在废水处理中，可除去废水中的某些有害物质，回收有价值的化学品、重金属和稀有元素，并在国防、化工、生物制药等方面有效地起分离、浓缩、净化等作用。

离子交换是通过交换器本身携带的可自由移动的离子与被处理溶液中的离子之间的离子扩散来实现的。离子交换的驱动力是离子之间的浓度差和交换器上功能基团对离子的亲和力。这是离子交换的基本原理。

离子交换是一个可逆反应，其反应方程式可表示为

RH＋M＋←→RM＋H＋

交易所 交易所饱和度

树脂离子树脂

在平衡条件下，树脂和溶液中反应物的浓度满足下列关系：

（[RM][H+]）/（[RH][M+]）=K

K为平衡常数，当K大于1时，表示反应能顺利向右进行。K值越大，交换反应越有利，逆反应越不利。K值的大小可以定量地反映离子交换剂对两个固定离子的离子交换选择性的大小。

在重金属废水的离子交换处理过程中，由于工业废水种类繁多，水质复杂，应考虑工业废水水质对离子交换的影响。

1.悬浮杂质及油的影响

废水中含有的悬浮物、油等会堵塞树脂内部的孔隙，降低树脂的交换容量，因此废水在进入离子交换柱前要经过​​过滤等预处理，除去其中的悬浮杂质和油。

2. 溶解盐的影响

有些工业废水除含有少量（或微量）有毒物质外，溶解杂质中还含有大量的一般盐类，这些物质对离子交换有重要影响。一般当溶解盐含量超过1000~/L时，树脂的工作周期将大大缩短。因此，这类废水不宜用离子交换处理。

3. pH值的影响

PK值对离子交换的影响有两个方面：一是影响废水中某些离子的存在形式。二是影响树脂交换基团的解离。例如强酸、强碱性树脂的交换基团不受pH的限制，可用于各种pH值的废水处理，而弱酸、弱碱性树脂则不受pH的限制，其交换基团的解离与pH值密切相关，例如羧酸型（-COOH）阳树脂只有在pH>4时才表现出交换性，且pH值越大，交换能力越强（当pH=5时，其交换容量为0.5当量/g树脂，当pH=8-9时，其交换容量可达9mg当量/g树脂）。同样，弱碱性阴树脂只有在相对较低的pH条件下才能达到较好的交换效果。

4. 温度的影响

工业废水的温度一般较高，可增大内扩散和膜扩散速度，加速离子交换反应，但过高的温度可能引起树脂的分解。每种树脂都有一定的耐热性，若废水温度超过其上限，在进入交换树脂前应采取降温措施。

5.高价金属离子的影响

有些废水中往往含有大量的高价金属离子(如Fe3+、Al3+、Cr3+等)，它们与树脂交换基团的固定离子有很强的结合力，能优先被交换掉。因此，当只要求除去这些离子时，可以采用较大的流速，而不影响交换效果。这对离子交换是有利的，但它们交换到树脂上后，再生和洗脱比较困难，容易造成树脂“中毒”，降低树脂的工作交换容量。

6. 氧化剂和高分子量有机物的影响

有些废水中含有各种氧化剂(如Cl2、O2、HNO3等)和高分子有机物，造成树脂氧化损坏和有机污染，缩短树脂的使用寿命或降低工作交换容量。

综上所述，在废水处理中，离子交换主要用于回收和去除废水中的金、银、铜、镉、铬、锌等金属离子，也用于放射性废水和有机废水的净化。离子交换法的优点是：离子去除效率高，设备简单，操作控制容易。目前应用中存在的问题是：应用范围也受到离子交换树脂品种、产量和成本的限制，对废水的预处理要求高，离子交换树脂的再生和再生液的处理有时也是一个难以解决的问题。

废水处理厂设计

1. 废水质量和数量

处理水量700m3/d=29m3/h SS（200mg/l）

处理前金属离子浓度mg/l Ni2+ 220 Cu2+ 80 Co2+ 20 Pb2+ 10 Zn2+ 20 Fe3+ 10 Cl－1500 SO42－1000 PH=2.5

