Nhũ tương Cationic Polyacrylamide loại bỏ chất hữu cơ trong nước thải như thế nào
Nhũ tương cation polyacrylamide (CPAM) loại bỏ chất hữu cơ khỏi nước thải bằng cách chuyển đổi các chất hữu cơ hòa tan và keo thành các khối lớn hơn, có thể tách rời thông qua quá trình trung hòa điện tích và bắc cầu polyme.
Trong thực tế, CPAM hoạt động tốt nhất dưới dạng chất keo tụ (hoặc chất hỗ trợ keo tụ): nó liên kết các hạt hữu cơ tích điện âm, dầu nhũ hóa và các chất humic/fulvic thành các chất kết tụ dày đặc có thể được loại bỏ bằng quá trình lắng, tuyển nổi không khí hòa tan (DAF) hoặc lọc.
Nhũ tương CPAM thực sự có tác dụng gì đối với “chất hữu cơ”
“Chất hữu cơ” trong nước thải thường là hỗn hợp các chất hữu cơ hòa tan (được đo bằng COD/TOC), chất keo góp phần tạo ra COD và màu sắc, và chất rắn lơ lửng có hàm lượng hữu cơ. CPAM chủ yếu nhắm tới phân khúc keo hoặc liên kết hạt ; loại bỏ những chất rắn đó cũng loại bỏ các chất hữu cơ gắn liền với chúng.
Ví dụ, trong nhiều loại nước thải công nghiệp (thực phẩm, đồ uống, bột giấy và giấy, dệt may, nước thải có dầu), một phần lớn COD được mang theo vật liệu keo/ lơ lửng mịn. Khi CPAM tăng kích thước khối và tốc độ lắng/thổi nổi, COD có thể giảm đáng kể vì COD đó liên kết với chất rắn bị loại bỏ.
Cơ chế: nhũ tương polyacrylamide cation loại bỏ chất hữu cơ như thế nào
Trung hòa điện tích của các chất hữu cơ tích điện âm
Nhiều chất hữu cơ trong nước thải mang điện tích âm: chất humic, mảnh lignin, phân tử thuốc nhuộm, axit béo và bề mặt của các hạt mịn được phủ chất hữu cơ. CPAM mang các nhóm tích điện dương làm giảm lực đẩy tĩnh điện và cho phép các va chạm “dính”, tạo thành các vi hạt có thể tháo rời.
Cầu nối polymer: biến microfloc thành các khối bền và ổn định
Các phân tử CPAM hấp phụ lên nhiều hạt cùng một lúc. Các đoạn của chuỗi polyme gắn vào một bề mặt trong khi các đoạn khác kéo dài vào trong nước và gắn vào nơi khác, “cầu nối” các hạt thành các khối lớn hơn, mạnh hơn. Cầu nối là lý do chính khiến CPAM có thể cải thiện hiệu suất DAF và độ lắng của bể lắng bằng cách tăng kích thước khối và độ bền của khối.
Quét và tạo lưới (khi sử dụng với chất keo tụ vô cơ)
CPAM thường được kết hợp với phèn, muối sắt, PAC (polyaluminum clorua) hoặc vôi. Chất keo tụ vô cơ tạo thành kết tủa hydroxit “quét” chất hữu cơ ra khỏi dung dịch; CPAM sau đó tăng cường và mở rộng các khối đó. Sự kết hợp này thường tạo ra mức giảm COD/TOC lớn hơn so với CPAM khi lượng chất hữu cơ hòa tan ở mức đáng kể.
Ưu điểm đặc trưng của nhũ tương: kích hoạt và phân tán nhanh
Nhũ tương CPAM là một sản phẩm “nhũ tương nghịch đảo” phải được đảo ngược (kích hoạt) trong nước. Khi được đảo ngược đúng cách, nó sẽ phân tán nhanh chóng và cung cấp chuỗi polymer có trọng lượng phân tử cao một cách hiệu quả, hỗ trợ tăng trưởng khối bông nhanh ở liều hoạt tính thấp.
Nơi CPAM giảm COD/TOC nhiều nhất (và nơi nào sẽ không làm như vậy)
CPAM hiệu quả nhất khi chất hữu cơ được liên kết với các hạt, nhũ tương hoặc chất keo. Nó kém hiệu quả hơn đối với các chất hữu cơ hòa tan thực sự, có trọng lượng phân tử thấp (ví dụ: đường, rượu, axit chuỗi ngắn) trừ khi chất keo tụ ngược dòng hoặc phương pháp xử lý khác chuyển chúng thành pha có thể tháo rời.
- Lợi ích cao: tạo màu/chất keo (humics, thuốc nhuộm), nhũ tương dầu, chất rắn lơ lửng mịn, làm đặc và khử nước bùn (loại bỏ chất rắn giàu hữu cơ).
- Lợi ích vừa phải: nước thải công nghiệp hỗn hợp trong đó chất keo tụ tạo ra kết tủa và CPAM tạo thành các khối bông mạnh để lắng/DAF.
- Lợi ích hạn chế: nước thải chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan nhỏ không có bước đông tụ; có thể cần đến quá trình oxy hóa sinh học, hấp phụ (GAC) hoặc quá trình oxy hóa nâng cao.
Liều lượng thực tế và mục tiêu hoạt động
Hiệu suất CPAM phụ thuộc vào việc chọn mật độ điện tích và trọng lượng phân tử phù hợp, sau đó áp dụng nó với sự kích hoạt và trộn chính xác. Ở điểm khởi đầu, nhiều cây trồng tìm thấy phương pháp xử lý hiệu quả ở ~1–10 mg/L polyme hoạt tính , được tinh chế bằng thử nghiệm bình.
