أنواع بام
بولي أكريلاميد الكاتيوني (CPAM): مركب بوليمر خطي. بسبب مجموعاته النشطة المختلفة، يمكنه تكوين روابط هيدروجينية مع العديد من المواد من خلال الألفة والامتزاز. وهو يندف في المقام الأول الغرويات سالبة الشحنة.
بولي أكريلاميد أنيوني (APAM): بوليمر -قابل للذوبان في الماء، يستخدم بشكل رئيسي في التلبد والترسيب في العديد من معالجات مياه الصرف الصناعي، مثل مياه الصرف الصحي من مصانع الصلب، ومصانع الطلاء الكهربائي، ومصانع المعادن، ومحطات غسيل الفحم، بالإضافة إلى نزح المياه من الحمأة. ويمكن استخدامه أيضًا لتنقية وتنقية مياه الشرب. ونظرًا لأن سلسلتها الجزيئية تحتوي على عدد معين من المجموعات القطبية، فإنها يمكنها امتصاص الجزيئات الصلبة العالقة في الماء، أو سد الجزيئات أو تحييد شحناتها لتكوين كتل كبيرة. لذلك، يمكنها تسريع ترسيب الجزيئات المعلقة، مما يؤدي إلى تسريع عملية تصفية المحلول بشكل كبير وتعزيز الترشيح.
بولي أكريلاميد غير أيوني (NPAM): عبارة عن بوليمر أو بولي إلكتروليت -عالي الوزن الجزيئي-. تحتوي سلسلتها الجزيئية على كمية معينة من المجموعات القطبية التي يمكنها امتصاص الجزيئات الصلبة العالقة في الماء، وربط الجزيئات لتكوين كتل كبيرة. فهو يعمل على تسريع ترسيب الجزيئات المعلقة، مما يسرع بشكل كبير من تصفية المحلول وتعزيز الترشيح. نظرًا لوجود مجموعات أميد أو أيونية في سلسلته الجزيئية، فإن سمته المهمة هي محبته العالية للماء، مما يسمح له بالذوبان في الماء بنسب مختلفة. هذا النوع من المحاليل المائية بولي أكريلاميد لديه قدرة تحمل جيدة للإلكتروليتات، مثل كلوريد الأمونيوم وكبريتات الصوديوم، كما أنه متوافق مع المواد الخافضة للتوتر السطحي.
المؤشرات الفنية لـ PAM
تشتمل المؤشرات الفنية للبولي أكريلاميد عمومًا على الوزن الجزيئي، ودرجة التحلل المائي، ودرجة التأين، واللزوجة، ومحتوى المونومر المتبقي. ولذلك، يمكن أيضًا الحكم على جودة PAM من خلال هذه المؤشرات.
1. الوزن الجزيئي
يتمتع PAM بوزن جزيئي مرتفع جدًا، وقد زاد هذا الوزن بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة. كان وزن PAM المستخدم في السبعينيات عمومًا يبلغ وزنه الجزيئي عدة ملايين؛ منذ الثمانينات من القرن العشرين، كان الوزن الجزيئي لمعظم-الـ PAMs عالي الكفاءة يزيد عن 15 مليونًا، ويصل بعضها إلى 20 مليونًا. تتم بلمرة كل جزيء PAM من أكثر من 100000 جزيء من مادة الأكريلاميد أو أكريلات الصوديوم (الأكريلاميد له وزن جزيئي قدره 71، وPAM يحتوي على 100000 مونومر له وزن جزيئي قدره 7.1 مليون).
عمومًا، يُظهر الوزن الجزيئي الأعلى لـ PAM أداءً أفضل للتلبد. يبلغ الوزن الجزيئي للأكريلاميد 71، بينما يبلغ الوزن الجزيئي لـ PAM الذي يحتوي على 100000 مونومر 7.1 مليون. يتمتع البولي أكريلاميد ومشتقاته بأوزان جزيئية تتراوح بين مئات الآلاف إلى أكثر من عشرة ملايين، ويمكن تصنيفه على أساس الوزن الجزيئي على أنه وزن جزيئي منخفض (أقل من 1 مليون)، ووزن جزيئي متوسط (1 مليون إلى 10 مليون)، ووزن جزيئي مرتفع (10 مليون إلى 15 مليون)، ووزن جزيئي مرتفع للغاية (أكثر من 15 مليون).
