अपशिष्ट जल उपचार में सिलिकॉन को हटाने के लिए सोडियम एल्युमिनेट की गणना विधि

सोडियम एल्युमिनेट डिसिलिकॉनाइजेशन एक विशिष्ट रासायनिक जमावट {{0}सोखना सहअवक्षेपण प्रक्रिया है। इसकी मूल गणना एक साधारण स्टोइकोमेट्रिक संबंध नहीं है, बल्कि प्रयोगों पर आधारित एक इंजीनियरिंग पद्धति है, जो अनुभवजन्य अनुपातों पर निर्भर करती है और व्यापक समायोजन की आवश्यकता होती है।

हाइड्रोलिसिस: सोडियम एल्युमिनेट (NaAlO₂ या NaAl(OH)₄) पानी में मिलाने पर तेजी से हाइड्रोलाइज हो जाता है, जिससे एक बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र और मजबूत सोखने की क्षमता के साथ अनाकार एल्यूमीनियम हाइड्रॉक्साइड (Al(OH)₃) कोलाइड उत्पन्न होता है।

NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
सोखना और सहअवक्षेपण: धनात्मक रूप से चार्ज किए गए Al(OH)₃ कोलाइड्स पानी में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए सक्रिय सिलिकॉन के चार्ज को बेअसर कर देते हैं (जैसे कि HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, जिसे आमतौर पर SiO₂ के रूप में दर्शाया जाता है), और सोखना और संकुलन के माध्यम से, अघुलनशील एल्युमिनोसिलिकेट कॉम्प्लेक्स बनाते हैं या सह {0}वर्षण के लिए फ्लॉक्स में बह जाते हैं।

Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (उदाहरणात्मक प्रक्रिया, गैर-मानक प्रतिक्रिया सूत्र)
यह प्रक्रिया निर्धारित करती है कि रासायनिक खपत अनुपात (सोडियम एल्यूमिनेट और सिलिका का वजन अनुपात) एक निश्चित सैद्धांतिक मूल्य नहीं है, बल्कि कई कारकों से प्रभावित एक अनुभवजन्य सीमा है।

संपूर्ण गणना एक मूल अनुभवजन्य अनुपात आर के आसपास घूमती है:

आर=सोडियम एल्यूमिनेट खुराक (मिलीग्राम/एल NaAlO₂) / निकाली जाने वाली सिलिका की मात्रा (मिलीग्राम/एल SiO₂)

1. मूल डेटा का निर्धारण

कच्चे पानी की सिलिका सांद्रता [Si]₀: उपचार से पहले पानी के नमूने की SiO₂ सांद्रता (मिलीग्राम/ली)।

लक्ष्य सिलिका सांद्रता [Si]ₜ: उपचार के बाद आवश्यक SiO₂ सांद्रता (मिलीग्राम/ली)।

निकाले जाने वाले सिलिकॉन की मात्रा Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (मिलीग्राम/L SiO₂)।

2. गंभीर अनुभवजन्य अनुपात (आर)

यह गणना के लिए सबसे महत्वपूर्ण पैरामीटर है और इसे प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त किया जाना चाहिए।

विशिष्ट सीमा: व्यापक इंजीनियरिंग अभ्यास से पता चलता है कि आर मान आमतौर पर 8 और 20 के बीच होता है। यानी, प्रत्येक 1 मिलीग्राम SiO₂ हटाए जाने के लिए, 8 मिलीग्राम से 20 मिलीग्राम सोडियम एल्यूमिनेट जोड़ने की आवश्यकता होती है।

एक दायरा क्यों? क्योंकि R मान निम्नलिखित कारकों से महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित होता है और इसे बीकर परीक्षणों के माध्यम से निर्धारित किया जाना चाहिए:

पीएच मान: सिलिकॉन हटाने के लिए इष्टतम पीएच विंडो बहुत संकीर्ण है, आमतौर पर 6.5 और 7.5 (कमजोर अम्लीय से तटस्थ) के बीच। यदि पीएच बहुत कम है (<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⁻ में घुल जाएगा, और कोलाइड विघटित हो जाएगा। पानी की गुणवत्ता के आधार पर इष्टतम पीएच बिंदु थोड़ा भिन्न होता है। पानी का तापमान: बढ़ा हुआ तापमान आणविक थर्मल गति को तेज करता है, प्रतिक्रिया दर को तेज करता है, और बेहतर फ्लोक गठन को बढ़ावा देता है, जिससे संभावित रूप से आर मान कम हो जाता है।

पानी में सह-अस्तित्व वाले आयन: कठोरता (Ca²⁺, Mg²⁺) फ्लोक्यूलेशन को बढ़ावा देती है और R मान को कम कर सकती है; हालाँकि, कार्बनिक पदार्थ कोलाइड्स के साथ प्रतिस्पर्धा करते हैं या उन्हें घेर लेते हैं, जिससे संभावित रूप से आर मान बढ़ जाता है।

प्रारंभिक सिलिका सांद्रता: उच्च प्रारंभिक सांद्रता के परिणामस्वरूप अभिकर्मक की प्रति इकाई उच्च निष्कासन दक्षता हो सकती है (आर मान सीमा की निचली सीमा की ओर बढ़ सकता है)।