Hướng dẫn hoàn thiện (kích hoạt) cho nhũ tương CPAM
- Nồng độ trang điểm điển hình: 0,1–0,5% hoạt động (thường được sử dụng để cân bằng khả năng bơm và phân tán nhanh).
- Sử dụng nước pha loãng sạch khi có thể; nước pha loãng có độ đục cao có thể tiêu thụ sớm polyme.
- Đảm bảo đảo ngược/lão hóa thích hợp: kích hoạt không đủ thường trông giống như “kết khối kém” ngay cả ở liều lượng cao hơn.
Trộn các mục tiêu bảo vệ cầu nối polymer
CPAM cần phân tán ban đầu nhanh chóng, sau đó trộn nhẹ nhàng để phát triển các khối keo tụ mà không làm chúng bị cắt. Việc trộn quá mức có thể làm phân mảnh các khối keo tụ và giảm khả năng loại bỏ chất hữu cơ bằng quá trình tuyển nổi/lắng.
- Trộn nhanh: năng lượng cao cho ~30–60 giây để phân phối polyme.
- Keo tụ: trộn nhẹ nhàng cho ~5–20 phút để tối đa hóa sức mạnh cầu nối và kết bông.
Sự kết hợp pH và chất keo tụ
Nếu chất hữu cơ hòa tan nổi bật, việc kết hợp CPAM với phèn/sắt/PAC thường giúp cải thiện khả năng loại bỏ. Trước tiên, tối ưu hóa độ pH cho chất keo tụ vô cơ, sau đó giảm liều CPAM để tạo kích thước khối bông và cải thiện khả năng phân tách.
| Biến | Những gì bạn có thể quan sát | Điều chỉnh vận hành |
|---|---|---|
| Liều lượng dưới mức | Bông cặn nhỏ, lắng chậm; độ đục cao/COD mang theo | Tăng CPAM theo từng bước nhỏ; xác nhận kích hoạt và phân tán |
| Quá liều | Tiền phạt “được ổn định lại”; bông tuyết trơn trượt; độ đục của nước thải cao hơn | Giảm liều; xem xét cấp mật độ điện tích thấp hơn |
| Cắt quá nhiều | Flocs hình thành sau đó vỡ ra; chăn hoặc chất làm sạch DAF không ổn định | Rút ngắn hỗn hợp năng lượng cao; giảm lực cắt của bơm; mở rộng quá trình keo tụ nhẹ nhàng |
| Chất hữu cơ hòa tan cao | Giảm COD hạn chế chỉ với CPAM | Thêm/tối ưu hóa phèn, sắt hoặc PAC; sau đó sử dụng CPAM làm chất hỗ trợ đông máu |
Phương pháp thử nghiệm bình tập trung vào việc loại bỏ chất hữu cơ
Thử nghiệm bình không chỉ đo độ đục mà còn đo chỉ số hữu cơ liên quan đến hệ thống của bạn (COD, TOC, UV254, màu, dầu & mỡ). Điều này giúp cho việc lựa chọn CPAM phù hợp với việc “loại bỏ chất hữu cơ”, chứ không chỉ là sự rõ ràng.
- Sàng lọc nhu cầu sử dụng chất keo tụ vô cơ: kiểm tra phèn/sắt/PAC ở nhiều liều lượng để xem liệu các chất hữu cơ hòa tan (màu/UV254/COD) có phản ứng hay không.
- Thêm CPAM làm chất hỗ trợ keo tụ: bắt đầu với 1–3 mg/L hoạt tính , sau đó điều chỉnh trên một dải thực tế (ví dụ: 0,5–10 mg/L hoạt tính tùy thuộc vào chất rắn và loại nước thải).
- Quan sát thời gian hình thành khối, kích thước khối và khả năng chống cắt; sau đó đo COD/TOC bề mặt đã lắng/xử lý nổi (hoặc UV254/màu) sau một thời gian phân tách nhất quán.
- Chọn cửa sổ liều mang lại hiệu suất ổn định chứ không chỉ một bình “tốt nhất” để giảm độ nhạy đối với sự thay đổi tải hàng ngày.
Các chế độ lỗi và cách khắc phục phổ biến
- Loại bỏ độ đục tốt nhưng giảm COD yếu: chất hữu cơ chủ yếu được hòa tan; thêm/tối ưu hóa chất keo tụ vô cơ, điều chỉnh độ pH hoặc xem xét hấp phụ/xử lý sinh học.
- Flocs trông có vẻ “chuỗi” và mang theo: dùng quá liều hoặc trọng lượng phân tử quá cao so với điều kiện thủy lực; giảm liều hoặc chuyển đổi cấp độ; giảm lực cắt hạ lưu.
- Chuyển đổi hiệu suất không nhất quán: nhũ tương không được đảo ngược hoàn toàn, chất lượng nước pha loãng thay đổi hoặc nhu cầu về phí nước thải thay đổi; tiêu chuẩn hóa quá trình hoàn thiện, kiểm tra thời gian lão hóa và thắt chặt kiểm soát nguồn cấp dữ liệu.
- Sự mất ổn định của chăn DAF: polyme được thêm vào quá sớm/quá muộn hoặc lực cắt cao khi phun; di dời điểm tiêm, tăng thời gian keo tụ nhẹ nhàng và xác minh thời gian bong bóng/hóa chất.
Kết luận: câu trả lời thực tế trong một dòng
Nhũ tương polyacrylamide cation loại bỏ chất hữu cơ bằng cách trung hòa các chất hữu cơ tích điện âm và kết nối các hạt thành các khối lớn có thể lắng, nổi hoặc lọc—thường ở liều hoạt tính thấp khi kích hoạt và trộn được thực hiện chính xác.
