پودر آپام برای تصفیه آب

تحت شرایط خاص کیفیت آب، استفاده ترکیبی از پودر پلی آکریل آمید آنیونی (آپام) و لخته‌سازهای معدنی (مانند پک، پی اف اس و غیره) ممکن است به دلیل تداخل مکانیسم‌ها، نقص در واکنشگرها یا اثرات متقابل، قابل اجرا نباشد و حتی ممکن است اثر تصفیه را بدتر کند. 

موقعیت‌های اصلی به شرح زیر است: 

۱. محیط‌های با پی اچ بسیار بالا حاوی اسید یا قلیای قوی (پی اچ < 3 یا pH بسیار پایین ۱۱)

اسید قوی (پی اچ < 3): عملکرد اصلی لخته‌سازهای معدنی (مانند PAC، PFS) به کمپلکس‌های هیدروکسی چند هسته‌ای (مانند محصولات هیدرولیز Al³⁺، Fe³⁺) تولید شده توسط هیدرولیز بستگی دارد. شرایط اسیدی قوی مانع از هیدرولیز آنها می‌شود و مانع از تشکیل اجزای لخته‌سازی مؤثر توسط لخته‌سازهای معدنی و از دست دادن توانایی خنثی‌سازی بار آنها می‌شود. در عین حال، APAM برای تصفیه آب ممکن است در یک محیط اسیدی قوی دچار هیدرولیز زنجیره مولکولی و تخریب شود (گروه آمید به یک گروه کربوکسیل هیدرولیز می‌شود و اسید قوی ممکن است به ساختار زنجیره آسیب برساند) و عملکرد پل‌زنی جذب خود را از دست بدهد. در این حالت، استفاده ترکیبی نه تنها بی‌اثر است، بلکه به دلیل هدر رفتن معرف‌ها، هزینه‌ها را نیز افزایش می‌دهد. 

قلیای قوی (پی اچ ههههه 11): لخته‌سازهای معدنی (مانند پک) در شرایط قلیایی قوی، نمک‌های متا آلومینات محلول (مانند سدیم آلومینات سدیم (NaAlO)₂) تشکیل می‌دهند و فعالیت لخته‌سازی خود را از دست می‌دهند. اگرچه پودر کریستال آپام مقاومت قلیایی کمی بالاتر از مقاومت اسیدی قوی دارد، قلیاهای قوی (به‌ویژه قلیاهای قوی در دمای بالا) ممکن است باعث شکستن زنجیره مولکولی آن شوند و در نتیجه افت شدید وزن مولکولی و عدم توانایی در تشکیل لخته‌های مؤثر را به همراه داشته باشند. 

۲. کیفیت آب با غلظت بالای اکسیدان‌ها (مانند کلر آزاد، پراکسید هیدروژن، ازن و غیره)

اکسیدان‌ها (مانند کلر بیش از حد اضافه شده در تصفیه فاضلاب، H₂O₂ باقیمانده از واکنشگر فنتون) می‌توانند از طریق اکسیداسیون به زنجیره مولکولی پودر کریستال آپام آسیب برسانند (گروه آمید پلی‌اکریل‌آمید آنیونی به راحتی به یک گروه کربوکسیل اکسید می‌شود و حتی زنجیره اصلی می‌شکند) که منجر به کاهش قابل توجه وزن مولکولی پودر کریستال آپام و از دست رفتن توانایی پل زدن جذب می‌شود. در این زمان، حتی اگر لخته‌ساز معدنی بتواند مقداری اثر خنثی‌کننده بار اعمال کند، پودر کریستال آپام از قبل شکست خورده است. استفاده ترکیبی نه تنها منجر به افزایش هم‌افزایی نمی‌شود، بلکه ممکن است باعث شود که لخته‌ها ریز شوند و به دلیل تداخل احتمالی محصولات تخریب (مواد ریز مولکول) پودر کریستال آپام با فرآیند لخته‌سازی لخته‌ساز معدنی، عملکرد رسوب‌گذاری ضعیفی داشته باشند. 

۳. شوری بالا (غلظت بالای الکترولیت) کیفیت آب (مانند آب دریا، فاضلاب صنعتی با نمک بالا)

وقتی فاضلاب حاوی غلظت بالایی از الکترولیت‌ها (مانند نمک طعام، کلسیم کلرید₂ و غیره، با شوری حدود ۵٪) باشد: 

اثر خنثی‌سازی بار لخته‌سازهای معدنی توسط یون‌های با غلظت بالا مختل می‌شود: 

تعداد زیادی از یون‌های آزاد موجود در فاضلاب، بارهای منفی روی سطح ذرات کلوئیدی را می‌پوشانند و ترکیب مؤثر یون‌های فلزی (مانند آل³⁺، آهن³⁺) موجود در لخته‌سازهای معدنی را با کلوئیدها دشوار می‌کنند و از بی‌ثباتی جلوگیری می‌کنند. 

پودر کریستال آپام مستعد نمک‌زدایی است: الکترولیت‌های با غلظت بالا، لایه هیدراتاسیون زنجیره‌های مولکولی پودر کریستال آپام را مختل می‌کنند و منجر به کاهش حلالیت و حتی رسوب آن می‌شوند و باعث می‌شوند که نتواند به طور یکنواخت در آب پراکنده شود و عملکرد پل‌سازی خود را از دست بدهد. 

