Как катионная полиакриламидная эмульсия удаляет органику из сточных вод
Эмульсия катионного полиакриламида (CPAM) удаляет органические вещества из сточных вод путем преобразования растворенных и коллоидных органических веществ в более крупные, отделяемые хлопья посредством нейтрализации заряда и образования полимерных мостиков.
На практике CPAM лучше всего работает в качестве флокулянта (или коагулянта): он связывает отрицательно заряженные органические частицы, эмульгированные масла и гуминовые/фульвовые вещества в плотные агломераты, которые можно удалить путем седиментации, флотации растворенным воздухом (DAF) или фильтрации.
Что на самом деле делает эмульсия CPAM с «органическими веществами»
«Органические вещества» в сточных водах обычно представляют собой смесь растворенных органических веществ (измеряемых как ХПК/ТОС), коллоидов, которые способствуют ХПК и цвету, а также взвешенных твердых веществ с содержанием органических веществ. CPAM в первую очередь нацелен на ту фракцию, которая коллоидный или связанный с частицами ; удаление этих твердых веществ также удаляет прикрепленную к ним органику.
Например, во многих промышленных сточных водах (продукты питания, напитки, целлюлозно-бумажная, текстильная, нефтесодержащая сточные воды) большая доля ХПК переносится мелкими взвешенными/коллоидными материалами. Когда CPAM увеличивает размер хлопьев и скорость осаждения/флотации, ХПК может заметно снизиться, поскольку ХПК связывается с удаленными твердыми частицами.
Механизмы: как катионная полиакриламидная эмульсия удаляет органику
Нейтрализация заряда отрицательно заряженной органики
Многие органические вещества в сточных водах имеют суммарный отрицательный заряд: гуминовые вещества, фрагменты лигнина, молекулы красителей, жирные кислоты и поверхности мелких частиц, покрытые органикой. CPAM содержит положительно заряженные группы, которые уменьшают электростатическое отталкивание и позволяют столкновениям «прилипать», образуя микрохлопья, которые становятся удаляемыми.
Полимерное соединение: превращение микрофлоков в прочные, осаждающиеся хлопья.
Молекулы CPAM адсорбируются на нескольких частицах одновременно. Сегменты полимерной цепи прикрепляются к одной поверхности, в то время как другие сегменты проникают в воду и прикрепляются в другом месте, «связывая» частицы в более крупные и прочные хлопья. Соединение мостов является основной причиной, по которой CPAM может улучшить производительность DAF и осаждение осветлителя за счет увеличения размера хлопьев и надежности.
Подметание и зацепление (при использовании с неорганическими коагулянтами)
CPAM часто сочетается с квасцами, солями железа, PAC (полиалюминийхлорид) или известью. Неорганический коагулянт образует осадки гидроксидов, «вымывающие» органику из раствора; Затем CPAM укрепляет и увеличивает эти хлопья. Эта комбинация часто приводит к более значительному сокращению ХПК/ТОС, чем только CPAM, когда растворенные органические вещества значительны.
Преимущество эмульсии: быстрая активация и диспергирование.
Эмульсия CPAM представляет собой продукт «обратной эмульсии», который необходимо инвертировать (активировать) в воде. При правильном переворачивании он быстро диспергируется и эффективно доставляет полимерные цепи с высокой молекулярной массой, что способствует быстрому росту хлопьев при низких активных дозах.
Где CPAM снижает COD/TOC больше всего (а где не будет)
CPAM наиболее эффективен, когда органическое вещество связано с частицами, эмульсиями или коллоидами. Он менее эффективен для действительно растворенных низкомолекулярных органических веществ (например, сахаров, спиртов, кислот с короткой цепью), если предварительный коагулянт или другая обработка не преобразует их в удаляемую фазу.
- Высокая польза: цвет/коллоиды (гумины, красители), маслянистые эмульсии, мелкие взвешенные вещества, сгущение и обезвоживание осадка (удаление твердых веществ, богатых органическими веществами).
- Умеренная польза: смешанные промышленные сточные воды, в которых коагулянт образует осадок, а CPAM образует прочные хлопья для осаждения/DAF.
- Ограниченная выгода: в сточных водах преобладают небольшие растворенные органические вещества без стадии коагуляции; Может потребоваться биологическое окисление, адсорбция (GAC) или ускоренное окисление.
Практическое дозирование и рабочие цели
Эффективность CPAM зависит от выбора правильной плотности заряда и молекулярной массы, а затем их применения с правильной активацией и смешиванием. Отправной точкой является то, что многие растения находят эффективное лечение при ~1–10 мг/л активный полимер , уточненный путем тестирования jar.
