Natriumaluminaatin desilikonisointi on tyypillinen kemiallinen koagulaatio-adsorptiokerrosaostusprosessi. Sen ydinlaskenta ei ole yksinkertainen stoikiometrinen suhde, vaan pikemminkin kokeisiin perustuva, empiirisiin suhteisiin nojaava ja kokonaisvaltaisia säätöjä vaativa insinöörimenetelmä.
I. Desilikonisointimekanismi
Hydrolyysi: Natriumaluminaatti (NaAlO₂ tai NaAl(OH)4) hydrolysoituu nopeasti veteen lisättäessä, jolloin muodostuu amorfisia alumiinihydroksidi (Al(OH)3) -kolloideja, joilla on suuri ominaispinta-ala ja vahva adsorptiokyky.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)3↓ + NaOH
Adsorptio ja yhteissaostus: Positiivisesti varautuneet Al(OH)3-kolloidit neutraloivat negatiivisesti varautuneen aktiivisen piin varauksen vedessä (kuten HSiO3⁻, SiO32⁻, tavallisesti SiO2) ja muodostavat adsorption ja kompleksoitumisen kautta liukenemattomia komplekseja tai aluminosilikaatteja. osa-sade.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)3·(SiO2)ₓ (Havainnollistava prosessi, ei--standardi reaktiokaava)
Tämä prosessi määrittää, että kemikaalien kulutussuhde (natriumaluminaatin painosuhde piidioksidiin) ei ole kiinteä teoreettinen arvo, vaan empiirinen alue, johon useat tekijät vaikuttavat.
II. Kemikaalien kulutussuhteen (R-arvo) määrittäminen
Koko laskelma pyörii empiirisen ydinsuhteen R ympärillä:
R=Natriumaluminaatin annostus (mg/l NaAlO₂) / poistettavan piidioksidin määrä (mg/l SiO₂)
1. Perustietojen määrittäminen
Raakaveden piidioksidipitoisuus [Si]0: Vesinäytteen SiO2-pitoisuus ennen käsittelyä (mg/L).
Piidioksidin 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. Kriittinen empiirinen suhde (R)
Tämä on kriittisin laskennan parametri, ja se on hankittava kokeellisesti.
Tyypillinen vaihteluväli: Laaja suunnittelukäytäntö osoittaa, että R-arvo on tavallisesti välillä 8-20. Toisin sanoen jokaista poistettua SiO2-mg:aa kohden on lisättävä 8-20 mg natriumaluminaattia.
Miksi valikoima? Koska R-arvoon vaikuttavat merkittävästi seuraavat tekijät, ja se on määritettävä dekantterilasitesteillä:
pH-arvo: Optimaalinen pH-ikkuna piin poistoon on hyvin kapea, yleensä 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 ja kolloidit hajoavat. Optimaalinen pH-piste vaihtelee hieman veden laadusta riippuen. Veden lämpötila: Korotettu lämpötila tehostaa molekyylien lämpöliikettä, nopeuttaa reaktionopeutta ja edistää parempaa höytäleiden muodostumista, mikä saattaa alentaa R-arvoa.
Vedessä olevat ionit: Kovuus (Ca²⁺, Mg²⁺) edistää flokkulaatiota ja voi alentaa R-arvoa; orgaaninen aine kuitenkin kilpailee kolloidien kanssa tai kapseloi ne, mikä mahdollisesti lisää 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 yhtä suuria raakavesinäytteitä.
Ensimmäinen testisarja (kiinteä pH, vaihteleva annostus): Säädä kaikkien vesinäytteiden pH esiasetettuun arvoon (esim. 7,0) ja lisää natriumaluminaattiliuoksia, joilla on eri gradientteja (esim. R=5, 10, 15, 20... mukaan lasketut annokset). Toinen koesarja (kiinteä annos, vaihteleva pH): Valittiin tietty väliannos ja vesinäytteiden pH säädettiin erilaisiin gradientteihin (esim. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Kaikille vesinäytteille tehtiin standardisoitu nopea sekoitus (sekoitus), hidas sekoitus (flokkulaatio) ja laskeutus.
Jäljellä oleva Si02-pitoisuus mitattiin supernatantista.
Käyrän piirtäminen: Piirrettiin "annoksen -jäännöspii" -käyrä, jotta löydettiin vähimmäisannos, joka tarvitaan tavoitteen [Si]ₜ saavuttamiseen. "PH-jäännöspii" -käyrä piirrettiin optimaalisen pH-pisteen löytämiseksi piin poistamiselle.
R--arvon laskenta: "Annostas-jäännöspii" -käyrän perusteella löydettiin annos C (mg/L NaAlO₂), joka vastaa tavoitteen [Si]ₜ saavuttamista. Siksi R=C/Δ[Si]. 4. Todellinen annoslaskelma
Kun nykyiselle vedenlaadulle sopiva R-arvo ja optimaalinen pH-arvo on määritetty kokein, päivittäisistä käyttölaskuista tulee hyvin yksinkertaisia:
Teoreettinen annostus (mg/L)=R × Δ[Si]
Missä Δ[Si] lasketaan raakaveden reaaliaikaisen{0}}seuratun piidioksidipitoisuuden ja tavoitearvon perusteella.
III. Apulaskelmat ja toiminnalliset säädöt
1. 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 lisättävä hapon määrä (98 % H2SO4:n perusteella) voidaan arvioida seuraavasti: Hapon lisäys (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-mittarin palautteen avulla ja happopumpun taajuutta 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<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.
