Порошок АПАМ для очистки воды

При определенных условиях качества воды совместное использование порошка анионного полиакриламида (АПАМ) и неорганических флокулянтов (таких как ПАУ, ПФС и т. д.) может оказаться неприменимым из-за конфликтов механизмов, отказа реагентов или обратных эффектов и может даже ухудшить эффективность очистки. 

Основные ситуации таковы: 

1. Экстремальные значения рН среды: сильная кислота или сильная щелочь (рН < 3 или pH ≤ 11)

Сильная кислота (рН < 3): Основная функция неорганических флокулянтов (таких как ПАУ, ПФС) зависит от полиядерных гидроксильных комплексов (таких как продукты гидролиза Al³⁺, Fe³⁺), образующихся в результате гидролиза. Сильнокислые условия подавляют их гидролиз, препятствуя образованию эффективных флокулянтов и потере заряднейтрализующей способности. В то же время АПАМ для очистки воды может подвергаться молекулярно-цепному гидролизу и деградации в сильнокислой среде (амидная группа гидролизуется до карбоксильной, а сильная кислота может повредить структуру цепи), теряя свою адсорбционную мостиковую функцию. В этом случае совместное использование не только неэффективно, но и увеличивает затраты из-за перерасхода реагентов. 

Сильная щелочь (рН ≤ 11): Неорганические флокулянты (например, ПАУ) в сильнощелочной среде образуют растворимые метаалюминатные соли (например, NaAlO₂), теряя свою флокулирующую активность. Хотя кристаллический порошок АПАМ обладает несколько более высокой устойчивостью к щелочам, чем к сильным кислотам, сильные щелочи (особенно сильные щелочи при высоких температурах) могут вызвать разрыв его молекулярной цепи, что приведет к резкому снижению молекулярной массы и невозможности образования эффективных хлопьев. 

2. Качество воды с высокой концентрацией окислителей (например, содержащей свободный хлор, перекись водорода, озон и т. д.)

Окислители (такие как избыточное количество хлора, добавляемого при очистке сточных вод, остаточная H₂O₂ из реагента Фентона) могут повредить молекулярную цепь кристаллического порошка АПАМ посредством окисления (амидная группа анионного полиакриламида легко окисляется до карбоксильной группы, и даже основная цепь разрывается), что приводит к значительному снижению молекулярной массы кристаллического порошка АПАМ и потере способности к адсорбционному связыванию. В это время, даже если неорганический флокулянт может оказать некоторое действие по нейтрализации заряда, кристаллический порошок АПАМ уже не справляется. Совместное использование не только не обеспечивает синергетического эффекта, но также может привести к получению мелких хлопьев и снижению эффективности осаждения из-за возможного вмешательства продуктов разложения (мелкомолекулярных веществ) кристаллического порошка АПАМ в процесс флокуляции неорганического флокулянта. 

3. Вода с высокой соленостью (высокая концентрация электролитов) (например, морская вода, промышленные сточные воды с высоким содержанием соли)

Если сточные воды содержат высокую концентрацию электролитов (таких как NaCl, CaCl₂ и т. д., с соленостью ≥ 5%): 

Эффект нейтрализации заряда неорганическими флокулянтами затрудняется ионами высокой концентрации: 

Большое количество свободных ионов в сточных водах будет экранировать отрицательные заряды на поверхности коллоидных частиц, затрудняя эффективное соединение ионов металлов (таких как Эл³⁺, Фе³⁺) неорганических флокулянтов с коллоидами, предотвращая дестабилизацию. 

Кристаллический порошок АПАМ склонен к высаливанию: высококонцентрированные электролиты разрушают гидратную пленку молекулярных цепей кристаллического порошка АПАМ, что приводит к снижению его растворимости и даже образованию осадка, из-за чего он не может равномерно диспергироваться в воде и теряет связующую функцию. 

В это время синергетический эффект от совместного применения полностью теряется, и эффект оказывается значительно хуже, чем при использовании их по отдельности (или вообще неэффективен). 

4. Качество воды с большим количеством анионных поверхностно-активных веществ (например, сточные воды от моющих средств, избыточные сточные воды от печати и окрашивания)

Анионные поверхностно-активные вещества (такие как ЛАС, додецилсульфат натрия) имеют отрицательный заряд и преимущественно связываются с катионами (такими как Эл³⁺, Фе³⁺) в неорганических флокулянтах, образуя устойчивые комплексы, поглощая неорганические флокулянты (что исключает возможность их реакции с коллоидными частицами в сточных водах). В то же время, поверхностно-активные вещества образуют адсорбционную пленку на поверхности коллоидных частиц, препятствуя связыванию молекулярных цепей кристаллического порошка АПАМ с частицами, тем самым препятствуя выполнению кристаллическим порошком АПАМ своей связующей функции. В этом случае совместное использование неэффективно из-за поглощения реагентов поверхностно-активными веществами, а образование хлопьев может быть затруднено из-за диспергирующего эффекта поверхностно-активных веществ. 

5. Качество воды с высокой концентрацией органических растворителей или неполярных загрязняющих веществ 

Если сточные воды содержат большое количество органических растворителей (таких как метанол, ацетон, толуол) или неполярных загрязняющих веществ (таких как тяжелая нефть, длинноцепочечные алканы): 

Кристаллический порошок АПАМ представляет собой водорастворимый полимер с крайне низкой растворимостью в органических растворителях, который сразу же выпадает в осадок, неспособный растворяться и диспергироваться, тем самым теряя свою функцию. 

Органические растворители могут нарушить равновесие растворения неорганических флокулянтов (особенно жидких), что приводит к выпадению активных компонентов в осадок и неспособности оказывать нейтрализующее действие на заряд. Например, если некоторые химические сточные воды (например, сточные воды от красок и чернил) не подвергаются предварительной очистке для удаления органических растворителей, совместное использование кристаллического порошка АПАМ и неорганических флокулянтов окажется полностью неэффективным. 

6. Качество воды с высокой концентрацией ионов тяжелых металлов (таких как Кр⁶⁺, рт. ст.²⁺, Аг⁺)

Некоторые ионы тяжелых металлов (такие как Аг⁺, рт. ст.²⁺) обладают сильными окислительными или комплексообразующими свойствами: - Сильно окисляющие тяжелые металлы (такие как Кр⁶⁺) будут окислять и разрушать молекулярную цепь АПАМ сточных вод. 

Комплексообразующие тяжелые металлы (такие как Cu²⁺, Ни²⁺) образуют устойчивые комплексы с амидными группами АПАМ сточных вод, что приводит к скручиванию молекулярной цепи АПАМ сточных вод и потере ее связующей способности. В то же время ионы тяжелых металлов могут реагировать с неорганическими флокулянтами (такими как ПАУ) с образованием нерастворимых осадков, потребляя эффективные компоненты неорганических флокулянтов. В это время совместное использование не только неэффективно, но и может увеличить сложность обработки осадка. Основная проблема вышеуказанных условий качества воды заключается в том, что они либо разрушают способность неорганических флокулянтов нейтрализовать заряд, либо вызывают деградацию/инактивацию молекулярных цепей АПАМ сточных вод, в результате чего оба теряют свой синергетический эффект. В таких случаях необходимо сначала улучшить качество воды посредством предварительной обработки (например, корректировки рН, удаления окислителей/поверхностно-активных веществ, обессоливания и т. д.), а затем оценить целесообразность комбинированного использования. Если стоимость предварительной обработки слишком высока, необходимо сменить тип реагента (например, перейти на неионогенные ПАМ, катионные ПАМ или использовать только высокоэффективные неорганические флокулянты).