إن الوزن الجزيئي للمركبات العضوية ذات الوزن الجزيئي المرتفع ليس موحدًا تمامًا، حتى داخل نفس المنتج؛ الوزن الجزيئي الاسمي هو متوسط قيمته.
2. درجة التحلل المائي ودرجة التأين
تؤثر درجة تأين PAM بشكل كبير على أدائها، لكن قيمتها المثلى تعتمد على نوع وخصائص المادة المعالجة؛ ستؤدي الظروف المختلفة إلى قيم مثالية مختلفة. إذا كانت المادة التي تتم معالجتها ذات قوة أيونية عالية (تحتوي على كمية كبيرة من المواد غير العضوية)، فيجب أن تتمتع مادة PAM المستخدمة بدرجة أعلى من التأين، والعكس صحيح. بشكل عام، تسمى درجة التأين بدرجة التحلل المائي. عادة ما تشير درجة التأين على وجه التحديد إلى الكاتيونات.
درجة التأين=n/(m+n)*100%
تمت بلمرة PAM المنتج مبكرًا من مونومر واحد، وهو بولي أكريلاميد، ولم يكن يحتوي في الأصل على -مجموعات COONa. قبل الاستخدام، كان يتطلب التسخين باستخدام NaOH لتحليل بعض مجموعات -CONH2 إلى -COONa، كما هو موضح في التفاعل التالي:
-CONH2 + NaOH → -COONa + NH3↑
يتم إطلاق غاز الأمونيا أثناء عملية التحلل المائي. تسمى نسبة مجموعات الأميد المتحللة في PAM بدرجة التحلل المائي، وهي درجة التأين. كان هذا النوع من PAM غير مناسب للاستخدام وكان أداءه ضعيفًا (تسبب التحلل المائي بالتسخين حتمًا في انخفاض كبير في الوزن الجزيئي وأداء PAM)، ونادرًا ما تم استخدامه منذ الثمانينيات.
تتوفر PAMs المنتجة حديثًا في منتجات مختلفة بدرجات مختلفة من التأين. يمكن للمستخدمين اختيار النوع المناسب وفقًا لاحتياجاتهم ومن خلال الاختبار الفعلي. ليس هناك حاجة لمزيد من التحلل المائي. ويمكن استخدامه مباشرة بعد الذوبان.
ومع ذلك، بسبب العادة، لا يزال بعض الناس يشيرون إلى عملية إذابة المواد الندفية على أنها التحلل المائي. تجدر الإشارة إلى أن التحلل المائي يعني التحلل بالماء، وتفاعل كيميائي، والتحلل المائي لـ PAM يطلق غاز الأمونيا؛ في حين أن الذوبان هو مجرد عملية فيزيائية دون تفاعل كيميائي. وهما مختلفان جوهريا ولا ينبغي الخلط بينهما.
3. محتوى المونومر المتبقي
يشير محتوى المونومر المتبقي من PAM إلى كمية مونومر الأكريلاميد التي لم تتفاعل بشكل كامل أثناء بلمرة الأكريلاميد إلى بولي أكريلاميد وتبقى في النهاية في منتج بولي أكريلاميد. إنها معلمة مهمة لتقييم مدى ملاءمتها لصناعة الأغذية. مادة البولي أكريلاميد غير-سامة، ولكن مادة الأكريلاميد لها درجة معينة من السمية.
في مادة بولي أكريلاميد-من الدرجة الصناعية، تظل كميات ضئيلة من مونومر الأكريلاميد غير المبلمر حتمًا. لذلك، يجب التحكم بشكل صارم في محتوى المونومر المتبقي في منتجات PAM. تنص اللوائح الدولية على أن محتوى المونومر المتبقي في PAM المستخدم في مياه الشرب وصناعة الأغذية يجب ألا يتجاوز 0.05٪. هذه القيمة للمنتجات العالمية-المعروفة أقل من 0.03%.
