Typy PAM
Katiónový polyakrylamid (CPAM): Lineárna polymérna zlúčenina. Vďaka svojim rôznym aktívnym skupinám môže vytvárať vodíkové väzby s mnohými látkami prostredníctvom afinity a adsorpcie. Primárne flokuluje záporne nabité koloidy.
Aniónový polyakrylamid (APAM): vo vode-rozpustný polymér, ktorý sa používa hlavne na flokuláciu a sedimentáciu pri rôznych priemyselných čistení odpadových vôd, ako sú odpadové vody z oceliarní, galvanických závodov, metalurgických závodov a umývacích zariadení na uhlie, ako aj odvodňovanie kalov. Môže sa použiť aj na čistenie a čistenie pitnej vody. Pretože jeho molekulárny reťazec obsahuje určitý počet polárnych skupín, môže adsorbovať suspendované pevné častice vo vode, premosťovať častice alebo neutralizovať ich náboj za vzniku veľkých vločiek. Preto môže urýchliť sedimentáciu častíc v suspenzii, výrazne urýchliť vyčírenie roztoku a podporiť filtráciu.
Neiónový polyakrylamid (NPAM): Ide o polymér alebo polyelektrolyt s vysokou -molekulárnou- hmotnosťou. Jeho molekulárny reťazec obsahuje určité množstvo polárnych skupín, ktoré môžu adsorbovať suspendované pevné častice vo vode, premosťujúc častice za vzniku veľkých vločiek. Urýchľuje sedimentáciu častíc v suspenzii, výrazne urýchľuje čírenie roztoku a podporuje filtráciu. Vďaka prítomnosti amidových alebo iónových skupín v jeho molekulovom reťazci je jeho významnou charakteristikou vysoká hydrofilnosť, ktorá umožňuje jeho rozpúšťanie vo vode v rôznych pomeroch. Tento typ polyakrylamidového vodného roztoku má dobrú toleranciu voči elektrolytom, ako je chlorid amónny a síran sodný, a je tiež kompatibilný s povrchovo aktívnymi látkami.
Technické ukazovatele PAM
Technické ukazovatele polyakrylamidu vo všeobecnosti zahŕňajú molekulovú hmotnosť, stupeň hydrolýzy, stupeň ionizácie, viskozitu a obsah zvyškového monoméru. Z týchto ukazovateľov teda možno posudzovať aj kvalitu PAM.
1. Molekulová hmotnosť
PAM má veľmi vysokú molekulovú hmotnosť, ktorá sa v posledných rokoch výrazne zvýšila. PAM používaný v 70. rokoch mal vo všeobecnosti molekulovú hmotnosť niekoľko miliónov; od 80. rokov 20. storočia má väčšina-vysokoúčinných PAM molekulovú hmotnosť viac ako 15 miliónov, pričom niektoré dosahujú až 20 miliónov. Každá molekula PAM je polymerizovaná z viac ako 100 000 molekúl akrylamidu alebo akrylátu sodného (akrylamid má molekulovú hmotnosť 71 a PAM obsahujúci 100 000 monomérov má molekulovú hmotnosť 7,1 milióna).
Všeobecne platí, že PAM s vyššou molekulovou hmotnosťou vykazuje lepšie flokulačné vlastnosti. Akrylamid má molekulovú hmotnosť 71, zatiaľ čo PAM obsahujúci 100 000 monomérov má molekulovú hmotnosť 7,1 milióna. Polyakrylamid a jeho deriváty majú molekulové hmotnosti v rozsahu od stoviek tisíc do viac ako desať miliónov a možno ich na základe molekulovej hmotnosti rozdeliť do kategórií s nízkou molekulovou hmotnosťou (menej ako 1 milión), so strednou molekulovou hmotnosťou (1 milión až 10 miliónov), vysokou molekulovou hmotnosťou (10 miliónov až 15 miliónov) a ultra{11}}vysokou molekulovou hmotnosťou (nad 15 miliónov).
Molekulová hmotnosť organických zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou nie je úplne jednotná, dokonca ani v rámci toho istého produktu; nominálna molekulová hmotnosť je jej priemerná hodnota.
2. Stupeň hydrolýzy a stupeň ionizácie
Stupeň ionizácie PAM výrazne ovplyvňuje jeho výkon, ale jeho optimálna hodnota závisí od typu a vlastností upravovaného materiálu; rôzne podmienky budú mať za následok rôzne optimálne hodnoty. Ak má spracovávaný materiál vysokú iónovú silu (obsahuje veľké množstvo anorganických látok), použitý PAM by mal mať vyšší stupeň ionizácie a naopak. Všeobecne sa stupeň anionizácie nazýva stupeň hydrolýzy. Stupeň ionizácie sa zvyčajne konkrétne vzťahuje na katióny.
