A nátrium-aluminát szilikonosítás tipikus kémiai koagulációs-adszorpciós társkicsapási folyamat. Alapszámítása nem egy egyszerű sztöchiometrikus összefüggés, hanem egy kísérleteken alapuló, empirikus arányokra támaszkodó, átfogó korrekciót igénylő mérnöki módszer.
I. Szilikonmentesítő mechanizmus
Hidrolízis: A nátrium-aluminát (NaAlO2 vagy NaAl(OH)4) vízhez adva gyorsan hidrolizál, nagy fajlagos felülettel és erős adszorpciós kapacitással amorf alumínium-hidroxid (Al(OH)3) kolloidokat hozva létre.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)3↓ + NaOH
Adszorpció és koprecipitáció: A pozitív töltésű Al(OH)3 kolloidok semlegesítik a negatív töltésű aktív szilícium töltését a vízben (például HSiO3⁻, SiO32⁻, általában SiO2-ként jelölik), és adszorpció és komplexképződés révén oldhatatlan komplexeket vagy aluminoszilikátokat képeznek. társ-csapadék.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)3·(SiO2)ₓ (szemléltető 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 R tapasztalati alaphányad körül forog:
R=Nátrium-aluminát adagolás (mg/L NaAlO₂) / Az eltávolítandó szilícium-dioxid mennyisége (mg/L SiO₂)
1. Alapadatok meghatározása
Nyersvíz szilícium-dioxid koncentrációja [Si]₀: a vízminta SiO₂ koncentrációja a kezelés előtt (mg/L).
Cél szilícium-dioxid 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. Kritikus tapasztalati arány (R)
Ez a számítás legkritikusabb paramétere, amelyet kísérleti úton kell megszerezni.
Tipikus tartomány: A kiterjedt mérnöki gyakorlat azt mutatja, hogy az R érték általában 8 és 20 között van. Vagyis 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 eltávolításának optimális pH-tartománya nagyon szűk, általában 6,5 és 7,5 között van (gyengén savastól 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, és a kolloidok szétesnek. Az optimális pH-pont a víz minőségétől függően kis mértékben változik. Vízhőmérséklet: A megnövekedett hőmérséklet fokozza a molekuláris hőmozgást, felgyorsítja a reakciósebességet, és elősegíti a jobb pelyhképződést, ami potenciálisan csökkenti az R értéket.
Együtt létező ionok a vízben: A keménység (Ca²⁺, Mg²⁺) elősegíti a pelyhesedést és csökkentheti az R értéket; a szerves anyagok azonban versengenek a kolloidokkal vagy beágyazzák azokat, ami potenciálisan növeli az R értéket.
Kezdeti szilícium-dioxid-koncentráció: A magasabb kezdeti koncentrációk magasabb eltávolítási hatékonyságot eredményezhetnek egységnyi reagensre vetítve (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 különböző gradiensű nátrium-aluminát oldatokat (pl. R=5, 10, 15, 20... szerint számított dózisok). A második kísérletsorozat (fix dózisú, változó pH): Egy specifikus köztes adagot választottunk, és a vízminták pH-ját különböző gradiensekhez (pl. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0) állítottuk be.
Minden vízmintát standardizált gyors keverésnek (keverésnek), lassú keverésnek (flokkulációnak) és ülepítésnek vetettünk alá.
A maradék SiO2-koncentrációt a felülúszóban mértük.
Görbe ábrázolása: Egy "dózis-maradék szilícium" görbét ábrázoltunk, hogy megtaláljuk a cél [Si]ₜ eléréséhez szükséges minimális dózist. Egy "pH-maradék szilícium" görbét ábrázoltunk, hogy megtaláljuk az optimális pH-pontot a szilícium eltávolításához.
R-érték számítása: A "dózis-maradék szilícium" görbe alapján a C dózist (mg/L NaAlO₂) találták meg, amely megfelel a cél [Si]ₜ elérésének. Ezért az R=C/Δ[Si]. 4. tényleges adagolás számítása
Miután kísérletekkel meghatároztuk az aktuális vízminőségnek megfelelő R értéket és optimális pH-értéket, a napi működési számítások nagyon egyszerűvé válnak:
Elméleti adagolás (mg/L)=R × Δ[Si]
Ahol a Δ[Si] kiszámítása a nyersvíz valós idejű,{0}}figyelt szilícium-dioxid-koncentrációja és a célérték alapján történik.
III. Kiegészítő számítások és működési beállítások
1. 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 hozzáadandó sav szükséges mennyisége (98% H2SO4 alapján) a következőképpen becsülhető meg: Sav hozzáadása (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, a savszivattyú frekvenciáját pedig PID szabályozással kell beállítani.
Alumíniummaradék számítás: Nem minden hozzáadott alumínium válik ki; néhány a vízben marad. A szennyvíz alumíniumtartalmát ellenőrizni kell, hogy az megfeleljen a vízminőségi előírásoknak (általában<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.