Jak kationowa emulsja poliakryloamidowa usuwa substancje organiczne ze ścieków
Kationowa emulsja poliakryloamidowa (CPAM) usuwa materię organiczną ze ścieków poprzez przekształcanie rozpuszczonych i koloidalnych substancji organicznych w większe, dające się oddzielić kłaczki poprzez neutralizację ładunku i mostkowanie polimeru.
W praktyce CPAM najlepiej sprawdza się jako flokulant (lub środek wspomagający koagulant): wiąże ujemnie naładowane cząstki organiczne, zemulgowane oleje i substancje humusowe/fulwowe w gęste aglomeraty, które można usunąć poprzez sedymentację, flotację rozpuszczonym powietrzem (DAF) lub filtrację.
Co faktycznie emulsja CPAM robi z „materią organiczną”
“Organic matter” in wastewater is usually a mix of dissolved organics (measured as COD/TOC), colloids that contribute to COD and color, and suspended solids with organic content. CPAM koncentruje się przede wszystkim na tej frakcji koloidalne lub związane z cząsteczkami ; usunięcie tych ciał stałych usuwa również przyłączone do nich substancje organiczne.
Na przykład w wielu ściekach przemysłowych (żywność, napoje, celuloza i papier, tekstylia, ścieki zaolejone) duża część ChZT jest przenoszona przez drobny materiał zawieszony/koloidalny. Gdy CPAM zwiększa wielkość kłaczków i szybkość osiadania/flotacji, ChZT może zauważalnie spaść, ponieważ ChZT był związany z usuniętymi ciałami stałymi.
Mechanizmy: w jaki sposób kationowa emulsja poliakryloamidowa usuwa substancje organiczne
Neutralizacja ładunku ujemnie naładowanych substancji organicznych
Wiele substancji organicznych w ściekach ma ładunek ujemny netto: substancje humusowe, fragmenty ligniny, cząsteczki barwników, kwasy tłuszczowe i powierzchnie drobnych cząstek pokryte substancjami organicznymi. CPAM przenosi grupy naładowane dodatnio, które zmniejszają odpychanie elektrostatyczne i umożliwiają „przyklejanie się” zderzeń, tworząc mikrokłaczki, które można usunąć.
Mostkowanie polimerowe: przekształcanie mikrokłaczków w mocne, osadzające się kłaczki
Cząsteczki CPAM adsorbują się na wielu cząsteczkach jednocześnie. Segmenty łańcucha polimeru przyczepiają się do jednej powierzchni, podczas gdy inne segmenty wnikają w wodę i przyczepiają się w innym miejscu, „mostkując” cząstki w większe, mocniejsze kłaczki. Mostkowanie jest kluczowym powodem, dla którego CPAM może poprawić wydajność DAF i osadzanie osadnika poprzez zwiększenie rozmiaru kłaczków i wytrzymałości.
Sweep and enmeshment (when used with inorganic coagulants)
CPAM często łączy się z ałunem, solami żelaza, PAC (chlorkiem poliglinu) lub wapnem. Nieorganiczny koagulant tworzy wytrącające się wodorotlenki, które „wymiatają” substancje organiczne z roztworu; Następnie CPAM wzmacnia i powiększa te kłaczki. Ta kombinacja często powoduje większą redukcję ChZT/TOC niż sam CPAM, gdy występują znaczne ilości rozpuszczonych substancji organicznych.
Zaleta specyficzna dla emulsji: szybka aktywacja i dyspersja
Emulsja CPAM to produkt „emulsji odwróconej”, który należy odwrócić (aktywować) w wodzie. Odpowiednio odwrócony szybko się rozprasza i skutecznie dostarcza łańcuchy polimerowe o dużej masie cząsteczkowej, co wspomaga szybki wzrost kłaczków przy niskich dawkach aktywnych.
Gdzie CPAM najbardziej redukuje COD/TOC (a gdzie nie)
CPAM jest najskuteczniejszy, gdy materia organiczna jest związana z cząstkami, emulsjami lub koloidami. Jest mniej skuteczny w przypadku naprawdę rozpuszczonych substancji organicznych o niskiej masie cząsteczkowej (na przykład cukrów, alkoholi, kwasów o krótkich łańcuchach), chyba że koagulant poprzedzający lub inna obróbka przekształci je w fazę usuwalną.
- Wysokie korzyści: barwnik/koloidy (humiki, barwniki), emulsje oleiste, drobne zawiesiny, zagęszczanie i odwadnianie osadów (usuwanie substancji stałych bogatych w substancje organiczne).
- Umiarkowana korzyść: mieszane ścieki przemysłowe, w których koagulant tworzy osady, a CPAM tworzy silne kłaczki do osadzania/DAF.
- Ograniczone korzyści: ścieki zdominowane przez małe rozpuszczone substancje organiczne bez etapu koagulacji; może być wymagane utlenianie biologiczne, adsorpcja (GAC) lub zaawansowane utlenianie.
Praktyczne cele dozowania i działania
Wydajność CPAM zależy od dobrania odpowiedniej gęstości ładunku i masy cząsteczkowej, a następnie nałożenia go wraz z odpowiednią aktywacją i wymieszaniem. Punktem wyjścia dla wielu roślin jest skuteczne leczenie ~1–10 mg/l aktywnego polimeru , refined by jar testing.
