روش محاسبه برای حذف سیلیکون آلومینات سدیم در تصفیه فاضلاب

سیلیکون زدایی آلومینات سدیم یک فرآیند انعقاد شیمیایی معمولی-رسوب همزمان جذب است. محاسبات اصلی آن یک رابطه استوکیومتری ساده نیست، بلکه یک روش مهندسی مبتنی بر آزمایش‌ها، با تکیه بر نسبت‌های تجربی و نیاز به تنظیمات جامع است.

هیدرولیز: آلومینات سدیم (NaAlO2 یا NaAl(OH)4) پس از افزودن به آب، به سرعت هیدرولیز می شود و کلوئیدهای هیدروکسید آلومینیوم آمورف (Al(OH)3) با سطح ویژه بزرگ و ظرفیت جذب قوی تولید می کند.

NaAlO2 + 2H2O → Al(OH)₃↓ + NaOH
جذب و رسوب همزمان: کلوئیدهای با بار مثبت Al(OH)3 بار سیلیکون فعال با بار منفی در آب را خنثی می کنند (مانند HSiO3-، SiO32-، که معمولاً به صورت SiO2 نشان داده می شوند)، و از طریق جذب و کمپلکس، کمپلکس های نامحلول را برای آلومینوس ها تشکیل می دهند. هم{0}}بارندگی.

Al(OH)3 + x HSiO3- → Al(OH)₃·(SiO2)ₓ (فرآیند گویا، فرمول واکنش غیر{1})
این فرآیند تعیین می کند که نسبت مصرف شیمیایی (نسبت وزن آلومینات سدیم به سیلیس) یک مقدار تئوری ثابت نیست، بلکه یک محدوده تجربی است که تحت تأثیر عوامل متعدد قرار می گیرد.

کل محاسبه حول یک نسبت تجربی اصلی R می چرخد:

R=دوز آلومینات سدیم (mg/L NaAlO2) / مقدار سیلیسی که باید حذف شود (mg/L SiO2)

1. تعیین داده های اساسی

غلظت سیلیس آب خام [Si]0: غلظت SiO2 نمونه آب قبل از تصفیه (mg/L).

غلظت سیلیس هدف [Si] 2: غلظت SiO2 مورد نیاز پس از درمان (mg/L).

مقدار سیلیکونی که باید حذف شود Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO2).

2. نسبت تجربی بحرانی (R)

این مهم ترین پارامتر برای محاسبه است و باید به صورت تجربی به دست آید.

محدوده معمولی: تمرین مهندسی گسترده نشان می دهد که مقدار R معمولاً بین 8 تا 20 است. یعنی به ازای هر 1 میلی گرم SiO2 حذف شده، 8 تا 20 میلی گرم آلومینات سدیم باید اضافه شود.

چرا محدوده؟ زیرا مقدار R به طور قابل توجهی تحت تأثیر عوامل زیر است و باید از طریق آزمایش های لیوان تعیین شود:

مقدار pH: پنجره pH بهینه برای حذف سیلیکون بسیار باریک است، معمولا بین 6.5 تا 7.5 (ضعیف اسیدی تا خنثی). اگر PH خیلی پایین باشد (<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 به AlO2- حل می شود و کلوئیدها متلاشی می شوند. نقطه pH بهینه بسته به کیفیت آب کمی متفاوت است. دمای آب: افزایش دما حرکت حرارتی مولکولی را تشدید می‌کند، سرعت واکنش را تسریع می‌کند و تشکیل لخته بهتر را ترویج می‌کند و به طور بالقوه مقدار R را کاهش می‌دهد.

یون های همزیست در آب: سختی (Ca2+, Mg2+) باعث لخته شدن می شود و ممکن است مقدار R را کاهش دهد. با این حال، مواد آلی با کلوئیدها رقابت می‌کند یا آن را محصور می‌کند و به طور بالقوه مقدار R را افزایش می‌دهد.