Stupeň ionizácie=n/(m+n)*100 %
Pôvodne vyrobený PAM bol polymerizovaný z jediného monoméru, polyakrylamidu, a pôvodne neobsahoval skupiny -COONa. Pred použitím bolo potrebné zahrievanie s NaOH, aby sa hydrolyzovali niektoré zo skupín -CONH2 na -COONa, ako je znázornené v nasledujúcej reakcii:
-CONH2 + NaOH → -COONa NH3↑
Počas procesu hydrolýzy sa uvoľňuje plynný amoniak. Podiel amidových skupín hydrolyzovaných v PAM sa nazýva stupeň hydrolýzy, čo je stupeň anionizácie. Tento typ PAM bol nepohodlný na použitie a mal slabý výkon (hydrolýza zahrievaním nevyhnutne spôsobila významný pokles molekulovej hmotnosti a výkonu PAM) a od 80. rokov sa používal len zriedka.
Moderne vyrábané PAM sú dostupné v rôznych produktoch s rôznym stupňom anionizácie. Používatelia si môžu vybrať vhodný typ podľa svojich potrieb a prostredníctvom skutočného testovania. Nevyžaduje sa žiadna ďalšia hydrolýza; môže sa použiť priamo po rozpustení.
Niektorí ľudia však kvôli zvyku stále označujú proces rozpúšťania flokulantov ako hydrolýzu. Je potrebné poznamenať, že hydrolýza znamená rozklad vodou, chemickú reakciu a hydrolýzou PAM sa uvoľňuje plynný amoniak; zatiaľ čo rozpúšťanie je iba fyzikálny proces bez chemickej reakcie. Obe sú zásadne odlišné a nemali by sa zamieňať.
3. Obsah zvyškového monoméru
Obsah zvyškového monoméru PAM sa vzťahuje na množstvo akrylamidového monoméru, ktorý úplne nezreagoval počas polymerizácie akrylamidu na polyakrylamid a nakoniec zostal v polyakrylamidovom produkte. Je to dôležitý parameter pre posúdenie jeho vhodnosti pre potravinársky priemysel. Polyakrylamid nie je -toxický, ale akrylamid má určitý stupeň toxicity.
V priemyselnom-polyakrylamide nevyhnutne zostávajú stopové množstvá nespolymerizovaného akrylamidového monoméru. Preto musí byť obsah zvyškového monoméru v produktoch PAM prísne kontrolovaný. Medzinárodné predpisy stanovujú, že obsah zvyškového monoméru v PAM používanom v pitnej vode a potravinárskom priemysle by nemal presiahnuť 0,05 %. Táto hodnota pre-známe medzinárodné produkty je nižšia ako 0,03 %.
4. Viskozita
Roztoky PAM sú veľmi viskózne. Čím vyššia je molekulová hmotnosť PAM, tým väčšia je viskozita roztoku. Je to preto, že makromolekuly PAM sú dlhé a tenké reťazce, čo vedie k výraznému odporu voči pohybu v roztoku. Viskozita v podstate odráža veľkosť trenia v roztoku, ktorá je tiež známa ako koeficient vnútorného trenia.
Roztoky rôznych vysoko{0}}molekulárnych- organických zlúčenín majú vo všeobecnosti vysokú viskozitu, ktorá sa zvyšuje so zvyšujúcou sa molekulovou hmotnosťou. Jednou z metód na určenie molekulovej hmotnosti vysoko-molekulových- organických zlúčenín je meranie viskozity roztoku určitej koncentrácie za špecifických podmienok a potom výpočet jeho molekulovej hmotnosti pomocou špecifického vzorca; toto sa nazýva „viskozitná-priemerná molekulová hmotnosť“.
Výber PAM
Polyakrylamid možno na základe jeho iónových vlastností rozdeliť na neiónové, aniónové a katiónové typy. Na základe molekulovej hmotnosti existujú rôzne špecifikácie, ionizácia atď., čo vedie k mnohým rôznym modelom. Vzhľadom na komplexné špecifikácie na trhu je výber optimálneho polyakrylamidového modelu pre váš systém odpadových vôd skutočne veľmi náročný. Tu je niekoľko tipov na riešenie bežných problémov pri výbere polyakrylamidu na čistenie odpadových vôd alebo kalov.
1. Pochopenie zdroja kalu
Kal je nevyhnutným vedľajším produktom čistenia odpadových vôd. Najprv by sme mali pochopiť zdroj, vlastnosti, zloženie a obsah pevných látok kalu. Na základe hlavných zložiek možno kal rozdeliť na organický kal a anorganický kal.
Vo všeobecnosti sa katiónový polyakrylamid používa na úpravu organického kalu, zatiaľ čo aniónový polyakrylamid sa používa na úpravu anorganického kalu. Katiónový polyakrylamid nie je vhodný pre vysoko alkalické podmienky, zatiaľ čo aniónový polyakrylamid nie je vhodný pre vysoko kyslé podmienky. Vyšší obsah pevných látok v kale zvyčajne vyžaduje väčšiu dávku polyakrylamidu.
