Het verwijderen van natriumaluminaatsilicium is een typisch chemisch coagulatie--adsorptie-co-precipitatieproces. De kern van de berekening is niet een eenvoudige stoichiometrische relatie, maar eerder een technische methode die gebaseerd is op experimenten, zich baseert op empirische verhoudingen en uitgebreide aanpassingen vereist.
I. Mechanisme voor het verwijderen van silicium
Hydrolyse: Natriumaluminaat (NaAlO₂ of NaAl(OH)₄) hydrolyseert snel na toevoeging aan water, waardoor amorfe aluminiumhydroxide (Al(OH)₃) colloïden ontstaan met een enorm specifiek oppervlak en een sterk adsorptievermogen.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorptie en coprecipitatie: Het gevormde positief geladen Al(OH)3-colloïde neutraliseert de lading van negatief geladen actieve silica in water (zoals HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, meestal weergegeven als SiO₂). Door adsorptie en complexering vormt het onoplosbare aluminosilicaatcomplexen of wordt het in de vlok opgenomen en mede-precipiteert.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (Schematisch proces, niet-standaard reactieformule)
Dit proces bepaalt dat de chemische consumptieverhouding (gewichtsverhouding van natriumaluminaat tot silica) geen vaste theoretische waarde is, maar eerder een empirisch bereik dat wordt beïnvloed door meerdere factoren.
II. Bepaling van de chemische verbruiksratio (R-waarde)
De hele berekening draait om een empirische kernverhouding, R:
R=Dosering natriumaluminaat (mg/l NaAlO₂) / hoeveelheid te verwijderen silicium (mg/l SiO₂)
1. Basisgegevens bepalen
Siliciumconcentratie in ruw water [Si]₀: De SiO₂-concentratie van het watermonster vóór behandeling (mg/L).
Doel-siliciumconcentratie [Si]ₜ: De vereiste SiO₂-concentratie na behandeling (mg/L).
Hoeveelheid te verwijderen silicium Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Belangrijkste empirische ratio (R)
Dit is de meest kritische parameter in de berekening en moet experimenteel worden verkregen.
Casestudy verwijdering van fluoride en silicium - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
Typisch bereik: Uit uitgebreide technische praktijk blijkt dat de R-waarde doorgaans tussen 8 en 20 ligt. Dit betekent dat voor elke 1 mg verwijderde SiO₂ 8 mg tot 20 mg natriumaluminaat moet worden toegevoegd.
Waarom een bereik? Omdat de R-waarde aanzienlijk wordt beïnvloed door de volgende factoren en moet worden bepaald door middel van bekerproeven:
pH-waarde: Het optimale pH-venster voor het verwijderen van silica is erg smal, doorgaans tussen 6,5 en 7,5 (zwak zuur tot neutraal). Als de pH te laag is (<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 lost op in AlO₂⁻, waardoor de colloïden worden afgebroken. Het optimale pH-punt varieert enigszins, afhankelijk van de waterkwaliteit.
Watertemperatuur: Een verhoogde temperatuur intensiveert de moleculaire thermische beweging, versnelt de reactiesnelheid en bevordert een betere vlokvorming, waardoor de R-waarde op passende wijze kan worden verlaagd.
Naast elkaar bestaande ionen in water: hardheid (Ca²⁺, Mg²⁺) bevordert de uitvlokking en kan de R-waarde verlagen; terwijl organisch materiaal concurreert met colloïden of deze inkapselt, waardoor de R-waarde mogelijk toeneemt.
Initiële silicaconcentratie: Hogere initiële concentraties kunnen resulteren in een hogere verwijderingsefficiëntie per eenheid reagens (R-waarde kan neigen naar de ondergrens van het bereik).
Reactieomstandigheden: Mengintensiteit, uitvloktijd en bezinkingstijd hebben allemaal een directe invloed op het effect.
3. Voer bekertests uit om de optimale R en optimale pH te bepalen
Neem een reeks ruwwatermonsters van hetzelfde volume.
Eerste reeks tests (vaste pH, variabele dosering): Pas de pH van alle watermonsters aan op een vooraf ingestelde waarde (bijv. 7,0) en voeg natriumaluminaatoplossingen toe met verschillende gradiënten (bijv. doseringen berekend volgens R=5, 10, 15, 20...).
Tweede reeks tests (vaste dosering, variabele pH): Selecteer een tussendosering en pas de pH van de watermonsters aan op verschillende gradiënten (bijv. 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Voer gestandaardiseerd snel roeren (mengen), langzaam roeren (flocculatie) en statische sedimentatie uit op alle watermonsters.
Neem het supernatant af en bepaal de resterende SiO₂-concentratie.
Curven uitzetten: Teken de curve 'Dosering - resterend silicium' om de minimale dosering te vinden die nodig is om de doelstelling [Si]ₜ te bereiken. Teken de curve 'pH - resterend silicium' om het optimale pH-punt voor de verwijdering van silicium te vinden.
R-waarde berekenen: Zoek op basis van de curve 'Dosering - Residueel Silicium' de dosering C (mg/L NaAlO₂) die overeenkomt met het bereiken van de doelstelling [Si]ₜ. Dan geldt R=C/Δ[Si].
4. Berekening van de werkelijke dosering
Zodra de R-waarde en de optimale pH-waarde die geschikt is voor de huidige waterkwaliteit proefondervindelijk zijn bepaald, worden de berekeningen voor de dagelijkse werking heel eenvoudig:
Theoretische dosering (mg/l)=R × Δ[Si]
Waarbij Δ[Si] wordt berekend op basis van de real-gemonitorde siliciumconcentratie in ruw water en de doelwaarde.
III. Hulpberekeningen en operationele aanpassingen
Berekeningen van het alkaliteitsverbruik en de pH-aanpassing:
Natriumaluminaathydrolyse produceert NaOH, waarbij de zuurgraad (H⁺) in het water wordt verbruikt. Dit betekent dat er meestal extra zuur (zoals zwavelzuur of zoutzuur) nodig is om de pH binnen het optimale bereik te stabiliseren.
De hoeveelheid OH⁻ geproduceerd door hydrolyse ≈ (dosering (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
De benodigde hoeveelheid zuur (op basis van 98% H₂SO₄) kan worden geschat als: Zuurdosering (mg/L) ≈ [vereiste OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Waarbij 49 de molaire massa van H₂SO₄ is, 0,98 de zuiverheid en η de efficiëntiecoëfficiënt)
Let op: Dit is een ruwe schatting. De werkelijke hoeveelheid toegevoegd zuur moet worden gecontroleerd door een online pH-meterfeedback en de zuurpompfrequentie moet worden aangepast via PID-regeling.
Berekening aluminiumresidu: Niet alle toegevoegde aluminium slaat neer; een deel blijft in het water achter. Het aluminiumgehalte in het effluent moet worden gecontroleerd om ervoor te zorgen dat het voldoet aan de waterkwaliteitsnormen (meestal).<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.
