วิธีการคำนวณสำหรับการกำจัดซิลิคอนด้วยโซเดียมอะลูมิเนตในการบำบัดน้ำเสีย

การกำจัดซิลิคอนโซเดียมอะลูมิเนตเป็นกระบวนการตกตะกอน-ร่วมการดูดซับ-ทางเคมีโดยทั่วไป แกนการคำนวณของมันไม่ใช่ความสัมพันธ์ปริมาณสัมพันธ์แบบธรรมดา แต่เป็นวิธีทางวิศวกรรมที่อิงจากการทดลอง โดยอาศัยอัตราส่วนเชิงประจักษ์ และต้องมีการปรับเปลี่ยนที่ครอบคลุม

ไฮโดรไลซิส: โซเดียมอะลูมิเนต (NaAlO₂ หรือ NaAl(OH)₄) ไฮโดรไลซ์อย่างรวดเร็วเมื่อเติมน้ำ ทำให้เกิดอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์อสัณฐาน (Al(OH)₃) คอลลอยด์ที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่และความสามารถในการดูดซับที่แข็งแกร่ง

NaAlO₂ + 2H₂O → อัล(OH)₃↓ + NaOH

การดูดซับและการตกตะกอนร่วมกัน: คอลลอยด์อัล(OH)₃ ที่มีประจุบวกที่เกิดขึ้นจะทำให้ประจุของซิลิกาแอคทีฟที่มีประจุลบในน้ำเป็นกลาง (เช่น HSiO₃⁻, SiO₃²⁻ ซึ่งปกติจะแสดงเป็น SiO₂) ผ่านการดูดซับและทำให้เกิดภาวะเชิงซ้อน จะทำให้เกิดสารเชิงซ้อนอะลูมิโนซิลิเกตที่ไม่ละลายน้ำ หรือถูกกวาดเข้าไปในฟองและ-ตกตะกอนร่วม

Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (กระบวนการแผนผัง ไม่ใช่-สูตรปฏิกิริยามาตรฐาน)

กระบวนการนี้กำหนดว่าอัตราส่วนการใช้สารเคมี (อัตราส่วนน้ำหนักของโซเดียมอะลูมิเนตต่อซิลิกา) ไม่ใช่ค่าทางทฤษฎีคงที่ แต่เป็นช่วงเชิงประจักษ์ที่ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการ

การคำนวณทั้งหมดหมุนรอบอัตราส่วนเชิงประจักษ์แกนกลาง R:

R=ปริมาณโซเดียมอะลูมิเนต (มก./ลิตร NaAlO₂) / ปริมาณซิลิคอนที่จะดึงออก (มก./ลิตร SiO₂)

1. การกำหนดข้อมูลพื้นฐาน

ความเข้มข้นของซิลิคอนในน้ำดิบ [Si]₀: ความเข้มข้นของ SiO₂ ของตัวอย่างน้ำก่อนการบำบัด (มก./ลิตร)

ความเข้มข้นของซิลิคอนเป้าหมาย [Si]ₜ: ความเข้มข้นของ SiO₂ ที่ต้องการหลังการบำบัด (มก./ลิตร)

ปริมาณซิลิคอนที่จะเอาออก Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂)

2. อัตราส่วนเชิงประจักษ์ที่สำคัญ (R)

นี่เป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุดในการคำนวณและต้องได้รับการทดลอง

กรณีศึกษาการกำจัดฟลูออไรด์และซิลิคอน - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.

ช่วงทั่วไป: การปฏิบัติงานด้านวิศวกรรมที่ครอบคลุมแสดงให้เห็นว่าค่า R โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 8 ถึง 20 ซึ่งหมายความว่าทุกๆ 1 มก. ของ SiO₂ ที่เอาออก จะต้องเติมโซเดียมอะลูมิเนต 8 มก. ถึง 20 มก.

ทำไมต้องเป็นช่วง? เนื่องจากค่า R ได้รับผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญจากปัจจัยต่อไปนี้ และต้องพิจารณาผ่านการทดสอบบีกเกอร์:

ค่า pH: ช่วง pH ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการกำจัดซิลิกาจะแคบมาก โดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 6.5 ถึง 7.5 (มีความเป็นกรดอ่อนถึงเป็นกลาง) หากค่า pH ต่ำเกินไป (<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 จะละลายเป็น AlO₂⁻ ทำให้คอลลอยด์แตกตัว จุด pH ที่เหมาะสมจะแตกต่างกันไปเล็กน้อยขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำ

อุณหภูมิของน้ำ: อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะทำให้การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลเข้มข้นขึ้น เร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยา และส่งเสริมการก่อตัวของตะกอนที่ดีขึ้น ซึ่งสามารถลดค่า R ได้อย่างเหมาะสม

ไอออนที่อยู่ร่วมกันในน้ำ: ความกระด้าง (Ca²⁺, Mg²⁺) ส่งเสริมการจับตัวเป็นก้อนและอาจลดค่า R; ในขณะที่สารอินทรีย์แข่งขันกับหรือห่อหุ้มคอลลอยด์ ซึ่งอาจเพิ่มค่า R ได้

