Natriumaluminat-desilikonisering er en typisk kemisk koagulations-adsorptionssamudfældningsproces. Dens kerneberegning er ikke et simpelt støkiometrisk forhold, men snarere en ingeniørmetode baseret på eksperimenter, afhængig af empiriske forhold og kræver omfattende justeringer.
I. Desilikoniseringsmekanisme
Hydrolyse: Natriumaluminat (NaAlO₂ eller NaAl(OH)4) hydrolyseres hurtigt ved tilsætning til vand, hvilket genererer amorfe aluminiumhydroxid (Al(OH)3) kolloider med et stort specifikt overfladeareal og stærk adsorptionskapacitet.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorption og samudfældning: De positivt ladede Al(OH)3-kolloider neutraliserer ladningen af negativt ladet aktivt silicium i vandet (såsom HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, sædvanligvis repræsenteret som SiO₂), og danner gennem adsorption og kompleksdannelse uopløselige komplekser eller aluminosilikat-komplekser til aluminosilikat. sam-udfældning.
Al(OH)3 + x HSiO3⁻ → Al(OH)3·(SiO2)ₓ (Illustrativ proces, ikke-standard reaktionsformel)
Denne proces bestemmer, at det kemiske forbrugsforhold (vægtforhold mellem natriumaluminat og silica) ikke er en fast teoretisk værdi, men 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 silica, der skal fjernes (mg/L SiO₂)
1. Bestemmelse af grunddata
Råvandssilicakoncentration [Si]0: SiO₂-koncentrationen af vandprøven før behandling (mg/L).
Målsilicakoncentration [Si]ₜ: Påkrævet SiO₂-koncentration efter behandling (mg/L).
Mængde silicium, der skal fjernes Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Kritisk empirisk forhold (R)
Dette er den mest kritiske parameter for beregning og skal opnås eksperimentelt.
Typisk område: Omfattende ingeniørpraksis viser, at R-værdien sædvanligvis er mellem 8 og 20. Det vil sige, 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 for siliciumfjernelse er meget snævert, normalt 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-, og kolloiderne vil desintegrere. Det optimale pH-punkt varierer lidt afhængigt af vandkvaliteten. Vandtemperatur: Øget temperatur intensiverer molekylær termisk bevægelse, accelererer reaktionshastigheden og fremmer bedre flokdannelse, hvilket potentielt sænker R-værdien.
Sameksisterende ioner i vand: Hårdhed (Ca²⁺, Mg²⁺) fremmer flokkulering og kan sænke R-værdien; dog konkurrerer organisk stof 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 tests (fast pH, variabel dosering): Juster pH-værdien af alle vandprøver til en forudindstillet værdi (f.eks. 7,0), og tilsæt natriumaluminatopløsninger med forskellige gradienter (f.eks. doser beregnet i henhold til R=5, 10, 15, 20...). Det andet sæt eksperimenter (fast dosis, variabel pH): En specifik mellemdosis blev valgt, og vandprøvernes pH blev justeret til forskellige gradienter (f.eks. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Alle vandprøver gennemgik standardiseret hurtig omrøring (blanding), langsom omrøring (flokkulering) og bundfældning.
Den resterende Si02-koncentration blev målt i supernatanten.
Kurveplotning: En "dosis-residual silicium"-kurve blev plottet for at finde den minimumsdosis, der kræves for at nå målet [Si]ₜ. En "pH-residual silicium"-kurve blev plottet for at finde det optimale pH-punkt for siliciumfjernelse.
Beregning af R-værdi: Baseret på kurven for "dosis-residual silicium" blev den dosis C (mg/L NaAlO₂), der svarer til at nå målet [Si]ₜ, fundet. Derfor er 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 daglige driftsberegninger meget enkle:
Teoretisk dosering (mg/L)=R × Δ[Si]
Hvor, Δ[Si] beregnes baseret på den overvågede-tidsovervågede silicakoncentration i råvandet og målværdien.
III. Hjælpeberegninger og driftsjusteringer
1. Alkalinitetsforbrug og pH-justeringsberegninger:
Natriumaluminathydrolyse producerer NaOH, der forbruger surhedsgraden (H⁺) i vandet. Det betyder, at der normalt kræves yderligere syre (såsom svovlsyre eller saltsyre) 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, der skal tilsættes (baseret på 98 % H₂SO₄) kan estimeres som: Syretilsætning (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 syre, der tilsættes, skal styres af en online pH-meterfeedback, og syrepumpefrekvensen skal justeres med PID-kontrol.
Aluminiumsrestberegning: Ikke alt tilsat aluminium udfælder; nogle vil blive i vandet. Aluminiumindholdet i spildevandet skal overvåges for at sikre, at det lever op til vandkvalitetsstandarderne (normalt<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.