Penghapusan silikon natrium aluminat adalah proses koagulasi-adsorpsi ko-pengendapan kimia yang khas. Inti perhitungannya bukanlah hubungan stoikiometri sederhana, melainkan metode rekayasa yang didasarkan pada eksperimen, mengandalkan rasio empiris, dan memerlukan penyesuaian yang komprehensif.
I. Mekanisme Penghapusan Silikon
Hidrolisis: Natrium aluminat (NaAlO₂ atau NaAl(OH)₄) terhidrolisis dengan cepat jika ditambahkan air, menghasilkan koloid aluminium hidroksida (Al(OH)₃) amorf dengan luas permukaan spesifik yang besar dan kapasitas adsorpsi yang kuat.
NaAlO₂ + 2H₂O → Al(OH)₃↓ + NaOH
Adsorpsi dan kopresipitasi: Koloid Al(OH)₃ bermuatan positif yang terbentuk menetralkan muatan silika aktif bermuatan negatif dalam air (seperti HSiO₃⁻, SiO₃²⁻, biasanya direpresentasikan sebagai SiO₂). Melalui adsorpsi dan kompleksasi, ia membentuk kompleks aluminosilikat yang tidak larut atau tersapu ke dalam flok dan ikut mengendap.
Al(OH)₃ + x HSiO₃⁻ → Al(OH)₃·(SiO₂)ₓ (Proses skema, rumus reaksi non-standar)
Proses ini menentukan bahwa rasio konsumsi bahan kimia (rasio berat natrium aluminat terhadap silika) bukanlah nilai teoretis yang tetap, melainkan kisaran empiris yang dipengaruhi oleh banyak faktor.
II. Menentukan Rasio Konsumsi Bahan Kimia (R Value)
Seluruh perhitungan berkisar pada rasio empiris inti, R:
R=Dosis natrium aluminat (mg/L NaAlO₂) / Jumlah silikon yang harus dihilangkan (mg/L SiO₂)
1. Menentukan Data Dasar
Konsentrasi silikon air mentah [Si]₀: Konsentrasi SiO₂ sampel air sebelum pengolahan (mg/L).
Konsentrasi silikon target [Si]ₜ: Konsentrasi SiO₂ yang diperlukan setelah pengolahan (mg/L).
Jumlah silikon yang harus dihilangkan Δ[Si]: Δ[Si]=[Si]₀ - [Si]ₜ (mg/L SiO₂).
2. Rasio Empiris Kunci (R)
Ini adalah parameter paling penting dalam perhitungan dan harus diperoleh secara eksperimental.
Studi Kasus Penghapusan Fluorida dan Silikon - Nanjing Danheng Technology Co., Ltd.
Kisaran umum: Praktek teknik ekstensif menunjukkan bahwa nilai R biasanya antara 8 dan 20. Ini berarti bahwa untuk setiap 1 mg SiO₂ yang dihilangkan, 8 mg hingga 20 mg natrium aluminat perlu ditambahkan.
Mengapa rentang? Karena nilai R sangat dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut dan harus ditentukan melalui uji beaker:
nilai pH: Jendela pH optimal untuk menghilangkan silika sangat sempit, biasanya antara 6,5 dan 7,5 (sedikit asam hingga netral). Jika pH terlalu rendah (<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 akan larut menjadi AlO₂⁻ sehingga menyebabkan koloid terurai. Titik pH optimal sedikit berbeda tergantung pada kualitas air.
Suhu air: Peningkatan suhu mengintensifkan gerakan termal molekul, mempercepat laju reaksi, dan mendorong pembentukan flok yang lebih baik, yang dapat menurunkan nilai R secara tepat.
Ion-ion yang hidup berdampingan dalam air: Kesadahan (Ca²⁺, Mg²⁺) mendorong flokulasi dan dapat menurunkan nilai R; sementara bahan organik bersaing dengan atau merangkum koloid, berpotensi meningkatkan nilai R.
