Uklanjanje silicija natrij aluminatom tipičan je proces kemijske koagulacije-adsorpcije-taloženja. Njegova jezgra izračuna nije jednostavan stehiometrijski odnos, već inženjerska metoda koja se temelji na eksperimentima, oslanjajući se na empirijske omjere i zahtijeva sveobuhvatne prilagodbe.
I. Mehanizam za uklanjanje silicija
Hidroliza: Natrijev aluminat (NaAlO₂ ili NaAl(OH)4) brzo hidrolizira nakon dodavanja u vodu, stvarajući koloide amorfnog aluminijevog hidroksida (Al(OH)3) s velikom specifičnom površinom i jakim kapacitetom adsorpcije.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)3↓ + NaOH
Adsorpcija i koprecipitacija: formirani pozitivno nabijeni koloid Al(OH)3 neutralizira naboj negativno nabijenog aktivnog silicijevog dioksida u vodi (kao što je HSiO₃⁻, SiO3²⁻, obično predstavljen kao SiO₂). Putem adsorpcije i kompleksiranja, stvara netopljive aluminosilikatne komplekse ili se unosi u pahuljice i ko-taloži.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)3·(SiO₂)ₓ (shematski proces, ne-standardna reakcijska formula)
Ovaj proces određuje da omjer potrošnje kemikalija (težinski omjer natrijevog aluminata i silicijevog dioksida) nije fiksna teoretska vrijednost, već prije empirijski raspon na koji utječe više faktora.
II. Određivanje omjera potrošnje kemikalija (R vrijednost)
Cijeli se izračun vrti oko temeljnog empirijskog omjera, R:
R=Doza natrijevog aluminata (mg/L NaAlO₂) / Količina silicija koju treba ukloniti (mg/L SiO₂)
1. Određivanje osnovnih podataka
Koncentracija silicija u sirovoj vodi [Si]₀: koncentracija SiO₂ u uzorku vode prije obrade (mg/L).
Ciljana koncentracija silicija [Si]ₜ: Potrebna koncentracija SiO₂ nakon tretmana (mg/L).
Količina silicija koju treba ukloniti Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Ključni empirijski omjer (R)
Ovo je najkritičniji parametar u proračunu i mora se dobiti eksperimentalno.
Studija slučaja uklanjanja fluorida i silicija - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
Tipični raspon: Opsežna inženjerska praksa pokazuje da je R vrijednost obično između 8 i 20. To znači da je za svaki 1 mg uklonjenog SiO₂ potrebno dodati 8 mg do 20 mg natrijevog aluminata.
Zašto raspon? Budući da na vrijednost R značajno utječu sljedeći čimbenici i mora se odrediti testovima u čaši:
pH vrijednost: Optimalni pH prozor za uklanjanje silicija je vrlo uzak, obično između 6,5 i 7,5 (slabo kiselo do neutralno). Ako je pH prenizak (<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 će se otopiti u AlO₂⁻, uzrokujući razgradnju koloida. Optimalna pH točka malo varira ovisno o kvaliteti vode.
Temperatura vode: Povećana temperatura pojačava molekularno toplinsko gibanje, ubrzava brzinu reakcije i potiče bolje stvaranje pahuljica, što može prikladno smanjiti R vrijednost.
Koegzistirajući ioni u vodi: tvrdoća (Ca²⁺, Mg²⁺) potiče flokulaciju i može smanjiti R vrijednost; dok se organska tvar natječe s koloidima ili ih inkapsulira, potencijalno povećavajući R vrijednost.
Početna koncentracija silicijevog dioksida: Više početne koncentracije mogu rezultirati većom učinkovitošću uklanjanja po jedinici reagensa (R vrijednost može težiti prema donjoj granici raspona).
Uvjeti reakcije: Intenzitet miješanja, vrijeme flokulacije i vrijeme taloženja izravno utječu na učinak.
3. Provedite testove u čaši kako biste odredili optimalni R i optimalni pH
Uzmite niz uzoraka sirove vode istog volumena.
Prvi set testova (fiksan pH, promjenjivo doziranje): Podesite pH svih uzoraka vode na unaprijed postavljenu vrijednost (npr. 7,0) i dodajte otopine natrijevog aluminata na različitim gradijentima (npr. doze izračunate prema R=5, 10, 15, 20...).
Drugi set testova (fiksna doza, promjenjivi pH): Odaberite međudozu i prilagodite pH uzoraka vode različitim gradijentima (npr. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Provedite standardizirano brzo miješanje (miješanje), sporo miješanje (flokulacija) i statičku sedimentaciju na svim uzorcima vode.
Uzmite supernatant i odredite koncentraciju zaostalog SiO₂.
Crtanje krivulja: Iscrtajte krivulju "Doziranje - zaostalog silicija" kako biste pronašli minimalnu dozu potrebnu za postizanje cilja [Si]ₜ. Iscrtajte krivulju "pH - zaostalog silicija" kako biste pronašli optimalnu pH točku za uklanjanje silicija.
Izračunavanje R vrijednosti: Na temelju krivulje "Doziranje - zaostalog silicija", pronađite dozu C (mg/L NaAlO₂) koja odgovara postizanju ciljnog [Si]ₜ. Zatim, R=C/Δ[Si].
4. Izračun stvarne doze
Nakon što se pokusima odrede R vrijednost i optimalna pH vrijednost prikladna za trenutnu kvalitetu vode, izračuni za dnevni rad postaju vrlo jednostavni:
Teorijska doza (mg/L)=R × Δ[Si]
Gdje se Δ[Si] izračunava na temelju-praćene koncentracije silicija u sirovoj vodi u stvarnom vremenu i ciljne vrijednosti.
III. Pomoćni proračuni i operativne prilagodbe
Potrošnja alkaliteta i izračuni podešavanja pH:
Hidrolizom natrijeva aluminata nastaje NaOH, trošeći kiselost (H⁺) u vodi. To znači da je obično potrebna dodatna kiselina (kao što je sumporna kiselina ili klorovodična kiselina) kako bi se pH stabilizirao unutar optimalnog raspona.
Količina OH⁻ proizvedena hidrolizom ≈ (doza (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
Potrebna količina kiseline (na temelju 98% H₂SO₄) može se procijeniti kao: Doza kiseline (mg/L) ≈ [potrebni OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Gdje je 49 molarna masa H₂SO₄, 0,98 je čistoća, a η je koeficijent učinkovitosti)
Napomena: ovo je gruba procjena. Stvarna količina dodane kiseline mora se kontrolirati online povratnom informacijom pH metra, a frekvencija pumpe kiseline mora se prilagoditi putem PID kontrole.
Izračun ostatka aluminija: Ne taloži se sav dodani aluminij; neki ostaci u vodi. Potrebno je pratiti sadržaj aluminija u otpadnoj vodi kako bi se osiguralo da zadovoljava standarde kvalitete vode (obično<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.