Natriumaluminatavsilikonisering är en typisk kemisk koagulerings-adsorptionssamutfällningsprocess. Dess kärnberäkning är inte ett enkelt stökiometriskt förhållande, utan snarare en ingenjörsmetod baserad på experiment, som förlitar sig på empiriska förhållanden och som kräver omfattande justeringar.
I. Avsilikoniseringsmekanism
Hydrolys: Natriumaluminat (NaAlO₂ eller NaAl(OH)4) hydrolyseras snabbt vid tillsats till vatten, vilket genererar amorfa aluminiumhydroxid (Al(OH)3)-kolloider med en stor specifik yta och stark adsorptionskapacitet.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorption och samfällning: De positivt laddade Al(OH)₃-kolloiderna neutraliserar laddningen av negativt laddat aktivt kisel i vattnet (såsom HSiO3⁻, SiO₃²⁻, vanligen representerat som SiO₂), och bildar genom adsorption och komplexbildning olösliga komplex av aluminosilikat till aluminosilikatkomplexen. sam-nederbörd.
Al(OH)3 + x HSiO3⁻ → Al(OH)3·(SiO₂)ₓ (Illustrativ process, icke-standard reaktionsformel)
Denna process bestämmer att det kemiska förbrukningsförhållandet (viktförhållandet mellan natriumaluminat och kiseldioxid) inte är ett fast teoretiskt värde, utan ett empiriskt intervall som påverkas av flera faktorer.
II. Fastställande av kemikalieförbrukningsförhållandet (R-värde)
Hela beräkningen kretsar kring ett kärnempiriskt förhållande R:
R=Natriumaluminatdosering (mg/L NaAlO₂) / Mängd kiseldioxid som ska avlägsnas (mg/L SiO₂)
1. Fastställande av grundläggande data
Koncentration av råvattenkiseldioxid [Si]0: SiO₂-koncentrationen i vattenprovet före behandling (mg/L).
Målkoncentration av kiseldioxid [Si]ₜ: Erforderlig SiO₂-koncentration efter behandling (mg/L).
Mängd kisel som ska avlägsnas Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Kritiskt empiriskt förhållande (R)
Detta är den mest kritiska parametern för beräkning och måste erhållas experimentellt.
Typiskt intervall: Omfattande teknisk praxis visar att R-värdet vanligtvis är mellan 8 och 20. Det vill säga för varje 1 mg SiO₂ som tas bort måste 8 mg till 20 mg natriumaluminat tillsättas.
Varför en räckvidd? Eftersom R-värdet påverkas avsevärt av följande faktorer och måste bestämmas genom bägaretest:
pH-värde: Det optimala pH-fönstret för borttagning av kisel är mycket smalt, vanligtvis mellan 6,5 och 7,5 (svagt surt till neutralt). Om pH är för lågt (<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 kommer att lösas upp i AlO2- och kolloiderna kommer att sönderfalla. Den optimala pH-punkten varierar något beroende på vattenkvaliteten. Vattentemperatur: Ökad temperatur intensifierar molekylär termisk rörelse, accelererar reaktionshastigheten och främjar bättre flockbildning, vilket potentiellt sänker R-värdet.
Samexisterande joner i vatten: Hårdhet (Ca²⁺, Mg²⁺) främjar flockning och kan sänka R-värdet; emellertid konkurrerar organiskt material med eller kapslar in kolloider, vilket potentiellt ökar R-värdet.
Initial kiseldioxidkoncentration: Högre initiala koncentrationer kan resultera i högre avlägsningseffektivitet per enhet reagens (R-värdet kan tendera mot den nedre gränsen för intervallet).
Reaktionsförhållanden: Blandningsintensitet, flockningstid och sedimenteringstid påverkar alla direkt effekten.
3. Genomför bägaretest för att bestämma optimalt R och optimalt pH. Ta en serie råvattenprover med samma volym.
Första uppsättningen av tester (fast pH, variabel dosering): Justera pH för alla vattenprover till ett förinställt värde (t.ex. 7,0) och tillsätt natriumaluminatlösningar med olika gradienter (t.ex. doser beräknade enligt R=5, 10, 15, 20...). Den andra uppsättningen experiment (fast dos, variabelt pH): En specifik mellandos valdes ut och vattenprovernas pH justerades till olika gradienter (t.ex. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Alla vattenprover genomgick standardiserad snabb omrörning (blandning), långsam omrörning (flockulering) och sedimentering.
Den kvarvarande Si02-koncentrationen mättes i supernatanten.
Kurvplottning: En kurva för "dosering-residual silicon" plottades för att hitta den minsta dos som krävs för att uppnå målet [Si]ₜ. En kurva för "pH-residual silicon" plottades för att hitta den optimala pH-punkten för kiselavlägsnande.
Beräkning av R-värde: Baserat på kurvan för "dosering-residual silicon" hittades den dos C (mg/L NaAlO₂) som motsvarar målet [Si]ₜ. Därför R=C/Δ[Si]. 4. faktisk dosberäkning
När väl R-värdet och optimalt pH-värde som är lämpligt för den aktuella vattenkvaliteten har bestämts genom experiment, blir dagliga driftberäkningar mycket enkla:
Teoretisk dosering (mg/L)=R × Δ[Si]
Där beräknas Δ[Si] baserat på den-övervakade kiseldioxidkoncentrationen i realtid i råvattnet och målvärdet.
III. Hjälpberäkningar och driftsjusteringar
1. Alkalinitetsförbrukning och pH-justeringsberäkningar:
Natriumaluminathydrolys producerar NaOH som förbrukar surheten (H⁺) i vattnet. Detta innebär att ytterligare syra (som svavelsyra eller saltsyra) vanligtvis krävs för att stabilisera pH-värdet inom det optimala intervallet.
Mängden OH⁻ som produceras genom hydrolys ≈ (dosering (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
Den erforderliga mängden syra som ska tillsättas (baserat på 98 % H₂SO4) kan uppskattas som: Syratillsats (mg/L) ≈ [krävs OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Där 49 är molmassan av H2SO4, 0,98 är renheten och η är effektivitetskoefficienten)
Obs: Detta är en grov uppskattning. Den faktiska mängden syra som tillsätts måste kontrolleras av en online-ph-meterfeedback och syrapumpens frekvens justeras med PID-kontroll.
Beräkning av aluminiumrester: Inte all tillsatt aluminium fälls ut; en del blir kvar i vattnet. Aluminiuminnehållet i avloppsvattnet måste övervakas för att säkerställa att det uppfyller vattenkvalitetsnormerna (vanligtvis<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.