Уклањање силицијума натријум алумината је типичан процес хемијске коагулације-адсорпције ко{1}}преципитације. Његово језгро прорачуна није једноставан стехиометријски однос, већ пре инжењерски метод заснован на експериментима, који се ослања на емпиријске односе и захтева свеобухватна прилагођавања.
И. Механизам за уклањање силицијума
Хидролиза: Натријум алуминат (НаАлО₂ или НаАл(ОХ)₄) брзо хидролизује након додавања води, стварајући аморфне колоиде алуминијум хидроксида (Ал(ОХ)₃) са огромном специфичном површином и јаким капацитетом адсорпције.
НаАлО₂ + 2Х₂О → Ал(ОХ)₃↓ + НаОХ
Адсорпција и копреципитација: Настали позитивно наелектрисани Ал(ОХ)₃ колоид неутралише наелектрисање негативно наелектрисаног активног силицијум диоксида у води (као што је ХСиО₃⁻, СиО₃²⁻, обично представљен као СиО₂). Кроз адсорпцију и комплексирање, формира нерастворљиве алуминосиликатне комплексе или се увлачи у флокуле и ко{1}}таложи.
Ал(ОХ)₃ + к ХСиО₃⁻ → Ал(ОХ)₃·(СиО₂)ₓ (Шематски процес, не-стандардна формула реакције)
Овај процес одређује да однос потрошње хемикалија (тежински однос натријум алумината и силицијум диоксида) није фиксна теоријска вредност, већ емпиријски опсег на који утичу више фактора.
ИИ. Одређивање односа потрошње хемикалија (Р вредност)
Целокупна калкулација се врти око основног емпиријског односа, Р:
Р=Дозирање натријум алумината (мг/Л НаАлО₂) / Количина силицијума за уклањање (мг/Л СиО₂)
1. Утврђивање основних података
Концентрација силицијума у сировој води [Си]₀: Концентрација СиО₂ у узорку воде пре третмана (мг/Л).
Циљна концентрација силицијума [Си]ₜ: Потребна концентрација СиО₂ након третмана (мг/Л).
Количина силицијума за уклањање Δ[Си]: Δ[Си]=[Си]₀ - [Си]ₜ (мг/Л СиО₂).
2. Кључни емпиријски однос (Р)
Ово је најкритичнији параметар у прорачуну и мора се добити експериментално.
Студија случаја уклањања флуорида и силицијума - Нањинг Данхенг Тецхнологи Цо., Лтд.
Типичан опсег: Екстензивна инжењерска пракса показује да је Р вредност типично између 8 и 20. То значи да је за сваки уклоњени 1 мг СиО₂ потребно додати 8 мг до 20 мг натријум алумината.
Зашто опсег? Зато што на вредност Р значајно утичу следећи фактори и она се мора утврдити кроз тестове чаше:
пХ вредност: Оптимални пХ прозор за уклањање силицијум диоксида је веома узак, обично између 6,5 и 7,5 (слабо кисело до неутрално). Ако је пХ пренизак (<6.0), Al(OH)₃ colloids will dissolve into Al³⁺, losing their adsorption capacity; if the pH is too high (>8.0),
Ал(ОХ)₃ ће се растворити у АлО₂⁻, узрокујући распад колоида. Оптимална пХ тачка мало варира у зависности од квалитета воде.
Температура воде: Повећана температура интензивира молекуларно топлотно кретање, убрзава брзину реакције и промовише боље формирање флока, што може на одговарајући начин смањити Р вредност.
Коегзистирајући јони у води: Тврдоћа (Ца²⁺, Мг²⁺) подстиче флокулацију и може смањити Р вредност; док се органска материја такмичи или инкапсулира колоиде, потенцијално повећавајући Р вредност.
Почетна концентрација силицијум диоксида: Веће почетне концентрације могу резултирати већом ефикасношћу уклањања по јединици реагенса (Р вредност може тежити доњој граници опсега).
Услови реакције: Интензитет мешања, време флокулације и време таложења директно утичу на ефекат.
3. Спроведите тестове у чаши да бисте одредили оптимални Р и оптимални пХ
Узмите серију узорака сирове воде исте запремине.
Први сет тестова (фиксни пХ, променљива доза): Подесите пХ свих узорака воде на унапред подешену вредност (нпр. 7,0) и додајте растворе натријум алумината у различитим градијентима (нпр. дозе израчунате према Р=5, 10, 15, 20...).
Други сет тестова (фиксна доза, варијабилни пХ): Изаберите међудозу и подесите пХ узорака воде на различите градијенте (нпр. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Извршите стандардизовано брзо мешање (мешање), споро мешање (флокулација) и статичку седиментацију на свим узорцима воде.
Узмите супернатант и одредите преосталу концентрацију СиО₂.
Исцртавање криве: Нацртајте криву „Дозирање - резидуалног силицијума“ да бисте пронашли минималну дозу потребну за постизање циља [Си]ₜ. Нацртајте криву "пХ - резидуалног силицијума" да бисте пронашли оптималну пХ тачку за уклањање силицијума.
Израчунавање Р вредности: На основу криве „Дозирање - резидуалног силицијума“, пронађите дозу Ц (мг/Л НаАлО₂) која одговара постизању циља [Си]ₜ. Затим, Р=Ц/Δ[Си].
4. Прорачун стварне дозе
Када се кроз експерименте одреде Р вредност и оптимална пХ вредност погодна за тренутни квалитет воде, прорачуни за дневни рад постају веома једноставни:
Теоријска доза (мг/Л)=Р × Δ[Си]
Где се Δ[Си] израчунава на основу-праћене концентрације силицијума у сировој води у реалном времену и циљне вредности.
ИИИ. Помоћни прорачуни и оперативна подешавања
Потрошња алкалности и калкулације подешавања пХ:
Хидролиза натријум алумината производи НаОХ, трошећи киселост (Х⁺) у води. То значи да је додатна киселина (као што је сумпорна киселина или хлороводонична киселина) обично потребна да би се пХ стабилизовао у оптималном опсегу.
Количина ОХ⁻ произведеног хидролизом ≈ (дозирање (мг/Л НаАлО₂)/82) * 1000 (ммол/Л)
Потребна количина киселине (на основу 98% Х₂СО₄) може се проценити као: Доза киселине (мг/Л) ≈ [потребан ОХ⁻ (ммол/Л) × 49]/0,98/η
(Где је 49 моларна маса Х₂СО₄, 0,98 је чистоћа, а η је коефицијент ефикасности)
Напомена: Ово је груба процена. Стварна количина додане киселине мора се контролисати путем повратне информације пХ метра на мрежи, а фреквенција пумпе киселине се подешава путем ПИД контроле.
Прорачун остатка алуминијума: Нису сви додани преципитати алуминијума; нешто остаје у води. Садржај алуминијума у отпадним водама треба да се прати како би се осигурало да испуњава стандарде квалитета воде (обично<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.