Sodyum alüminatın silikonsuzlaştırılması tipik bir kimyasal pıhtılaşma-adsorpsiyon birlikte çökeltme işlemidir. Temel hesaplaması basit bir stokiyometrik ilişki değil, deneylere dayalı, ampirik oranlara dayanan ve kapsamlı ayarlamalar gerektiren bir mühendislik yöntemidir.
I. Silikonsuzlaştırma Mekanizması
Hidroliz: Sodyum alüminat (NaAlO₂ veya NaAl(OH)₄), suya eklendiğinde hızla hidrolize olur ve geniş spesifik yüzey alanına ve güçlü adsorpsiyon kapasitesine sahip amorf alüminyum hidroksit (Al(OH)₃) kolloidleri üretir.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorpsiyon ve Birlikte Çöktürme: Pozitif yüklü Al(OH)₃ kolloidleri, sudaki negatif yüklü aktif silikonun yükünü nötralize eder (HSiO₃⁻, SiO₃²⁻ gibi, genellikle SiO₂ olarak temsil edilir) ve adsorpsiyon ve kompleksleştirme yoluyla çözünmeyen alüminosilikat kompleksleri oluşturur veya birlikte çökeltme için topaklara sürüklenir.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (Açıklayıcı işlem, standart olmayan- reaksiyon formülü)
Bu süreç, kimyasal tüketim oranının (sodyum alüminatın silikaya ağırlık oranı) sabit bir teorik değer olmadığını, birden fazla faktörden etkilenen ampirik bir aralık olduğunu belirler.
II. Kimyasal Tüketim Oranının (R Değeri) Belirlenmesi
Hesaplamanın tamamı temel ampirik oran R etrafında dönüyor:
R=Sodyum alüminat dozajı (mg/L NaAlO₂) / Kaldırılacak silika miktarı (mg/L SiO₂)
1. Temel Verilerin Belirlenmesi
Ham su silika konsantrasyonu [Si]₀: Arıtmadan önce su numunesinin SiO₂ konsantrasyonu (mg/L).
Hedef silika konsantrasyonu [Si]ₜ: İşlemden sonra gerekli SiO₂ konsantrasyonu (mg/L).
Kaldırılacak silikon miktarı Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Kritik Ampirik Oran (R)
Bu hesaplama için en kritik parametredir ve deneysel olarak elde edilmesi gerekir.
Tipik aralık: Kapsamlı mühendislik uygulamaları, R değerinin genellikle 8 ila 20 arasında olduğunu göstermektedir. Yani, uzaklaştırılan her 1 mg SiO₂ için 8 mg ila 20 mg sodyum alüminatın eklenmesi gerekir.
Neden bir aralık? Çünkü R değeri aşağıdaki faktörlerden önemli ölçüde etkilenir ve beher testleri yoluyla belirlenmesi gerekir:
pH değeri: Silikonun uzaklaştırılması için en uygun pH penceresi çok dardır; genellikle 6,5 ila 7,5 arasındadır (zayıf asidik ila nötr). PH çok düşükse (<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, AlO₂⁻'ya dönüşecek ve kolloidler parçalanacaktır. Optimum pH noktası suyun kalitesine bağlı olarak biraz değişir. Su sıcaklığı: Artan sıcaklık moleküler termal hareketi yoğunlaştırır, reaksiyon hızını hızlandırır ve daha iyi topak oluşumunu teşvik ederek potansiyel olarak R değerini düşürür.
Suda bir arada bulunan iyonlar: Sertlik (Ca²⁺, Mg²⁺) topaklanmayı teşvik eder ve R değerini düşürebilir; ancak organik madde kolloidlerle rekabet eder veya onları kapsüller, bu da potansiyel olarak R değerini artırır.
Başlangıç silika konsantrasyonu: Daha yüksek başlangıç konsantrasyonları, reaktif birimi başına daha yüksek giderme verimliliği ile sonuçlanabilir (R değeri, aralığın alt sınırına doğru yönelebilir).
Reaksiyon koşulları: Karıştırma yoğunluğu, topaklanma süresi ve çökelme süresinin tamamı etkiyi doğrudan etkiler.
3. Optimum R ve optimum pH'ı belirlemek için beher testleri yapın. Eşit hacimde bir dizi ham su numunesi alın.
İlk test grubu (sabit pH, değişken dozaj): Tüm su numunelerinin pH'ını önceden belirlenmiş bir değere (örneğin, 7,0) ayarlayın ve farklı gradyanlara sahip sodyum alüminat çözeltileri ekleyin (örneğin, R=5, 10, 15, 20...'ye göre hesaplanan dozajlar). İkinci deney seti (sabit dozaj, değişken pH): Spesifik bir ara dozaj seçildi ve su numunelerinin pH'ı farklı eğimlere (örneğin, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0) ayarlandı.
Tüm su numunelerine standartlaştırılmış hızlı karıştırma (karıştırma), yavaş karıştırma (topaklama) ve çökeltme uygulandı.
Artık SiO₂ konsantrasyonu süpernatanda ölçüldü.
Eğri grafiği: Hedef [Si]ₜ'ye ulaşmak için gereken minimum dozajı bulmak amacıyla bir "dozaj-artık silikon" eğrisi çizildi. Silikonun çıkarılması için en uygun pH noktasını bulmak amacıyla bir "pH-artık silikon" eğrisi çizildi.
R-değer hesaplaması: "dozaj-artık silikon" eğrisine dayanarak, [Si]ₜ hedefine ulaşmaya karşılık gelen C dozajı (mg/L NaAlO₂) bulundu. Bu nedenle R=C/Δ[Si]. 4. Gerçek Dozaj Hesabı
Mevcut su kalitesine uygun R değeri ve optimum pH değeri deneylerle belirlendikten sonra günlük işletme hesaplamaları çok basit hale gelir:
Teorik Dozaj (mg/L)=R × Δ[Si]
Burada Δ[Si], ham sudaki gerçek-zamanlı izlenen silika konsantrasyonuna ve hedef değere göre hesaplanır.
III. Yardımcı Hesaplamalar ve Operasyonel Ayarlamalar
1. Alkalinite Tüketimi ve pH Ayarı Hesaplamaları:
Sodyum alüminat hidrolizi, sudaki asitliği (H⁺) tüketen NaOH üretir. Bu, pH'ı optimal aralıkta stabilize etmek için genellikle ilave asitin (sülfürik asit veya hidroklorik asit gibi) gerekli olduğu anlamına gelir.
Hidrolizle üretilen OH⁻ miktarı ≈ (dozaj (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
Eklenecek gerekli asit miktarı (%98 H₂SO₄ temel alınarak) şu şekilde tahmin edilebilir: Asit ilavesi (mg/L) ≈ [gerekli OH⁻ (mmol/L) × 49]/0,98/η
(49, H₂SO₄'nın molar kütlesi, 0,98 saflık ve η verimlilik katsayısıdır)
Not: Bu kaba bir tahmindir. Eklenen gerçek asit miktarı, çevrimiçi pH ölçer geri bildirimi ile kontrol edilmeli ve asit pompası frekansı PID kontrolü ile ayarlanmalıdır.
Alüminyum kalıntısı hesaplaması: Eklenen alüminyumun tümü çökelmez; bir kısmı suda kalacak. Atık sudaki alüminyum içeriğinin, su kalitesi standartlarını karşıladığından emin olmak için izlenmesi gerekir (genellikle<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.