Desilikonizacija natrijum aluminata je tipičan proces hemijske koagulacije-adsorpcije koprecipitacije. Njegov osnovni proračun nije jednostavan stehiometrijski odnos, već inženjerska metoda zasnovana na eksperimentima, koja se oslanja na empirijske omjere i zahtijeva sveobuhvatna prilagođavanja.
I. Mehanizam desilikonizacije
Hidroliza: Natrijum aluminat (NaAlO₂ ili NaAl(OH)₄) brzo hidrolizira nakon dodavanja vodi, stvarajući amorfne koloide aluminijum hidroksida (Al(OH)₃) sa velikom specifičnom površinom i jakim kapacitetom adsorpcije.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorpcija i koprecipitacija: Pozitivno nabijeni Al(OH)₃ koloidi neutraliziraju naboj negativno nabijenog aktivnog silicijuma u vodi (kao što je HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, koji se obično predstavlja kao SiO₂), i kroz adsorpciju i kompleksiranje, formiraju nerastvorljive komplekse aluminijevog silicija ili silikona. ko{0}}padavine.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (ilustrativni proces, ne-standardna formula reakcije)
Ovaj proces određuje da omjer potrošnje kemikalija (težinski omjer natrijum aluminata i silicijum dioksida) nije fiksna teorijska vrijednost, već empirijski raspon na koji utječe više faktora.
II. Određivanje omjera potrošnje kemikalija (R vrijednost)
Cijeli proračun se vrti oko osnovnog empirijskog omjera R:
R=Doziranje natrijevog aluminata (mg/L NaAlO₂) / Količina silicijum dioksida za uklanjanje (mg/L SiO₂)
1. Utvrđivanje osnovnih podataka
Koncentracija silicijum dioksida u sirovoj vodi [Si]₀: koncentracija SiO₂ u uzorku vode prije tretmana (mg/L).
Ciljana koncentracija silicijum dioksida [Si]ₜ: Potrebna koncentracija SiO₂ nakon tretmana (mg/L).
Količina silicijuma za uklanjanje Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Kritički empirijski omjer (R)
Ovo je najkritičniji parametar za proračun i mora se dobiti eksperimentalno.
Tipičan raspon: Opsežna inženjerska praksa pokazuje da je R vrijednost obično između 8 i 20. To jest, za svaki uklonjeni 1 mg SiO₂, potrebno je dodati 8 mg do 20 mg natrijum aluminata.
Zašto raspon? Budući da na vrijednost R značajno utječu sljedeći faktori i mora se odrediti kroz testove čaše:
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 rastvoriti u AlO₂⁻, a koloidi će se raspasti. Optimalna pH tačka neznatno varira u zavisnosti od kvaliteta vode. Temperatura vode: Povećana temperatura intenzivira molekularno termalno kretanje, ubrzava brzinu reakcije i promoviše bolje formiranje floka, potencijalno snižavajući R vrijednost.
Koegzistirajući joni u vodi: Tvrdoća (Ca²⁺, Mg²⁺) podstiče flokulaciju i može smanjiti R vrijednost; međutim, organska tvar se takmiči sa koloidima ili ih inkapsulira, potencijalno povećavajući R vrijednost.
Početna koncentracija silicijum dioksida: Veće početne koncentracije mogu rezultirati većom efikasnošću uklanjanja po jedinici reagensa (R vrijednost može težiti donjoj granici raspona).
Uslovi reakcije: Intenzitet mešanja, vreme flokulacije i vreme taloženja direktno utiču na efekat.
3. Izvršite testove u čaši kako biste odredili optimalni R i optimalni pH. Uzmite niz uzoraka sirove vode jednake zapremine.
Prvi set testova (fiksni pH, promjenjivo doziranje): Podesite pH svih uzoraka vode na unaprijed postavljenu vrijednost (npr. 7,0) i dodajte otopine natrijum aluminata različitih gradijenta (npr. doze izračunate prema R=5, 10, 15, 20...). Drugi set eksperimenata (fiksna doza, varijabilni pH): Odabrana je specifična međudoza, a pH uzoraka vode je podešen na različite gradijente (npr. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Svi uzorci vode podvrgnuti su standardiziranom brzom miješanju (miješanju), sporom miješanju (flokulaciji) i taloženju.
U supernatantu je izmjerena zaostala koncentracija SiO₂.
Iscrtavanje krive: kriva "doziranje-zaostalog silicijuma" je nacrtana kako bi se pronašla minimalna doza potrebna za postizanje cilja [Si]ₜ. Nacrtana je kriva "pH-rezidualnog silicijuma" kako bi se pronašla optimalna pH tačka za uklanjanje silicijuma.
Izračunavanje R-vrijednosti: Na osnovu krive "doziranja-ostatka silicijuma", pronađena je doza C (mg/L NaAlO₂) koja odgovara postizanju cilja [Si]ₜ. Stoga, R=C/Δ[Si]. 4. Izračun stvarne doze
Kada se kroz eksperimente odrede R vrijednost i optimalna pH vrijednost prikladna za trenutni kvalitet vode, dnevni proračuni rada postaju vrlo jednostavni:
Teoretska doza (mg/L)=R × Δ[Si]
Gdje se Δ[Si] izračunava na osnovu-praćene koncentracije silicijum dioksida u stvarnom vremenu u sirovoj vodi i ciljne vrijednosti.
III. Pomoćni proračuni i operativna podešavanja
1. Potrošnja alkalnosti i proračuni podešavanja pH vrijednosti:
Hidrolizom natrijum aluminata nastaje NaOH, trošeći kiselost (H⁺) u vodi. To znači da je dodatna kiselina (kao što je sumporna kiselina ili hlorovodonična kiselina) obično potrebna za stabilizaciju pH u optimalnom opsegu.
Količina OH⁻ proizvedenog hidrolizom ≈ (doziranje (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
Potrebna količina kiseline koju treba dodati (na osnovu 98% H₂SO₄) može se procijeniti kao: Dodatak kiseline (mg/L) ≈ [potreban OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Gdje je 49 molarna masa H₂SO₄, 0,98 je čistoća, a η koeficijent efikasnosti)
Napomena: Ovo je gruba procjena. Stvarna količina dodane kiseline mora se kontrolirati putem online povratne informacije pH metra, a frekvencija pumpe kiseline podešena PID kontrolom.
Proračun ostatka aluminijuma: Nisu svi dodani precipitati aluminijuma; neki će ostati u vodi. Sadržaj aluminijuma u otpadnim vodama treba pratiti kako bi se osiguralo da zadovoljava standarde kvaliteta vode (obično<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.