Konsentrasi silika awal: Konsentrasi awal yang lebih tinggi dapat menghasilkan efisiensi penghilangan per unit reagen yang lebih tinggi (nilai R mungkin cenderung menuju batas bawah kisaran).
Kondisi reaksi: Intensitas pencampuran, waktu flokulasi, dan waktu pengendapan semuanya secara langsung mempengaruhi efeknya.
3. Melakukan uji beaker untuk menentukan R optimal dan pH optimal
Ambil serangkaian sampel air mentah dengan volume yang sama.
Rangkaian pengujian pertama (pH tetap, dosis variabel): Sesuaikan pH semua sampel air ke nilai yang telah ditetapkan (misalnya, 7,0), dan tambahkan larutan natrium aluminat pada gradien yang berbeda (misalnya, dosis dihitung berdasarkan R=5, 10, 15, 20...).
Rangkaian pengujian kedua (dosis tetap, pH variabel): Pilih dosis antara dan sesuaikan pH sampel air ke gradien yang berbeda (misalnya, 6,0, 6,5, 7,0, 7,5, 8,0).
Melakukan pengadukan cepat (pencampuran), pengadukan lambat (flokulasi), dan sedimentasi statis sesuai standar pada semua sampel air.
Ambil supernatannya dan tentukan konsentrasi sisa SiO₂.
Plotting Curves: Plot kurva "Dosis - Residual Silicon" untuk mencari dosis minimum yang diperlukan untuk mencapai target [Si]ₜ. Gambarkan kurva "pH - Residual Silikon" untuk menemukan titik pH optimal untuk penghilangan silikon.
Menghitung Nilai R: Berdasarkan kurva "Dosis - Sisa Silikon", temukan dosis C (mg/L NaAlO₂) yang sesuai untuk mencapai target [Si]ₜ. Maka, R=C/Δ[Si].
4. Perhitungan Dosis Aktual
Setelah nilai R dan nilai pH optimal yang sesuai dengan kualitas air saat ini ditentukan melalui eksperimen, perhitungan untuk pengoperasian sehari-hari menjadi sangat sederhana:
Dosis Teoretis (mg/L)=R × Δ[Si]
Dimana, Δ[Si] dihitung berdasarkan-konsentrasi silikon air mentah yang dipantau secara real-time dan nilai target.
AKU AKU AKU. Perhitungan Tambahan dan Penyesuaian Operasional
Perhitungan Konsumsi Alkalinitas dan Penyesuaian pH:
Hidrolisis natrium aluminat menghasilkan NaOH, mengkonsumsi keasaman (H⁺) dalam air. Artinya, asam tambahan (seperti asam sulfat atau asam klorida) biasanya diperlukan untuk menstabilkan pH dalam kisaran optimal.
Jumlah OH⁻ yang dihasilkan melalui hidrolisis ≈ (dosis (mg/L NaAlO₂)/82) * 1000 (mmol/L)
Jumlah asam yang dibutuhkan (berdasarkan 98% H₂SO₄) dapat diperkirakan sebagai: Dosis asam (mg/L) ≈ [OH⁻ yang dibutuhkan (mmol/L) × 49]/0,98/η
(Di mana 49 adalah massa molar H₂SO₄, 0,98 adalah kemurnian, dan η adalah koefisien efisiensi)
Catatan: Ini adalah perkiraan kasar. Jumlah sebenarnya asam yang ditambahkan harus dikontrol oleh umpan balik pH meter online dan frekuensi pompa asam disesuaikan melalui kontrol PID.
Perhitungan residu aluminium: Tidak semua endapan aluminium yang ditambahkan; sebagian masih tersisa di dalam air. Kandungan aluminium dalam limbah perlu dipantau untuk memastikan memenuhi standar kualitas air (biasanya<0.2 mg/L). Adding too much not only wastes the reagent, but can also lead to excessive aluminum levels.
