Jak kationtová polyakrylamidová emulze odstraňuje organické látky v odpadní vodě
Emulze kationtového polyakrylamidu (CPAM) odstraňuje organickou hmotu z odpadní vody přeměnou rozpuštěných a koloidních organických látek na větší, oddělitelné vločky pomocí neutralizace náboje a přemostění polymeru.
V praxi CPAM funguje nejlépe jako flokulant (nebo koagulační prostředek): váže negativně nabité organické částice, emulgované oleje a huminové/fulvové látky do hustých aglomerátů, které lze odstranit sedimentací, flotací rozpuštěným vzduchem (DAF) nebo filtrací.
Co emulze CPAM ve skutečnosti dělá s „organickou hmotou“
„Organická hmota“ v odpadní vodě je obvykle směsí rozpuštěných organických látek (měřeno jako CHSK/TOC), koloidů, které přispívají k CHSK a barvě, a nerozpuštěných látek s organickým obsahem. CPAM primárně cílí na tu část, která je koloidní nebo spojené s částicemi ; odstraněním těchto pevných látek se také odstraní organické látky na nich navázané.
Například v mnoha průmyslových odpadních vodách (potraviny, nápoje, celulóza a papír, textilie, zaolejované odpadní vody) je velký podíl CHSK přenášen jemným suspendovaným/koloidním materiálem. Když CPAM zvýší velikost vloček a rychlost usazování/plavání, CHSK může znatelně klesnout, protože CHSK byla navázána na odstraněné pevné látky.
Mechanismy: jak kationtová polyakrylamidová emulze odstraňuje organické látky
Nábojová neutralizace negativně nabitých organických látek
Mnoho organických látek v odpadní vodě představuje čistý negativní náboj: huminové látky, fragmenty ligninu, molekuly barviv, mastné kyseliny a povrchy jemných částic potažených organickými látkami. CPAM nese kladně nabité skupiny, které snižují elektrostatické odpuzování a umožňují „přilepení“ kolizí za vzniku mikrovloček, které lze odstranit.
Polymerové přemostění: přeměna mikrovloček na silné, usazovatelné vločky
Molekuly CPAM se adsorbují na více částic najednou. Segmenty polymerního řetězce se přichytí k jednomu povrchu, zatímco ostatní segmenty zasahují do vody a přichycují se jinde, „přemosťují“ částice do větších, silnějších vloček. Přemostění je klíčovým důvodem, proč může CPAM zlepšit výkon DAF a usazování čističky zvýšením velikosti a robustnosti vloček.
Zametení a zapletení (při použití s anorganickými koagulanty)
CPAM se často kombinuje s kamencem, železitými solemi, PAC (polyaluminiumchlorid) nebo vápnem. Anorganické koagulanty tvoří hydroxidové sraženiny, které „vymetají“ organické látky z roztoku; CPAM pak tyto vločky posiluje a zvětšuje. Tato kombinace často vede k většímu snížení CHSK/TOC než samotný CPAM, když jsou rozpuštěné organické látky významné.
Výhoda specifická pro emulze: rychlá aktivace a disperze
Emulze CPAM je produkt „inverzní emulze“, který musí být invertován (aktivován) ve vodě. Při správném převrácení se rychle disperguje a efektivně dodává polymerní řetězce s vysokou molekulovou hmotností, což podporuje rychlý růst vloček při nízkých aktivních dávkách.
Kde CPAM snižuje COD/TOC nejvíce (a kde ne)
CPAM je nejúčinnější, když je organická hmota vázána na částice, emulze nebo koloidy. Je méně účinný pro skutečně rozpuštěné organické látky s nízkou molekulovou hmotností (například cukry, alkoholy, kyseliny s krátkým řetězcem), pokud je koagulant nebo jiná úprava nepřevede na odstranitelnou fázi.
- Vysoký přínos: barvy/koloidy (huminy, barviva), olejové emulze, jemné suspendované látky, zahušťování kalu a odvodňování (odstranění organických pevných látek).
- Střední přínos: smíšená průmyslová odpadní voda, kde koagulant vytváří sraženiny a CPAM vytváří silné vločky pro usazování/DAF.
- Omezený přínos: odpadní vodě dominují malé rozpuštěné organické látky bez kroku koagulace; může být vyžadována biologická oxidace, adsorpce (GAC) nebo pokročilá oxidace.
Praktické dávkování a provozní cíle
Výkon CPAM závisí na výběru správné hustoty náboje a molekulové hmotnosti, poté na jeho aplikaci se správnou aktivací a mícháním. Jako výchozí bod najde mnoho rostlin účinnou léčbu na ~1–10 mg/l aktivního polymeru , upřesněno testováním sklenic.
