Desilikonizace hlinitanu sodného je typický proces chemické koagulace-adsorpce a koprecipitace. Její základní výpočet není jednoduchý stechiometrický vztah, ale spíše inženýrská metoda založená na experimentech, spoléhající se na empirické poměry a vyžadující komplexní úpravy.
I. Desilikonizační mechanismus
Hydrolýza: Hlinitan sodný (NaAlO₂ nebo NaAl(OH)₄) po přidání do vody rychle hydrolyzuje a vytváří amorfní koloidy hydroxidu hlinitého (Al(OH)3) s velkým specifickým povrchem a silnou adsorpční kapacitou.
NaAlO₂ + 2H2O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorpce a koprecipitace: Pozitivně nabité koloidy Al(OH)₃ neutralizují náboj záporně nabitého aktivního křemíku ve vodě (jako je HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, obvykle označované jako SiO₂), a prostřednictvím adsorpce a komplexace tvoří nerozpustné hlinitokřemičitanové komplexy srážení nebo srážení.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (ilustrativní postup, ne-standardní reakční vzorec)
Tento proces určuje, že poměr chemické spotřeby (hmotnostní poměr hlinitanu sodného k oxidu křemičitému) není pevnou teoretickou hodnotou, ale empirickým rozmezím ovlivněným mnoha faktory.
II. Stanovení poměru chemické spotřeby (hodnota R)
Celý výpočet se točí kolem základního empirického poměru R:
R=Dávkování hlinitanu sodného (mg/L NaAlO₂) / Množství oxidu křemičitého, které má být odstraněno (mg/L SiO₂)
1. Stanovení základních údajů
Koncentrace oxidu křemičitého v surové vodě [Si]0: Koncentrace SiO2 ve vzorku vody před úpravou (mg/l).
Cílová koncentrace oxidu křemičitého [Si]ₜ: Požadovaná koncentrace SiO₂ po ošetření (mg/l).
Množství křemíku, které má být odstraněno Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/l SiO₂).
2. Kritický empirický poměr (R)
Toto je nejkritičtější parametr pro výpočet a musí být získán experimentálně.
Typický rozsah: Rozsáhlá technická praxe ukazuje, že hodnota R je obvykle mezi 8 a 20. To znamená, že na každý 1 mg odstraněného Si02 je třeba přidat 8 mg až 20 mg hlinitanu sodného.
Proč rozsah? Protože hodnota R je významně ovlivněna následujícími faktory a musí být stanovena pomocí testů v kádince:
Hodnota pH: Optimální okno pH pro odstranění křemíku je velmi úzké, obvykle mezi 6,5 a 7,5 (slabě kyselé až neutrální). Pokud je pH příliš nízké (<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 se rozpustí na AlO₂⁻ a koloidy se rozpadnou. Optimální bod pH se mírně liší v závislosti na kvalitě vody. Teplota vody: Zvýšená teplota zesiluje molekulární tepelný pohyb, urychluje reakční rychlost a podporuje lepší tvorbu vloček, což může potenciálně snížit hodnotu R.
Koexistující ionty ve vodě: Tvrdost (Ca2⁺, Mg2⁺) podporuje flokulaci a může snížit hodnotu R; organická hmota však soutěží s koloidy nebo je zapouzdřuje, což potenciálně zvyšuje hodnotu R.
Počáteční koncentrace oxidu křemičitého: Vyšší počáteční koncentrace mohou vést k vyšší účinnosti odstranění na jednotku činidla (hodnota R může směřovat ke spodní hranici rozsahu).
Reakční podmínky: Intenzita míchání, doba flokulace a doba usazování přímo ovlivňují účinek.
3. Proveďte testy v kádince, abyste určili optimální R a optimální pH. Odeberte sérii vzorků surové vody o stejném objemu.
První sada testů (pevné pH, variabilní dávkování): Upravte pH všech vzorků vody na přednastavenou hodnotu (např. 7,0) a přidejte roztoky hlinitanu sodného s různými gradienty (např. dávky vypočítané podle R=5, 10, 15, 20...). Druhá sada experimentů (pevná dávka, variabilní pH): Byla vybrána specifická střední dávka a pH vzorků vody bylo upraveno na různé gradienty (např. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Všechny vzorky vody prošly standardizovaným rychlým mícháním (mícháním), pomalým mícháním (flokulace) a usazováním.
Zbytková koncentrace Si02 byla měřena v supernatantu.
Vynesení křivky: Byla vykreslena křivka „dávkovacího-zbytkového křemíku“, aby se zjistila minimální dávka potřebná k dosažení cílového [Si]ₜ. Byla vynesena křivka "pH-zbytkového křemíku", aby se našel optimální bod pH pro odstranění křemíku.
Výpočet hodnoty R-: Na základě křivky „dávkovacího-zbytkového křemíku“ byla zjištěna dávka C (mg/l NaAlO₂) odpovídající dosažení cílového [Si]ₜ. Proto R=C/Δ[Si]. 4. Výpočet skutečné dávky
Jakmile jsou pomocí experimentů stanoveny hodnoty R a optimální hodnoty pH vhodné pro současnou kvalitu vody, výpočty denního provozu jsou velmi jednoduché:
Teoretická dávka (mg/L)=R × Δ[Si]
Kde se Δ[Si] vypočítá na základě-monitorované koncentrace oxidu křemičitého v reálném čase v surové vodě a cílové hodnoty.
III. Pomocné výpočty a provozní úpravy
1. Spotřeba alkality a výpočty úpravy pH:
Hydrolýzou hlinitanu sodného vzniká NaOH, který spotřebovává kyselost (H⁺) ve vodě. To znamená, že ke stabilizaci pH v optimálním rozmezí je obvykle zapotřebí další kyselina (jako je kyselina sírová nebo kyselina chlorovodíková).
Množství OH⁻ vyrobené hydrolýzou ≈ (dávka (mg/l NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/l)
Potřebné množství kyseliny, které se má přidat (na základě 98% H2SO4) lze odhadnout jako: Přidání kyseliny (mg/L) ≈ [požadovaný OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Kde 49 je molární hmotnost H2SO4, 0,98 je čistota a η je koeficient účinnosti)
Poznámka: Toto je hrubý odhad. Skutečné množství přidané kyseliny musí být řízeno online zpětnou vazbou pH metru a frekvence čerpadla kyseliny musí být nastavena pomocí PID regulace.
Výpočet hliníkového zbytku: Ne všechny přidané hliníkové precipitáty; některé zůstanou ve vodě. Obsah hliníku v odpadní vodě je třeba monitorovat, aby bylo zajištěno, že splňuje normy kvality vody (obvykle<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.
