Hvordan kationisk polyakrylamidemulsjon fjerner organiske stoffer i avløpsvann
Kationisk polyakrylamid (CPAM) emulsjon fjerner organisk materiale fra avløpsvann ved å konvertere oppløste og kolloidale organiske stoffer til større, separerbare flokker gjennom ladningsnøytralisering og polymerbrodannelse.
I praksis fungerer CPAM best som et flokkuleringsmiddel (eller koaguleringsmiddel): det binder negativt ladede organiske partikler, emulgerte oljer og humus/fulvice stoffer til tette agglomerater som kan fjernes ved sedimentering, oppløst luftflotasjon (DAF) eller filtrering.
Hva CPAM-emulsjon faktisk gjør med "organisk materiale"
"Organisk materiale" i avløpsvann er vanligvis en blanding av oppløste organiske stoffer (målt som COD/TOC), kolloider som bidrar til COD og farge, og suspenderte faste stoffer med organisk innhold. CPAM retter seg først og fremst mot fraksjonen som er kolloidalt eller partikkelassosiert ; fjerning av disse faste stoffene fjerner også de organiske stoffene som er festet til dem.
For eksempel, i mange industrielle avløpsvann (mat, drikke, tremasse og papir, tekstiler, oljeholdig avløpsvann), bæres en stor andel av COD av fint suspendert/kolloidalt materiale. Når CPAM øker flokkstørrelsen og sedimenterings-/flytehastigheten, kan COD falle merkbart fordi COD ble bundet til de fjernede faststoffene.
Mekanismer: hvordan kationisk polyakrylamidemulsjon fjerner organiske stoffer
Ladningsnøytralisering av negativt ladede organiske stoffer
Mange organiske stoffer i avløpsvann har en netto negativ ladning: humusstoffer, ligninfragmenter, fargestoffmolekyler, fettsyrer og overflater av fine partikler belagt med organiske stoffer. CPAM bærer positivt ladede grupper som reduserer elektrostatisk frastøtning og gjør at kollisjoner kan "feste seg", og danner mikroflokker som kan fjernes.
Polymer-brodannelse: gjør mikroflokker til sterke, bunnfaste flokker
CPAM-molekyler adsorberer på flere partikler samtidig. Segmenter av polymerkjeden fester seg til den ene overflaten mens andre segmenter strekker seg ut i vannet og festes andre steder, og "broer" partikler til større, sterkere flokker. Bridging er en nøkkelgrunn til at CPAM kan forbedre DAF-ytelsen og klaringen ved å øke flokkstørrelsen og robustheten.
Feiing og inngrep (når brukt med uorganiske koagulanter)
CPAM er ofte sammenkoblet med alun, jernsalter, PAC (polyaluminiumklorid) eller kalk. Det uorganiske koaguleringsmidlet danner hydroksydutfellinger som "sveiper" organiske stoffer ut av løsningen; CPAM styrker og forstørrer deretter disse flokkene. Denne kombinasjonen gir ofte en større COD/TOC-reduksjon enn CPAM alene når oppløste organiske stoffer er betydelige.
Emulsjonsspesifikk fordel: rask aktivering og dispersjon
En CPAM-emulsjon er et "invers emulsjon"-produkt som må inverteres (aktiveres) i vann. Når den er riktig invertert, sprer den seg raskt og leverer polymerkjeder med høy molekylvekt effektivt, noe som støtter rask flokkvekst ved lave aktive doser.
Hvor CPAM reduserer COD/TOC mest (og hvor det ikke vil)
CPAM er mest effektivt når organisk materiale er bundet til partikler, emulsjoner eller kolloider. Det er mindre effektivt for virkelig oppløste organiske stoffer med lav molekylvekt (for eksempel sukker, alkoholer, kortkjedede syrer) med mindre en oppstrøms koagulant eller annen behandling omdanner dem til en fjernbar fase.
- Høy fordel: farge/kolloider (humikk, fargestoffer), oljeaktige emulsjoner, fine suspenderte stoffer, slamfortykning og avvanning (fjerning av organisk rike faste stoffer).
- Moderat nytte: blandet industrielt avløpsvann hvor en koagulant lager utfellinger og CPAM bygger sterke flokker for bunnfelling/DAF.
- Begrenset fordel: avløpsvann dominert av små oppløste organiske stoffer uten koagulasjonstrinn; biologisk oksidasjon, adsorpsjon (GAC) eller avansert oksidasjon kan være nødvendig.
Praktiske doserings- og driftsmål
CPAM-ytelse avhenger av å velge riktig ladningstetthet og molekylvekt, og deretter bruke den med riktig aktivering og blanding. Som utgangspunkt finner mange planter effektiv behandling kl ~1–10 mg/L aktiv polymer , foredlet ved krukketesting.
