Kako kationska poliakrilamidna emulzija uklanja organske tvari u otpadnoj vodi
Emulzija kationskog poliakrilamida (CPAM) uklanja organsku tvar iz otpadne vode pretvaranjem otopljenih i koloidnih organskih tvari u veće, odvojive flokule kroz neutralizaciju naboja i polimerno premošćivanje.
U praksi, CPAM najbolje djeluje kao flokulant (ili pomoćno sredstvo za zgrušavanje): veže negativno nabijene organske čestice, emulgirana ulja i huminske/fulvične tvari u guste aglomerate koji se mogu ukloniti taloženjem, flotacijom otopljenog zraka (DAF) ili filtracijom.
Što CPAM emulzija zapravo čini "organskoj tvari"
"Organska tvar" u otpadnoj vodi obično je mješavina otopljenih organskih tvari (mjereno kao KPK/TOC), koloida koji doprinose KPK i boji te suspendiranih krutih tvari s organskim sadržajem. CPAM prvenstveno cilja na dio koji je koloidni ili povezani s česticama ; uklanjanje tih krutih tvari također uklanja organske spojeve vezane za njih.
Na primjer, u mnogim industrijskim otpadnim vodama (hrana, piće, celuloza i papir, tekstil, uljane otpadne vode), veliki udio COD-a nosi fini suspendirani/koloidni materijal. Kada CPAM poveća veličinu pahuljica i stopu taloženja/flotacije, KPK može značajno pasti jer je KPK bio vezan za uklonjene krutine.
Mehanizmi: kako kationska poliakrilamidna emulzija uklanja organske tvari
Neutralizacija naboja negativno nabijenih organskih tvari
Mnoge organske tvari u otpadnoj vodi imaju neto negativan naboj: huminske tvari, fragmenti lignina, molekule bojila, masne kiseline i površine finih čestica obložene organskim tvarima. CPAM nosi pozitivno nabijene skupine koje smanjuju elektrostatsko odbijanje i omogućuju "zalijepljenje" sudara, tvoreći mikroflokule koje se mogu ukloniti.
Polimerno premošćivanje: pretvaranje mikroflokula u čvrste, taložive flokule
CPAM molekule adsorbiraju se na više čestica odjednom. Segmenti polimernog lanca pričvršćuju se na jednu površinu, dok se drugi segmenti protežu u vodu i pričvršćuju drugdje, "premošćujući" čestice u veće, jače pahuljice. Premošćivanje je ključni razlog zašto CPAM može poboljšati performanse DAF-a i taloženje bistrenja povećanjem veličine pahuljica i robusnosti.
Čišćenje i začepljenje (kada se koristi s anorganskim koagulansima)
CPAM se često spaja sa stipsom, željeznim solima, PAC (polialuminij kloridom) ili vapnom. Anorganski koagulant stvara talog hidroksida koji "pometa" organske tvari iz otopine; CPAM zatim jača i povećava te pahuljice. Ova kombinacija često proizvodi veće smanjenje COD/TOC nego sam CPAM kada su otopljeni organski tvari značajni.
Specifična prednost emulzije: brzo aktiviranje i disperzija
CPAM emulzija je proizvod "inverzne emulzije" koji se mora invertirati (aktivirati) u vodi. Kada se pravilno invertira, brzo se raspršuje i učinkovito isporučuje polimerne lance visoke molekularne težine, što podržava brzi rast pahuljica pri niskim aktivnim dozama.
Gdje CPAM najviše smanjuje COD/TOC (a gdje neće)
CPAM je najučinkovitiji kada je organska tvar vezana uz čestice, emulzije ili koloide. Manje je učinkovit za stvarno otopljene organske tvari niske molekularne težine (na primjer, šećere, alkohole, kratkolančane kiseline) osim ako ih prethodni koagulant ili drugi tretman ne pretvori u fazu koja se može ukloniti.
- Velika korist: boja/koloidi (humici, boje), uljne emulzije, fine suspendirane krutine, zgušnjavanje mulja i odvodnjavanje (uklanjanje krutina bogatih organskim tvarima).
- Umjerena korist: miješana industrijska otpadna voda gdje koagulans stvara talog, a CPAM stvara jake flokule za taloženje/DAF.
- Ograničena korist: otpadna voda u kojoj dominiraju male otopljene organske tvari bez koraka koagulacije; može biti potrebna biološka oksidacija, adsorpcija (GAC) ili napredna oksidacija.
Praktično doziranje i radni ciljevi
Učinkovitost CPAM-a ovisi o odabiru prave gustoće naboja i molekularne težine, zatim o njegovoj primjeni s ispravnom aktivacijom i miješanjem. Kao polazište, mnoge biljke nalaze učinkovit tretman na ~1–10 mg/L aktivnog polimera , rafinirano testiranjem u staklenkama.
Smjernice za kompenzaciju (aktivaciju) za CPAM emulziju
- Tipična koncentracija kompenzacije: 0,1–0,5% aktivan (obično se koristi za uravnoteženje pumpljivosti i brze disperzije).
