アルミン酸ナトリウム シリコンの除去は、典型的な化学凝固-吸着共沈-プロセスです。その計算の核心は単純な化学量論的な関係ではなく、実験に基づいた工学的手法であり、経験的な比率に依存し、包括的な調整が必要です。
I. シリコン除去のメカニズム
加水分解: アルミン酸ナトリウム (NaAlO₂ または NaAl(OH)₄) は、水に添加すると急速に加水分解し、巨大な比表面積と強力な吸着能力を備えた非晶質水酸化アルミニウム (Al(OH)₃) コロイドを生成します。
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
吸着と共沈: 形成された正に帯電した Al(OH)3 コロイドは、水中で負に帯電した活性シリカ (HSiO3-、SiO32- など、通常は SiO2 と表されます) の電荷を中和します。吸着と錯体形成を通じて、不溶性のアルミノケイ酸塩錯体を形成するか、フロックの中に押し込まれて共沈物を形成します。-。
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃・(SiO₂)ₓ (概略プロセス、非標準反応式)
このプロセスでは、化学物質の消費比 (アルミン酸ナトリウムとシリカの重量比) が固定された理論値ではなく、複数の要因の影響を受ける経験的な範囲であることが決定されます。
II.薬品消費率（R値）の求め方
計算全体は、中心となる経験的比率 R を中心に展開します。
R=アルミン酸ナトリウムの投与量 (mg/L NaAlO₂) / 除去されるシリコンの量 (mg/L SiO₂)
1.基礎データの決定
原水ケイ素濃度[Si]₀：処理前の水サンプルのSiO₂濃度（mg/L）。
目標シリコン濃度 [Si]ₜ: 処理後に必要な SiO₂ 濃度 (mg/L)。
除去されるシリコンの量 Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂)。
2. 重要な経験比 (R)
これは計算において最も重要なパラメータであり、実験的に取得する必要があります。
フッ素とシリコンの除去事例 - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
一般的な範囲: 広範なエンジニアリングの実践により、R 値は通常 8 ～ 20 であることが示されています。これは、SiO2 1 mg を除去するごとに、8 mg ～ 20 mg のアルミン酸ナトリウムを添加する必要があることを意味します。
なぜレンジなのか？ R 値は次の要因に大きく影響されるため、ビーカー テストを通じて決定する必要があるためです。
pH 値: シリカ除去に最適な pH 範囲は非常に狭く、通常は 6.5 ～ 7.5 (弱酸性から中性) です。 pHが低すぎると(<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 は AlO₂⁻ に溶解し、コロイドの分解を引き起こします。最適なpH点は水質によって若干異なります。
水温: 温度が上昇すると、分子の熱運動が強化され、反応速度が加速され、フロックの形成が促進され、R 値を適切に下げることができます。
水中に共存するイオン: 硬度 (Ca2⁺、Mg2⁺) により凝集が促進され、R 値が低下する可能性があります。一方、有機物はコロイドと競合したり、コロイドをカプセル化したりして、R 値を増加させる可能性があります。
シリカの初期濃度: 初期濃度が高いほど、試薬単位あたりの除去効率が高くなる可能性があります (R 値は範囲の下限に近づく傾向がある可能性があります)。
反応条件: 混合強度、凝集時間、沈降時間はすべて効果に直接影響します。
3. ビーカーテストを実施して、最適な R と最適な pH を決定します。
同じ体積の一連の原水サンプルを採取します。
第 1 セットのテスト (pH 固定、投与量可変): すべての水サンプルの pH を事前設定値 (例: 7.0) に調整し、異なる勾配 (例: R=5、10、15、20... に従って計算された投与量) でアルミン酸ナトリウム溶液を添加します。
2 番目のテストセット (固定投与量、可変 pH): 中間投与量を選択し、水サンプルの pH を異なる勾配 (例: 6.0、6.5、7.0、7.5、8.0) に調整します。
すべての水サンプルに対して、標準化された急速撹拌 (混合)、ゆっくりとした撹拌 (凝集)、および静的沈降を実行します。
上澄みを採取し、残留 SiO2 濃度を測定します。
曲線のプロット: 「線量 - 残留シリコン」曲線をプロットして、目標 [Si]ₜ を達成するために必要な最小線量を見つけます。 「pH - 残留シリコン」曲線をプロットして、シリコン除去に最適な pH 点を見つけます。
R 値の計算: 「投与量 - 残留シリコン」曲線に基づいて、目標 [Si]ₜ の達成に対応する投与量 C (mg/L NaAlO₂) を見つけます。次に、R=C/Δ[Si]。
4. 実際の投与量の計算
現在の水質に適した R 値と最適な pH 値が実験によって決定されると、日常の操作の計算は非常に簡単になります。
理論用量 (mg/L)=R × Δ[Si]
ここで、Δ[Si]は、リアルタイムで監視された原水シリコン濃度と目標値に基づいて計算されます。-
Ⅲ．補助計算と運用調整
アルカリ消費量と pH 調整の計算:
アルミン酸ナトリウムの加水分解により NaOH が生成され、水中の酸性度 (H⁺) が消費されます。これは、pH を最適範囲内に安定させるには、通常、追加の酸 (硫酸や塩酸など) が必要であることを意味します。
加水分解によって生成されるOH⁻の量 ≈ (投与量(mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
酸の必要量 (98% H2SO4 に基づく) は次のように推定できます: 酸の投与量 (mg/L) ≈ [必要な OH⁻ (mmol/L) × 49]/0.98/η
(ここで、49 は H2SO4 のモル質量、0.98 は純度、η は効率係数です)
注: これはおおよその見積もりです。実際に加えられる酸の量は、オンライン pH メーターのフィードバックと、PID 制御を介して調整された酸ポンプの周波数によって制御する必要があります。
アルミニウム残留物の計算: 添加されたアルミニウムがすべて沈殿するわけではありません。一部は水中に残ります。排水中のアルミニウム含有量は、水質基準（通常は<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.