处理后金属离子浓度（mg/l） Ni2+ 1.0 Cu2+ 1.0 Co2+ 1.0 Pb2+ 1.0 Zn2+ 1.0 PH=6.5～8.5

废水中各类重金属回收率

Ni回收率=（220-1）/220=99.5℅

Cu回收率=（80-1）/80=98.8℅

2. 工艺流程规划

工艺流程介绍如图所示，重金属废水通过管道进入水质收集调节池，加入一定量的NaOH溶液调节pH为中性，调节水量。出水通过水泵进入连续过滤池，除去水中的悬浮物。过滤后经提升泵引入离子交换柱，在离子交换柱中重金属离子与弱酸性Na离子树脂发生反应，重金属被固定在离子交换树脂上，直至离子交换树脂达到饱和状态。此时排出的水一部分用来冲洗再生树脂，另一部分水排出。然后对树脂进行反冲洗再生。树脂再生后的洗脱液浓缩了大量有毒和有用的重金属离子。再生后的洗脱液引入废酸收集池，然后对树脂进行转化。 转化后的废碱液进入废碱收集槽，再由水泵将废酸和废碱同时进入中和槽，最后回收重金属。

3.工艺设计计算

3.1集调池设计计算

由于该工艺采用的是弱酸性阳离子树脂，其交换基团的解离与pH值密切相关，如羧酸型（-COOH）阳离子树脂在pH大于4时才表现出其交换性，且pH值越高，其交换能力越强（pH=5时交换能力为0.5毫克当量/克树脂，pH=8~9时，其交换能力可达9毫克当量/克树脂），因此必须先进行pH调节，才能发挥其离子交换作用。

由于废水pH为2.5，含有多种重金属离子，采用加药中和法调节pH，考虑到处理水量较少，不产生大量沉淀物，在集水调节池中加入中和剂（NaOH），无需设置搅拌反应池，但必须满足搅拌反应时间。

均质池内一般进行搅拌，以保证调节效果。搅拌和曝气可防止可沉降固体在池内沉降，防止出现厌氧状态。还有预曝气作用。可氧化废水中的还原性物质，并通过汽提去除挥发性物质。

计算公式

WT=∑tQiTi

Qi——T时段废水平均流量m3/h

Ti—时间段h

耗时Ti==4h W=29×4=116m3

调节池有效水深2m，水池面积58m2。

泳池宽度为4米，泳池长度为15米

集水调节池示意图如下：

3.2 滤池设计计算

在水处理过程中，过滤一般是指用石英砂等颗粒滤层拦截水中的悬浮杂质，使水质清澈的过程。过滤的主要作用是去除水中的悬浮或胶体杂质，特别是能有效去除沉淀技术无法去除的微小颗粒和细菌，同时对BOD5、CODcr也有一定的去除作用。

考虑到进水中SS高达200mg/L，为达到良好的过滤效果，需采用连续流过滤器，连续流过滤器是在不延长过滤周期的情况下对普通快速过滤器进行改进，使过滤器适应频繁清洗的要求。

普通快速滤池的工艺流程是滤池本身包括滤料层、支撑层、配水系统、集水槽、冲砂排水槽五部分，快速滤池走廊有原水进水口、清水出水口、冲洗排水等主要管线及相应的控制阀门。

快速过滤器的运行过程为过滤、冲洗的交替循环。过滤即产出清水的过程，需过滤的水经总管、洗砂排水槽流入滤池，水中的悬浮物被滤料层过滤、截留，清水经配水系统收集后经清水管流出滤池。过滤过程中，由于滤层不断截留污染物，滤层孔隙逐渐减小，水流阻力不断增大。当绿池水头损失达到最大允许值，或过滤后水质已接近超标时，应停止滤池运行，进行反冲洗。

滤池反冲洗时，水流反向流经滤层，使滤层膨胀悬浮，借助小水流的剪切力和颗粒的摩擦力清洗滤层，排出滤层内的污物。反冲洗水一般由冲洗水槽或冲洗水泵供给，经滤池布水系数进入滤池底部进行反冲洗。冲洗废水由洗砂排水槽、废水渠、污水管排出。