4. اللزوجة
حلول PAM لزجة للغاية. كلما زاد الوزن الجزيئي لـ PAM، زادت لزوجة المحلول. وذلك لأن الجزيئات الكبيرة PAM عبارة عن سلاسل طويلة ورقيقة، مما يؤدي إلى مقاومة كبيرة للحركة في المحلول. تعكس اللزوجة بشكل أساسي حجم الاحتكاك داخل المحلول، والمعروف أيضًا باسم معامل الاحتكاك الداخلي.
تتميز محاليل المركبات العضوية المتنوعة-ذات الوزن الجزيئي-المتنوعة عمومًا بلزوجة عالية، والتي تزداد مع زيادة الوزن الجزيئي. إحدى الطرق لتحديد الوزن الجزيئي للمركبات العضوية ذات الوزن الجزيئي-العالي- العالية هي قياس لزوجة محلول بتركيز معين في ظل ظروف معينة، ثم حساب وزنه الجزيئي باستخدام صيغة محددة؛ وهذا ما يسمى "متوسط الوزن الجزيئي-لللزوجة."
اختيار بام
يمكن تصنيف بولي أكريلاميد إلى أنواع -غير أيونية وأنيونية وكاتيونية بناءً على خصائصه الأيونية. بناءً على الوزن الجزيئي، هناك العديد من المواصفات والأيونية وما إلى ذلك، مما يؤدي إلى العديد من النماذج المختلفة. نظرًا للمواصفات المعقدة في السوق، فإن اختيار نموذج بولي أكريلاميد الأمثل لنظام الصرف الصحي الخاص بك هو في الواقع أمر صعب للغاية. فيما يلي بعض النصائح لحل المشكلات الشائعة في اختيار مادة البولي أكريلاميد لمعالجة مياه الصرف الصحي أو الحمأة.
1. فهم مصدر الحمأة
الحمأة هي نتيجة ثانوية لا مفر منها لمعالجة مياه الصرف الصحي. أولاً، يجب أن نفهم مصدر الحمأة وخصائصها وتركيبها ومحتوى المواد الصلبة فيها. بناءً على المكونات الرئيسية، يمكن تقسيم الحمأة إلى حمأة عضوية وحمأة غير عضوية.
بشكل عام، يتم استخدام بولي أكريلاميد الكاتيوني لمعالجة الحمأة العضوية، في حين يستخدم بولي أكريلاميد أنيوني لمعالجة الحمأة غير العضوية. بولي أكريلاميد الكاتيوني غير مناسب للظروف شديدة القلوية، في حين أن بولي أكريلاميد أنيوني غير مناسب للظروف شديدة الحموضة. عادةً ما يتطلب محتوى المواد الصلبة الأعلى في الحمأة جرعة أكبر من بولي أكريلاميد.
2. اختيار الوزن الجزيئي بولياكريلاميد
يشير الوزن الجزيئي للبولي أكريلاميد إلى طول السلسلة الجزيئية. يتراوح الوزن الجزيئي للبولي أكريلاميد من 5 مليون إلى 18 مليون. بشكل عام، كلما زاد الوزن الجزيئي لمنتج بولي أكريلاميد، زادت اللزوجة. ومع ذلك، من الناحية العملية، الوزن الجزيئي الأعلى لا يعني بالضرورة أداء أفضل. يجب تحديد الوزن الجزيئي المناسب بناءً على صناعة التطبيقات المحددة وجودة المياه ومعدات المعالجة.
يعد بولي أكريلاميد مادة مساعدة للتجلط-ذات وزن جزيئي عالي-. يمكن تصنيف المنتجات إلى ثلاث فئات وفقًا لمتوسط وزنها الجزيئي: الوزن الجزيئي المنخفض (<1 million), medium molecular weight (2-4 million), and high molecular weight (>7 مليون).
