폴리아크릴아미드: 침전 및 가교 화학물질

메커니즘: 폴리아크릴아미드가 유기 콜로이드 입자를 침전시키고 연결하는 방법

폴리아크릴아미드(PAM)는 주로 두 가지 상보적인 물리화학적 메커니즘, 즉 전하 중화(침전)와 가교 응집을 통해 유기 콜로이드를 제거합니다. 전하 중화에서 양이온성 PAM(또는 다가 양이온이 있는 경우 부분적으로 가수분해된 PAM)은 작은 유기 입자를 분산시켜 유지하는 정전기 반발력을 감소시켜 이들이 응집되고 정착되도록 합니다. 브리징에서 고분자량 PAM은 여러 입자에 동시에 흡착됩니다. 단일의 긴 폴리머 사슬은 분리된 위치의 표면에 부착되고 입자를 더 큰 플록으로 물리적으로 연결하여 빠르게 침전되거나 탈수될 수 있습니다.

침전 대 브리징 작용을 결정하는 폴리머 특성

분자량(사슬 길이)

고분자량 PAM(일반적으로 >5~10 MDa)은 긴 코일이 입자 간 거리가 길고 여러 입자를 얽힐 수 있기 때문에 브리징을 선호합니다. 저분자량 ​​PAM은 가교 능력이 제한되어 있으며 전하를 중화시키는 데 도움이 되지만 더 작은 플록을 형성하는 단거리 응집제처럼 거동합니다.

전하 밀도 및 유형(양이온성, 음이온성, 비이온성)

PAM에 있는 이온 그룹의 부호와 밀도는 침전(전하 중화) 메커니즘을 제어합니다.

• 양이온성 PAM: 정전기적 인력 및 중화를 통해 음전하를 띤 유기 콜로이드(예: 휴믹 물질, 음이온성 슬러지 입자)를 침전시키는 데 매우 효과적입니다.
• 음이온성 PAM: 콜로이드가 양전하를 띠거나 빠른 전하 중화 없이 연결이 필요할 때 유용합니다. 2단계 처리에서 양이온 응고제와 함께 자주 사용됩니다.
• 비이온성 PAM: 주로 가교에 의해 작용하며 이온 상호작용이 약하거나 가변적인 경우에 선호됩니다.

유효성에 영향을 미치는 주요 프로세스 변수

pH 및 이온 강도

pH는 유기 콜로이드의 표면 전하와 부분적으로 가수분해된 중합체의 겉보기 전하를 변경합니다. 이온 강도는 전기 이중층을 압축하고 반발력을 감소시켜 침전을 촉진할 수 있습니다. 일반적인 수처리 pH 창은 6~9이지만 pH가 폴리머 형태와 흡착 거동을 변화시킬 수 있으므로 최적의 pH를 테스트해야 합니다.

에너지와 시퀀스의 혼합

신속한 초기 혼합(고전단)은 일반적으로 응고제를 분산시키고 전하 중화를 위한 충돌 빈도를 생성하는 데 사용됩니다. 부드러운 혼합을 통해 긴 사슬을 자르지 않고도 폴리머 사슬이 흡수되고 연결될 수 있습니다. 과도하게 전단하면 브리징으로 형성된 플록이 부서지고 침전 및 탈수 성능이 저하됩니다.

실제 적용: 투여 전략 및 jar-test 방법론

PAM 사용을 최적화하려면 현장 혼합 및 체류 시간을 모방하는 소규모 jar 테스트가 필요합니다. 일반적인 단계는 다음과 같습니다. 빠른 혼합을 실행하여 응고제 분산을 시뮬레이션하고 폴리머를 저용량으로 추가한 후 관찰합니다. 탁도, 슬러지 부피 또는 침전 속도가 실제 최적에 도달할 때까지 점차적으로 용량을 늘립니다. 짧은 고전단 펄스를 적용하고 재성장을 관찰하여 플록 강도를 평가합니다. 항상 공백(폴리머 없음)을 포함하고 다양한 분자량 또는 전하 밀도에 대한 테스트를 수행하십시오.