给水、清废水普通快滤池滤速可达5-12m/h，处理废水粗砂快滤池滤速可达3.7-37m/h，双层滤池滤速为4.8-24m/h，三层滤池滤速一般与双层滤池相同。由于双层滤池属于反向粒径过滤，截杂能力强，杂质穿透深度深，产水量大，适合用于给水、废水过滤处理，所以多采用双层滤池。

过滤池计算公式

过滤面积公式F=Q/VT

F = 总过滤面积 (m2)

Q = 设计日污水量 m3/d

V=过滤速率（m/h）

T=滤池实际工作时间T=T0-t1-t2

T0=滤池工作循环时间h

T1 = 过滤操作后的保留时间 h

T2 = 过滤器反冲洗时间h

设计数据Q=1.05×700m3/d=735m3/d，考虑了水厂的用水量（包括反冲洗水）

V取流量5m/h，冲洗强度q=12～16L/(s·m2)，冲洗时间6min

过滤器面积及尺寸 过滤器工作时间为24小时，每次冲洗6分钟，停留时间为40分钟。

滤波器的实际工作时间为

T = T0-t1-t2 = 24-40/(60×2)-6/(60×2) = 23.62小时

F = Q / VT = 735 /（5×23.62）= 6.22平方米

采用两个过滤池，每个过滤池面积为

面积比=F/N=6.22/2=3.11平方米

设计滤池长宽比L/B=1，则滤池尺寸L=B=√3.11=1.76m

核心强制滤失速度v=NV/(N-1)=10m/h

滤池总高度为：支撑层H1为0.45m，滤料层400m，石英砂层250mm，总高H2为650mm，滤料以上水深H3为1.2m，超高H4为0.3m，滤板H5为0.12m。滤池总高为

高=H1+H2+H3+H4=2.72米

过滤器反冲洗水头损失

（一）贯流式大阻力给水系统的水头损失

h2=(q/(10aμ))2·(1/2g)

设计支管管径d=70mm、b（壁厚）=5mm、开孔d=9mm、孔板流量系数μ=0.68、配水系统开度a=0.25%、q=14L/(s·m2)、h2=3.5m

（二）支撑层水头损失计算

h3=0.=0.022×0.45×14=0.14(米)

（3）滤层水头损失与剩余水头

高度=2米

⑷反冲洗泵扬程H=滤池高度+清水池深度+管道及滤层水头损失

高 = 2.72 + 3 + (3.5 + 0.14 + 2) = 11.36米

根据冲洗流量和扬程选择反冲洗泵

各类滤池的滤料都要定期进行反冲洗，这主要是因为在过滤过程中，原水中的悬浮物被滤料表面吸附，并不断堆积在滤料层中，随着滤层孔隙逐渐被污物堵塞，导致滤水头损失不断增大，当达到一定限度时，就需要对滤料进行清洗，以恢复滤池的工作性能，继续工作。

在过滤时，由于水头损失的增加，水洗对滤料表面吸附的污物产生的剪切力增大，部分颗粒在水洗的冲击下向滤料下层移动，最终使水中悬浮物含量增加。当水质恶化到一定程度时，就需要对滤料进行清洗，以恢复滤层的纳污能力。污水中的悬浮物中含有大量的有机物，如果长时间滞留在滤层中会引起厌氧腐败，需要定期对滤料进行清洗。详情可参考更多相关技术文献。

3.3 离子交换柱设计计算

离子交换是通过交换器本身携带的可自由移动的离子与被处理溶液中的离子之间的离子扩散而实现的。离子交换的驱动力是离子间的浓度差和交换器上动能基团对离子的亲和力。这是离子交换的基本原理。

对于Ni2+、Cu2+、Co2+、Fe3+等离子，采用弱酸性氢离子交换树脂。这种树脂对氢离子的选择性特别强，对多价离子的选择性也比对低价离子好。弱酸性阳离子交换树脂是指含有羧酸基团（-COOH）、磷酸基团（-PO3H2）等的离子交换树脂。其中以含有羧酸基团的弱酸性树脂应用最为广泛。含有羧酸基团的阳离子交换树脂在水中的解离度比较弱，在10-5～10-7之间，所以呈弱酸性。它的解离如下：

