Nātrija alumināta silīcija noņemšana ir tipisks ķīmiskās koagulācijas{0}}adsorbcijas kop{1}}izgulsnēšanas process. Tās aprēķinu kodols nav vienkārša stehiometriska sakarība, bet gan inženierijas metode, kas balstīta uz eksperimentiem, balstoties uz empīriskām attiecībām un prasa visaptverošus pielāgojumus.
I. Silīcija noņemšanas mehānisms
Hidrolīze: Nātrija alumināts (NaAlO₂ vai NaAl(OH)4) ātri hidrolizējas, pievienojot ūdenim, veidojot amorfu alumīnija hidroksīda (Al(OH)₃) koloīdus ar milzīgu īpatnējo virsmu un spēcīgu adsorbcijas spēju.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorbcija un kopizgulsnēšanās: izveidotais pozitīvi lādētais Al(OH)₃ koloīds neitralizē negatīvi lādēta aktīvā silīcija dioksīda lādiņu ūdenī (piemēram, HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, ko parasti apzīmē kā SiO₂). Adsorbējot un veidojot kompleksu, tas veido nešķīstošus alumīnijasilikāta kompleksus vai tiek iesūkts flokā un līdz{1}}izgulsnējas.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (shēmisks process, ne-standarta reakcijas formula)
Šis process nosaka, ka ķīmiskā patēriņa attiecība (nātrija alumināta un silīcija dioksīda svara attiecība) nav fiksēta teorētiskā vērtība, bet gan empīrisks diapazons, ko ietekmē vairāki faktori.
II. Ķīmisko vielu patēriņa koeficienta (R vērtība) noteikšana
Viss aprēķins griežas ap galveno empīrisko attiecību R:
R=Nātrija alumināta deva (mg/l NaAlO₂)/noņemamā silīcija daudzums (mg/l SiO₂)
1. Pamatdatu noteikšana
Neapstrādāta ūdens silīcija koncentrācija [Si]₀: SiO₂ koncentrācija ūdens paraugā pirms apstrādes (mg/L).
Mērķa silīcija koncentrācija [Si]ₜ: nepieciešamā SiO₂ koncentrācija pēc apstrādes (mg/L).
Noņemamā silīcija daudzums Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Galvenā empīriskā attiecība (R)
Šis ir vissvarīgākais parametrs aprēķinā, un tas ir jāiegūst eksperimentāli.
Fluorīda un silīcija noņemšanas gadījuma izpēte - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
Tipisks diapazons: Plaša inženiertehniskā prakse liecina, ka R vērtība parasti ir no 8 līdz 20. Tas nozīmē, ka katram 1 mg SiO₂ ir jāpievieno 8 līdz 20 mg nātrija alumināta.
Kāpēc diapazons? Tā kā R vērtību būtiski ietekmē šādi faktori, un tā ir jānosaka, izmantojot vārglāzes testus:
pH vērtība: optimālais pH logs silīcija dioksīda noņemšanai ir ļoti šaurs, parasti no 6,5 līdz 7,5 (no vāji skāba līdz neitrālam). Ja pH ir pārāk zems (<6.0), Al(OH)₃ colloids will dissolve into Al³⁺, losing their adsorption capacity; if the pH is too high (>8.0),
Al(OH)3 izšķīst AlO₂⁻, izraisot koloīdu sadalīšanos. Optimālais pH punkts nedaudz mainās atkarībā no ūdens kvalitātes.
Ūdens temperatūra: paaugstināta temperatūra pastiprina molekulāro termisko kustību, paātrina reakcijas ātrumu un veicina labāku floku veidošanos, kas var attiecīgi pazemināt R vērtību.
Līdzāspastāvošie joni ūdenī: cietība (Ca²⁺, Mg²⁺) veicina flokulāciju un var pazemināt R vērtību; kamēr organiskā viela konkurē ar koloīdiem vai iekapsulē tos, potenciāli palielinot R vērtību.