2. Výber molekulovej hmotnosti polyakrylamidu
Molekulová hmotnosť polyakrylamidu sa vzťahuje na dĺžku molekulového reťazca. Molekulová hmotnosť polyakrylamidu sa pohybuje od 5 miliónov do 18 miliónov. Vo všeobecnosti platí, že čím vyššia je molekulová hmotnosť polyakrylamidového produktu, tým vyššia je viskozita. V praxi však vyššia molekulová hmotnosť nemusí nevyhnutne znamenať lepší výkon. Príslušná molekulová hmotnosť sa musí určiť na základe konkrétneho odvetvia použitia, kvality vody a zariadenia na úpravu.
Polyakrylamid je vysoko{0}}molekulový{1}}koagulačný prostriedok. Produkty možno klasifikovať do troch kategórií podľa ich priemernej molekulovej hmotnosti: nízka molekulová hmotnosť (<1 million), medium molecular weight (2-4 million), and high molecular weight (>7 miliónov).
Polyakrylamid sa používa pri čistení odpadových vôd a je to vysokomolekulový -vo vode-rozpustný organický polymér s molekulovou hmotnosťou v rozmedzí od niekoľkých miliónov do desiatok miliónov. Ak sa použije výlučne ako pomocný koagulačný prostriedok, vo všeobecnosti platí, že čím vyššia je molekulová hmotnosť, tým sú vločky hustejšie a tým menej chemikálií je potrebných. Odporúča sa však, aby molekulová hmotnosť aniónového polyakrylamidu nepresiahla 20 miliónov.
Pre odvodnenie kalu: Pri použití pásového filtračného lisu nemôže byť molekulová hmotnosť vo všeobecnosti príliš vysoká. Vysoká molekulová hmotnosť môže upchať filtračnú tkaninu, čo má vplyv na odvodňovací účinok. Pri použití odstredivého filtračného lisu je požiadavka na molekulovú hmotnosť vyššia, pretože odstredivé filtračné lisy vyžadujú, aby vločky boli čo najodolnejšie v šmyku; preto by mal byť vybraný produkt s relatívne vysokou molekulovou hmotnosťou.
3. Výber stupňa polyakrylamidových iónov
Na odvodnenie kalu je možné pomocou malých experimentov triediť flokulanty s rôznymi iónovými stupňami, aby sa vybral optimálny polyakrylamid. Tým sa dosiahne najlepší vločkovací účinok pri minimalizovaní dávkovania, čo šetrí náklady. Kľúčovými faktormi pre výber stupňa iónov sú:
(1) Veľkosť vločiek
Príliš malé vločky ovplyvnia rýchlosť odvodňovania, zatiaľ čo príliš veľké vločky viažu viac vody, čím sa zníži suchosť kalového koláča. Veľkosť vločiek je možné upraviť výberom molekulovej hmotnosti polyakrylamidu.
(2) Sila vločiek (obsah vlhkosti)
Vločky by mali zostať stabilné a nelámať sa pri šmykovom namáhaní. Zvýšenie molekulovej hmotnosti polyakrylamidu alebo výber vhodnej molekulovej štruktúry pomáha zlepšiť stabilitu vločiek.
(3) Miešanie polyakrylamidu a kalu
Polyakrylamid musí úplne reagovať s kalom v určitom bode odvodňovacieho zariadenia, aby sa dosiahla flokulácia. Viskozita polyakrylamidového roztoku preto musí byť primeraná, aby sa zabezpečilo dôkladné premiešanie s kalom v podmienkach existujúcich zariadení. Rovnomerné miešanie je kľúčovým faktorom úspechu. Viskozita polyakrylamidového roztoku súvisí s jeho molekulovou hmotnosťou a koncentráciou.
(4) Rozpustenie polyakrylamidu
Dobré rozpustenie je nevyhnutné pre účinnú flokuláciu. Ako už bolo spomenuté, proces rozpúšťania polyakrylamidu je v podstate procesom jeho dozrievania. Niekedy je potrebné urýchliť rýchlosť rozpúšťania; v tomto prípade možno zvážiť zvýšenie koncentrácie roztoku polyakrylamidu.
Preto by sa mal optimálny výber produktu určiť pomocou laboratórnych experimentov v kadičke. Z vyššie uvedeného je zrejmé, že výber molekulovej hmotnosti a iónovej schopnosti nie je absolútny. Pred výberom polyakrylamidu je najlepšie vykonať výberové testy a prevádzkové testy, aby ste získali čo najpresnejšie údaje a zaistili najlepšiu nákladovú-efektívnosť vybraného polyakrylamidu.