R—COOH←→R—COO－+H＋

它只能在近中性和碱性介质中解离并表现出离子交换能力。含有羧酸基团的弱酸性离子树脂是由甲基丙烯酸或丙烯酸与二乙烯基苯悬浮共聚后再水解而制得。过去聚丙烯酸基弱酸性树脂由于对链霉素有特殊的选择交换和吸附性能，主要用于链霉素的分离提取。近年来，基于其交换容量高达9毫克当量/克左右、易再生、对二价金属离子有良好的选择性，在水处理和工业废水处理中得到了广泛的应用。

再生阶段液流方向与交换时水流方向相同，称为顺流再生。相反的称为逆流再生。顺流再生的优点是：设备简单，操作简便，运行可靠。因此，本设计采用顺流再生固定床工艺。

离子交换柱设计计算公式

（1）计算塔处理负荷G=Q（C-Cp）

G—处理负荷mol/h

Q—处理水量m3/h

C—进水浓度mol/m3

Cp—水浓度mol/m3

（2）计算所需树脂总量▽=GT/EO

▽＝树脂总体积m3

T = 树脂再生周期 h

EO = 工作交换容量 mol/m3

（3）设计离子交换柱直径

D＝√（４Q/πV）

D—离子交换柱直径m

V—塔内处理液的流量m/h

(4) 离子交换柱高度的计算

h=4▽/(D2π)

h—树脂层高度m

H—离子交换柱高度m H＝h(1+α)

