يقدم
في العقود الأخيرة، ومع النمو السكاني والتطور الصناعي والزيادة العامة في استهلاك المياه، أصبحت معالجة مياه الصرف الصحي تحديًا بيئيًا رئيسيًا. تحتوي مياه الصرف الصحي البلدية والصناعية على كميات كبيرة من المواد العضوية والجسيمات العالقة والمعادن الثقيلة والمركبات الكيميائية. في حال تصريفها في البيئة دون معالجة، قد تلوث موارد المياه وتهدد صحة الإنسان. لتحسين كفاءة عمليات المعالجة الفيزيائية والكيميائية، تُستخدم مواد التخثر والمواد المُركّبة. ومن أكثر المواد فعالية بولي أكريلاميد الكاتيوني ( CPAM ) .
ما هو بولي أكريلاميد الكاتيوني؟
بولي أكريلاميد (PAM) هو بوليمر صناعي قابل للذوبان في الماء، مصنوع من مونومر أكريلاميد. بتغيير نوع المجموعات الوظيفية على سلسلة البوليمر، يمكن إنتاج أنواع مختلفة من بولي أكريلاميد، بما في ذلك الأنيونية، وغير الأيونية، والكاتيونية. تُدمج بولي أكريلاميد الكاتيونية مجموعات أمونيوم رباعية أو أمينات ثانوية وثالثية في سلسلة البوليمر، مما يمنحها شحنة موجبة.
تلعب الشحنة الموجبة في بنية بولي أكريلاميد الكاتيوني دورًا رئيسيًا في أدائه، حيث إن معظم الجسيمات العالقة والمركبات العضوية الموجودة في مياه الصرف الصحي مشحونة سالبًا وتميل بشدة إلى جذب الشحنات الموجبة. تتيح هذه الخاصية لبولي أكريلاميد الكاتيوني ربط الجسيمات العالقة الدقيقة بفعالية لتكوين تكتلات أكبر، والتي تُفصل بسهولة عن مياه الصرف الصحي.
صحيفة بيانات السلامة للبولي أكريلاميد
آلية عمل بولي أكريلاميد الكاتيوني في معالجة مياه الصرف الصحي
تعتمد CPAM على ثلاث آليات رئيسية:
-
تحييد الشحنة:
تتنافر الجسيمات الغروانية في مياه الصرف الصحي، وتبقى عالقة بسبب شحنتها السالبة. بإضافة بولي أكريلاميد كاتيوني إلى النظام ، تُعادل الشحنة الموجبة الشحنة السالبة على الجسيمات، مما يُقلل من قوة التنافر بينها. ونتيجةً لذلك، تقترب الجسيمات من بعضها وتميل إلى التكتل. -
آلية الربط:
تستطيع سلاسل CPAM الطويلة ربط جزيئات معلقة متعددة معًا. تؤدي هذه الظاهرة إلى تكوين كتل أكبر وأكثر استقرارًا، يسهل فصلها بالترسيب أو الترشيح. -
الامتصاص والتخثر الفيزيائيان:
يمكن للمجموعات النشطة في CPAM الارتباط بأسطح الجسيمات العضوية وغير العضوية من خلال الروابط الهيدروجينية وقوى فان دير فالس. تُحسّن هذه التفاعلات عملية التخثر ونقاء السائل.
تطبيق بولي أكريلاميد الكاتيوني في معالجة مياه الصرف الصحي
1. معالجة مياه الصرف الصحي الحضرية
في محطات معالجة مياه الصرف الصحي البلدية، يُستخدم CPAM كمُخَثِّر خلال مرحلة التخثر. إضافة كميات صغيرة من هذا البوليمر يمكن أن تزيد بشكل كبير من كفاءة ترسيب المواد الصلبة العالقة وتُقلل من إنتاج الحمأة. علاوة على ذلك، في محطات تجفيف الحمأة، يُمكن لـ CPAM تحسين كفاءة مكابس الترشيح وأجهزة الطرد المركزي.
2. معالجة مياه الصرف الصناعي
غالبًا ما تُنتج صناعات مثل البتروكيماويات والورق والمنسوجات والصلب والجلود ومنتجات الألبان والأغذية مياه صرف صحي غنية بالمواد العضوية والمواد الصلبة العالقة. يزيل بولي أكريلاميد الكاتيوني، بفضل شحنته الموجبة، المواد العضوية والأصباغ بفعالية من هذه المياه. في العديد من الصناعات، يُستخدم بولي أكريلاميد الكاتيون مع بولي كلوريد الألومنيوم (PAC) أو كبريتات الألومنيوم لتحقيق التخثر والتكتل المتزامن.
