Odstraňovanie kremíka z hlinitanu sodného je typický proces chemickej koagulácie-adsorpcie spolu{1}}zrážania. Jeho výpočtovým jadrom nie je jednoduchý stechiometrický vzťah, ale skôr inžinierska metóda založená na experimentoch, opierajúca sa o empirické pomery a vyžadujúca komplexné úpravy.
I. Mechanizmus odstraňovania kremíka
Hydrolýza: Hlinitan sodný (NaAlO₂ alebo NaAl(OH)4) po pridaní do vody rýchlo hydrolyzuje, pričom vytvára amorfné koloidy hydroxidu hlinitého (Al(OH)3) s obrovským špecifickým povrchom a silnou adsorpčnou kapacitou.
NaAlO₂ + 2H2O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorpcia a koprecipitácia: Vytvorený kladne nabitý koloid Al(OH)3 neutralizuje náboj negatívne nabitého aktívneho oxidu kremičitého vo vode (ako je HSi03⁻, Si032⁻, zvyčajne označovaný ako Si02). Prostredníctvom adsorpcie a tvorby komplexov vytvára nerozpustné hlinitokremičitanové komplexy alebo sa vnáša do vločiek a spolu-precipituje.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (Schématický proces, ne-štandardný reakčný vzorec)
Tento proces určuje, že pomer chemickej spotreby (hmotnostný pomer hlinitanu sodného k oxidu kremičitému) nie je pevnou teoretickou hodnotou, ale skôr empirickým rozsahom ovplyvneným viacerými faktormi.
II. Stanovenie pomeru chemickej spotreby (hodnota R)
Celý výpočet sa točí okolo základného empirického pomeru, R:
R=Dávka hlinitanu sodného (mg/L NaAlO₂) / Množstvo kremíka, ktoré sa má odstrániť (mg/L SiO₂)
1. Stanovenie základných údajov
Koncentrácia kremíka v surovej vode [Si]0: Koncentrácia SiO₂ vo vzorke vody pred úpravou (mg/l).
Cieľová koncentrácia kremíka [Si]ₜ: Požadovaná koncentrácia SiO₂ po úprave (mg/l).
Množstvo kremíka, ktoré sa má odstrániť Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/l SiO₂).
2. Kľúčový empirický pomer (R)
Toto je najkritickejší parameter pri výpočte a musí sa získať experimentálne.
Prípadová štúdia odstraňovania fluoridu a kremíka - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
Typický rozsah: Rozsiahla technická prax ukazuje, že hodnota R je typicky medzi 8 a 20. To znamená, že na každý 1 mg odstráneného Si02 je potrebné pridať 8 mg až 20 mg hlinitanu sodného.
Prečo rozsah? Pretože hodnota R je významne ovplyvnená nasledujúcimi faktormi a musí sa určiť pomocou testov v kadičke:
Hodnota pH: Optimálne okno pH na odstránenie oxidu kremičitého je veľmi úzke, zvyčajne medzi 6,5 a 7,5 (slabo kyslé až neutrálne). Ak je pH príliš nízke (<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 sa rozpustí na AlO₂⁻, čo spôsobí rozpad koloidov. Optimálny bod pH sa mierne líši v závislosti od kvality vody.
Teplota vody: Zvýšená teplota zintenzívňuje molekulárny tepelný pohyb, urýchľuje rýchlosť reakcie a podporuje lepšiu tvorbu vločiek, čo môže primerane znížiť hodnotu R.
Koexistujúce ióny vo vode: Tvrdosť (Ca²⁺, Mg²⁺) podporuje flokuláciu a môže znižovať hodnotu R; zatiaľ čo organická hmota súťaží s koloidmi alebo ich enkapsuluje, čo potenciálne zvyšuje hodnotu R.
Počiatočná koncentrácia oxidu kremičitého: Vyššie počiatočné koncentrácie môžu viesť k vyššej účinnosti odstraňovania na jednotku činidla (hodnota R môže smerovať k dolnej hranici rozsahu).
Reakčné podmienky: Intenzita miešania, doba flokulácie a doba usadzovania priamo ovplyvňujú účinok.
3. Vykonajte testy v kadičke na určenie optimálneho R a optimálneho pH
Odoberte sériu vzoriek surovej vody s rovnakým objemom.
Prvá sada testov (pevné pH, variabilné dávkovanie): Upravte pH všetkých vzoriek vody na prednastavenú hodnotu (napr. 7,0) a pridajte roztoky hlinitanu sodného v rôznych gradientoch (napr. dávky vypočítané podľa R=5, 10, 15, 20...).
Druhá sada testov (pevné dávkovanie, variabilné pH): Vyberte medzidávkovanie a upravte pH vzoriek vody na rôzne gradienty (napr. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Vykonajte štandardizované rýchle miešanie (miešanie), pomalé miešanie (flokulácia) a statickú sedimentáciu na všetkých vzorkách vody.
Odoberte supernatant a stanovte zvyškovú koncentráciu SiO₂.
Vykresľovanie kriviek: Zostrojte krivku „Dávka - zvyškového kremíka“, aby ste našli minimálnu dávku potrebnú na dosiahnutie cieľového [Si]ₜ. Zostrojte krivku „pH - zvyškový kremík“, aby ste našli optimálny bod pH na odstránenie kremíka.
Výpočet hodnoty R: Na základe krivky „Dosage - Residual Silicon“ nájdite dávku C (mg/L NaAlO₂) zodpovedajúcu dosiahnutiu cieľovej hodnoty [Si]ₜ. Potom R=C/Δ[Si].
4. Výpočet skutočnej dávky
Keď sa pomocou experimentov určí hodnota R a optimálna hodnota pH vhodná pre aktuálnu kvalitu vody, výpočty pre dennú prevádzku sa stanú veľmi jednoduchými:
Teoretická dávka (mg/l)=R × Δ[Si]
Kde sa Δ[Si] vypočíta na základe- koncentrácie kremíka v surovej vode monitorovanej v reálnom čase a cieľovej hodnoty.
III. Pomocné výpočty a prevádzkové úpravy
Výpočty spotreby zásaditosti a pH:
Hydrolýzou hlinitanu sodného vzniká NaOH, ktorý spotrebuje kyslosť (H⁺) vo vode. To znamená, že na stabilizáciu pH v optimálnom rozsahu je zvyčajne potrebná ďalšia kyselina (ako je kyselina sírová alebo kyselina chlorovodíková).
Množstvo OH⁻ vyrobené hydrolýzou ≈ (dávka (mg/l NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/l)
Požadované množstvo kyseliny (na základe 98 % H₂SO₄) možno odhadnúť ako: Dávka kyseliny (mg/l) ≈ [požadovaný OH⁻ (mmol/l) × 49]/0,98/η
(Kde 49 je molárna hmotnosť H2SO4, 0,98 je čistota a η je koeficient účinnosti)
Poznámka: Toto je hrubý odhad. Skutočné množstvo pridanej kyseliny musí byť kontrolované online spätnou väzbou pH metra a frekvencia čerpania kyseliny upravená pomocou PID riadenia.
Výpočet hliníkového zvyšku: Nie všetky pridané hliníkové precipitáty; niektoré zostávajú vo vode. Obsah hliníka v odpadovej vode je potrebné monitorovať, aby sa zabezpečilo, že spĺňa normy kvality vody (zvyčajne<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.