Typy PAM
Kationtový polyakrylamid (CPAM): Lineární polymerní sloučenina. Díky svým různým aktivním skupinám může vytvářet vodíkové vazby s mnoha látkami prostřednictvím afinity a adsorpce. Primárně flokuluje záporně nabité koloidy.
Aniontový polyakrylamid (APAM): ve vodě-rozpustný polymer, který se používá hlavně pro flokulaci a sedimentaci při různých úpravách průmyslových odpadních vod, jako jsou odpadní vody z oceláren, galvanoven, metalurgických závodů a myček uhlí a také při odvodňování kalů. Může být také použit pro čištění a čištění pitné vody. Protože jeho molekulární řetězec obsahuje určitý počet polárních skupin, může adsorbovat suspendované pevné částice ve vodě, přemosťovat částice nebo neutralizovat jejich náboje za vzniku velkých vloček. Proto může urychlit sedimentaci částic v suspenzi, výrazně urychlit čiření roztoku a podpořit filtraci.
Neiontový polyakrylamid (NPAM): Jedná se o vysoko-molekulární- polymer nebo polyelektrolyt. Jeho molekulární řetězec obsahuje určité množství polárních skupin, které mohou adsorbovat suspendované pevné částice ve vodě a přemosťovat částice za vzniku velkých vloček. Urychluje sedimentaci částic v suspenzi, výrazně urychluje čiření roztoku a podporuje filtraci. Díky přítomnosti amidových nebo iontových skupin v jeho molekulárním řetězci je jeho významnou charakteristikou vysoká hydrofilita, umožňující rozpouštění ve vodě v různých poměrech. Tento typ polyakrylamidového vodného roztoku má dobrou toleranci k elektrolytům, jako je chlorid amonný a síran sodný, a je také kompatibilní s povrchově aktivními látkami.
Technické ukazatele PAM
Technické indikátory polyakrylamidu obecně zahrnují molekulovou hmotnost, stupeň hydrolýzy, stupeň ionizace, viskozitu a obsah zbytkového monomeru. Kvalitu PAM lze tedy posuzovat i z těchto ukazatelů.
1. Molekulová hmotnost
PAM má velmi vysokou molekulovou hmotnost a ta se v posledních letech výrazně zvýšila. PAM používaný v 70. letech měl obecně molekulovou hmotnost několik milionů; od 80. let 20. století má většina-vysoce účinných PAM molekulovou hmotnost přes 15 milionů, přičemž některé dosahují 20 milionů. Každá molekula PAM je polymerizována z více než 100 000 molekul akrylamidu nebo akrylátu sodného (akrylamid má molekulovou hmotnost 71 a PAM obsahující 100 000 monomerů má molekulovou hmotnost 7,1 milionu).
Obecně platí, že PAM s vyšší molekulovou hmotností vykazuje lepší flokulační výkon. Akrylamid má molekulovou hmotnost 71, zatímco PAM obsahující 100 000 monomerů má molekulovou hmotnost 7,1 milionu. Polyakrylamid a jeho deriváty mají molekulové hmotnosti v rozsahu od stovek tisíc do více než deseti milionů a lze je na základě molekulové hmotnosti rozdělit do kategorií s nízkou molekulovou hmotností (pod 1 milion), střední molekulovou hmotností (1 milion až 10 milionů), vysokou molekulovou hmotností (10 milionů až 15 milionů) a ultra-vysokou molekulovou hmotností (nad 15 milionů).
Molekulová hmotnost vysokomolekulárních organických sloučenin není zcela jednotná, dokonce ani v rámci stejného produktu; nominální molekulová hmotnost je její průměrná hodnota.
2. Stupeň hydrolýzy a stupeň ionizace
Stupeň ionizace PAM výrazně ovlivňuje jeho výkon, jeho optimální hodnota však závisí na typu a vlastnostech upravovaného materiálu; různé podmínky povedou k různým optimálním hodnotám. Pokud má zpracovávaný materiál vysokou iontovou sílu (obsahující velké množství anorganických látek), měl by mít použitý PAM vyšší stupeň ionizace a naopak. Obecně se stupeň anionizace nazývá stupeň hydrolýzy. Stupeň ionizace se obvykle konkrétně týká kationtů.