강수 및 연결 확인을 위한 모니터링 및 분석 점검

보완적인 측정을 사용하여 강수(전하 중화) 또는 브리징이 우세한지 평가하고 성능을 정량화합니다.

• 탁도 및 부유 물질(TSS) 제거 - 응집체 형성에 대한 빠른 현장 지표입니다.
• 제타 전위 - 거의 0에 가까운 제타는 효과적인 전하 중화를 나타냅니다. 제타가 음수로 유지되지만 큰 플록이 형성되면 브리징이 지배적일 가능성이 높습니다.
• 입자 크기 분포 - 더 큰 유체역학적 직경으로의 성장은 성공적인 브리징을 나타냅니다.
• 슬러지의 침전 속도 및 모세관 흡입 시간(CST) - 플록 연결로 인한 탈수 이득을 평가합니다.

설계 고려 사항 및 운영 팁

낮은 온도에서 시작하여 적정

보수적인 복용량으로 시작하고 병 테스트를 확대하세요. 과다 복용은 콜로이드를 다시 안정화시키거나(특히 일부 음이온/양이온 균형 변화로) 탈수하기 어려운 끈적끈적하고 전단에 민감한 플록을 생성할 수 있습니다.

응고제를 사용한 순서

유기물이 강하게 전하를 띠거나 고농도로 존재하는 경우 금속 응고제(예: 명반, 염화제이철) 또는 양이온 고분자 전해질을 사용하여 먼저 전하를 줄입니다. 브리징 및 플록 성장을 위해 고MW PAM을 사용합니다. 많은 산업 슬러지에서 결합된 응집제 응집제는 최고의 고형물 포집 및 탈수 결과를 제공합니다.

전단 관리 및 펌프 선택

폴리머 추가 후 전단을 최소화하려면 펌프와 배관을 선택하십시오. 폴리머가 고전단 구역을 통과해야 하는 경우 플록이 재형성될 수 있도록 하류 재구성(정지 구역으로 혼합)을 고려하십시오.

환경, 안전 및 폴리머 품질 문제

기술 등급 PAM 제품의 잔류 단량체(아크릴아미드)에 주의하세요. 음용 또는 환경적으로 민감한 배출에 사용되는 경우 잔류 단량체가 적다는 인증을 받은 제품을 선택하십시오. 또한 생분해성과 대형 플록의 운명을 고려하십시오. 탈수된 고형물을 토지에 적용하거나 매립하려면 관할권에 따라 폴리머 잔류물, AOX 또는 관련 오염 물질에 대한 테스트가 필요할 수 있습니다.

일반적인 문제 해결

• 침전이 불량하지만 탁도 개선이 낮음: 폴리머 MW(너무 낮을 수 있음) 및 전단 이력을 확인합니다. 더 높은 MW의 비이온성 또는 양이온성 PAM을 시도하고 전단력을 줄이십시오.
• 고용량 투여 후 끈적거리고 약한 플록: 과다 투여하면 입체적 안정화가 발생할 수 있습니다. 투여량을 줄이고 병 테스트를 다시 실행하십시오.
• 유입수 가변성과 일관되지 않은 성능: 온라인 탁도/제타 전위 모니터링 및 자동화된 용량 조정(피드백 제어)을 구현합니다.

결론 — 목표에 대한 메커니즘 일치

유기 콜로이드 입자를 효과적으로 제거하려면 우선순위가 빠른 침전(전하 중화)인지 견고한 탈수 가능한 플록의 형성(브리징)인지 식별하십시오. 해당 목표에 맞는 폴리머 전하와 분자량을 선택하고, pH/이온 조건과 혼합을 최적화하고, 병 테스트와 제타/크기 모니터링을 통해 검증하세요. 적절하게 적용하면 폴리아크릴아미드는 안정적인 유기 콜로이드를 침전 가능하거나 여과 가능한 고체로 전환하는 가장 유연하고 경제적인 도구 중 하나로 남아 있습니다.