Десиликонизација натријум алумината је типичан процес хемијске коагулације-адсорпције копреципитације. Његов основни прорачун није једноставан стехиометријски однос, већ пре инжењерски метод заснован на експериментима, који се ослања на емпиријске односе и захтева свеобухватна прилагођавања.
И. Механизам десиликонизације
Хидролиза: Натријум алуминат (НаАлО₂ или НаАл(ОХ)₄) брзо хидролизује након додавања води, стварајући аморфне колоиде алуминијум хидроксида (Ал(ОХ)₃) са великом специфичном површином и јаким капацитетом адсорпције.
НаАлО₂ + 2Х₂О → Ал(ОХ)₃↓ + НаОХ
Адсорпција и копреципитација: Позитивно наелектрисани колоиди Ал(ОХ)₃ неутралишу наелектрисање негативно наелектрисаног активног силицијума у води (као што је ХСиО₃⁻, СиО₃²⁻, који се обично представља као СиО₂), и путем адсорпције и комплексирања, формирају нерастворљиве комплексе алуминијума или силикона. ко{0}} падавине.
Ал(ОХ)₃ + к ХСиО₃⁻ → Ал(ОХ)₃·(СиО₂)ₓ (илустративни 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=Доза натријум алумината (мг/Л НаАлО₂) / Количина силицијум диоксида за уклањање (мг/Л СиО₂)
1. Утврђивање основних података
Концентрација силицијум диоксида у сировој води [Си]₀: концентрација СиО₂ у узорку воде пре третмана (мг/Л).
Циљна концентрација силицијум диоксида [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. Критички емпиријски однос (Р)
Ово је најкритичнији параметар за прорачун и мора се добити експериментално.
Типичан опсег: Опсежна инжењерска пракса показује да је Р вредност обично између 8 и 20. То јест, за сваки 1 мг уклоњеног СиО₂, потребно је додати 8 мг до 20 мг натријум алумината.
Зашто опсег? Пошто на вредност Р значајно утичу следећи фактори и она се мора утврдити кроз тестове чаше:
пХ вредност: Оптимални пХ прозор за уклањање силицијума 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⁻, а колоиди ће се распасти. 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, потенцијално снижавајући вредност Р.
Коегзистирајући јони у води: Тврдоћа (Ца²⁺, Мг²⁺) подстиче флокулацију и може смањити Р вредност; међутим, органска материја се такмичи са колоидима или их инкапсулира, потенцијално повећавајући Р вредност.
Почетна концентрација силицијум диоксида: Веће почетне концентрације могу резултирати већом ефикасношћу уклањања по јединици реагенса (вредност Р може тежити доњој граници опсега).
Услови реакције: Интензитет мешања, време флокулације и време таложења директно утичу на ефекат.
3. Спровести тестове у чаши да би се одредио оптимални Р и оптимални пХ. Узмите серију узорака сирове воде једнаке 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 различитих градијента (нпр. дозе израчунате према Р=5, 10, 15, 20...). Други сет експеримената (фиксна доза, варијабилни пХ): Одабрана је специфична међудоза, а пХ узорака воде је подешен на различите градијенте (нпр. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Сви узорци воде су подвргнути стандардизованом брзом мешању (мешању), спором мешању (флокулацији) и таложењу.
Заостала концентрација СиО2 је измерена у супернатанту.
Исцртавање криве: Нацртана је крива „дозирање-заосталог силицијума“ да би се пронашла минимална доза потребна за постизање циља [Си]ₜ. Нацртана је крива „пХ-резидуалног силицијума“ да би се пронашла оптимална пХ тачка за уклањање силицијума.
Прорачун вредности Р-: На основу криве „дозирања-заосталог силицијума“, пронађена је доза Ц (мг/Л НаАлО₂) која одговара постизању циља [Си]ₜ. Према томе, Р=Ц/Δ[Си]. 4. израчунавање стварне дозе
Једном када се кроз експерименте одреде Р вредност и оптимална пХ вредност погодна за тренутни квалитет воде, дневни прорачуни рада постају веома једноставни:
Теоријска доза (мг/Л)=Р × Δ[Си]
При чему се Δ[Си] израчунава на основу-праћене концентрације силицијум диоксида у стварном времену у сировој води и циљне вредности.
ИИИ. Помоћни прорачуни и оперативна подешавања
1. Прорачуни потрошње алкалности и пХ подешавања:
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 коју треба додати (на основу 98% Х₂СО₄) може се проценити као: Додатак 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 онлајн повратне информације пХ метра, а фреквенција пумпе киселине подешена ПИД контролом.
Прорачун остатка алуминијума: Нису сви додани преципитати алуминијума; неки ће остати у води. Садржај алуминијума у отпадним водама треба да се прати како би се осигурало да испуњава стандарде квалитета воде (обично<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.