Sākotnējā silīcija dioksīda koncentrācija: augstākas sākotnējās koncentrācijas var radīt augstāku noņemšanas efektivitāti uz vienu reaģenta vienību (R vērtība var tuvoties diapazona apakšējai robežai).
Reakcijas apstākļi: Sajaukšanas intensitāte, flokulācijas laiks un nostādināšanas laiks tieši ietekmē efektu.
3. Veiciet vārglāzes testus, lai noteiktu optimālo R un optimālo pH
Ņem virkni tāda paša tilpuma neapstrādāta ūdens paraugu.
Pirmais testu komplekts (fiksēts pH, mainīga deva): noregulējiet visu ūdens paraugu pH līdz iepriekš iestatītai vērtībai (piemēram, 7,0) un pievienojiet nātrija alumināta šķīdumus ar dažādiem gradientiem (piemēram, devas, kas aprēķinātas saskaņā ar R=5, 10, 15, 20...).
Otrais testu komplekts (fiksēta deva, mainīgs pH): izvēlieties starpdevu un noregulējiet ūdens paraugu pH dažādiem gradientiem (piemēram, 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Veiciet standartizētu ātru maisīšanu (sajaukšanu), lēnu maisīšanu (flokulāciju) un statisko sedimentāciju visiem ūdens paraugiem.
Paņemiet supernatantu un nosakiet atlikušo SiO₂ koncentrāciju.
Līkņu zīmēšana: uzzīmējiet līkni "Dosage - Residual Silicon", lai atrastu minimālo devu, kas nepieciešama mērķa [Si]ₜ sasniegšanai. Uzzīmējiet "pH - atlikušā silīcija" līkni, lai atrastu optimālo pH punktu silīcija noņemšanai.
R vērtības aprēķins: pamatojoties uz līkni "Dosage - Residual Silicon", atrodiet devu C (mg/L NaAlO₂), kas atbilst mērķa [Si]ₜ sasniegšanai. Pēc tam R=C/Δ[Si].
4. Faktiskās devas aprēķins
Kad ar eksperimentu palīdzību ir noteikta R vērtība un optimālā pH vērtība, kas piemērota pašreizējai ūdens kvalitātei, ikdienas darbības aprēķini kļūst ļoti vienkārši:
Teorētiskā deva (mg/L)=R × Δ[Si]
Kur Δ[Si] tiek aprēķināts, pamatojoties uz reāllaikā{0}}uzraudzīto neapstrādātā ūdens silīcija koncentrāciju un mērķa vērtību.
III. Papildu aprēķini un darbības pielāgojumi
Sārmainības patēriņa un pH regulēšanas aprēķini:
Nātrija alumināta hidrolīze rada NaOH, patērējot skābumu (H⁺) ūdenī. Tas nozīmē, ka parasti ir nepieciešama papildu skābe (piemēram, sērskābe vai sālsskābe), lai stabilizētu pH optimālajā diapazonā.
Hidrolīzes rezultātā iegūtais OH⁻ daudzums ≈ (deva (mg/l NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/l)
Nepieciešamo skābes daudzumu (pamatojoties uz 98% H₂SO₄) var aprēķināt šādi: Skābes deva (mg/L) ≈ [nepieciešamā OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Kur 49 ir H₂SO₄ molārā masa, 0,98 ir tīrība un η ir efektivitātes koeficients)
Piezīme. Šis ir aptuvens aprēķins. Faktiskais pievienotās skābes daudzums jākontrolē, izmantojot tiešsaistes pH metra atgriezenisko saiti, un skābes sūkņa frekvence jāpielāgo, izmantojot PID vadību.
Alumīnija atlikuma aprēķins: ne viss pievienotais alumīnijs nogulsnējas; daži paliek ūdenī. Alumīnija saturs notekūdeņos ir jāuzrauga, lai nodrošinātu, ka tas atbilst ūdens kvalitātes standartiem (parasti<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.