Η αποπυριτοποίηση με αργιλικό νάτριο είναι μια τυπική διαδικασία χημικής πήξης-συνκαταβύθισης προσρόφησης. Ο πυρήνας υπολογισμός του δεν είναι μια απλή στοιχειομετρική σχέση, αλλά μάλλον μια μέθοδος μηχανικής που βασίζεται σε πειράματα, που βασίζεται σε εμπειρικούς λόγους και απαιτεί ολοκληρωμένες προσαρμογές.
Ι. Μηχανισμός Αποπυριτίωσης
Υδρόλυση: Το αργιλικό νάτριο (NaAlO2 ή NaAl(OH)4) υδρολύεται ταχέως κατά την προσθήκη στο νερό, δημιουργώντας άμορφα κολλοειδή υδροξειδίου του αργιλίου (Al(OH)3) με μεγάλη ειδική επιφάνεια και ισχυρή ικανότητα προσρόφησης.
NaAlO2 + 2H2O → Al(OH)3↓ + NaOH
Προσρόφηση και συγκαταβύθιση: Τα θετικά φορτισμένα κολλοειδή Al(OH)3 εξουδετερώνουν το φορτίο του αρνητικά φορτισμένου ενεργού πυριτίου στο νερό (όπως HSiO3-, SiO32-, συνήθως αντιπροσωπεύονται ως SiO2) και μέσω της προσρόφησης και της συμπλοκοποίησης, σχηματίζουν αδιάλυτα σύμπλοκα για τα αλουμίνια. συν-βροχόπτωση.
Al(OH)3 + x HSiO3- → Al(OH)3·(SiO2)ₓ (Επεξηγητική διαδικασία, μη -τυπικός τύπος αντίδρασης)
Αυτή η διαδικασία καθορίζει ότι η αναλογία χημικής κατανάλωσης (αναλογία βάρους αργιλικού νατρίου προς πυρίτιο) δεν είναι μια σταθερή θεωρητική τιμή, αλλά ένα εμπειρικό εύρος που επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες.
II. Προσδιορισμός της αναλογίας χημικής κατανάλωσης (τιμή R)
Ολόκληρος ο υπολογισμός περιστρέφεται γύρω από μια βασική εμπειρική αναλογία R:
R=Δοσολογία αργιλικού νατρίου (mg/L NaAlO2) / Ποσότητα πυριτίου προς απομάκρυνση (mg/L SiO2)
1. Προσδιορισμός Βασικών Δεδομένων
Συγκέντρωση πυριτίου ακατέργαστου νερού [Si]0: συγκέντρωση SiO2 του δείγματος νερού πριν από την επεξεργασία (mg/L).
Στόχος συγκέντρωσης πυριτίου [Si]2: Απαιτούμενη συγκέντρωση SiO2 μετά την επεξεργασία (mg/L).
Ποσότητα πυριτίου προς απομάκρυνση Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]0 - [Si]2 (mg/L SiO2).
2. Κρίσιμος Εμπειρικός Λόγος (R)
Αυτή είναι η πιο κρίσιμη παράμετρος για τον υπολογισμό και πρέπει να ληφθεί πειραματικά.
Τυπικό εύρος: Η εκτεταμένη πρακτική μηχανικής δείχνει ότι η τιμή R είναι συνήθως μεταξύ 8 και 20. Δηλαδή, για κάθε 1 mg SiO2 που αφαιρείται, χρειάζεται να προστεθούν 8 mg έως 20 mg αργιλικού νατρίου.
Γιατί μια σειρά; Επειδή η τιμή R επηρεάζεται σημαντικά από τους ακόλουθους παράγοντες και πρέπει να προσδιοριστεί μέσω δοκιμών ποτηριού:
Τιμή pH: Το βέλτιστο παράθυρο pH για την αφαίρεση του πυριτίου είναι πολύ στενό, συνήθως μεταξύ 6,5 και 7,5 (ασθενώς όξινο έως ουδέτερο). Εάν το pH είναι πολύ χαμηλό (<6.0), Al(OH)₃ colloids will dissolve into Al³⁺, losing their adsorption capacity; if the pH is too high (>8.0),
Το Al(OH)3 θα διαλυθεί σε AlO2- και τα κολλοειδή θα αποσυντεθούν. Το βέλτιστο σημείο pH ποικίλλει ελαφρώς ανάλογα με την ποιότητα του νερού. Θερμοκρασία νερού: Η αυξημένη θερμοκρασία εντείνει τη μοριακή θερμική κίνηση, επιταχύνει τον ρυθμό αντίδρασης και προάγει τον καλύτερο σχηματισμό κροκίδων, μειώνοντας πιθανώς την τιμή R.
Συνυπάρχοντα ιόντα στο νερό: Η σκληρότητα (Ca2+, Mg2+) προάγει την κροκίδωση και μπορεί να μειώσει την τιμή R. Ωστόσο, η οργανική ύλη ανταγωνίζεται ή ενθυλακώνει τα κολλοειδή, αυξάνοντας δυνητικά την τιμή R.
