Útreikningsaðferð til að fjarlægja sílikon með natríumaluminati í skólphreinsun

Fjarlæging natríumaluminat kísils er dæmigert efnastorknunarferli-aðsogssamhliða-úrkomu. Reiknikjarni þess er ekki einfalt stoichiometric samband, heldur verkfræðileg aðferð sem byggir á tilraunum, sem byggir á reynsluhlutföllum og krefst víðtækra leiðréttinga.

Vatnsrof: Natríumaluminat (NaAlO₂ eða NaAl(OH)4) vatnsrofnar hratt þegar það er bætt við vatn og myndar myndlaust álhýdroxíð (Al(OH)₃) kvoða með mikið sérstakt yfirborð og sterka frásogsgetu.

NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH

Aðsog og samútfelling: Jákvætt hlaðinn Al(OH)₃ kollóíð sem myndast hlutleysir hleðslu neikvætt hlaðins virks kísils í vatni (eins og HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, venjulega táknað sem SiO₂). Með frásog og fléttumyndun myndar það óleysanlegar álsílíkatfléttur eða sópast inn í flokkinn og sam-fellur út.

Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (Skýringarferli, ó-stöðluð hvarfformúla)

Þetta ferli ákvarðar að efnanotkunarhlutfallið (þyngdarhlutfall natríumaluminats og kísils) er ekki fast fræðilegt gildi, heldur reynslusvið undir áhrifum af mörgum þáttum.

Allur útreikningurinn snýst um kjarna reynsluhlutfall, R:

R=Skammtur af natríumaluminati (mg/L NaAlO₂) / Magn sílikons sem á að fjarlægja (mg/L SiO₂)

1. Ákvörðun grunngagna

Styrkur hrávatnskísils [Si]₀: SiO₂ styrkur vatnssýnisins fyrir meðferð (mg/L).

Markstyrkur kísils [Si]ₜ: Nauðsynlegur SiO₂ styrkur eftir meðferð (mg/L).

Magn sílikons sem á að fjarlægja Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).

2. Reynsluhlutfall (R)

Þetta er mikilvægasta færibreytan í útreikningnum og verður að fást með tilraunum.

Tilviksrannsókn við fjarlægingu flúoríðs og kísils - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.

Dæmigert svið: Mikil verkfræðiæfing sýnir að R-gildið er venjulega á milli 8 og 20. Þetta þýðir að fyrir hvert 1 mg af SiO₂ sem er fjarlægt þarf að bæta við 8 mg til 20 mg af natríumaluminati.

Hvers vegna svið? Vegna þess að R-gildið hefur veruleg áhrif á eftirfarandi þáttum og verður að ákvarða það með bikarprófum:

pH gildi: Ákjósanlegur pH gluggi til að fjarlægja kísil er mjög þröngur, venjulega á milli 6,5 og 7,5 (veikt súrt til hlutlaust). Ef pH er of lágt (<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 leysist upp í AlO₂⁻, sem veldur því að kollóíð brotna niður. Ákjósanlegur sýrustig er örlítið breytilegt eftir gæðum vatnsins.

Vatnshiti: Hækkað hitastig eflir hitauppstreymi sameinda, flýtir fyrir hvarfhraða og stuðlar að betri flokkamyndun, sem getur lækkað R gildið á viðeigandi hátt.

Samlífa jónir í vatni: hörku (Ca²⁺, Mg²⁺) stuðlar að flokkun og getur lækkað R-gildið; á meðan lífrænt efni keppir við eða umlykur kollóíð, sem getur hugsanlega aukið R-gildið.

Upphafsstyrkur kísils: Hærri upphafsstyrkur getur leitt til meiri virkni í fjarlægingu á hverja einingu hvarfefnis (R-gildi getur hnignað í átt að neðri mörkum sviðsins).

Viðbragðsskilyrði: Blöndunarstyrkur, flokkunartími og þéttingartími hafa öll bein áhrif á áhrifin.

3. Gerðu bikarprófanir til að ákvarða ákjósanlegasta R og ákjósanlegasta pH

Taktu röð af hrávatnssýnum af sama rúmmáli.

Fyrsta sett af prófum (fast pH, breytilegur skammtur): Stilltu sýrustig allra vatnssýna að forstilltu gildi (td 7,0) og bættu við natríumaluminatlausnum við mismunandi halla (td skammtar reiknaðir samkvæmt R=5, 10, 15, 20...).

Annað sett af prófum (fastur skammtur, breytilegt pH): Veldu milliskammt og stilltu pH vatnssýnanna að mismunandi halla (td 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).

Framkvæma staðlaða hraða hræringu (blöndun), hæga hræringu (flokkun) og kyrrstöðu setmyndun á öllum vatnssýnum.

Taktu flotið og ákvarðaðu afgangsstyrk SiO2.

Teiknunarferlar: Teiknaðu „Skömmtun - afgangskísil“ ferilinn til að finna lágmarksskammtinn sem þarf til að ná markmiðinu [Si]ₜ. Teiknaðu „pH - kísilleifar“ ferilinn til að finna ákjósanlegasta sýrustigið til að fjarlægja sílikon.

Útreikningur á R-gildi: Byggt á kúrfunni „Skömmtun - afgangskísill“, finndu skammtinn C (mg/L NaAlO₂) sem samsvarar því að ná markmiðinu [Si]ₜ. Síðan, R=C/Δ[Si].

4. Raunveruleg skammtaútreikningur

Þegar R-gildi og ákjósanlegt pH-gildi sem hentar núverandi vatnsgæði eru ákvörðuð með tilraunum, verða útreikningar fyrir daglegan rekstur mjög einfaldir:

Fræðilegur skammtur (mg/L)=R × Δ[Si]

Þar sem Δ[Si] er reiknað út frá rauntíma vöktuðum kísilstyrk hrávatns og markgildi.

Útreikningar á basavirkni og aðlögun pH:

Natríumaluminat vatnsrof framleiðir NaOH sem eyðir sýrustigi (H⁺) í vatninu. Þetta þýðir að viðbótarsýra (eins og brennisteinssýra eða saltsýra) er venjulega nauðsynleg til að koma á stöðugleika pH innan ákjósanlegra marka.

Magn OH⁻ sem myndast við vatnsrof ≈ (skammtur (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmól/L)

Nauðsynlegt magn sýru (miðað við 98% H₂SO₄) má áætla sem: Sýruskammtur (mg/L) ≈ [áskilið OH⁻ (mmól/L) × 49]/0,98/η

(Þar sem 49 er mólmassi H₂SO₄, 0,98 er hreinleiki og η er skilvirknistuðullinn)

Athugið: Þetta er gróft mat. Raunverulegt magn sýru sem bætt er við verður að vera stjórnað með endurgjöf á pH-mæli á netinu og sýrudælutíðni stillt með PID-stýringu.

Álleifarútreikningur: Ekki fellur allt viðbætt ál út; sumar leifar í vatninu. Fylgjast þarf með álinnihaldi í frárennsli til að tryggja að það uppfylli gæðastaðla vatns (venjulega<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.