α树脂在清洗过程中的膨胀率可认为是40%-50%

(5)离子交换再生液计算

再生剂用量M=q0E0▽

M—再生剂用量（g）

Q0—再生剂消耗量（g/mol）

▽—饱和树脂体积m3

再生液体积▽I=M／Ci

▽I—一定浓度下再生液的体积L

Ci—再生液中再生剂浓度g/l

整个处理过程中发生的化学反应（Na型阳离子交换柱）

除去2R-COONa＋M2+←→（R-COO）2M＋2Na+

其中 M2 = Ni2+、Cu2+、Zn2+、Pb2+、Co2+ 等。

再生 (R-COO) 2M + 2HCl ← → 2R-COOH + MCl2

转换r —COOH ＋ naOH←→r -COONA ＋ h2o

3.3.1使用弱酸双阳性柱完整饱和过程

考虑到废水中的金属离子的含量相对较小（CP≈0），离子交换柱应除去的金属离子量

Ni2+（220 mg/l）的摩尔浓度为C（1/2NI2+）= 7./l

Cu2+（80mg/L）的摩尔浓度为C（1/2CU2+）= 2./l

CO2+（20mg/L）的摩尔浓度为C（1/2CO2+）= 0./L

Fe3+（10mg/L）摩尔浓度为C（1/3FE3+）= 0./l

Pb2+（10 mg/L）的摩尔浓度为C（1/2pb2+）= .1。/L

Zn2+（20mg/L）的摩尔浓度为C（1/2ZN2+）= 0.0/L

总计12./l

要去除的每日金属离子负载是

g = q（c-cp）= 700m3/d×（12.435-0）mmol/l = 8704.5mol/d

3.3.2计算Na型阳离子交换塔所需的树脂的体积。

▽▽＝

计算交换塔的尺寸。

h =4▽/（d2π）=（11.606m3×4）/（π×1.82）= 4.6m

a-考虑在反冲洗过程中树脂的膨胀速率，α=50℅，交换塔高度

h = h（1 +α）= 4.6×（1 +50℅）= 6.84 m

如果两列连接串联，则每列的树脂深度为6.84/2 = 3.42m

3.3.3计算交换塔阳离子树脂再生期间的酸消耗。

一个再生所需的酸（m）量为：

M = Q0E0 = 50G/mol×/m3×11.606m3 =

请参阅表标记1

例如，如果我们准备了5％的盐酸，我们可以从表中发现每升盐酸的质量为51.2g，即浓度CHCL = 51.2g/L

▽hcl = m/chcl =/（51.2g/l）=

再生周期为12h。

3.3.4转化液剂量的计算

过渡液的量是树脂体积的1.5倍，即11.606×1.5 = 17.409m3

转化液体（NaOH）（4℅）的浓度为1mol/L（NaOH的密度大约等于水的密度）

转换周期为12h

3.3.5预处理新树脂

弱酸阳离子树脂再生洗脱应使用低纯度水，水体积约为树脂体积的6倍，首先使用洗脱流量（0.4m/h），然后逐渐增加至汇率（10m/h）。

预处理用水= 11.606×6 = 69.636 M3

对于过渡洗脱，使用低硫水，大约是树脂体积的6倍，然后洗脱出口水pH值为8-9。

洗涤= 11.606×6 = 69.636 M3

3.3.6离子交换柱尺寸设计

离子交换柱的示意图显示在右侧。

d = 18.8（q/v）1/2

D-管的直径（mm）

问 - 中间体积流量（M3/H）

V-培养基的水平流速（m/s）

因为废水包含重金属离子，氯离子，硫酸盐离子

根据表，盐水的过滤速率通常为1.0-2.0 m/s

取V1 = 1.0m/s，然后在标记为2的滤波器速度表中显示了入口和出口管的直径

根据经验，排气管的直径比水入口管小1到2个尺寸，即排气管的直径为90mm。

由于再生需要12小时，并且12小时内的总流量为17m3+69.636m3 = 86.636m3，考虑到额外的水量， = 90m3

D = 18.8 Q/V（Q/V）从表中获得1/2，我们可以获得盐酸V2的公共流速= 1.5 m/s

= 90/12 = 7.5m3/h

d2 = 18.8（7.5/1.5）1/2 = 42mm，服用40mm

转换时间为12小时，而在12小时内的总流量为

17.409m3+69.363m3 = 86.772m3考虑额外的水， = 90m3

D = 18.8 Q/V（Q/V）从表中获得1/2

= 90/12 = 7.5m3/h

d3 = 18.8（7.5/2）1/.2 = 36mm，服用40mm

有关过滤率表，请参见注2

3.3.7离子交换柱外壳壁厚的设计和计算

除了交换树脂层和油脂压力层所占据的高度外，外壳的空间高度也应能够满足树脂层所需的反冲洗膨胀高度。

壳材料应满足该设计中工作液的交换柱强度和耐腐蚀性的要求。

外壳的配件包括上水口管，下部水出口管，排气管，视玻璃等。视线玻璃的位置应能够观察树脂下部的动态和颜色变化，无论树脂层波动，以及在重新刷新和膨胀后的树脂层是否波动等。因此，使用了两个视觉眼镜。

