Id-diżsilikonizzazzjoni ta' l-aluminat tas-sodju hija proċess ta' kopreċipitazzjoni ta' koagulazzjoni{0}}kimika tipika. Il-kalkolu ewlieni tiegħu mhuwiex relazzjoni stojkjometrika sempliċi, iżda pjuttost metodu ta 'inġinerija bbażat fuq esperimenti, li jiddependu fuq proporzjonijiet empiriċi, u li jeħtieġu aġġustamenti komprensivi.
I. Mekkaniżmu ta' Desilikonizzazzjoni
Idroliżi: Aluminat tas-sodju (NaAlO₂ jew NaAl(OH)₄) idrolizza malajr maż-żieda ma 'l-ilma, u jiġġenera kollojdi ta' idrossidu ta 'l-aluminju amorfu (Al(OH)₃) b'erja tal-wiċċ speċifika kbira u kapaċità qawwija ta' adsorbiment.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Assorbiment u Kopreċipitazzjoni: Il-kollojdi Al(OH)₃ iċċarġjati b'mod pożittiv jinnewtralizzaw il-ħlas ta 'silikon attiv iċċarġjat b'mod negattiv fl-ilma (bħal HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, normalment rappreżentat bħala SiO₂), u permezz ta' adsorbiment u kumplessazzjoni, jiffurmaw aluminosilicate insolubbli għal kumplessi ta 'ko{0}sprecipitation jew flocsprecipitation.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (Proċess illustrattiv, formula ta' reazzjoni mhux-standard)
Dan il-proċess jiddetermina li l-proporzjon tal-konsum kimiku (proporzjon tal-piż ta 'aluminat tas-sodju għas-silika) mhuwiex valur teoretiku fiss, iżda firxa empirika influwenzata minn fatturi multipli.
II. Id-determinazzjoni tal-Proporzjon tal-Konsum Kimiku (Valur R)
Il-kalkolu kollu jdur madwar proporzjon empiriku ewlieni R:
R=Dożaġġ ta' aluminat tas-sodju (mg/L NaAlO₂) / Ammont ta' silika li trid titneħħa (mg/L SiO₂)
1. Determinazzjoni tad-Dejta Bażika
Konċentrazzjoni tas-silika tal-ilma mhux ipproċessat [Si]₀: konċentrazzjoni SiO₂ tal-kampjun tal-ilma qabel it-trattament (mg/L).
Konċentrazzjoni ta 'silika fil-mira [Si]ₜ: Konċentrazzjoni ta' SiO₂ meħtieġa wara t-trattament (mg/L).
Ammont ta' silikon li għandu jitneħħa Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Proporzjon Empiriku Kritiku (R)
Dan huwa l-aktar parametru kritiku għall-kalkolu u għandu jinkiseb b'mod sperimentali.
Firxa tipika: Prattika estensiva tal-inġinerija turi li l-valur R huwa ġeneralment bejn 8 u 20. Jiġifieri, għal kull 1 mg ta 'SiO₂ imneħħija, jeħtieġ li jiżdiedu 8 mg sa 20 mg ta' aluminat tas-sodju.
Għaliex firxa? Minħabba li l-valur R huwa affettwat b'mod sinifikanti mill-fatturi li ġejjin u għandu jiġi determinat permezz ta' testijiet tal-beaker:
Valur tal-pH: It-tieqa tal-pH ottimali għat-tneħħija tas-silikon hija dejqa ħafna, ġeneralment bejn 6.5 u 7.5 (dgħajjef aċiduż għal newtrali). Jekk il-pH huwa baxx wisq (<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 jinħall f'AlO₂⁻, u l-kollojdi jiddiżintegraw. Il-punt tal-pH ottimali jvarja kemmxejn skont il-kwalità tal-ilma. Temperatura tal-ilma: Żieda fit-temperatura tintensifika l-moviment termali molekulari, taċċellera r-rata ta 'reazzjoni, u tippromwovi formazzjoni aħjar tal-flokk, potenzjalment tnaqqas il-valur R.
Ijoni koeżistenti fl-ilma: L-ebusija (Ca²⁺, Mg²⁺) tippromwovi l-flokulazzjoni u tista 'tbaxxi l-valur R; madankollu, il-materja organika tikkompeti ma' jew tinkapsula kollojdi, potenzjalment iżid il-valur R.
Konċentrazzjoni inizjali tas-silika: Konċentrazzjonijiet inizjali ogħla jistgħu jirriżultaw f'effiċjenza ogħla ta' tneħħija għal kull unità ta' reaġent (il-valur R jista' jkollu tendenza lejn il-limitu l-aktar baxx tal-medda).
