L'eliminació de silici d'aluminat de sodi és un procés típic de coagulació química{0}}adsorció co-precipitació. El seu nucli de càlcul no és una simple relació estequiomètrica, sinó més aviat un mètode d'enginyeria basat en experiments, basant-se en proporcions empíriques i que requereix ajustaments exhaustius.
I. Mecanisme d'eliminació de silici
Hidròlisi: l'aluminat de sodi (NaAlO₂ o NaAl(OH)₄) s'hidrolitza ràpidament en afegir-hi aigua, generant col·loides d'hidròxid d'alumini amorf (Al(OH)₃) amb una gran superfície específica i una forta capacitat d'adsorció.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorció i coprecipitació: el col·loide Al(OH)₃ carregat positivament format neutralitza la càrrega de sílice activa amb càrrega negativa a l'aigua (com HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, normalment representat com SiO₂). Mitjançant l'adsorció i la complexació, forma complexos d'aluminosilicats insolubles o és arrossegat al floc i co-precipita.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (Procés esquemàtic, fórmula de reacció no -estàndard)
Aquest procés determina que la relació de consum químic (proporció de pes d'aluminat de sodi a sílice) no és un valor teòric fix, sinó més aviat un rang empíric influenciat per múltiples factors.
II. Determinació de la relació de consum de productes químics (valor R)
Tot el càlcul gira al voltant d'una relació empírica bàsica, R:
R=Dosi d'aluminat de sodi (mg/L NaAlO₂) / Quantitat de silici a eliminar (mg/L SiO₂)
1. Determinació de les dades bàsiques
Concentració de silici d'aigua bruta [Si]₀: la concentració de SiO₂ de la mostra d'aigua abans del tractament (mg/L).
Concentració de silici objectiu [Si]ₜ: la concentració de SiO₂ necessària després del tractament (mg/L).
Quantitat de silici a eliminar Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Raó empírica clau (R)
Aquest és el paràmetre més crític en el càlcul i s'ha d'obtenir experimentalment.
Cas pràctic d'eliminació de fluorur i silici - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
Interval típic: una àmplia pràctica d'enginyeria mostra que el valor R normalment està entre 8 i 20. Això vol dir que per cada 1 mg de SiO₂ eliminat, cal afegir 8 mg a 20 mg d'aluminat de sodi.
Per què un rang? Com que el valor R es veu afectat significativament pels factors següents i s'ha de determinar mitjançant proves de vas de precipitats:
Valor de pH: la finestra de pH òptima per a l'eliminació de sílice és molt estreta, normalment entre 6,5 i 7,5 (de poc àcid a neutre). Si el pH és massa baix (<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 es dissol en AlO₂⁻, provocant la descomposició dels col·loides. El punt de pH òptim varia lleugerament en funció de la qualitat de l'aigua.
Temperatura de l'aigua: l'augment de la temperatura intensifica el moviment tèrmic molecular, accelera la velocitat de reacció i promou una millor formació de flocs, que pot reduir adequadament el valor R.
Ions coexistents a l'aigua: la duresa (Ca²⁺, Mg²⁺) afavoreix la floculació i pot baixar el valor R; mentre que la matèria orgànica competeix o encapsula els col·loides, augmentant potencialment el valor R.
Concentració inicial de sílice: concentracions inicials més altes poden donar lloc a una major eficiència d'eliminació per unitat de reactiu (el valor R pot tendir cap al límit inferior de l'interval).
Condicions de reacció: la intensitat de la mescla, el temps de floculació i el temps de sedimentació afecten directament l'efecte.
3. Realitzar proves de vas de precipitats per determinar l'R òptim i el pH òptim
Preneu una sèrie de mostres d'aigua bruta del mateix volum.
Primer conjunt de proves (pH fix, dosificació variable): ajusteu el pH de totes les mostres d'aigua a un valor preestablert (per exemple, 7,0) i afegiu solucions d'aluminat sòdic a diferents gradients (p. ex., dosis calculades segons R=5, 10, 15, 20...).
Segon conjunt de proves (dosi fixa, pH variable): seleccioneu una dosi intermèdia i ajusteu el pH de les mostres d'aigua a diferents gradients (per exemple, 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Realitzeu una agitació ràpida estandarditzada (mescla), una agitació lenta (floculació) i una sedimentació estàtica en totes les mostres d'aigua.
Agafeu el sobrenedant i determineu la concentració de SiO₂ residual.
Traçar corbes: traceu la corba "Dosi - silici residual" per trobar la dosi mínima necessària per aconseguir l'objectiu [Si]ₜ. Traceu la corba "pH - silici residual" per trobar el punt de pH òptim per a l'eliminació de silici.
Càlcul del valor R: a partir de la corba "Dosi - silici residual", trobeu la dosi C (mg/L NaAlO₂) corresponent a l'assoliment de l'objectiu [Si]ₜ. Aleshores, R=C/Δ[Si].
4. Càlcul de la dosi real
Un cop determinats mitjançant experiments el valor R i el valor de pH òptim adequat per a la qualitat actual de l'aigua, els càlculs per al funcionament diari es fan molt senzills:
Dosi teòrica (mg/L)=R × Δ[Si]
On, Δ[Si] es calcula a partir de la concentració de silici d'aigua bruta{0}}controlada en temps real i del valor objectiu.
III. Càlculs auxiliars i ajustos operatius
Càlculs de consum d'alcalinitat i ajust de pH:
La hidròlisi de l'aluminat de sodi produeix NaOH, consumint l'acidesa (H⁺) de l'aigua. Això significa que normalment es requereix àcid addicional (com l'àcid sulfúric o l'àcid clorhídric) per estabilitzar el pH dins del rang òptim.
La quantitat d'OH⁻ produïda per hidròlisi ≈ (dosi (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
La quantitat necessària d'àcid (basada en un 98% de H₂SO₄) es pot estimar com: Dosi d'àcid (mg/L) ≈ [OH⁻ requerit (mmol/L) × 49]/0,98/η
(On 49 és la massa molar de H₂SO₄, 0,98 és la puresa i η és el coeficient d'eficiència)
Nota: aquesta és una estimació aproximada. La quantitat real d'àcid afegit s'ha de controlar mitjançant un mesurador de pH en línia i la freqüència de la bomba d'àcid s'ha d'ajustar mitjançant el control PID.
Càlcul de residus d'alumini: No tots els precipitats d'alumini afegits; algunes restes a l'aigua. S'ha de controlar el contingut d'alumini de l'efluent per assegurar-se que compleix els estàndards de qualitat de l'aigua (normalment<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.