Make-down (aktivering) veiledning for CPAM emulsjon
- Typisk make-down konsentrasjon: 0,1–0,5 % aktiv (vanligvis brukt for å balansere pumpbarhet og rask spredning).
- Bruk rent fortynningsvann når det er mulig; høy turbiditet fortynningsvann kan for tidlig konsumere polymer.
- Sørg for riktig inversjon/aldring: utilstrekkelig aktivering ser ofte ut som "dårlig flokk" selv ved høyere dose.
Blandingsmål som beskytter polymerbrodannelse
CPAM trenger rask innledende dispersjon, etterfulgt av skånsom blanding for å dyrke flokker uten å klippe dem. Overblanding kan fragmentere flokker og redusere organisk fjerning ved flotasjon/setning.
- Rask blanding: høy energi for ~30–60 sekunder å distribuere polymer.
- Flokkulering: skånsom blanding for ~5–20 minutter for å maksimere brodannelse og flokkstyrke.
pH- og koagulantparing
Hvis oppløste organiske stoffer er fremtredende, vil paring av CPAM med alun/jern/PAC ofte forbedre fjerningen. Optimaliser pH for den uorganiske koagulanten først, og trim deretter CPAM-dosen for å bygge flokkstørrelse og forbedre separasjonen.
| Variabel | Hva du kan observere | Driftsjustering |
|---|---|---|
| Underdosering | Små, saktesettende flokker; høy turbiditet/COD-overføring | Øk CPAM i små trinn; bekrefte aktivering og spredning |
| Overdosering | «Restabiliserte» bøter; glatte flokker; høyere turbiditet i avløpet | Reduser dosen; vurdere lavere ladningstetthetsgrad |
| For mye skjæring | Flokker dannes deretter brytes; ustabilt DAF-teppe eller klaring | Forkort høyenergiblanding; redusere pumpe skjær; forlenge skånsom flokkulering |
| Høyt oppløste organiske stoffer | Begrenset COD-slipp med CPAM alene | Legg til / optimaliser alun, jern eller PAC; bruk deretter CPAM som koaguleringsmiddel |
En jar-test-tilnærming som fokuserer på organisk fjerning
En krukketest skal måle ikke bare turbiditet, men også en organisk indikator som er relevant for systemet ditt (COD, TOC, UV254, farge, olje og fett). Dette holder CPAM-utvalget på linje med "fjerning av organisk materiale", ikke bare klarhet.
- Undersøk behovet for et uorganisk koaguleringsmiddel: test alun/jern/PAC i flere doser for å se om oppløste organiske stoffer (farge/UV254/COD) reagerer.
- Legg til CPAM som et flokkuleringsmiddel: start med 1–3 mg/L aktiv , juster deretter over et praktisk bånd (for eksempel 0,5–10 mg/L aktiv avhengig av faststoff og avløpsvanntype).
- Observer flokkdannelsestid, flokkstørrelse og skjærmotstand; mål deretter sedimentert/flytebehandlet supernatant COD/TOC (eller UV254/farge) etter en jevn separasjonstid.
- Velg doseringsvinduet som gir stabil ytelse, ikke bare den enkelt "beste" krukken, for å redusere følsomheten for daglige belastningssvingninger.
Vanlige feilmoduser og rettinger
- God fjerning av turbiditet, men svak COD-reduksjon: organiske stoffer er hovedsakelig oppløst; legge til/optimalisere uorganisk koagulant, justere pH, eller vurdere adsorpsjon/biologisk behandling.
- Flokker ser "trevlete" ut og bærer over: overdosering eller for høy molekylvekt for de hydrauliske forholdene; redusere dosen eller bytte karakter; redusere nedstrøms skjæring.
- Inkonsekvent ytelse skift-til-skift: emulsjon ikke helt invertert, fortynningsvannkvaliteten varierer, eller etterspørselen i avløpsvannet svinger; standardiser make-down, sjekk aldringstiden og stram fôrkontrollen.
- DAF teppe ustabilitet: polymer tilsatt for tidlig/for sent eller høy skjærkraft ved injeksjon; flytt injeksjonspunktet, øk den skånsomme flokkuleringstiden og verifiser boble-/kjemisk timing.
Konklusjon: det praktiske svaret på én linje
Kationisk polyakrylamidemulsjon fjerner organisk materiale ved å nøytralisere negativt ladede organiske stoffer og bygge bro over partikler til store flokker som kan sedimenteres, flyte eller filtreres – typisk ved lave aktive doser når aktivering og blanding er utført riktig.