3. تركيز الحمأة وتجفيفها
تُعد عملية تجفيف الحمأة من أكثر خطوات معالجة مياه الصرف الصحي تكلفة. يُقلل نظام CPAM بشكل كبير من استهلاك الطاقة وتكاليف التشغيل من خلال زيادة معدل ترسيب جزيئات الحمأة وتسهيل عملية التجفيف. علاوة على ذلك، عادةً ما يكون الحمأة المجففة التي ينتجها النظام أصغر حجمًا وأسهل نقلًا.
مزايا استخدام بولي أكريلاميد الكاتيوني
-
جرعة منخفضة، كفاءة عالية:
الجرعة المطلوبة عادة من CPAM منخفضة للغاية، ولكن تأثيرها مثير للإعجاب. -
تحسين معدل الترسيب ووضوح المياه العادمة.
-
يمكن استخدامه في نطاق واسع من درجة الحموضة (حوالي 4 إلى 9).
-
يقلل من حجم الحمأة ويحسن نتائج تجفيف المياه.
-
متوافق مع المواد الكيميائية الأخرى مثل كلوريد البولي ألومنيوم والجير.
-
غير سامة ومستقرة كيميائيا بدرجة عالية.
تعليمات الاستخدام والجرعة
يُباع بولي أكريلاميد الكاتيوني عادةً كمسحوق جاف أو محلول جاهز للاستخدام. للاستخدام الصناعي، يجب إذابة مسحوق CPAM في الماء حتى يصل إلى التركيز المناسب (عادةً من 0.1% إلى 0.5%) قبل حقنه في مياه الصرف الصحي. تعتمد الجرعة الدقيقة على نوع مياه الصرف الصحي، وتركيز المواد الصلبة العالقة، ودرجة الحموضة (pH)، ودرجة حرارة الجو، ولكن تتراوح الجرعات المتوسطة بين 1 و10 ملغم/لتر. يُعدّ إجراء اختبار باستخدام كأس قبل الاستخدام على نطاق واسع أفضل طريقة لتحديد الجرعة المثلى.
العوامل المؤثرة على كفاءة بولي أكريلاميد الكاتيوني
-
القوة الدافعة: كلما زاد عدد الشحنات الموجبة في بنية CPAM، زاد ميلها إلى جذب الجسيمات المشحونة سلبًا.
-
الوزن الجزيئي للبوليمر: البوليمرات ذات الأوزان الجزيئية الأعلى لها خصائص ربط أقوى ولكنها قد تذوب ببطء أكثر.
-
درجة حموضة مياه الصرف الصحي ودرجة حرارتها: يحدث الأداء الأمثل في نطاق درجة الحموضة المحايدة، وتؤدي درجات الحرارة المرتفعة عمومًا إلى زيادة معدلات التفاعل.
-
وقت الخلط: الإفراط في الخلط سوف يتسبب في تفتيت الكتل، لذا ستكون التعديلات ضرورية.
نصائح السلامة والبيئة
يُعد بولي أكريلاميد الكاتيوني آمنًا نسبيًا عند تركيزاته النموذجية؛ ومع ذلك، يجب تخزينه في مستودع بارد وجاف، وتجنب ملامسة المسحوق للجلد والعينين مباشرةً. يُعد مونومر الأكريلاميد الحر، إن وُجد، سامًا، لذا يُنصح باستخدام المنتجات المعتمدة ذات محتوى مونومر حر منخفض للغاية (أقل من 0.05%).
من منظور بيئي، تعتبر مادة CPAM خيارًا مناسبًا لمعالجة مياه الصرف الصحي نظرًا لاستهلاكها المنخفض وسهولة تحللها النسبية في البيئة وعدم وجود آثار مدمرة واضحة.
ختاماً
يُعد بولي أكريلاميد الكاتيوني أحد أكثر المواد الكيميائية المُركّبة استخدامًا وفعاليةً في أنظمة معالجة مياه الصرف الصحي البلدية والصناعية. بفضل آلياته في معادلة الشحنات، والربط، والامتصاص السطحي، يُرسّب هذا البوليمر الجسيمات العالقة والمركبات العضوية بسرعة، مما يُحسّن صفاء مياه الصرف. ولا يقتصر الاستخدام السليم لبولي أكريلاميد الكاتيوني على تحسين جودة المياه المعالجة فحسب، بل يُقلّل أيضًا من تكاليف التشغيل وإنتاج الحمأة. لذلك، تستخدم العديد من محطات معالجة مياه الصرف الصحي والوحدات الصناعية هذا البوليمر كمكوّن أساسي في عمليات المعالجة.