A nátrium-aluminát szilícium eltávolítása egy tipikus kémiai koagulációs-adszorpciós{1}}kicsapási folyamat. Számítási magja nem egy egyszerű sztöchiometrikus összefüggés, hanem egy kísérleteken alapuló, empirikus arányokra támaszkodó, átfogó korrekciót igénylő mérnöki módszer.
I. Szilícium eltávolítási mechanizmus
Hidrolízis: A nátrium-aluminát (NaAlO₂ vagy NaAl(OH)4) vízhez adva gyorsan hidrolizál, és hatalmas fajlagos felülettel és erős adszorpciós kapacitással rendelkező amorf alumínium-hidroxid (Al(OH)₃) kolloidokat hoz létre.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)3↓ + NaOH
Adszorpció és koprecipitáció: A képződött pozitív töltésű Al(OH)3 kolloid semlegesíti a vízben lévő negatív töltésű aktív szilícium-dioxid töltését (például HSiO3⁻, SiO32⁻, általában SiO2). Adszorpció és komplexképződés révén oldhatatlan alumínium-szilikát komplexeket képez, vagy a pelyhesedésbe kerül, és társ{1}}kicsapódik.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)3·(SiO₂)ₓ (Sematikus eljárás, nem -standard reakcióképlet)
Ez a folyamat meghatározza, hogy a vegyszer felhasználási arány (a nátrium-aluminát és a szilícium-dioxid tömegaránya) nem egy rögzített elméleti érték, hanem egy több tényező által befolyásolt empirikus tartomány.
II. A vegyszerfelhasználási arány (R érték) meghatározása
A teljes számítás egy alapvető empirikus arány körül forog, R:
R=Nátrium-aluminát adagolás (mg/L NaAlO₂) / Az eltávolítandó szilícium mennyisége (mg/L SiO₂)
1. Alapadatok meghatározása
Nyersvíz szilícium koncentráció [Si]₀: A vízminta SiO₂ koncentrációja a kezelés előtt (mg/L).
Cél szilícium koncentráció [Si]ₜ: A kezelés után szükséges SiO₂ koncentráció (mg/L).
Az eltávolítandó szilícium mennyisége Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Kulcs tapasztalati arány (R)
Ez a legkritikusabb paraméter a számítás során, és ezt kísérletileg kell meghatározni.
Fluorid és szilícium eltávolítási esettanulmány - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
Tipikus tartomány: A kiterjedt mérnöki gyakorlat azt mutatja, hogy az R érték jellemzően 8 és 20 között van. Ez azt jelenti, hogy minden 1 mg eltávolított SiO₂-hoz 8-20 mg nátrium-aluminátot kell hozzáadni.
Miért tartomány? Mivel az R értéket a következő tényezők jelentősen befolyásolják, és főzőpohártesztekkel kell meghatározni:
pH-érték: A szilícium-dioxid eltávolításának optimális pH-tartománya nagyon szűk, jellemzően 6,5 és 7,5 között van (gyengén savastól a semlegesig). Ha a pH túl alacsony (<6.0), Al(OH)₃ colloids will dissolve into Al³⁺, losing their adsorption capacity; if the pH is too high (>8.0),
Az Al(OH)3 feloldódik AlO2⁻-ba, ami a kolloidok lebomlását okozza. Az optimális pH-pont a víz minőségétől függően kis mértékben változik.
Vízhőmérséklet: A megemelt hőmérséklet fokozza a molekuláris hőmozgást, felgyorsítja a reakciósebességet és elősegíti a jobb pelyhképződést, ami megfelelően csökkentheti az R értéket.
Együtt létező ionok a vízben: A keménység (Ca²⁺, Mg²⁺) elősegíti a pelyhesedést és csökkentheti az R értéket; míg a szerves anyagok versengenek a kolloidokkal, vagy bekapszulázzák azokat, potenciálisan növelve az R értéket.
Kezdeti szilícium-dioxid-koncentráció: A magasabb kezdeti koncentrációk magasabb eltávolítási hatékonyságot eredményezhetnek egységnyi reagensre vonatkoztatva (az R érték a tartomány alsó határa felé hajolhat).
Reakciókörülmények: A keverési intenzitás, a pelyhesedési idő és az ülepedési idő mind közvetlenül befolyásolják a hatást.
3. Végezzen főzőpohár teszteket az optimális R és optimális pH meghatározásához
Vegyünk egy sor azonos térfogatú nyersvízmintát.
Az első tesztsorozat (fix pH, változó adagolás): Állítsa be az összes vízminta pH-ját egy előre beállított értékre (pl. 7,0), és adjon hozzá nátrium-aluminát oldatokat különböző gradiensekkel (pl. R=5, 10, 15, 20... szerint számított adagok).
Második tesztsorozat (fix adagolás, változó pH): Válasszon ki egy köztes adagot, és állítsa be a vízminták pH-ját különböző gradiensekre (pl. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Végezzen szabványos gyors keverést (keverést), lassú keverést (flokkuláció) és statikus ülepítést minden vízmintán.
Vegyük a felülúszót, és határozzuk meg a maradék SiO₂-koncentrációt.
Görbék ábrázolása: Ábrázolja a "Dosage - Residual Silicon" görbét, hogy megtalálja a cél [Si]ₜ eléréséhez szükséges minimális adagot. Ábrázolja a "pH - maradék szilícium" görbét, hogy megtalálja az optimális pH-pontot a szilícium eltávolításához.
Az R érték kiszámítása: A "Dosage - Residual Silicon" görbe alapján keresse meg a C dózist (mg/L NaAlO₂), amely megfelel a cél [Si]ₜ elérésének. Ezután R=C/Δ[Si].
4. A tényleges adagolás kiszámítása
Miután kísérletekkel meghatároztuk az aktuális vízminőségnek megfelelő R-értéket és optimális pH-értéket, a napi működésre vonatkozó számítások nagyon egyszerűvé válnak:
Elméleti adagolás (mg/L)=R × Δ[Si]
Ahol a Δ[Si] kiszámítása a valós időben{0}}figyelt nyersvíz szilíciumkoncentrációja és a célérték alapján történik.
III. Kiegészítő számítások és működési beállítások
Lúgosság-fogyasztás és pH-beállítás számítások:
A nátrium-aluminát hidrolízise NaOH-t termel, amely a víz savasságát (H+) veszi fel. Ez azt jelenti, hogy általában további savra (például kénsavra vagy sósavra) van szükség a pH-érték optimális tartományon belüli stabilizálásához.
A hidrolízis által termelt OH⁻ mennyisége ≈ (dózis (mg/l NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/l)
A szükséges savmennyiség (98% H2SO4 alapján) a következőképpen becsülhető meg: Savdózis (mg/L) ≈ [szükséges OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Ahol 49 a H2SO4 moláris tömege, 0,98 a tisztaság, és η a hatékonysági együttható)
Megjegyzés: Ez egy durva becslés. A hozzáadott sav tényleges mennyiségét online pH-mérő visszajelzéssel kell szabályozni, és a savszivattyú frekvenciáját PID-szabályozással kell beállítani.
Alumíniummaradék számítás: Nem minden hozzáadott alumínium válik ki; néhány marad a vízben. A szennyvíz alumíniumtartalmát ellenőrizni kell, hogy az megfeleljen a vízminőségi előírásoknak (általában<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.