Stupeň ionizace=n/(m+n)*100 %
Dříve vyrobený PAM byl polymerizován z jediného monomeru, polyakrylamidu, a původně neobsahoval skupiny -COONa. Před použitím bylo nutné zahřátí s NaOH k hydrolýze některých -CONH2 skupin na -COONa, jak je ukázáno v následující reakci:
-CONH2 + NaOH → -COONa + NH3↑
Během procesu hydrolýzy se uvolňuje plynný amoniak. Podíl amidových skupin hydrolyzovaných v PAM se nazývá stupeň hydrolýzy, což je stupeň anionizace. Tento typ PAM byl nepohodlný a měl špatný výkon (hydrolýza zahříváním nevyhnutelně způsobila významný pokles molekulové hmotnosti a výkonu PAM) a od 80. let se používal jen zřídka.
Moderně vyráběné PAM jsou dostupné v různých produktech s různým stupněm anionizace. Uživatelé si mohou vybrat vhodný typ podle svých potřeb a prostřednictvím skutečného testování. Není nutná žádná další hydrolýza; lze jej použít přímo po rozpuštění.
Kvůli zvyku však někteří lidé stále označují proces rozpouštění flokulantů jako hydrolýzu. Je třeba poznamenat, že hydrolýza znamená rozklad vodou, chemickou reakci a hydrolýzou PAM se uvolňuje plynný amoniak; zatímco rozpouštění je pouze fyzikální proces bez chemické reakce. Oba jsou zásadně odlišné a neměly by se zaměňovat.
3. Obsah zbytkového monomeru
Obsah zbytkového monomeru PAM se týká množství akrylamidového monomeru, který během polymerace akrylamidu na polyakrylamid zcela nezreagoval a nakonec zůstal v polyakrylamidovém produktu. Je to důležitý parametr pro posouzení jeho vhodnosti pro potravinářský průmysl. Polyakrylamid není -toxický, ale akrylamid má určitý stupeň toxicity.
V průmyslovém-polyakrylamidu nevyhnutelně zůstávají stopová množství nezpolymerovaného akrylamidového monomeru. Proto musí být obsah zbytkového monomeru v produktech PAM přísně kontrolován. Mezinárodní předpisy stanovují, že obsah zbytkového monomeru v PAM používaném v pitné vodě a potravinářském průmyslu by neměl překročit 0,05 %. Tato hodnota pro dobře-známé mezinárodní produkty je nižší než 0,03 %.
4. Viskozita
Roztoky PAM jsou velmi viskózní. Čím vyšší je molekulová hmotnost PAM, tím vyšší je viskozita roztoku. Je to proto, že makromolekuly PAM jsou dlouhé a tenké řetězce, což má za následek značný odpor vůči pohybu v roztoku. Viskozita v podstatě odráží velikost tření v roztoku, také známou jako koeficient vnitřního tření.
Roztoky různých vysoko{0}}molekulárních- organických sloučenin mají obecně vysokou viskozitu, která se zvyšuje s rostoucí molekulovou hmotností. Jednou z metod stanovení molekulové hmotnosti vysoko-molekulárních- organických sloučenin je změřit viskozitu roztoku o určité koncentraci za specifických podmínek a poté vypočítat jeho molekulovou hmotnost pomocí specifického vzorce; tomu se říká „viskozitní-průměrná molekulová hmotnost“.
Výběr PAM
Polyakrylamid lze na základě jeho iontových vlastností rozdělit na neiontové, aniontové a kationtové typy. Na základě molekulové hmotnosti existují různé specifikace, ionizace atd., což vede k mnoha různým modelům. Vzhledem ke složitým specifikacím na trhu je výběr optimálního polyakrylamidového modelu pro váš systém odpadních vod skutečně velmi obtížný. Zde je několik tipů, jak vyřešit běžné problémy při výběru polyakrylamidu pro čištění odpadních vod nebo kalů.
1. Pochopení zdroje kalu
Kal je nevyhnutelným vedlejším produktem čištění odpadních vod. Nejprve bychom měli pochopit zdroj, vlastnosti, složení a obsah pevných látek v kalu. Podle hlavních složek lze kal rozdělit na organický kal a anorganický kal.
Obecně se kationtový polyakrylamid používá pro úpravu organického kalu, zatímco aniontový polyakrylamid se používá pro úpravu anorganického kalu. Kationtový polyakrylamid není vhodný pro vysoce alkalické podmínky, zatímco aniontový polyakrylamid není vhodný pro vysoce kyselé podmínky. Vyšší obsah pevných látek v kalu obvykle vyžaduje větší dávku polyakrylamidu.