प्रतिक्रिया की स्थिति: मिश्रण की तीव्रता, फ़्लोक्यूलेशन समय और निपटान समय सभी सीधे प्रभाव को प्रभावित करते हैं।

3. इष्टतम आर और इष्टतम पीएच निर्धारित करने के लिए बीकर परीक्षण करें। समान मात्रा के कच्चे पानी के नमूनों की एक श्रृंखला लें।

परीक्षणों का पहला सेट (निश्चित पीएच, परिवर्तनीय खुराक): सभी पानी के नमूनों के पीएच को एक पूर्व निर्धारित मान (उदाहरण के लिए, 7.0) पर समायोजित करें, और विभिन्न ग्रेडिएंट्स के सोडियम एल्यूमिनेट समाधान जोड़ें (उदाहरण के लिए, आर {{5 }}, 10, 15, 20... के अनुसार गणना की गई खुराक)। प्रयोगों का दूसरा सेट (निश्चित खुराक, परिवर्तनीय पीएच): एक विशिष्ट मध्यवर्ती खुराक का चयन किया गया था, और पानी के नमूनों के पीएच को विभिन्न ग्रेडिएंट्स (जैसे, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0) में समायोजित किया गया था।

सभी पानी के नमूनों को मानकीकृत तीव्र सरगर्मी (मिश्रण), धीमी गति से सरगर्मी (फ्लोकुलेशन), और निपटान से गुजरना पड़ा।

अवशिष्ट SiO₂ सांद्रता को सतह पर तैरनेवाला में मापा गया था।

वक्र प्लॉटिंग: लक्ष्य [Si]ₜ को प्राप्त करने के लिए आवश्यक न्यूनतम खुराक खोजने के लिए एक "खुराक -अवशिष्ट सिलिकॉन" वक्र प्लॉट किया गया था। सिलिकॉन हटाने के लिए इष्टतम पीएच बिंदु खोजने के लिए एक "पीएच-अवशिष्ट सिलिकॉन" वक्र प्लॉट किया गया था।

आर -मूल्य गणना: "खुराक-अवशिष्ट सिलिकॉन" वक्र के आधार पर, लक्ष्य [Si]ₜ प्राप्त करने के अनुरूप खुराक सी (मिलीग्राम/एल NaAlO₂) पाया गया था। इसलिए, R=C/Δ[Si]. 4. वास्तविक खुराक गणना

एक बार जब वर्तमान जल गुणवत्ता के लिए उपयुक्त आर मान और इष्टतम पीएच मान प्रयोगों के माध्यम से निर्धारित हो जाते हैं, तो दैनिक संचालन गणना बहुत सरल हो जाती है:

सैद्धांतिक खुराक (मिलीग्राम/एल)=आर × Δ[सी]

जहां, Δ[Si] की गणना कच्चे पानी में वास्तविक समय निगरानी की गई सिलिका सांद्रता और लक्ष्य मूल्य के आधार पर की जाती है।

1. क्षारीयता खपत और पीएच समायोजन गणना:

सोडियम एल्युमिनेट हाइड्रोलिसिस NaOH का उत्पादन करता है, जो पानी में अम्लता (H⁺) का उपभोग करता है। इसका मतलब यह है कि पीएच को इष्टतम सीमा के भीतर स्थिर करने के लिए आमतौर पर अतिरिक्त एसिड (जैसे सल्फ्यूरिक एसिड या हाइड्रोक्लोरिक एसिड) की आवश्यकता होती है।

हाइड्रोलिसिस द्वारा उत्पादित OH⁻ की मात्रा ≈ (खुराक (मिलीग्राम/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
जोड़े जाने वाले एसिड की आवश्यक मात्रा (98% H₂SO₄ के आधार पर) का अनुमान इस प्रकार लगाया जा सकता है: एसिड जोड़ (मिलीग्राम/L) ≈ [आवश्यक OH⁻ (mmol/L) × 49]/0.98/η

(जहाँ 49 H₂SO₄ का दाढ़ द्रव्यमान है, 0.98 शुद्धता है, और η दक्षता गुणांक है)

नोट: यह एक मोटा अनुमान है. जोड़े गए एसिड की वास्तविक मात्रा को ऑनलाइन पीएच मीटर फीडबैक द्वारा नियंत्रित किया जाना चाहिए और एसिड पंप आवृत्ति को पीआईडी ​​​​नियंत्रण द्वारा समायोजित किया जाना चाहिए।

एल्युमीनियम अवशेषों की गणना: सभी जोड़ा गया एल्युमीनियम अवक्षेपित नहीं होता; कुछ पानी में रह जायेंगे. यह सुनिश्चित करने के लिए कि यह पानी की गुणवत्ता मानकों (आमतौर पर) को पूरा करता है, प्रवाह में एल्यूमीनियम सामग्री की निगरानी की जानी चाहिए<0.2mg/L). Overdosing not only wastes reagents but also leads to excessive aluminum levels.