Он представляет
В последние десятилетия, в связи с ростом населения, развитием промышленности и общим увеличением потребления воды, очистка сточных вод стала серьёзной экологической проблемой. Муниципальные и промышленные сточные воды содержат большое количество органических веществ, взвешенных частиц, тяжёлых металлов и химических соединений. Сброс в окружающую среду без очистки может привести к загрязнению водных ресурсов и представлять угрозу здоровью человека. Для повышения эффективности процессов физико-химической очистки используются коагулянты и композитные материалы. Одним из наиболее эффективных является катионный полиакриламид ( КПАМ ) .
Что такое катионный полиакриламид?
Полиакриламид (ПАМ) — водорастворимый синтетический полимер, получаемый из мономера акриламида. Изменяя тип функциональных групп в полимерной цепи, можно получать различные типы полиакриламида, включая анионные, неионогенные и катионные. Катионные полиакриламиды включают в полимерную цепь четвертичные аммониевые группы или вторичные и третичные амины, что придает ей положительный заряд.
Положительный заряд в структуре катионного полиакриламида играет ключевую роль в его эффективности, поскольку большинство взвешенных частиц и органических соединений, содержащихся в сточных водах, имеют отрицательный заряд и обладают сильной способностью притягивать положительные заряды. Это свойство позволяет катионному полиакриламиду эффективно связывать мелкие взвешенные частицы, образуя более крупные агрегаты, которые легко отделяются от сточных вод.
Паспорт безопасности полиакриламида
Механизм действия катионного полиакриламида при очистке сточных вод
CPAM опирается на три основных механизма:
-
Нейтрализация заряда:
коллоидные частицы в сточных водах отталкиваются друг от друга и остаются во взвешенном состоянии благодаря своему отрицательному заряду. При добавлении катионного полиакриламида в систему положительный заряд нейтрализует отрицательный заряд частиц, уменьшая силу отталкивания между ними. В результате частицы сближаются и склонны к слипанию. -
Механизм связывания:
Длинные цепи CPAM способны связывать несколько взвешенных частиц. Это явление приводит к образованию более крупных и устойчивых агрегатов, которые легко разделяются седиментацией или фильтрацией. -
Физическая адсорбция и коагуляция:
активные группы CPAM способны связываться с поверхностями органических и неорганических частиц посредством водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса. Эти взаимодействия улучшают коагуляцию и чистоту жидкости.
Применение катионного полиакриламида при очистке сточных вод
1. Очистка городских сточных вод
На муниципальных очистных сооружениях сточных вод CPAM используется в качестве коагулянта на этапе коагуляции. Добавление небольшого количества этого полимера может значительно повысить эффективность осаждения взвешенных частиц и снизить образование шлама. Кроме того, на установках по сушке шлама CPAM может повысить эффективность фильтр-прессов и центрифуг.
2. Очистка промышленных сточных вод
Такие отрасли, как нефтехимическая, бумажная, текстильная, сталелитейная, кожевенная, молочная и пищевая, часто производят сточные воды, богатые органическими веществами и взвешенными частицами. Катионный полиакриламид, благодаря своему положительному заряду, эффективно удаляет органические вещества и красители из таких вод. Во многих отраслях промышленности катионный полиакриламид используется вместе с полиалюминийхлоридом (ПАХ) или сульфатом алюминия для одновременной коагуляции и агломерации.
3. Концентрация и сушка шлама
Сушка осадка — один из самых дорогостоящих этапов очистки сточных вод. Система CPAM значительно снижает энергопотребление и эксплуатационные расходы за счёт повышения скорости осаждения частиц осадка и упрощения процесса сушки. Кроме того, получаемый в системе высушенный осадок обычно меньше по размеру и его легче транспортировать.
Преимущества использования катионного полиакриламида
-
Низкая доза, высокая эффективность:
обычно необходимая доза CPAM очень мала, но ее эффект впечатляет. -
Улучшить скорость осаждения и прозрачность сточных вод.
-
Его можно использовать в широком диапазоне pH (примерно от 4 до 9).
-
Уменьшает объем шлама и улучшает результаты сушки воды.
-
Совместим с другими химикатами, такими как полиалюминийхлорид и известь.
-
Нетоксично и обладает высокой химической стабильностью.
Инструкция по применению и дозировка
Катионный полиакриламид обычно продаётся в виде сухого порошка или готового к применению раствора. Для промышленного использования порошок CPAM необходимо растворить в воде до необходимой концентрации (обычно от 0,1% до 0,5%) перед внесением в сточные воды. Точная дозировка зависит от типа сточных вод, концентрации взвешенных частиц, pH и температуры окружающей среды, но в среднем составляет от 1 до 10 мг/л. Лучший способ определить оптимальную дозировку — провести лабораторный тест перед использованием в промышленных масштабах.
Факторы, влияющие на эффективность катионного полиакриламида
-
Движущая сила: чем больше положительных зарядов в структуре CPAM, тем больше ее тенденция притягивать отрицательно заряженные частицы.
-
Молекулярная масса полимера: полимеры с более высокой молекулярной массой обладают более сильными связующими свойствами, но могут растворяться медленнее.
-
pH и температура сточных вод: Оптимальная производительность достигается в нейтральном диапазоне pH, а более высокие температуры обычно приводят к увеличению скорости реакции.
-
Время смешивания: чрезмерное перемешивание приведет к образованию комков, поэтому потребуется корректировка.
Советы по безопасности и охране окружающей среды
Катионный полиакриламид относительно безопасен в типичных концентрациях, однако его следует хранить в прохладном, сухом месте, избегая прямого контакта порошка с кожей и глазами. Свободный мономер акриламида, если он присутствует, токсичен, поэтому рекомендуется использовать сертифицированные продукты с очень низким содержанием свободного мономера (менее 0,05%).
С экологической точки зрения CPAM является подходящим вариантом для очистки сточных вод из-за его низкого расхода, относительной легкости разложения в окружающей среде и отсутствия очевидных разрушительных эффектов.
Окончательно
Катионный полиакриламид — один из наиболее широко используемых и эффективных композитных реагентов в системах очистки муниципальных и промышленных сточных вод. Благодаря своим механизмам нейтрализации заряда, связывания и поверхностной адсорбции этот полимер быстро осаждает взвешенные частицы и органические соединения, повышая прозрачность сточных вод. Правильное использование катионного полиакриламида не только улучшает качество очищенной воды, но и снижает эксплуатационные расходы и образование шлама. Поэтому многие очистные сооружения и промышленные предприятия используют этот полимер в качестве ключевого компонента в процессах очистки.