Útreikningsaðferð til að fjarlægja kísil úr natríumaluminati í skólphreinsun

Natríumaluminat kísilhreinsun er dæmigert efnastorknunarferli-aðsogssamútfellingar. Kjarnaútreikningur 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 stórt tiltekið yfirborð og sterka frásogsgetu.

NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Aðsog og samútfelling: Jákvætt hlaðnir Al(OH)₃ kvoða hlutleysa hleðslu neikvætt hlaðins virks kísils í vatninu (eins og HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, venjulega táknað sem SiO₂), og með frásog og fléttumyndun myndast óleysanleg flókin eða álsílíkatfléttur. sam-úrkoma.

Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (Lýsingarferli, ó-stöðluð hvarfformúla)
Þetta ferli ákvarðar að efnanotkunarhlutfallið (þyngdarhlutfall natríumaluminats og kísils) er ekki fast fræðilegt gildi, heldur reynslusvið sem hefur áhrif á marga þætti.

Allur útreikningurinn snýst um kjarna reynsluhlutfall R:

R=Natríumaluminat skammtur (mg/L NaAlO₂) / Magn kísils 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. Critical Empirical Ratio (R)

Þetta er mikilvægasta færibreytan fyrir útreikninga og verður að fást með tilraunum.

Dæmigert svið: Mikil verkfræðiæfing sýnir að R-gildið er venjulega á milli 8 og 20. Það er, 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 sílikon 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⁻ og kvoðuefnin sundrast. Ákjósanlegur sýrustig er örlítið breytilegt eftir gæðum vatnsins. Vatnshiti: Hækkað hitastig eflir hitauppstreymi sameinda, flýtir fyrir hvarfhraða og stuðlar að betri flokkamyndun, sem hugsanlega lækkar R-gildið.

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

Upphafsstyrkur kísils: Hærri upphafsstyrkur getur leitt til meiri skilvirkni í fjarlægingu á hverja einingu hvarfefnis (R-gildið getur haft tilhneigingu 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 sýrustig, breytilegur skammtur): Stilltu sýrustig allra vatnssýna að forstilltu gildi (td 7,0) og bættu við natríumaluminatlausnum með mismunandi halla (td skammtastærðir reiknaðir samkvæmt R=5, 10, 15, 20...). Annað sett af tilraunum (fastur skammtur, breytilegt pH): Sérstakur milliskammtur var valinn og pH vatnssýnanna var stillt að mismunandi halla (td 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).

Öll vatnssýnin gengust undir staðlaða hraða hræringu (blöndun), hæga hræringu (flokkun) og setjast.

Afgangsstyrkur SiO2 var mældur í flotinu.

Kúrfuteikning: Kúrfa fyrir „skammta-kísilleifar“ var teiknuð til að finna lágmarksskammtinn sem þarf til að ná markmiðinu [Si]ₜ. „pH-kísilleifar“ ferill var teiknaður til að finna ákjósanlegasta sýrustigið til að fjarlægja sílikon.

Útreikningur á R-gildi: Byggt á kúrfunni „skammta-kísilleifar“ fannst skammturinn C (mg/L NaAlO₂) sem samsvarar því að ná markmiðinu [Si]ₜ. Þess vegna, R=C/Δ[Si]. 4. Raunverulegur skammtaútreikningur

Þegar R-gildi og ákjósanlegt pH-gildi sem hentar núverandi vatnsgæði eru ákvörðuð með tilraunum, verða daglegir rekstrarútreikningar mjög einfaldir:

Fræðilegur skammtur (mg/L)=R × Δ[Si]

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

1. 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 sem á að bæta við (miðað við 98% H₂SO₄) má áætla sem: Sýruviðbót (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 pH-mælis á netinu og sýrudælutíðni stillt með PID-stýringu.

Álleifarútreikningur: Ekki fellur allt viðbætt ál út; sumir verða eftir í vatninu. Fylgjast þarf með álinnihaldi í frárennsli til að tryggja að það uppfylli gæðastaðla vatns (venjulega<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.