Wskazówki dotyczące przygotowania (aktywacji) emulsji CPAM
- Typowe stężenie preparatu: 0,1–0,5% aktywny (powszechnie stosowany w celu zrównoważenia pompowalności i szybkiej dyspersji).
- Jeśli to możliwe, używaj czystej wody do rozcieńczania; Woda rozcieńczająca o dużym zmętnieniu może przedwcześnie zużyć polimer.
- Zapewnij odpowiednią inwersję/starzenie: niewystarczająca aktywacja często objawia się „słabym kłaczkiem”, nawet przy wyższej dawce.
Cele mieszające chroniące mostki polimerowe
CPAM wymaga szybkiej początkowej dyspersji, a następnie delikatnego mieszania, aby wyhodować kłaczki bez ich ścinania. Nadmierne mieszanie może spowodować fragmentację kłaczków i zmniejszenie usuwania substancji organicznych poprzez flotację/osiadanie.
- Szybkie miksowanie: wysoka energia dla ~30–60 sekund do dystrybucji polimeru.
- Flokulacja: delikatne mieszanie ~5–20 minut aby zmaksymalizować mostkowanie i siłę kłaczków.
pH i parowanie koagulantów
If dissolved organics are prominent, pairing CPAM with alum/ferric/PAC often improves removal. Najpierw zoptymalizuj pH nieorganicznego koagulantu, a następnie zmniejsz dawkę CPAM, aby zwiększyć wielkość kłaczków i poprawić separację.
| Zmienna | Co możesz zaobserwować | Regulacja operacyjna |
|---|---|---|
| Niedostateczne dawkowanie | Małe, wolno osadzające się kłaczki; wysokie zmętnienie/przenoszenie ChZT | Zwiększaj CPAM małymi krokami; potwierdzić aktywację i dyspersję |
| Przedawkowanie | „Restabilizowane” kary; slippery flocs; większe zmętnienie ścieków | Zmniejsz dawkę; rozważ niższy stopień gęstości ładunku |
| Za duże ścinanie | Tworzą się kłaczki, a następnie pękają; niestabilny koc DAF lub osadnik | Skróć mieszankę wysokoenergetyczną; reduce pump shear; przedłużyć delikatną flokulację |
| Wysoko rozpuszczone substancje organiczne | Ograniczony spadek ChZT przy samym CPAM | Dodaj/optymalizuj ałun, żelazo lub PAC; następnie użyj CPAM jako środka wspomagającego koagulant |
Metoda testu słoika, która skupia się na usuwaniu substancji organicznych
Test w słoiku powinien mierzyć nie tylko zmętnienie, ale także wskaźnik organiczny odpowiedni dla twojego systemu (ChZT, TOC, UV254, kolor, olej i smar). Dzięki temu wybór CPAM jest dostosowany do „usuwania materii organicznej”, a nie tylko przejrzystości.
- Sprawdź zapotrzebowanie na nieorganiczny koagulant: przetestuj ałun/żelazo/PAC w kilku dawkach, aby zobaczyć, czy rozpuszczone substancje organiczne (kolor/UV254/ChZT) reagują.
- Dodaj CPAM jako dodatek flokulantu: zacznij od 1–3 mg/L substancji czynnej , następnie dostosuj w praktycznym zakresie (na przykład 0,5–10 mg/l substancji czynnej w zależności od substancji stałych i rodzaju ścieków).
- Obserwuj czas tworzenia się kłaczków, wielkość kłaczków i odporność na ścinanie; następnie zmierzyć osiadły/obrobiony pływakiem supernatant ChZT/TOC (lub UV254/kolor) po stałym czasie rozdzielania.
- Wybierz okno dawki zapewniające stabilne działanie, a nie tylko pojedynczy „najlepszy” słoik, aby zmniejszyć wrażliwość na dzienne wahania obciążenia.
Typowe tryby awarii i poprawki
- Dobre usuwanie zmętnienia, ale słaba redukcja ChZT: substancje organiczne są głównie rozpuszczone; dodaj/optymalizuj nieorganiczny koagulant, dostosuj pH lub rozważ adsorpcję/obróbkę biologiczną.
- Kłaczki wyglądają na „żylaste” i przenoszą: przedawkowanie lub zbyt duża masa cząsteczkowa dla warunków hydraulicznych; zmniejszyć dawkę lub zmienić stopień; zmniejszyć ścinanie w dół.
- Niespójna wydajność przy zmianie biegów: emulsja nie jest całkowicie odwrócona, jakość wody do rozcieńczania jest różna lub wahania zapotrzebowania na ładunek ścieków; standardize make-down, check aging time, and tighten feed control.
- Niestabilność koca DAF: polimer dodany zbyt wcześnie/za późno lub przy dużym ścinaniu podczas wtrysku; zmień położenie punktu wtrysku, wydłuż czas delikatnej flokulacji i sprawdź synchronizację pęcherzyków/chemikaliów.
Conclusion: the practical answer in one line
Kationowa emulsja poliakryloamidowa usuwa materię organiczną poprzez neutralizację ujemnie naładowanych substancji organicznych i mostkowanie cząstek w duże kłaczki, które można osadzać, unosić na wodzie lub filtrować — zazwyczaj przy niskich dawkach substancji czynnych, jeśli aktywacja i mieszanie są wykonane prawidłowo.