Návod k sestavení (aktivaci) emulze CPAM
- Typická koncentrace make-upu: 0,1–0,5 % aktivní (běžně se používá k vyrovnání čerpatelnosti a rychlé disperze).
- Pokud je to možné, použijte čistou ředicí vodu; ředicí voda s vysokým zákalem může předčasně spotřebovat polymer.
- Zajistěte správnou inverzi/stárnutí: nedostatečná aktivace často vypadá jako „špatná vločka“ i při vyšší dávce.
Míchací terče, které chrání polymerní přemostění
CPAM potřebuje rychlou počáteční disperzi, po níž následuje jemné promíchání, aby se vločky rozrostly bez jejich střihu. Přemísení může fragmentovat vločky a snížit odstraňování organických látek flotací/usazováním.
- Rychlé mixování: vysoká energie pro ~30–60 sekund k distribuci polymeru.
- Flokulace: jemné míchání pro ~5–20 minut pro maximalizaci přemostění a pevnosti vloček.
párování pH a koagulantu
Pokud jsou rozpuštěné organické látky výrazné, spárování CPAM s kamencem/železitým/PAC často zlepšuje odstranění. Nejprve optimalizujte pH pro anorganický koagulant, poté upravte dávku CPAM, abyste vytvořili velikost vloček a zlepšili separaci.
| Variabilní | Co můžete pozorovat | Provozní úprava |
|---|---|---|
| Poddávkování | Malé, pomalu se usazující vločky; vysoký zákal/přenos CHSK | Zvyšte CPAM po malých krocích; potvrdit aktivaci a disperzi |
| Předávkování | „Restabilizované“ pokuty; kluzké vločky; vyšší zákal odtoku | Snižte dávku; zvažte nižší stupeň hustoty náboje |
| Příliš velký smyk | Vločky se tvoří a pak se lámou; nestabilní přikrývka nebo čistič DAF | Zkraťte vysokoenergetickou směs; snížit střih čerpadla; prodloužit jemné vločkování |
| Vysoce rozpuštěné organické látky | Omezený pokles COD pouze s CPAM | Přidat/optimalizovat kamenec, železitý nebo PAC; pak použijte CPAM jako pomocný koagulant |
Testovací přístup, který se zaměřuje na organické odstranění
Test na sklenici by měl měřit nejen zákal, ale také organický indikátor relevantní pro váš systém (CHSK, TOC, UV254, barva, olej a mastnota). To udržuje výběr CPAM v souladu s „odstraněním organické hmoty“, nejen s přehledností.
- Prověřte potřebu anorganického koagulantu: otestujte kamenec/železitý/PAC v několika dávkách, abyste viděli, zda rozpuštěné organické látky (barva/UV254/CHSK) reagují.
- Přidejte CPAM jako pomocný flokulant: začněte s 1–3 mg/l aktivní , poté upravte v praktickém pásmu (například 0,5–10 mg/l aktivní v závislosti na pevných látkách a typu odpadní vody).
- Sledujte dobu tvorby vloček, velikost vloček a odolnost ve smyku; poté změřte sedimentovaný/plavený supernatant COD/TOC (nebo UV254/barva) po konzistentní separační době.
- Vyberte dávkovací okénko, které poskytuje stabilní výkon, nejen jedinou „nejlepší“ nádobu, abyste snížili citlivost na denní výkyvy zatížení.
Běžné režimy poruch a opravy
- Dobré odstranění zákalu, ale slabé snížení CHSK: organické látky jsou převážně rozpuštěny; přidat/optimalizovat anorganický koagulant, upravit pH nebo zvážit adsorpci/biologickou úpravu.
- Vločky vypadají „provázané“ a přenášejí se: předávkování nebo příliš vysoká molekulová hmotnost pro hydraulické podmínky; snížit dávku nebo změnit stupeň; snížit střih po proudu.
- Nekonzistentní výkon při přechodu na směnu: emulze není zcela převrácená, kvalita ředicí vody se mění nebo poptávka po poplatku za odpadní vodu kolísá; standardizujte výrobu, zkontrolujte dobu stárnutí a zpřísněte kontrolu posuvu.
- Nestabilita deky DAF: polymer přidaný příliš brzy/příliš pozdě nebo vysoký smyk při vstřikování; přemístěte bod vstřiku, zvyšte dobu jemné flokulace a ověřte načasování bublin/chemikálie.
Závěr: praktická odpověď v jednom řádku
Kationtová polyakrylamidová emulze odstraňuje organickou hmotu tím, že neutralizuje negativně nabité organické látky a přemosťuje částice do velkých vloček, které mohou být usazeny, plaveny nebo filtrovány – obvykle při nízkých aktivních dávkách, když se aktivace a míchání provádí správně.
