Виды ПАМ
Катионный полиакриламид (CPAM): линейное полимерное соединение. Благодаря различным активным группам он может образовывать водородные связи со многими веществами посредством сродства и адсорбции. В первую очередь он флокулирует отрицательно заряженные коллоиды.
Анионный полиакриламид (APAM): водо-растворимый полимер, в основном используемый для флокуляции и осаждения при различных очистках промышленных сточных вод, таких как сточные воды сталелитейных заводов, гальванических заводов, металлургических заводов и углеобогатительных заводов, а также при обезвоживании осадка. Его также можно использовать для осветления и очистки питьевой воды. Поскольку его молекулярная цепь содержит определенное количество полярных групп, он может адсорбировать взвешенные твердые частицы в воде, связывая частицы или нейтрализуя их заряды с образованием больших хлопьев. Следовательно, он может ускорить осаждение частиц в суспензии, значительно ускоряя осветление раствора и способствуя фильтрации.
Неионогенный полиакриламид (НПАМ): это высокомолекулярный-молекулярный-полимер или полиэлектролит. Его молекулярная цепь содержит определенное количество полярных групп, которые могут адсорбировать взвешенные твердые частицы в воде, связывая частицы с образованием больших хлопьев. Он ускоряет осаждение частиц в суспензии, значительно ускоряя осветление раствора и способствуя фильтрации. Благодаря наличию в его молекулярной цепи амидных или ионных групп его важной характеристикой является высокая гидрофильность, позволяющая растворяться в воде в различных пропорциях. Этот тип водного раствора полиакриламида обладает хорошей толерантностью к электролитам, таким как хлорид аммония и сульфат натрия, а также совместим с поверхностно-активными веществами.
Технические индикаторы PAM
Технические показатели полиакриламида обычно включают молекулярную массу, степень гидролиза, степень ионизации, вязкость и содержание остаточного мономера. Поэтому о качестве ПАМ можно судить и по этим показателям.
1. Молекулярный вес
ПАМ имеет очень высокую молекулярную массу, и за последние годы она значительно возросла. ПАМ, использовавшийся в 1970-х годах, обычно имел молекулярную массу в несколько миллионов; с 1980-х годов молекулярная масса большинства высокоэффективных-ПАМ превышает 15 миллионов, а некоторые достигают 20 миллионов. Каждая молекула ПАМ полимеризуется из более чем 100 000 молекул акриламида или акрилата натрия (акриламид имеет молекулярную массу 71, а ПАМ, содержащий 100 000 мономеров, имеет молекулярную массу 7,1 миллиона).
Как правило, ПАМ с более высокой молекулярной массой демонстрирует лучшие характеристики флокуляции. Акриламид имеет молекулярную массу 71, а ПАМ, содержащий 100 000 мономеров, имеет молекулярную массу 7,1 миллиона. Полиакриламид и его производные имеют молекулярную массу от сотен тысяч до более десяти миллионов, и в зависимости от молекулярной массы их можно разделить на низкомолекулярные (ниже 1 миллиона), средние (от 1 до 10 миллионов), высокомолекулярные (от 10 до 15 миллионов) и сверхвысокомолекулярные (свыше 15 миллионов).
Молекулярная масса высокомолекулярных органических соединений не является полностью однородной даже в пределах одного и того же продукта; номинальная молекулярная масса представляет собой ее среднее значение.
2. Степень гидролиза и степень ионизации.
Степень ионизации ПАМ существенно влияет на его производительность, но ее оптимальное значение зависит от типа и свойств обрабатываемого материала; разные условия приведут к разным оптимальным значениям. Если обрабатываемый материал имеет высокую ионную силу (содержат большое количество неорганических веществ), используемый ПАМ должен иметь более высокую степень ионизации, и наоборот. Обычно степень анионизации называют степенью гидролиза. Степень ионизации обычно конкретно относится к катионам.