Руководство по разборке (активации) эмульсии CPAM
- Типичная концентрация восстановления: 0,1–0,5% активный (обычно используется для баланса прокачиваемости и быстрого диспергирования).
- По возможности используйте чистую воду для разбавления; Вода для разбавления с высокой мутностью может преждевременно расходовать полимер.
- Обеспечьте правильную инверсию/старение: недостаточная активация часто выглядит как «плохая флокуляция» даже при более высоких дозах.
Смешивание мишеней, защищающих полимерные мостики
CPAM требует быстрого начального диспергирования с последующим осторожным перемешиванием для выращивания хлопьев без их разделения. Чрезмерное перемешивание может привести к фрагментации хлопьев и снижению удаления органических веществ при флотации/осаждении.
- Быстрое смешивание: высокая энергия для ~30–60 секунд для распределения полимера.
- Флокуляция: бережное перемешивание для ~5–20 минут для максимизации мостиков и прочности хлопьев.
Сочетание pH и коагулянта
Если присутствуют растворенные органические вещества, сочетание CPAM с квасцами/железом/PAC часто улучшает удаление. Сначала оптимизируйте pH для неорганического коагулянта, затем уменьшите дозу CPAM, чтобы увеличить размер хлопьев и улучшить разделение.
| Переменная | Что вы можете наблюдать | Оперативная регулировка |
|---|---|---|
| Недозировка | Мелкие, медленно оседающие хлопья; высокая мутность/перенос ХПК | Увеличивайте CPAM небольшими шагами; подтвердить активацию и дисперсию |
| Передозировка | «Рестабилизированные» штрафы; скользкие хлопья; более высокая мутность сточных вод | Уменьшить дозу; рассмотреть вариант с более низкой плотностью заряда |
| Слишком большой сдвиг | Образуются хлопья, а затем разрушаются; нестабильное одеяло или осветлитель DAF | Сократите высокоэнергетическую смесь; уменьшить сдвиг насоса; продлить бережную флокуляцию |
| Высоко растворенная органика | Ограниченное снижение наложенного платежа только при использовании CPAM | Добавьте/оптимизируйте квасцы, железо или PAC; затем используйте CPAM в качестве коагулянта |
Подход с использованием баночного теста, направленный на удаление органических веществ.
Тест в банке должен измерять не только мутность, но и органический индикатор, соответствующий вашей системе (ХПК, TOC, UV254, цвет, масло и жир). Это обеспечивает соответствие выбора CPAM «удалению органических веществ», а не только прозрачности.
- Проверьте потребность в неорганическом коагулянте: протестируйте квасцы/железо/PAC в нескольких дозах, чтобы увидеть, реагируют ли растворенные органические вещества (цвет/UV254/COD).
- Добавьте CPAM в качестве флокулянта: начните с 1–3 мг/л активный , затем отрегулируйте практический диапазон (например, 0,5–10 мг/л активного вещества в зависимости от твердых частиц и типа сточных вод).
- Наблюдайте за временем образования хлопьев, размером хлопьев и сопротивлением сдвигу; затем измерьте отстоявшийся/обработанный флотацией супернатант COD/TOC (или UV254/цвет) после определенного времени разделения.
- Выберите окно дозы, обеспечивающее стабильную производительность, а не только одну «лучшую» банку, чтобы снизить чувствительность к ежедневным колебаниям нагрузки.
Распространенные режимы сбоев и исправления
- Хорошее удаление мутности, но слабое снижение ХПК: органика в основном растворена; добавьте/оптимизируйте неорганический коагулянт, отрегулируйте pH или рассмотрите возможность адсорбционной/биологической обработки.
- Флоксы выглядят «тягучими» и переносятся: передозировка или слишком высокая молекулярная масса для гидравлических условий; уменьшите дозу или смените категорию; уменьшить сдвиг на выходе.
- Непостоянная производительность от смены к смене: эмульсия не полностью инвертируется, качество разбавляющей воды варьируется или колеблется потребность в расходах на сточные воды; стандартизируйте сборку, проверяйте время старения и ужесточайте контроль подачи.
- Общая нестабильность DAF: полимер добавлен слишком рано/слишком поздно или имеет высокий сдвиг при инъекции; переместите точку впрыска, увеличьте время щадящей флокуляции и проверьте время пузырьков/реагентов.
Вывод: практический ответ в одной строке
Катионная полиакриламидная эмульсия удаляет органические вещества путем нейтрализации отрицательно заряженных органических веществ и связывания частиц в крупные хлопья, которые можно осаждать, флотировать или фильтровать — обычно при низких активных дозах, если активация и смешивание выполнены правильно.