يُستخدم بولي أكريلاميد في معالجة مياه الصرف الصحي وهو عبارة عن بوليمر عضوي قابل للذوبان-ذو وزن جزيئي-عالي في الماء- ويتراوح وزنه الجزيئي من عدة ملايين إلى عشرات الملايين. عند استخدامه فقط كوسيلة مساعدة للتجلط، بشكل عام، كلما زاد الوزن الجزيئي، زادت كثافة الكتل، وقلّت الحاجة إلى المواد الكيميائية. ومع ذلك، يوصى ألا يتجاوز الوزن الجزيئي للبولي أكريلاميد الأنيوني 20 مليونًا.
لنزح المياه من الحمأة: عند استخدام مكبس الترشيح الحزامي، لا يمكن أن يكون الوزن الجزيئي مرتفعًا جدًا بشكل عام. قد يؤدي الوزن الجزيئي المرتفع إلى انسداد قماش الفلتر، مما يؤثر على تأثير نزح الماء. عند استخدام مكبس الترشيح بالطرد المركزي، تكون متطلبات الوزن الجزيئي أعلى لأن مكابس الترشيح بالطرد المركزي تتطلب أن تكون الكتل -مقاومة للقص قدر الإمكان؛ ولذلك، ينبغي اختيار منتج ذو وزن جزيئي مرتفع نسبيا.
3. اختيار درجة أيون بولي أكريلاميد
لكي يتم نزع الماء من الحمأة، يمكن فحص المواد الندفية بدرجات أيونية مختلفة من خلال تجارب صغيرة لاختيار بولي أكريلاميد الأمثل. وهذا يحقق أفضل تأثير مندف مع تقليل الجرعة وتوفير التكاليف. العوامل الرئيسية لاختيار درجة الأيونات هي:
(1) حجم الفلوك
ستؤثر الكتل الصغيرة جدًا على سرعة التصريف، في حين أن الكتل الكبيرة جدًا ستحتفظ بمزيد من الماء، مما يقلل من جفاف كعكة الحمأة. يمكن تعديل حجم الكتلة عن طريق اختيار الوزن الجزيئي للبولي أكريلاميد.
(2) قوة الكتلة (محتوى الرطوبة)
يجب أن تظل الكتل مستقرة ولا تنكسر تحت ضغط القص. تساعد زيادة الوزن الجزيئي للبولي أكريلاميد أو اختيار التركيب الجزيئي المناسب على تحسين استقرار الكتلة.
(3) خلط بولي أكريلاميد والحمأة
يجب أن يتفاعل بولي أكريلاميد بشكل كامل مع الحمأة عند نقطة معينة في معدات نزح المياه لتحقيق التلبد. ولذلك، يجب أن تكون لزوجة محلول بولي أكريلاميد مناسبة لضمان الخلط الدقيق مع الحمأة في ظل ظروف المعدات الحالية. الخلط الموحد هو عامل رئيسي للنجاح. ترتبط لزوجة محلول بولي أكريلاميد بوزنه الجزيئي وتركيزه.
(4) حل بولي أكريلاميد
الذوبان الجيد ضروري للتلبد الفعال. كما ذكرنا سابقًا، فإن عملية إذابة البولي أكريلاميد هي في الأساس عملية نضجه. في بعض الأحيان، من الضروري تسريع معدل الذوبان؛ وفي هذه الحالة، يمكن النظر في زيادة تركيز محلول بولي أكريلاميد.
ولذلك، ينبغي تحديد الاختيار الأمثل للمنتج من خلال تجارب الدورق المعملية. مما سبق، يمكن ملاحظة أن اختيار الوزن الجزيئي والأيونية ليس مطلقًا. من الأفضل إجراء اختبارات الاختيار والاختبارات التشغيلية قبل اختيار بولي أكريلاميد للحصول على البيانات الأكثر دقة وضمان أفضل -فعالية من حيث التكلفة للبولي أكريلاميد المحدد.