Степень ионизации=n/(m+n)*100%
Ранее полученный ПАМ был полимеризован из одного мономера, полиакриламида, и первоначально не содержал групп -COONa. Перед использованием потребовалось нагревание с NaOH для гидролиза некоторых групп -CONH2 до -COONa, как показано в следующей реакции:
-CONH2 + NaOH → -COONa + NH3↑
В процессе гидролиза выделяется газообразный аммиак. Доля амидных групп, гидролизованных в ПАМ, называется степенью гидролиза, то есть степенью анионизации. Этот тип ПАМ был неудобен в использовании и имел низкую эффективность (гидролиз при нагревании неизбежно приводил к значительному снижению молекулярной массы и характеристик ПАМ), и с 1980-х годов он использовался редко.
Современные ПАМ выпускаются в различных продуктах с разной степенью анионизации. Пользователи могут выбрать подходящий тип в соответствии со своими потребностями и путем реальных испытаний. Никакого дальнейшего гидролиза не требуется; его можно использовать сразу после растворения.
Однако по привычке некоторые люди до сих пор называют процесс растворения флокулянтов гидролизом. Следует отметить, что гидролиз означает разложение водой, химическую реакцию, а при гидролизе ПАМ выделяется газообразный аммиак; тогда как растворение — это просто физический процесс без химической реакции. Эти два понятия принципиально различны, и их не следует путать.
3. Остаточное содержание мономеров
Остаточное содержание мономера ПАМ относится к количеству мономера акриламида, который не прореагировал полностью во время полимеризации акриламида в полиакриламид и в конечном итоге остается в полиакриламидном продукте. Это важный параметр для оценки его пригодности для пищевой промышленности. Полиакриламид не-токсичен, однако акриламид обладает определенной степенью токсичности.
В полиакриламиде промышленного-класса неизбежно остаются следы неполимеризованного мономера акриламида. Поэтому содержание остаточного мономера в продуктах ПАМ должно строго контролироваться. Международные нормы предусматривают, что остаточное содержание мономера в ПАМ, используемых в питьевой воде и пищевой промышленности, не должно превышать 0,05%. Это значение для хорошо-известных международных продуктов ниже 0,03%.
4. Вязкость
Растворы ПАМ очень вязкие. Чем выше молекулярная масса ПАМ, тем выше вязкость раствора. Это связано с тем, что макромолекулы ПАМ представляют собой длинные и тонкие цепочки, что приводит к значительному сопротивлению движению в растворе. Вязкость по существу отражает величину трения внутри раствора, также известную как коэффициент внутреннего трения.
Растворы различных высокомолекулярных-органических соединений обычно имеют высокую вязкость, которая увеличивается с увеличением молекулярной массы. Одним из методов определения молекулярной массы высокомолекулярных-органических соединений является измерение вязкости раствора определенной концентрации в определенных условиях, а затем расчет его молекулярной массы по определенной формуле; это называется «средней молекулярной массой-вязкости».
Выбор ПАМ
Полиакриламид можно разделить на не-ионный, анионный и катионный типы в зависимости от его ионных свойств. В зависимости от молекулярной массы существуют различные характеристики, ионность и т. д., что приводит к созданию множества различных моделей. Учитывая сложные характеристики рынка, выбрать оптимальную модель полиакриламида для вашей системы очистки сточных вод действительно очень сложно. Вот несколько советов по решению распространенных проблем при выборе полиакриламида для очистки сточных вод или осадка.
1. Понимание источника осадка
Осадок является неизбежным побочным продуктом очистки сточных вод. Во-первых, мы должны понять источник, свойства, состав и содержание твердых веществ в осадке. По основным компонентам ил можно разделить на органический и неорганический ил.
Обычно катионный полиакриламид используется для обработки органических осадков, а анионный полиакриламид используется для обработки неорганических осадков. Катионный полиакриламид не подходит для сильнощелочных условий, а анионный полиакриламид не подходит для сильнокислых условий. Более высокое содержание твердых веществ в осадке обычно требует большей дозировки полиакриламида.