2. Výběr molekulové hmotnosti polyakrylamidu
Molekulová hmotnost polyakrylamidu se vztahuje k délce molekulárního řetězce. Molekulová hmotnost polyakrylamidu se pohybuje od 5 milionů do 18 milionů. Obecně platí, že čím vyšší je molekulová hmotnost polyakrylamidového produktu, tím vyšší je viskozita. V praxi však vyšší molekulová hmotnost nemusí nutně znamenat lepší výkon. Vhodná molekulová hmotnost musí být stanovena na základě konkrétního aplikačního odvětví, kvality vody a zařízení na úpravu.
Polyakrylamid je vysoko{0}}molekulární-koagulační prostředek. Produkty lze rozdělit do tří kategorií podle jejich průměrné molekulové hmotnosti: nízkomolekulární (<1 million), medium molecular weight (2-4 million), and high molecular weight (>7 milionů).
Polyakrylamid se používá při čištění odpadních vod a je to vysoko{0}}molekulární-ve vodě-rozpustný organický polymer s molekulovou hmotností v rozmezí od několika milionů do desítek milionů. Při použití pouze jako pomocné koagulační činidlo obecně platí, že čím vyšší je molekulová hmotnost, tím hustší jsou vločky a tím méně chemikálií je potřeba. Doporučuje se však, aby molekulová hmotnost aniontového polyakrylamidu nepřesáhla 20 milionů.
Pro odvodnění kalu: Při použití pásového kalolisu nemůže být molekulová hmotnost obecně příliš vysoká. Vysoká molekulová hmotnost může ucpat filtrační tkaninu a ovlivnit odvodňovací účinek. Při použití odstředivého kalolisu je požadavek na molekulovou hmotnost vyšší, protože odstředivé kalolisy vyžadují, aby vločky byly co možná nejodolnější ve smyku; proto by měl být vybrán produkt s relativně vysokou molekulovou hmotností.
3. Výběr stupně polyakrylamidových iontů
Pro odvodnění kalu lze pomocí malých experimentů prosévat flokulanty s různými iontovými stupni, aby se vybral optimální polyakrylamid. Tím se dosáhne nejlepšího flokulantního účinku při minimalizaci dávkování, což šetří náklady. Klíčovými faktory pro výběr stupně iontů jsou:
(1) Velikost vloček
Příliš malé vločky ovlivní rychlost odvodnění, zatímco příliš velké vločky na sebe navážou více vody, čímž se sníží suchost kalového koláče. Velikost vloček lze upravit výběrem molekulové hmotnosti polyakrylamidu.
(2) Síla vloček (obsah vlhkosti)
Vločky by měly zůstat stabilní a nelámat se při smykovém napětí. Zvýšení molekulové hmotnosti polyakrylamidu nebo výběr vhodné molekulární struktury pomáhá zlepšit stabilitu vloček.
(3) Míchání polyakrylamidu a kalu
Polyakrylamid musí plně reagovat s kalem v určitém bodě odvodňovacího zařízení, aby se dosáhlo flokulace. Viskozita polyakrylamidového roztoku proto musí být vhodná k zajištění důkladného promíchání s kalem za stávajících podmínek zařízení. Rovnoměrné míchání je klíčovým faktorem úspěchu. Viskozita roztoku polyakrylamidu souvisí s jeho molekulovou hmotností a koncentrací.
(4) Rozpouštění polyakrylamidu
Dobré rozpuštění je nezbytné pro účinnou flokulaci. Jak již bylo zmíněno dříve, proces rozpouštění polyakrylamidu je v podstatě procesem jeho zrání. Někdy je nutné zrychlit rychlost rozpouštění; v tomto případě lze uvažovat o zvýšení koncentrace roztoku polyakrylamidu.
Proto by měl být optimální výběr produktu určen pomocí laboratorních pokusů v kádinkách. Z výše uvedeného je vidět, že výběr molekulové hmotnosti a ionizace není absolutní. Před výběrem polyakrylamidu je nejlepší provést výběrové testy a provozní testy, abyste získali co nejpřesnější údaje a zajistili nejlepší nákladovou-efektivitu vybraného polyakrylamidu.