ความเข้มข้นของซิลิกาเริ่มต้น: ความเข้มข้นเริ่มต้นที่สูงขึ้นอาจส่งผลให้ประสิทธิภาพในการกำจัดต่อหน่วยรีเอเจนต์สูงขึ้น (ค่า R อาจมีแนวโน้มไปสู่ขีดจำกัดล่างของช่วง)

สภาวะของปฏิกิริยา: ความเข้มข้นของการผสม เวลาการจับตัวเป็นก้อน และเวลาตกตะกอน ล้วนส่งผลโดยตรงต่อผลกระทบ

3. ทำการทดสอบบีกเกอร์เพื่อหาค่า R ที่เหมาะสมและ pH ที่เหมาะสมที่สุด

เก็บตัวอย่างน้ำดิบที่มีปริมาตรเท่ากันจำนวนหนึ่ง

การทดสอบชุดแรก (pH คงที่ ปริมาณที่เปลี่ยนแปลงได้): ปรับ pH ของตัวอย่างน้ำทั้งหมดให้เป็นค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้า (เช่น 7.0) และเพิ่มสารละลายโซเดียมอะลูมิเนตที่ระดับความลาดชันต่างๆ (เช่น ปริมาณที่คำนวณตาม R=5, 10, 15, 20...)

การทดสอบชุดที่สอง (ปริมาณคงที่ ค่า pH แปรผัน): เลือกขนาดยาระดับกลางและปรับ pH ของตัวอย่างน้ำให้มีระดับความลาดชันที่แตกต่างกัน (เช่น 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0)

ดำเนินการกวนอย่างรวดเร็วตามมาตรฐานมาตรฐาน (ผสม) กวนช้า (จับตัวเป็นก้อน) และตกตะกอนแบบคงที่บนตัวอย่างน้ำทั้งหมด

นำส่วนลอยเหนือตะกอนและหาความเข้มข้นของ SiO₂ ที่ตกค้าง

กราฟแสดงกราฟ: กราฟกราฟ "ปริมาณ - ซิลิคอนที่เหลือ" เพื่อค้นหาปริมาณขั้นต่ำที่จำเป็นเพื่อให้บรรลุเป้าหมาย [Si]ₜ วาดเส้นโค้ง "pH - ซิลิคอนตกค้าง" เพื่อค้นหาจุด pH ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการกำจัดซิลิคอน

การคำนวณค่า R: ตามกราฟ "ปริมาณ - ซิลิคอนตกค้าง" ให้ค้นหาขนาดยา C (มก./ลิตร NaAlO₂) ที่สอดคล้องกับการบรรลุเป้าหมาย [Si]ₜ จากนั้น R=C/Δ[Si]

4. การคำนวณปริมาณตามจริง

เมื่อค่า R และค่า pH ที่เหมาะสมที่สุดซึ่งเหมาะสมกับคุณภาพน้ำในปัจจุบันถูกกำหนดโดยการทดลองแล้ว การคำนวณการทำงานในแต่ละวันจะง่ายดายมาก:

ปริมาณตามทฤษฎี (มก./ลิตร)=R × Δ[Si]

โดยที่ Δ[Si] คำนวณตามความเข้มข้นของซิลิคอนน้ำดิบที่ตรวจสอบ-ตามเวลาจริงและค่าเป้าหมาย

การคำนวณการใช้ความเป็นด่างและการปรับ pH:

การไฮโดรไลซิสของโซเดียมอะลูมิเนตทำให้เกิด NaOH โดยใช้ความเป็นกรด (H⁺) ในน้ำ ซึ่งหมายความว่าโดยปกติจะต้องใช้กรดเพิ่มเติม (เช่น กรดซัลฟูริกหรือกรดไฮโดรคลอริก) เพื่อทำให้ค่า pH คงที่ภายในช่วงที่เหมาะสมที่สุด

ปริมาณของ OH⁻ ที่เกิดจากไฮโดรไลซิส data (ปริมาณ (ปริมาณ (มก./ลิตร NaAlO₂)/82) * 1,000 (มิลลิโมล/ลิตร)

ปริมาณกรดที่ต้องการ (ขึ้นอยู่กับ 98% H₂SO₄) สามารถประมาณได้ดังนี้: ปริมาณกรด (มก./ลิตร) ความเข้มข้น [ที่ต้องการ OH⁻ (มิลลิโมล/ลิตร) × 49]/0.98/η

(โดยที่ 49 คือมวลโมลาร์ของ H₂SO₄, 0.98 คือความบริสุทธิ์ และ η คือสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ)

หมายเหตุ: นี่เป็นการประมาณการคร่าวๆ ปริมาณกรดที่เติมตามจริงต้องได้รับการควบคุมโดยฟีดแบ็กของมิเตอร์ pH ออนไลน์ และความถี่ของปั๊มกรดที่ปรับผ่านการควบคุม PID

การคำนวณสารตกค้างของอะลูมิเนียม: อะลูมิเนียมที่เติมเข้าไปนั้นไม่ได้ตกตะกอนทั้งหมด บางส่วนยังคงอยู่ในน้ำ ปริมาณอะลูมิเนียมในน้ำทิ้งจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบเพื่อให้แน่ใจว่าเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพน้ำ (โดยปกติ<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.