观光玻璃通常由耐腐蚀的材料制成，通常由有机玻璃制成。

在这种设计中，使用了一个简单的结构的视力玻璃，并且具有相对较宽的检查范围。

由于容器处于正常温度和压力下，因此公式Δmin= 2Di/

考虑到钢板的腐蚀，Δmin=（2×1800）/1000 = 3.6mm，应添加额外的1mm厚度。

也就是说，壳厚度为4.6mm

3.3.8离子交换柱头设计

采用由碳钢制成的标准椭圆形头

标准椭圆头壁厚厚度计算公式

δ= pdi/（2 [σ]tφ-0.5p）+c1+c2

给定p = 1MPa di = [σ] t =φ= 1（总压印）CI = 0.6mm（钢板的负偏差）

C2 = 1mm（单向腐蚀）

δ=（1×1800） /（2×170×1-0.5×1） + 1 = 6 mm

当碳钢头的厚度为4-8mm时，头部直边的高度为25mm

3.3.9离子交换列的支持设计采用了支持支持

用钢板焊接的支撑支架已标准化。

当di =时，支撑的主要负载为2.5t

支撑的轴承区是

支撑表面的单位压力为5.6×10-1MPA

支撑尺寸l = 290mm h = 350mm a = 180mm b = 215mm c = 250mm e = 90mm s = 16mm

锚螺栓尺寸：孔直径D = 30mm，直径M24

每个支持的质量为23.4公斤，并使用三个支撑

有关支持规格表，请参见注3

3.3.10离子交换柱的打开和加固以及法兰设计。

当圆柱体的内径为Di﹥时，开口的最大直径为d≦di/3和d≦

连接到再生液体入口管时，S密封= 4mm d行= 40mm检查桌子以获取孔规格

外径d = 160mm内径d = 80mm

过渡液入口的直径和冲洗水管的直径为40mm。

外径d = 160mm内径d = 80mm

当连接到排气管时，S密封= 6mm d行= 90mm。

外径d = 180mm内径d = 93mm

当连接到水入口管时，S密封= 6mm d in = 100mm。

外径d = 200mm内径d = 112mm

有关孔规格，请参见注4

打开上述孔后，使用法兰的法兰本身具有加强孔的功能，不需要额外的加固。

3.3.11离子交换柱法兰连接设计

法兰连接由一对法兰，许多螺栓和坚果和垫圈组成，自法兰技术的开发以来，有一组法兰标准规格。

对于离子交换柱，名义直径di =

使用A型平坦焊接法兰，平坦密封表面，法兰的每个部分的尺寸如下：

法兰尺寸参见注5

法兰的标准数为-82

法兰大小d = 1930年，d1 =1890㎜，d2 =1855㎜，d3 =1841㎜，d4 =1838㎜，

δ=56㎜，d =23㎜，，

螺栓规格：M20，数量52，垫片材料是石棉橡胶板，螺栓材料为Q235-A，

坚果材料为Q215-A。

法兰大小图规范如图所示：

有关离子交换列的管道法兰，请参阅下表：

PN0.6MPA凸起的板型扁平焊接管法兰（.6 -88）mm

再生液体入口管，冲洗水入口管和转换液体入口管的直径全部为40mm，排气管直径为90mm，并且入口管道直径为100mm，因此使用了上述两个法兰。

管法兰尺寸如下：

管法兰尺寸参见注6

3.3.12离子交换柱的人孔设计

由于该离子交换柱的直径为1800°，应打开一个人孔的形状。

人孔主要由简单的部分，一个法兰，盖板和手柄组成。

人孔的规格是： 。

人孔加固：该设计中使用的人孔部分的内径为d = 500mm，厚度为Δn= 4mm。

加固环的大小如下确定：内径D1 = 534 mm，外径D2 = 840 mm，

加固环的厚度通过以下公式估算：Δ= D×ΔE /（D2- D1）= 500×（4-0.5） /（840-534）= 5.7 mm，

考虑到离子交换柱和人孔截面具有一定的壁厚余量，增强圆为5mm。

人孔图如下：

3.3.13离子交换柱支撑装置和包装压力板

包装支撑结构不仅必须具有足够的刚度和强度，而且必须具有足够的自由横截面，以免在支撑下发生液态洪水。

在此设计中，由于离子交换柱的直径为1800毫米，因此辅助结构是一个网格板。

网格块数：5

包装环直径50mm

d =1710㎜

H×S = 60×10

t = 50

网格1：I1 = 418mm，网格条的数量8，连接板的长度418mm，

网格2：i = 418毫米，网格数7，连接板的长度368毫米，

支持圈数8

支撑环：b = 60 mm，δ（碳钢）= 10

尺寸图显示在右侧：

3.3.14上下水分配系统的设计和计算

上水系统和下水系统的作用是确保水是均匀的，并防止树脂被解释。

在此设计中，上层和下水系统使用多孔板引流帽（如下所示）。

3.3.15废酸和碱凹槽的尺寸设计，重金属回收插槽，中性池

废酸收集凹槽的作用是在再生后收集，因此废酸收集插槽的体积= V再生 = 69.636m3

考虑水的流量变化以服用V酸= 72m3。

废物碱收集凹槽的作用是在转化后收集垃圾液体和水的转化。

中性池塘是废酸液体和废物碱溶液中和的地方。

收集重金属回收凹槽的作用并再生，因此，考虑到水的流动变化，重金属回收插槽= 17m3。

转化的溶液和再生液体凹槽的体积通常是所需转换液体的体积的三倍。

因此，v转换50m3，所需的再生液体体积为17m3，因此V 需要50m3。

4个主设备

5工程投资

投资估计为250W，设备购买费为100万元，安装项目成本为30万元，建筑成本为100万元，其他成本（例如设备调试）为200,000元。

有14名人员，包括4位技术人员，2名控制室员工，3名总人员，2名维护人员和3名工人。