در این زمان، اثر سینرژیک استفاده ترکیبی کاملاً از بین می‌رود و اثر آن بسیار بدتر از استفاده از آنها به تنهایی (یا حتی بی‌اثر) است. 

۴. کیفیت آب با مقدار زیادی سورفکتانت‌های آنیونی (مانند فاضلاب مواد شوینده، فاضلاب چاپ و رنگرزی با استاندارد بالا)

سورفکتانت‌های آنیونی (مانند لاس، سدیم دودسیل سولفات) دارای بار منفی هستند و ترجیحاً با کاتیون‌ها (مانند آل³⁺، آهن³⁺) در لخته‌سازهای معدنی ترکیب می‌شوند تا کمپلکس‌های پایدار تشکیل دهند و لخته‌سازهای معدنی را مصرف کنند (به طوری که نتوانند با ذرات کلوئیدی موجود در فاضلاب واکنش دهند). در عین حال، سورفکتانت‌ها یک لایه جذب سطحی روی سطح ذرات کلوئیدی تشکیل می‌دهند و از اتصال زنجیره‌های مولکولی پودر کریستال آپام به ذرات جلوگیری می‌کنند و در نتیجه از اعمال عملکرد پل‌زنی پودر کریستال آپام جلوگیری می‌کنند. در این زمان، استفاده ترکیبی به دلیل مصرف واکنش‌دهنده‌ها توسط سورفکتانت‌ها با شکست مواجه می‌شود و تشکیل لخته‌ها حتی ممکن است به دلیل اثر پراکندگی سورفکتانت‌ها دشوار باشد. 

۵. کیفیت آب با غلظت بالای حلال‌های آلی یا آلاینده‌های غیرقطبی 

اگر فاضلاب حاوی مقدار زیادی حلال‌های آلی (مانند متانول، استون، تولوئن) یا آلاینده‌های غیرقطبی (مانند نفت سنگین، آلکان‌های زنجیره بلند) باشد: 

پودر کریستالی آپام یک پلیمر محلول در آب با حلالیت بسیار کم در حلال‌های آلی است و مستقیماً رسوب می‌کند، قادر به حل شدن و پراکندگی نیست، بنابراین عملکرد خود را از دست می‌دهد. 

ممکن است تعادل انحلال فلوکولانت‌های معدنی (به‌ویژه اشکال مایع) توسط حلال‌های آلی مختل شود و باعث شود اجزای مؤثر رسوب کنند و نتوانند اثر خنثی‌سازی بار خود را اعمال کنند. به عنوان مثال، اگر برخی از فاضلاب‌های شیمیایی (مانند فاضلاب رنگ، فاضلاب جوهر) برای حذف حلال‌های آلی پیش‌تصفیه نشوند، استفاده ترکیبی از پودر کریستال آپام و فلوکولانت‌های معدنی کاملاً با شکست مواجه خواهد شد. 

۶. کیفیت آب با غلظت بالای یون‌های فلزات سنگین (مانند کروم⁶⁺، جیوه⁲⁺، آگ⁺)

برخی از یون‌های فلزات سنگین (مانند آگ⁺، جیوه²⁺) خاصیت اکسیدکنندگی یا تشکیل کمپلکس قوی دارند: - فلزات سنگین با خاصیت اکسیدکنندگی قوی (مانند کروم⁶⁺) زنجیره مولکولی آپام فاضلاب را اکسید و تخریب می‌کنند. 

فلزات سنگین تشکیل‌دهنده کمپلکس (مانند مس²⁺، نیکل²⁺) با گروه‌های آمیدی آپام فاضلاب، کمپلکس‌های پایداری تشکیل می‌دهند و باعث می‌شوند زنجیره مولکولی آپام فاضلاب پیچیده شده و توانایی پل‌زنی خود را از دست بدهد. در عین حال، یون‌های فلزات سنگین ممکن است با لخته‌سازهای معدنی (مانند پک) واکنش داده و رسوبات نامحلول تشکیل دهند و اجزای مؤثر لخته‌سازهای معدنی را مصرف کنند. در این زمان، استفاده ترکیبی نه تنها بی‌اثر است، بلکه ممکن است دشواری تصفیه لجن را نیز افزایش دهد. مشکل اصلی شرایط کیفیت آب فوق این است که یا توانایی خنثی‌سازی بار لخته‌سازهای معدنی را از بین می‌برند یا باعث تخریب/غیرفعال شدن زنجیره‌های مولکولی آپام اره‌ای می‌شوند و باعث می‌شوند این دو اثر هم‌افزایی خود را از دست بدهند. در چنین سناریوهایی، لازم است ابتدا کیفیت آب از طریق پیش‌تصفیه (مانند تنظیم پی اچ، حذف اکسیدان‌ها/سورفکتانت‌ها، نمک‌زدایی و غیره) بهبود یابد و سپس ارزیابی شود که آیا استفاده ترکیبی مناسب است یا خیر. اگر هزینه پیش‌تصفیه خیلی زیاد باشد، نوع واکنشگر باید تغییر کند (مانند تغییر به پم غیر یونی، پم کاتیونی یا استفاده از لخته‌سازهای معدنی با راندمان بالا).