پلی آکریل آمید: رسوب و پل زدن شیمیایی

مکانیسم ها: پلی آکریل آمید چگونه ذرات کلوئیدی آلی را رسوب می دهد و پل می کند

پلی آکریل آمید (PAM) باعث حذف کلوئیدهای آلی در درجه اول توسط دو مکانیسم فیزیکی-شیمیایی مکمل می شود: خنثی سازی بار (رسوب) و پل زدن لخته. در خنثی سازی بار، PAM کاتیونی (یا PAM نیمه هیدرولیز شده در حضور کاتیون های چند ظرفیتی) دافعه الکترواستاتیکی را کاهش می دهد که ذرات آلی کوچک را پراکنده نگه می دارد و به آنها اجازه تجمع و ته نشین شدن می دهد. در پل زدن، PAM با وزن مولکولی بالا به طور همزمان روی چندین ذره جذب می‌شود: زنجیره‌های پلیمری بلند منفرد به سطوح در مکان‌های جدا شده متصل می‌شوند و ذرات را به صورت فیزیکی به لخته‌های بزرگ‌تری متصل می‌کنند که به سرعت ته نشین می‌شوند یا می‌توانند آبگیری شوند.

خواص پلیمری که عمل رسوب در مقابل پل زدن را تعیین می کند

وزن مولکولی (طول زنجیره)

PAM با وزن مولکولی بالا (معمولاً > 5-10 MDa) به پل زدن کمک می کند زیرا سیم پیچ های طولانی می توانند فواصل بین ذرات زیادی را بپوشانند و چندین ذره را در هم ببندند. PAM با وزن مولکولی کم ظرفیت پل زدن محدودی دارد و بیشتر شبیه یک لخته ساز با برد کوتاه عمل می کند که می تواند به خنثی کردن بارها کمک کند اما لخته های کوچکتری را تشکیل می دهد.

چگالی و نوع بار (کاتیونی، آنیونی، غیریونی)

علامت و چگالی گروه های یونی در PAM مکانیسم بارش (خنثی سازی بار) را کنترل می کند:

• PAM کاتیونی: به شدت در رسوب کلوئیدهای آلی با بار منفی (مانند مواد هیومیک، ذرات لجن آنیونی) از طریق جذب الکترواستاتیکی و خنثی سازی موثر است.
• PAM آنیونی: زمانی مفید است که کلوئیدها دارای بار مثبت هستند یا زمانی که پل زدن بدون خنثی سازی سریع بار مورد نظر است. اغلب با منعقد کننده های کاتیونی در درمان های دو مرحله ای استفاده می شود.
• PAM غیر یونی: عمدتاً با پل زدن عمل می‌کند و در مواردی که برهمکنش‌های یونی ضعیف یا متغیر هستند، مورد علاقه است.

متغیرهای کلیدی فرآیند که بر اثربخشی تأثیر می گذارند

pH و قدرت یونی

pH بار سطحی کلوئیدهای آلی و بار ظاهری پلیمرهای نیمه هیدرولیز شده را تغییر می دهد. قدرت یونی لایه دوگانه الکتریکی را فشرده می کند و می تواند با کاهش دافعه باعث افزایش بارش شود. پنجره‌های pH تصفیه آب معمولی 6-9 هستند، اما pH بهینه باید آزمایش شود زیرا pH می‌تواند ترکیب پلیمر و رفتار جذب را تغییر دهد.

اختلاط انرژی و توالی

اختلاط اولیه سریع (برشی بالا) معمولاً برای پراکنده کردن منعقد کننده ها و ایجاد فرکانس برخورد برای خنثی سازی بار استفاده می شود. اختلاط ملایم به دنبال آن به زنجیره های پلیمری اجازه می دهد تا بدون برش زنجیره های بلند جذب شوند و پل شوند. برش بیش از حد، لخته های تشکیل شده از طریق پل زدن را می شکند و عملکرد ته نشینی و آبگیری را کاهش می دهد.

کاربرد عملی: استراتژی دوز و روش jar-test

بهینه‌سازی استفاده از PAM به آزمایش‌های شیشه‌ای در مقیاس کوچک نیاز دارد که زمان‌های اختلاط میدان و اقامت را تقلید می‌کنند. مراحل معمولی عبارتند از: اجرای یک مخلوط سریع برای شبیه سازی پراکندگی منعقد کننده، افزودن یک پلیمر با دوز پایین و مشاهده. به تدریج دوز را افزایش دهید تا زمانی که کدورت، حجم لجن یا سرعت ته نشینی به حد مطلوب برسد. استحکام لخته را با اعمال پالس های کوتاه کوتاه و مشاهده رشد مجدد ارزیابی کنید. همیشه یک خالی (بدون پلیمر) و آزمایش‌هایی برای وزن‌های مولکولی مختلف یا چگالی بار داشته باشید.

