Natriumaluminaatin piin poisto on tyypillinen kemiallinen koagulaatio-adsorptioyhteissaostusprosessi{1}}. Sen laskentaydin ei ole yksinkertainen stoikiometrinen suhde, vaan pikemminkin kokeisiin perustuva, empiirisiin suhteisiin nojaava ja kokonaisvaltaisia säätöjä vaativa insinöörimenetelmä.
I. Piinpoistomekanismi
Hydrolyysi: Natriumaluminaatti (NaAlO₂ tai NaAl(OH)4) hydrolysoituu nopeasti veteen lisättäessä, jolloin syntyy amorfisia alumiinihydroksidi (Al(OH)₃) -kolloideja, joilla on valtava ominaispinta-ala ja vahva adsorptiokyky.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)3↓ + NaOH
Adsorptio ja yhteissaostus: Muodostunut positiivisesti varautunut Al(OH)3-kolloidi neutraloi negatiivisesti varautuneen aktiivisen piidioksidin varauksen vedessä (kuten HSiO3⁻, SiO32⁻, yleensä SiO2). Adsorption ja kompleksinmuodostuksen kautta se muodostaa liukenemattomia alumiinisilikaattikomplekseja tai lakaistuu flokkiin ja saostuu yhdessä.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)3·(SiO2)ₓ (Kaavioprosessi, ei--standardi reaktiokaava)
Tämä prosessi määrittää, että kemikaalien kulutussuhde (natriumaluminaatin painosuhde piidioksidiin) ei ole kiinteä teoreettinen arvo, vaan pikemminkin empiirinen alue, johon useat tekijät vaikuttavat.
II. Kemikaalien kulutussuhteen (R-arvo) määrittäminen
Koko laskelma pyörii empiirisen ydinsuhteen ympärillä, R:
R=Natriumaluminaatin annostus (mg/l NaAlO₂) / poistettavan piin määrä (mg/l SiO₂)
1. Perustietojen määrittäminen
Raakaveden piipitoisuus [Si]₀: Vesinäytteen SiO2-pitoisuus ennen käsittelyä (mg/L).
Piin tavoitepitoisuus [Si]ₜ: Vaadittu SiO2-pitoisuus käsittelyn jälkeen (mg/L).
Poistettavan piin määrä Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Empiirinen suhde (R)
Tämä on kriittisin parametri laskennassa, ja se on hankittava kokeellisesti.
Fluorin ja piin poiston tapaustutkimus - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
Tyypillinen vaihteluväli: Laaja suunnittelukäytäntö osoittaa, että R-arvo on tyypillisesti välillä 8 - 20. Tämä tarkoittaa, että jokaista poistettua SiO2-mg:aa kohden on lisättävä 8-20 mg natriumaluminaattia.
Miksi alue? Koska R-arvoon vaikuttavat merkittävästi seuraavat tekijät, ja se on määritettävä dekantterilasitesteillä:
pH-arvo: Optimaalinen pH-ikkuna piidioksidin poistoon on hyvin kapea, tyypillisesti välillä 6,5 - 7,5 (heikosti happamasta neutraaliin). Jos pH on liian alhainen (<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 liukenee AlO2⁻:ksi, jolloin kolloidit hajoavat. Optimaalinen pH-piste vaihtelee hieman veden laadusta riippuen.
Veden lämpötila: Korotettu lämpötila tehostaa molekyylin lämpöliikettä, nopeuttaa reaktionopeutta ja edistää parempaa höytäleiden muodostumista, mikä voi sopivasti alentaa R-arvoa.
Vedessä olevat ionit: Kovuus (Ca²⁺, Mg²⁺) edistää flokkulaatiota ja voi alentaa R-arvoa; kun taas orgaaninen aine kilpailee kolloidien kanssa tai kapseloi ne, mikä saattaa lisätä R-arvoa.
Piidioksidin alkupitoisuus: Suuremmat alkupitoisuudet voivat johtaa korkeampaan poistotehokkuuteen reagenssiyksikköä kohden (R-arvo voi olla lähellä alueen alarajaa).
Reaktioolosuhteet: Sekoitusintensiteetti, flokkulaatioaika ja asettumisaika vaikuttavat suoraan vaikutukseen.
3. Suorita dekantterilasitestit optimaalisen R:n ja optimaalisen pH:n määrittämiseksi
Ota sarja saman tilavuuden raakavesinäytteitä.
Ensimmäinen testisarja (kiinteä pH, vaihteleva annostus): Säädä kaikkien vesinäytteiden pH esiasetettuun arvoon (esim. 7,0) ja lisää natriumaluminaattiliuoksia eri gradienteilla (esim. annokset, jotka on laskettu R=5, 10, 15, 20...).
Toinen testisarja (kiinteä annostus, vaihteleva pH): Valitse väliannos ja säädä vesinäytteiden pH eri gradientteihin (esim. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Suorita standardoitu nopea sekoitus (sekoitus), hidas sekoitus (flokkulaatio) ja staattinen sedimentointi kaikille vesinäytteille.
Ota supernatantti ja määritä SiO₂-jäännöspitoisuus.
Käyrien piirtäminen: Piirrä "Dosage - Residual Silicon" -käyrä löytääksesi vähimmäisannoksen, joka tarvitaan tavoitteen [Si]ₜ saavuttamiseen. Piirrä "pH - Residual Silicon" -käyrä löytääksesi optimaalisen pH-pisteen piin poistamiselle.
R-arvon laskeminen: Etsi "Dosage - Residual Silicon" -käyrän perusteella annos C (mg/L NaAlO₂), joka vastaa tavoitteen [Si]ₜ saavuttamista. Sitten R=C/Δ[Si].
4. Todellinen annoslaskelma
Kun nykyiselle vedenlaadulle sopiva R-arvo ja optimaalinen pH-arvo on selvitetty kokein, päivittäisen käytön laskelmat ovat hyvin yksinkertaisia:
Teoreettinen annostus (mg/L)=R × Δ[Si]
Missä Δ[Si] lasketaan reaaliaikaisen-raakaveden piipitoisuuden ja tavoitearvon perusteella.
III. Apulaskelmat ja toiminnalliset säädöt
Alkalisuuden kulutuksen ja pH:n säätölaskelmat:
Natriumaluminaattihydrolyysi tuottaa NaOH:ta, joka kuluttaa veden happamuutta (H+). Tämä tarkoittaa, että yleensä tarvitaan lisähappoa (kuten rikkihappoa tai suolahappoa) pH:n stabiloimiseksi optimaaliselle alueelle.
Hydrolyysillä tuotetun OH⁻:n määrä ≈ (annostus (mg/l NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/l)
Tarvittava hapon määrä (perustuen 98 % H2SO4:iin) voidaan arvioida seuraavasti: Hapon annostus (mg/L) ≈ [tarvittava OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(jossa 49 on H2SO4:n moolimassa, 0,98 on puhtaus ja η on hyötysuhde)
Huomautus: Tämä on karkea arvio. Lisätyn hapon todellista määrää on säädettävä online-pH-mittarilla ja happopumpun taajuutta on säädettävä PID-säädöllä.
Alumiinijäämän laskenta: Kaikki lisätty alumiini ei saostu; osa jää veteen. Jäteveden alumiinipitoisuutta on tarkkailtava sen varmistamiseksi, että se täyttää veden laatustandardit (yleensä<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.