غلظت اولیه سیلیس: غلظت های اولیه بالاتر ممکن است منجر به راندمان حذف بالاتر در هر واحد معرف شود (مقدار R ممکن است به سمت حد پایین تر از محدوده متمایل شود).

شرایط واکنش: شدت اختلاط، زمان لخته سازی و زمان ته نشینی همگی مستقیماً بر اثر تأثیر می گذارند.

3. برای تعیین R بهینه و pH بهینه، آزمایش های بشر را انجام دهید. یک سری نمونه آب خام با حجم مساوی بردارید.

مجموعه اول آزمایش ها (PH ثابت، دوز متغیر): pH تمام نمونه های آب را به مقدار از پیش تعیین شده (مثلاً 7.0) تنظیم کنید و محلول های آلومینات سدیم را با گرادیان های مختلف اضافه کنید (مثلاً دوزهای محاسبه شده بر اساس R=5، 10، 15، 20...). مجموعه دوم آزمایش ها (دوز ثابت، pH متغیر): یک دوز متوسط ​​خاص انتخاب شد و pH نمونه های آب با گرادیان های مختلف تنظیم شد (به عنوان مثال، 6.0، 6.5، 7.0، 7.5، 8.0).

همه نمونه‌های آب تحت هم‌زدن سریع استاندارد (اختلاط)، هم زدن آهسته (لخته‌سازی)، و ته‌نشینی قرار گرفتند.

غلظت SiO2 باقی مانده در مایع رویی اندازه گیری شد.

رسم منحنی: منحنی "دوز-سیلیکون باقیمانده" برای یافتن حداقل دوز مورد نیاز برای دستیابی به هدف [Si]ₜ ترسیم شد. منحنی "pH{2}}سیلیکون باقیمانده" برای یافتن نقطه pH بهینه برای حذف سیلیکون ترسیم شد.

محاسبه مقدار R-: بر اساس منحنی "دوز-سیلیکون باقیمانده"، دوز C (mg/L NaAlO2) مربوط به دستیابی به هدف [Si]ₜ پیدا شد. بنابراین، R=C/Δ[Si]. 4. محاسبه دوز واقعی

هنگامی که مقدار R و مقدار pH بهینه مناسب برای کیفیت آب فعلی از طریق آزمایشات تعیین شد، محاسبات عملیات روزانه بسیار ساده می شود:

دوز نظری (mg/L)=R × Δ[Si]

جایی که، Δ[Si] بر اساس-غلظت سیلیس نظارت شده در زمان واقعی در آب خام و مقدار هدف محاسبه می‌شود.

1. محاسبه مصرف قلیایی و تنظیم pH:

هیدرولیز سدیم آلومینات NaOH تولید می کند و اسیدیته (H+) آب را مصرف می کند. این بدان معنی است که اسید اضافی (مانند اسید سولفوریک یا اسید کلریدریک) معمولاً برای تثبیت pH در محدوده بهینه مورد نیاز است.

مقدار OH- تولید شده توسط هیدرولیز ≈ (دوز (mg/L NaAlO2)/82) * 1000 (mmol/L)
مقدار اسید مورد نیاز برای افزودن (بر اساس 98٪ H2SO4) را می توان به صورت زیر تخمین زد: افزودن اسید (mg/L) ≈ [OH- مورد نیاز (mmol/L) × 49]/0.98/η

(در جایی که 49 جرم مولی H2SO4 است، 0.98 خلوص و η ضریب کارایی است)

توجه: این یک تخمین تقریبی است. مقدار واقعی اسید اضافه شده باید توسط یک فیدبک PH متر آنلاین کنترل شود و فرکانس پمپ اسید توسط کنترل PID تنظیم شود.

محاسبه باقی مانده آلومینیوم: همه رسوبات آلومینیوم اضافه شده نیست. برخی در آب خواهند ماند. محتوای آلومینیوم در پساب باید نظارت شود تا اطمینان حاصل شود که استانداردهای کیفیت آب را برآورده می کند (معمولا<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.