- Koristite čistu vodu za razrjeđivanje kada je to moguće; voda za razrjeđivanje visoke zamućenosti može prerano potrošiti polimer.
- Osigurajte pravilnu inverziju/starenje: nedovoljna aktivacija često izgleda kao "jadno pahuljice" čak i pri višoj dozi.
Mete za miješanje koje štite polimerne mostove
CPAM-u je potrebna brza početna disperzija, nakon koje slijedi nježno miješanje kako bi se razvile pahuljice bez njihovog rezanja. Pretjerano miješanje može fragmentirati flokule i smanjiti organsko uklanjanje flotacijom/taloženjem.
- Brzo miješanje: visoka energija za ~30–60 sekundi za distribuciju polimera.
- Flokulacija: nježno miješanje za ~5–20 minuta kako bi se povećala snaga premošćivanja i pahuljica.
pH i sparivanje koagulansa
Ako su otopljeni organski dijelovi istaknuti, uparivanje CPAM-a sa stipsom/feri/PAC-om često poboljšava uklanjanje. Najprije optimizirajte pH za anorganski koagulant, a zatim smanjite dozu CPAM-a kako biste povećali veličinu pahuljica i poboljšali odvajanje.
| Varijabilna | Ono što možete promatrati | Radna prilagodba |
|---|---|---|
| Poddoziranje | Male flokule koje se sporo talože; visoka zamućenost/COD prijenos | Povećajte CPAM u malim koracima; potvrditi aktivaciju i disperziju |
| Predoziranje | “Restabilizirane” novčane kazne; skliske pahuljice; veća zamućenost otpadne vode | Smanjite dozu; razmotriti niži stupanj gustoće naboja |
| Previše smicanja | Flokule se formiraju, a zatim pucaju; nestabilna DAF deka ili taložnik | Skratite visokoenergetsku mješavinu; smanjiti smicanje pumpe; proširiti nježnu flokulaciju |
| Visoka razina otopljenih organskih tvari | Ograničeni COD pad uz samo CPAM | Dodajte/optimizirajte stipsu, željezo ili PAC; zatim koristite CPAM kao pomoćno sredstvo za zgrušavanje |
Pristup testiranja staklenki koji se fokusira na organsko uklanjanje
Test u staklenci trebao bi mjeriti ne samo zamućenost, već i organski indikator relevantan za vaš sustav (COD, TOC, UV254, boja, ulje i mast). Ovo održava odabir CPAM-a usklađenim s "uklanjanjem organske tvari", a ne samo s jasnoćom.
- Provjerite potrebu za anorganskim koagulansom: testirajte stipsu/feri/PAC u nekoliko doza kako biste vidjeli reagiraju li otopljeni organski (boja/UV254/COD).
- Dodajte CPAM kao pomoćno sredstvo za flokulaciju: počnite s 1–3 mg/L aktivno , a zatim prilagodite preko praktičnog raspona (na primjer, 0,5–10 mg/L aktivno, ovisno o krutim tvarima i vrsti otpadne vode).
- Promatrajte vrijeme stvaranja pahuljica, veličinu pahuljica i otpornost na smicanje; zatim izmjerite taloženi/float tretirani supernatant COD/TOC (ili UV254/boja) nakon dosljednog vremena odvajanja.
- Odaberite prozor doze koji daje stabilne performanse, a ne samo jednu "najbolju" staklenku, kako biste smanjili osjetljivost na dnevne promjene opterećenja.
Uobičajeni načini kvarova i popravci
- Dobro uklanjanje zamućenja, ali slabo smanjenje KPK: organske tvari su uglavnom otopljene; dodati/optimizirati anorganski koagulant, prilagoditi pH ili razmotriti adsorpciju/biološki tretman.
- Flokule izgledaju "žilasto" i prenose se: predoziranje ili prevelika molekularna težina za hidrauličke uvjete; smanjiti dozu ili promijeniti stupanj; smanjiti nizvodno smicanje.
- Nedosljedna izvedba od promjene do promjene: emulzija nije potpuno preokrenuta, kvaliteta vode za razrjeđivanje varira ili potražnja za otpadnom vodom varira; standardizirati pripremu, provjeriti vrijeme starenja i pooštriti kontrolu hrane.
- Nestabilnost DAF pokrivača: polimer dodan prerano/prekasno ili visoko smicanje pri ubrizgavanju; premjestite točku ubrizgavanja, produžite vrijeme nježne flokulacije i provjerite vrijeme mjehurića/kemije.
Zaključak: praktični odgovor u jednom retku
Kationska poliakrilamidna emulzija uklanja organsku tvar neutralizirajući negativno nabijene organske tvari i premošćujući čestice u velike flokule koje se mogu taložiti, plutati ili filtrirati—obično pri niskim aktivnim dozama kada se aktivacija i miješanje pravilno izvrše.