2. Выбор молекулярной массы полиакриламида
Молекулярная масса полиакриламида относится к длине молекулярной цепи. Молекулярная масса полиакриламида колеблется от 5 миллионов до 18 миллионов. Обычно, чем выше молекулярная масса полиакриламидного продукта, тем выше вязкость. Однако на практике более высокая молекулярная масса не обязательно означает лучшую производительность. Соответствующая молекулярная масса должна определяться с учетом конкретной отрасли применения, качества воды и очистного оборудования.
Полиакриламид – высокомолекулярный- коагулянт. Продукты можно разделить на три категории в зависимости от их средней молекулярной массы: низкомолекулярные (<1 million), medium molecular weight (2-4 million), and high molecular weight (>7 миллионов).
Полиакриламид используется при очистке сточных вод и представляет собой высокомолекулярный-водорастворимый-органический полимер с молекулярной массой от нескольких миллионов до десятков миллионов. При использовании исключительно в качестве коагулянта, как правило, чем выше молекулярная масса, тем плотнее хлопья и тем меньше химикатов требуется. Однако молекулярную массу анионного полиакриламида рекомендуется не превышать 20 миллионов.
Для обезвоживания осадка: При использовании ленточного фильтр-пресса молекулярная масса обычно не может быть слишком высокой. Высокая молекулярная масса может засорить фильтровальную ткань, что повлияет на эффект обезвоживания. При использовании центробежного фильтр-пресса требования к молекулярной массе выше, поскольку центробежные фильтр-прессы требуют, чтобы хлопья были как можно более устойчивыми к сдвигу-; поэтому следует выбирать продукт с относительно высокой молекулярной массой.
3. Выбор степени иона полиакриламида.
Для обезвоживания осадка флокулянты с разным содержанием ионов могут быть проверены посредством небольших экспериментов, чтобы выбрать оптимальный полиакриламид. Это обеспечивает наилучший эффект флокулянта при минимизации дозировки и экономии затрат. Ключевыми факторами для выбора степени иона являются:
(1) Размер хлопьев
Слишком маленькие хлопья будут влиять на скорость дренажа, а слишком большие хлопья будут связывать больше воды, уменьшая сухость шлама. Размер хлопьев можно регулировать, выбирая молекулярную массу полиакриламида.
(2) Прочность хлопьев (содержание влаги)
Хлопья должны оставаться стабильными и не разрушаться под действием напряжения сдвига. Увеличение молекулярной массы полиакриламида или выбор подходящей молекулярной структуры помогает улучшить стабильность хлопьев.
(3) Смешивание полиакриламида и ила
Полиакриламид должен полностью вступить в реакцию с осадком в определенной точке обезвоживающего оборудования для достижения флокуляции. Следовательно, вязкость раствора полиакриламида должна быть соответствующей, чтобы обеспечить тщательное смешивание со шламом в условиях существующего оборудования. Равномерное смешивание является ключевым фактором успеха. Вязкость раствора полиакриламида зависит от его молекулярной массы и концентрации.
(4) Растворение полиакриламида
Хорошее растворение необходимо для эффективной флокуляции. Как упоминалось ранее, процесс растворения полиакриламида по сути является процессом его созревания. Иногда необходимо ускорить скорость растворения; в этом случае можно рассмотреть вопрос об увеличении концентрации раствора полиакриламида.
Поэтому оптимальный выбор продукта должен определяться посредством лабораторных экспериментов в стаканах. Из вышеизложенного видно, что выбор молекулярной массы и ионности не является абсолютным. Перед выбором полиакриламида лучше всего провести отборочные и эксплуатационные испытания, чтобы получить наиболее точные данные и обеспечить максимальную экономическую-эффективность выбранного полиакриламида.