Fjernelse af natriumaluminatsilicone er en typisk kemisk koagulerings-adsorptionssam-udfældningsproces. Dens beregningskerne er ikke et simpelt støkiometrisk forhold, men snarere en ingeniørmetode baseret på eksperimenter, afhængig af empiriske forhold og kræver omfattende justeringer.
I. Mekanisme til fjernelse af silicium
Hydrolyse: Natriumaluminat (NaAlO₂ eller NaAl(OH)4) hydrolyseres hurtigt ved tilsætning til vand, hvilket genererer amorft aluminiumhydroxid (Al(OH)3) kolloider med et enormt specifikt overfladeareal og stærk adsorptionskapacitet.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorption og co-præcipitation: Det dannede positivt ladede Al(OH)3-kolloid neutraliserer ladningen af negativt ladet aktivt silica i vand (såsom HSiO3⁻, SiO₃²⁻, sædvanligvis repræsenteret som SiO₂). Gennem adsorption og kompleksdannelse danner den uopløselige aluminosilikatkomplekser eller fejes ind i flokken og co-udfælder.
Al(OH)3 + x HSiO3⁻ → Al(OH)3·(SiO₂)ₓ (Skematisk proces, ikke-standard reaktionsformel)
Denne proces bestemmer, at det kemiske forbrugsforhold (vægtforhold mellem natriumaluminat og silica) ikke er en fast teoretisk værdi, men snarere et empirisk interval påvirket af flere faktorer.
II. Bestemmelse af kemikalieforbrugsforholdet (R-værdi)
Hele beregningen drejer sig om et empirisk kerneforhold, R:
R=Natriumaluminatdosering (mg/L NaAlO₂) / Mængde silicium, der skal fjernes (mg/L SiO₂)
1. Bestemmelse af grundlæggende data
Råvandssiliciumkoncentration [Si]0: SiO2-koncentrationen af vandprøven før behandling (mg/L).
Målsiliciumkoncentration [Si]ₜ: Den nødvendige SiO₂-koncentration efter behandling (mg/L).
Mængde silicium, der skal fjernes Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Empirisk nøgleforhold (R)
Dette er den mest kritiske parameter i beregningen og skal opnås eksperimentelt.
Casestudie til fjernelse af fluor og silicium - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
Typisk område: Omfattende ingeniørpraksis viser, at R-værdien typisk er mellem 8 og 20. Det betyder, at for hver 1 mg SiO₂ fjernet, skal der tilsættes 8 mg til 20 mg natriumaluminat.
Hvorfor en rækkevidde? Fordi R-værdien er væsentligt påvirket af følgende faktorer og skal bestemmes gennem bægerprøver:
pH-værdi: Det optimale pH-vindue til fjernelse af silica er meget snævert, typisk mellem 6,5 og 7,5 (svagt surt til neutralt). Hvis pH er for lav (<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 vil opløses i AlO2⁻, hvilket får kolloiderne til at nedbrydes. Det optimale pH-punkt varierer lidt afhængigt af vandkvaliteten.
Vandtemperatur: Øget temperatur intensiverer molekylær termisk bevægelse, accelererer reaktionshastigheden og fremmer bedre fnugdannelse, hvilket passende kan sænke R-værdien.
Sameksisterende ioner i vand: Hårdhed (Ca²⁺, Mg²⁺) fremmer flokkulering og kan sænke R-værdien; mens organisk materiale konkurrerer med eller indkapsler kolloider, hvilket potentielt øger R-værdien.
Initial silicakoncentration: Højere initialkoncentrationer kan resultere i højere fjernelseseffektivitet pr. reagensenhed (R-værdien kan tendere mod den nedre grænse af området).
Reaktionsbetingelser: Blandingsintensitet, flokkuleringstid og bundfældningstid påvirker alle direkte effekten.
3. Udfør bægertests for at bestemme den optimale R og optimale pH
Tag en række råvandsprøver af samme volumen.
Første sæt af tests (fast pH, variabel dosering): Juster pH-værdien af alle vandprøver til en forudindstillet værdi (f.eks. 7,0), og tilsæt natriumaluminatopløsninger ved forskellige gradienter (f.eks. doser beregnet i henhold til R=5, 10, 15, 20...).
Andet sæt tests (fast dosis, variabel pH): Vælg en mellemdosering og juster vandprøvernes pH til forskellige gradienter (f.eks. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Udfør standardiseret hurtig omrøring (blanding), langsom omrøring (flokkulering) og statisk sedimentering på alle vandprøver.
Tag supernatanten og bestem den resterende SiO2-koncentration.
Plotning af kurver: Plot kurven "Dosis - Residual Silicon" for at finde den minimumsdosis, der kræves for at nå målet [Si]ₜ. Plot "pH - Residual Silicon"-kurven for at finde det optimale pH-punkt for siliciumfjernelse.
Beregning af R-værdi: Baseret på kurven "Dosis - Residual Silicon" skal du finde den dosis C (mg/L NaAlO₂), der svarer til at nå målet [Si]ₜ. Derefter R=C/Δ[Si].
4. Faktisk dosisberegning
Når først R-værdien og den optimale pH-værdi, der passer til den aktuelle vandkvalitet, er bestemt gennem eksperimenter, bliver beregningerne for daglig drift meget enkle:
Teoretisk dosering (mg/L)=R × Δ[Si]
Hvor, Δ[Si] beregnes baseret på den realtidsmonitorerede koncentration af råvandssilicium og målværdien.
III. Hjælpeberegninger og driftsjusteringer
Alkalinitetsforbrug og pH-justeringsberegninger:
Natriumaluminathydrolyse producerer NaOH, der forbruger surhedsgraden (H⁺) i vandet. Dette betyder, at yderligere syre (såsom svovlsyre eller saltsyre) normalt er påkrævet for at stabilisere pH inden for det optimale område.
Mængden af OH⁻ produceret ved hydrolyse ≈ (dosis (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
Den nødvendige mængde syre (baseret på 98 % H₂SO₄) kan estimeres som: Syredosis (mg/L) ≈ [påkrævet OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Hvor 49 er molmassen af H2SO4, 0,98 er renheden, og η er effektivitetskoefficienten)
Bemærk: Dette er et groft skøn. Den faktiske mængde af tilsat syre skal styres af en online pH-meterfeedback, og syrepumpefrekvensen skal justeres via PID-kontrol.
Aluminiumsrestberegning: Ikke alt tilsat aluminium udfælder; nogle rester i vandet. Aluminiumindholdet i spildevandet skal overvåges for at sikre, at det lever op til vandkvalitetsstandarderne (normalt<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.