نظارت و بررسی های تحلیلی برای تایید بارش و پل زدن

از اندازه گیری های تکمیلی برای ارزیابی اینکه آیا بارندگی (خنثی سازی بار) یا پل زدن غالب است و برای کمی کردن عملکرد استفاده کنید:

• حذف کدورت و جامدات معلق (TSS) - نشانگرهای میدانی سریع تشکیل سنگدانه.
• پتانسیل زتا - زتا نزدیک به صفر نشان دهنده خنثی سازی بار موثر است. اگر زتا منفی باقی بماند اما لخته های بزرگ تشکیل شوند، احتمالاً پل زدن غالب است.
• توزیع اندازه ذرات - رشد به قطرهای هیدرودینامیکی بزرگتر نشان دهنده پل زدن موفقیت آمیز است.
• سرعت ته نشینی و زمان مکش مویرگی (CST) برای لجن - ارزیابی سود آبگیری از لخته های پل زدن.

ملاحظات طراحی و نکات عملیاتی

کم شروع کنید و تیتر کنید

با دوزهای محافظه کارانه شروع کنید و در آزمایش های شیشه ای تشدید کنید. مصرف بیش از حد می تواند کلوئیدها را تثبیت کند (مخصوصاً با برخی تغییرات تعادل آنیونی/کاتیونی) یا لخته های لزج و حساس به برشی ایجاد کند که به سختی آبگیری می شوند.

توالی با منعقد کننده ها

هنگامی که مواد آلی به شدت باردار می شوند یا در غلظت بالا وجود دارند، ابتدا از یک منعقد کننده فلزی (مانند زاج، کلرید آهن) یا پلی الکترولیت کاتیونی برای کاهش بار استفاده کنید. برای پل زدن و رشد لخته، PAM با MW بالا را دنبال کنید. در بسیاری از لجن‌های صنعتی، لخته‌ساز منعقدکننده ترکیبی بهترین نتایج جذب و آبگیری را به همراه دارد.

مدیریت برش و انتخاب پمپ

پمپ ها و لوله کشی را برای به حداقل رساندن برش پس از افزودن پلیمر انتخاب کنید. اگر پلیمر باید از مناطق با برش بالا عبور کند، بازسازی پایین دست را در نظر بگیرید (اختلاط در یک منطقه ساکن) تا لخته‌ها دوباره تشکیل شوند.

مسائل زیست محیطی، ایمنی و کیفیت پلیمر

مراقب مونومر باقیمانده (اکریلامید) در محصولات PAM درجه فنی باشید. هنگامی که در تخلیه های آشامیدنی یا حساس به محیط زیست استفاده می شود، محصولات دارای گواهی مونومر کم باقیمانده را انتخاب کنید. همچنین زیست تخریب پذیری و سرنوشت لخته های بزرگ را در نظر بگیرید - کاربرد زمین یا دفن مواد جامد آبگیری ممکن است نیاز به آزمایش برای بقایای پلیمری، AOX یا آلاینده های مرتبط بسته به حوزه قضایی داشته باشد.

عیب یابی مشکلات رایج

• ته نشینی ضعیف اما بهبود کدورت کم: MW پلیمر (ممکن است خیلی کم باشد) و تاریخچه برشی بررسی شود. PAM غیر یونی یا کاتیونی مگاوات بالاتر را امتحان کنید و برش را کاهش دهید.
• لخته های لزج و ضعیف پس از دوز بالا: مصرف بیش از حد می تواند باعث تثبیت فضایی شود - دوز را کاهش دهید و آزمایش های شیشه ای را مجدداً اجرا کنید.
• عملکرد ناسازگار با تغییرپذیری نفوذی: نظارت بر روی پتانسیل کدورت/زتا و تنظیم خودکار دوز (کنترل بازخورد) را اجرا کنید.

نتیجه گیری - مکانیسم تطبیق با هدف

برای حذف موثر ذرات کلوئیدی آلی، مشخص کنید که آیا اولویت شما بارش سریع (خنثی سازی بار) است یا تشکیل لخته های آبگیری قوی (پل زدن). بار پلیمری و وزن مولکولی را برای مطابقت با هدف انتخاب کنید، شرایط pH/یونی و اختلاط را بهینه کنید، و با تست‌های jar و نظارت زتا/اندازه اعتبارسنجی کنید. پلی آکریل آمید اگر به درستی اعمال شود، یکی از انعطاف پذیرترین و مقرون به صرفه ترین ابزار برای تبدیل کلوئیدهای آلی پایدار به جامدات قابل ته نشینی یا فیلتر شدن باقی می ماند.