aqion PRO – Zusätzliche Funktionen

Zusätzliche Funktionen von aqion PRO sind:

  • ca. 60 organische Säuren für chemische Reaktionen
  • Kombination von Prozessschritten
  • berechnet Dosiermenge bei pH-Vorgabe – siehe hier
  • erstellt Lösungen aus mehreren Komponenten (Puffersysteme) – siehe hier

Kombination von Prozessschritten

aqion_PRO Prozessschema - einfaches Beispiel

Durch Speichern der berechneten Wässer lassen sich diese als Input für einen nachfolgenden Prozessschritt verwenden. Auf diese Weise ist es möglich, einfache Prozessabläufe zu simulieren. Das rechte Bild zeigt ein Beispiel.

So kann man solche Verfahrensschritte wie

  • Chemikalienzugabe
  • CO2-Gas-Austausch
  • Mischen von Wässern
  • Mineralauflösung
  • Neutralisation oder Ansäuerung (Chemikalien-Dosierung bei pH-Vorgabe)

miteinander verknüpfen.

Chemikalien-Dosierung bei pH-Vorgabe

Das Reaktionsmodul für die Chemikalien-Dosierung1 berechnet die Stoffmenge, die notwendig ist, um einen Ziel-pH-Wert zu erreichen. Den zugehörigen Reaktanten wählt man aus einem Listenfeld:2

•  Basen zur Neutralisation (pH-Anhebung)
•  Säuren zur Ansäuerung (pH-Senkung)

Die Simulation lässt sich unter verschiedenen Bedingungen durchführen:3

•  Mineralfällung unterbinden/ausschalten   Beispiel 1
•  Mineralfällung zulassen   Beispiel 2
•  Mineralfällung unter oxidierenden Bedingungen   Beispiel 3

Die gewählte Bedingung kann die Zugabemenge erheblich beeinflussen, wie die nachfolgenden Beispiele zur Neutralisation eines sauren Bergbauwassers zeigen.

aqion_PRO pH Anpassung

Beispiel 1. Gegeben sei ein saures Bergbauwasser (Beispieldatei mine.sol). Dieses Wasser soll mit Ca(OH)2 von pH 3.29 auf 7 neutralisiert werden. Das entsprechende Eingabefenster ist im rechten Bild zu sehen. In diesem ersten Beispiel ist die Mineralfällung ausgeschaltet.

aqion_PRO Neutralisation eines sauren Wassers mit Ca(OH)2 bis pH 7

Mit Klick auf Start beginnt die Berechnung; die Ergebnisse werden im nebenstehenden Schema angezeigt:

7.77 mmol/L Ca(OH)2 sind erforderlich, um den pH-Wert von 3.29 auf 7.0 anzuheben.

Aber: Bei der Neutralisation fallen Minerale aus, was sich rückwirkend auf den pH auswirkt. Zieht man die Mineralfällung in Betracht, so erzielt man mit 7.77 mmol/L Ca(OH)2 am Ende nur einen pH-Wert von 5.79.

aqion_PRO Neutralisation eines sauren Wassers mit Ca(OH)2 bis pH 7 (mit Mineralfällung)

Beispiel 2. Wiederholt man die Rechnung aus Beispiel 1 unter Berücksichtigung der Mineralfällung (Kontrollkästchen “Mineralfällung zulassen” anschalten), dann erhält man lt. rechtem Schema:

11.20 mmol/L Ca(OH)2 sind erforderlich, um den pH-Wert von 3.29 auf 7.0 anzuheben.

Das Schema zeigt noch mehr: Die Zugabe von 11.20 mmol/L Ca(OH)2 würde – falls es keine Mineralfällung gäbe – das Wasser auf pH 8.90 überneutralisieren. Es ist der “Säure-generierende” Fällungsprozess, der am Ende zu unserem Ziel-pH-Wert 7.0 führt.

Und noch etwas: Obwohl bei der Neutralisation Fe ausfällt (als Siderit und amorphes Fe(OH)3), verschwindet das Fe nicht vollständig aus der Lösung.4 Letzteres lässt sich erst durch Anhebung des Redoxpotenzials bewerkstelligen – siehe Beispiel 3.

aqion_PRO Neutralisation eines sauren Wassers mit Ca(OH)2 bis pH 7 (mit Mineralfällung unter oxidierenden Bedingungen)

Beispiel 3. Nun wiederholen wir Beispiel 2, wobei das hohe Redoxpotenzial des Inputwassers (pe = 11) durch O2-Zugabe festgehalten wird. Dazu klicke man auf Taste Setup, dann Kontrollkästchen “offenes Redox-System” aktivieren. Das Ergebnis steht im rechten Schema:

15.16 mmol/L Ca(OH)2 sind erforderlich, um den pH von 3.29 auf 7.00 anzuheben, und zwar bei Mineralfällung unter stark oxidierenden Bedingungen (Belüftung).

Erst unter diesen Bedingungen (und der erhöhten Zugabemenge) verschwindet Fe vollständig aus der Lösung5 – und mit diesem auch anderer Metalle.

Hinweis. Alle berechneten (neutralisierten) Lösungen lassen sich speichern und können so in eine Prozesskette eingebunden werden – siehe oben.

Anmerkungen

  1. Diese Modul wird über den oberen Menüeintrag ‘Extras’ bzw. mit dem Tastenkürzel Alt+P aufgerufen.

  2. Wählt man eine “zu schwache” Säure (oder eine “zu schwache” Base) für große pH-Änderungen in einem gut gepufferten System, dann meldet das Programm automatisch, dass für dieses Problem keine numerische Lösung existiert.

  3. Diese Optionen stehen ab Version 6.0 zur Verfügung (Okt 2016).

  4. Die komplette chemische Zusammensetzung der berechneten Lösungen entnimmt man den Ausgabetabellen.

  5. Aufgrund des hohen Redoxpotenzials bei pe = 11 ist alles Fe(II) zu Fe(III) oxidiert, welches als Fe(OH)3 ausfällt.

[last modified: 2016-09-30]