Kundizzjonijiet ta 'reazzjoni: L-intensità tat-taħlit, il-ħin tal-flokulazzjoni u l-ħin tas-saldu kollha jaffettwaw direttament l-effett.
3. Wettaq testijiet tal-beaker biex tiddetermina l-aħjar R u l-aħjar pH. Ħu serje ta 'kampjuni ta' ilma mhux ipproċessat ta 'volum ugwali.
L-ewwel sett ta’ testijiet (pH fiss, dożaġġ varjabbli): Aġġusta l-pH tal-kampjuni kollha tal-ilma għal valur issettjat minn qabel (eż., 7.0), u żid soluzzjonijiet ta’ aluminat tas-sodju ta’ gradjenti differenti (eż., dożaġġi kkalkulati skont R=5, 10, 15, 20...). It-tieni sett ta 'esperimenti (dożaġġ fiss, pH varjabbli): Intgħażel dożaġġ intermedju speċifiku, u l-pH tal-kampjuni tal-ilma ġie aġġustat għal gradjenti differenti (eż., 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0).
Il-kampjuni kollha tal-ilma għaddew minn tħawwid rapidu standardizzat (taħlit), tħawwad bil-mod (flokulazzjoni), u s-setiljar.
Il-konċentrazzjoni residwa ta' SiO₂ kienet imkejla fis-supernatant.
Tpinġija tal-kurva: Tpinġiet kurva ta' "dożaġġ-silikon residwu" biex jinstab id-dożaġġ minimu meħtieġ biex tinkiseb il-mira [Si]ₜ. Tpinġiet kurva ta' "pH-silikon residwu" biex jinstab l-aħjar punt ta' pH għat-tneħħija tas-silikon.
Kalkolu tal-valur R-: Ibbażat fuq il-kurva tad-"dożaġġ-silikon residwu", instabet id-dożaġġ C (mg/L NaAlO₂) li jikkorrispondi għall-kisba tal-mira [Si]ₜ. Għalhekk, R=C/Δ[Si]. 4. Kalkolu tad-Dożaġġ Attwali
Ladarba l-valur R u l-valur tal-pH ottimali adattati għall-kwalità attwali tal-ilma jiġu determinati permezz ta 'esperimenti, il-kalkoli tal-operat ta' kuljum isiru sempliċi ħafna:
Dożaġġ Teoretiku (mg/L)=R × Δ[Si]
Fejn, Δ[Si] huwa kkalkulat abbażi tal-konċentrazzjoni tas-silika mmonitorjata fil--ħin reali fl-ilma mhux ipproċessat u l-valur fil-mira.
III. Kalkoli Awżiljarji u Aġġustamenti Operattivi
1. Kalkoli tal-Konsum tal-Alkalinità u tal-Aġġustament tal-pH:
L-idroliżi tal-aluminat tas-sodju tipproduċi NaOH, li tikkonsma l-aċidità (H⁺) fl-ilma. Dan ifisser li aċidu addizzjonali (bħal aċidu sulfuriku jew aċidu idrokloriku) huwa ġeneralment meħtieġ biex jistabbilizza l-pH fil-medda ottimali.
L-ammont ta 'OH⁻ prodott mill-idrolisi ≈ (dożaġġ (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
L-ammont meħtieġ ta' aċidu li għandu jiżdied (ibbażat fuq 98% H₂SO₄) jista' jiġi stmat bħala: Żieda ta' aċidu (mg/L) ≈ [meħtieġ OH⁻ (mmol/L) × 49]/0.98/η
(Fejn 49 hija l-massa molari ta 'H₂SO₄, 0.98 hija l-purità, u η hija l-koeffiċjent ta' effiċjenza)
Nota: Din hija stima approssimattiva. L-ammont attwali ta 'aċidu miżjud għandu jiġi kkontrollat minn feedback ta' miter tal-pH onlajn u l-frekwenza tal-pompa ta 'l-aċidu aġġustata mill-kontroll PID.
Kalkolu tar-residwu tal-aluminju: Mhux il-preċipitati kollha tal-aluminju miżjud; xi wħud se jibqgħu fl-ilma. Il-kontenut tal-aluminju fl-effluwent jeħtieġ li jiġi mmonitorjat biex jiġi żgurat li jissodisfa l-istandards tal-kwalità tal-ilma (ġeneralment<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.