Αρχική συγκέντρωση πυριτίου: Οι υψηλότερες αρχικές συγκεντρώσεις μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα υψηλότερη απόδοση αφαίρεσης ανά μονάδα αντιδραστηρίου (η τιμή R μπορεί να τείνει προς το κατώτερο όριο του εύρους).
Συνθήκες αντίδρασης: Η ένταση ανάμιξης, ο χρόνος κροκίδωσης και ο χρόνος καθίζησης επηρεάζουν άμεσα το αποτέλεσμα.
3. Διεξάγετε δοκιμές ποτηριού για να προσδιορίσετε το βέλτιστο R και το βέλτιστο pH. Πάρτε μια σειρά δειγμάτων ακατέργαστου νερού ίσου όγκου.
Πρώτο σύνολο δοκιμών (σταθερό pH, μεταβλητή δόση): Ρυθμίστε το pH όλων των δειγμάτων νερού σε μια προκαθορισμένη τιμή (π.χ. 7,0) και προσθέστε διαλύματα αργιλικού νατρίου διαφορετικών βαθμίδων (π.χ. δόσεις υπολογισμένες σύμφωνα με το R=5, 10, 15, 20...). Το δεύτερο σύνολο πειραμάτων (σταθερή δόση, μεταβλητό pH): Επιλέχθηκε μια συγκεκριμένη ενδιάμεση δόση και το pH των δειγμάτων νερού προσαρμόστηκε σε διαφορετικές κλίσεις (π.χ., 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Όλα τα δείγματα νερού υποβλήθηκαν σε τυποποιημένη ταχεία ανάδευση (μίξη), αργή ανάδευση (κροκίδωση) και καθίζηση.
Η υπολειμματική συγκέντρωση Si02 μετρήθηκε στο υπερκείμενο.
Σχεδίαση καμπύλης: Σχεδιάστηκε μια καμπύλη "dosage-residual silicon" για να βρεθεί η ελάχιστη δόση που απαιτείται για την επίτευξη του στόχου [Si]ₜ. Μια καμπύλη "pH-υπολειπόμενου πυριτίου" σχεδιάστηκε για να βρεθεί το βέλτιστο σημείο pH για την αφαίρεση του πυριτίου.
Υπολογισμός τιμής R-: Με βάση την καμπύλη "dosage-residual silicon", βρέθηκε η δόση C (mg/L NaAlO2) που αντιστοιχεί στην επίτευξη του στόχου [Si]ₜ. Επομένως, R=C/Δ[Si]. 4. Υπολογισμός πραγματικής δόσης
Μόλις η τιμή R και η βέλτιστη τιμή pH που είναι κατάλληλη για την τρέχουσα ποιότητα του νερού καθοριστούν μέσω πειραμάτων, οι υπολογισμοί καθημερινής λειτουργίας γίνονται πολύ απλοί:
Θεωρητική δοσολογία (mg/L)=R × Δ[Si]
Όπου, το Δ[Si] υπολογίζεται με βάση την συγκέντρωση πυριτίου που παρακολουθείται σε πραγματικό χρόνο στο ακατέργαστο νερό και την τιμή στόχο.
III. Επικουρικοί Υπολογισμοί και Λειτουργικές Προσαρμογές
1. Υπολογισμοί κατανάλωσης αλκαλικότητας και προσαρμογής pH:
Η υδρόλυση αργιλικού νατρίου παράγει NaOH, καταναλώνοντας την οξύτητα (H+) στο νερό. Αυτό σημαίνει ότι συνήθως απαιτείται πρόσθετο οξύ (όπως θειικό οξύ ή υδροχλωρικό οξύ) για τη σταθεροποίηση του pH εντός του βέλτιστου εύρους.
Η ποσότητα ΟΗ- που παράγεται με υδρόλυση ≈ (δοσολογία (mg/L NaAlO2)/82) * 1000 (mmol/L)
Η απαιτούμενη ποσότητα οξέος που πρέπει να προστεθεί (με βάση 98% H2SO4) μπορεί να εκτιμηθεί ως: Προσθήκη οξέος (mg/L) ≈ [απαιτούμενο OH- (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Όπου 49 είναι η μοριακή μάζα του H2SO4, 0,98 είναι η καθαρότητα και η είναι ο συντελεστής απόδοσης)
Σημείωση: Αυτή είναι μια πρόχειρη εκτίμηση. Η πραγματική ποσότητα του προστιθέμενου οξέος πρέπει να ελέγχεται από μια ηλεκτρονική ανάδραση του μετρητή pH και η συχνότητα της αντλίας οξέος να ρυθμίζεται από τον έλεγχο PID.
Υπολογισμός υπολειμμάτων αλουμινίου: Δεν είναι όλα τα προστιθέμενα ιζήματα αλουμινίου. μερικά θα παραμείνουν στο νερό. Η περιεκτικότητα σε αλουμίνιο στα λύματα πρέπει να παρακολουθείται για να διασφαλιστεί ότι πληροί τα πρότυπα ποιότητας του νερού (συνήθως<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.