I. Einführung

Polyacrylamid (PAM für kurz) ist ein linearer hochmolekularer Polymer. Seit seiner industriellen Produktion in den 1950er Jahren ist es eines der wichtigsten chemischen Mittel im Bereich der Wasseraufbereitung geworden. Aufgrund seiner einzigartigen molekularen Struktur und anpassbaren Leistung spielt PAM eine unersetzliche Rolle in den Prozessen der Trinkwasseraufbereitung, Abwasserbehandlung, industriellen Abwasserbehandlung und Schlammdewatering. Mit den zunehmend strengen Umweltvorschriften und der Verschärfung der Probleme mit Wasserressourcenmangel wurde die Anwendungsforschung von PAM in der Wasseraufbereitung kontinuierlich vertieft, und die Entwicklung neuer modifizierter PAM-Produkte hat ebenfalls bemerkenswerte Fortschritte gemacht.

Ii. Grundlegende Merkmale und Klassifikation von PAM

1.Chemische Struktur und physikalische Eigenschaften

PAM ist eine hochmolekulare Verbindung, die durch die radikalische Polymerisation von Acrylamidmonomeren gebildet wird. Seine Molekülkette enthält eine große Anzahl von Amidgruppen (-CONH2), und diese polaren Gruppen verleihen PAM eine gute Wasserlöslichkeit und chemische Aktivität. Das durchschnittliche Molekulargewicht von PAM liegt normalerweise zwischen 1 Million und 20 Millionen. Produkte mit unterschiedlichen Molekulargewichten können durch Anpassung des Polymerisationsgrades nach Bedarf erhalten werden.

2.Haupttypen von PAM

Gemäß den ionischen Eigenschaften kann PAM in drei Hauptkategorien eingeteilt werden:

●Nichtionisches PAM (NPAM): Die Molekülketten sind ungeladen und wirken hauptsächlich durch Wasserstoffbrücken und van-der-Waals-Kräfte. Es ist geeignet für Umgebungen mit hoher Salinität oder hohen pH-Werten.

●Anionisches PAM (APAM): Durch die Einführung anionischer Gruppen wie Carboxylgruppen durch Hydrolyse oder Copolymerisation hat es einen ausgezeichneten Flockungseffekt auf positiv geladene kolloidale Partikel und wird häufig bei der Behandlung von städtischem Abwasser und Abwasser aus der Mineralverarbeitung eingesetzt.

●Kationisches PAM (CPAM): Wird durch die Einführung kationischer Gruppen wie quartäre Ammoniumsalze hergestellt und ist besonders geeignet für negativ geladene organische Kolloide in Bereichen wie Schlammdewatering und Papierherstellungsabwasser.

Darüber hinaus gibt es spezielle Varianten wie amphoteres PAM und modifiziertes PAM, die molekular nach den Eigenschaften des behandelten Objekts entworfen werden können.

Iii. Der Mechanismus von PAM in der Wasseraufbereitung

1.Flockungsmechanismus

PAM erreicht hauptsächlich die Aggregation von schwebenden Feststoffen durch die folgenden drei Wege:

●Elektro-Neutralisation: Geladene PAM-Moleküle neutralisieren die Oberflächenladung von kolloidalen Partikeln durch elektrostatistische Wechselwirkung, wodurch das ζ-Potential verringert und die Stabilität des Kolloids gestört wird.

●Adsorptionsbrücken-Effekt: Langkettige PAM-Moleküle adsorbieren gleichzeitig mehrere Partikel und bilden eine "Partikel-Polymer-Partikel"-Flockstruktur, die eine einzigartige Wirkungsweise von hochmolekularen Flockungsmitteln darstellt.

●Die Netzfang- und Kehrwirkung: Die dreidimensionale Netzwerkstruktur, die durch PAM gebildet wird, kann während des Sedimentationsprozesses mechanisch winzige Partikel einfangen.

2.Wesentliche Faktoren, die die Flokulationswirkung beeinflussen

●Molekulargewicht: Im Allgemeinen gilt, je größer das Molekulargewicht, desto stärker die Brückenfähigkeit, aber die Löslichkeit wird abnehmen.

●Ion Grad: Er bestimmt die Ladungsdichte und beeinflusst die Fähigkeit zur Elektro-Neutralisation.

●Dosierung: Es gibt einen optimalen Wert. Eine übermäßige Dosierung kann dazu führen, dass das Kolloid sich wieder stabilisiert.

●Lösungs-pH-Wert: Beeinflusst den Ionisierungsgrad von PAM und die Oberflächenladungseigenschaften von Partikeln.

●Rührbedingungen: Mäßiges Rühren fördert die Bildung von Flocken, während übermäßiges Rühren die Flocken schädigt.

Iv. Anwendungen von PAM in verschiedenen Wasserbehandlungsbereichen

1.Wasseraufbereitung

In der Wasserwirtschaft wird PAM hauptsächlich als Koagulierungshilfsmittel in Kombination mit Aluminium- oder Eisensalzkoagulanzien eingesetzt, was die Dosierung anorganischer Koagulanzien um 30-50% reduzieren und die Qualität des Abwassers erheblich verbessern kann. Studien zeigen, dass die optimierte Verwendung von APAM die Trübung des Abwassers aus dem Sedimentationsbecken auf unter 0,5 NTU reduzieren und effektiv spuren von organischen Stoffen und Algen im Wasser entfernen kann.

2.Städtische Abwasserbehandlung

Bei der sekundären Behandlung kann PAM die Sedimentation von aktivem Schlamm beschleunigen und die Effizienz des sekundären Sedimentationsbeckens verbessern. Bei der tertiären Nachbehandlung kann die PAM-unterstützte Filtration Phosphor und suspendierte Feststoffe weiter entfernen. Nachdem ein bestimmtes Klärwerk CPAM eingeführt hat, sank der Schlammvolumenindex (SVI) von 150 mL/g auf 80 mL/g, und die Behandlungskapazität erhöhte sich um etwa 40 %.

3.Industrielle Abwasserbehandlung

●Papierherstellungsabwasser: CPAM kann hochkonzentriertes organisches Abwasser effektiv behandeln, mit einer COD-Entfernungsrate von über 85%.

●Elektroplattierungsabwasser: APAM bildet Flocken mit Schwermetallionen, und die Abtrennungsrate von Nickel, Chrom usw. übersteigt 99%.

●Ölfeld-Abwasser: PAM wird zur Behandlung von ölhaltigem Abwasser eingesetzt, und der Ölgehalt kann von 1000mg/L auf unter 10mg/L reduziert werden.

4.Schlammentwässerung

PAM-Bedingung kann die Entwässerungsleistung von Schlamm erheblich verbessern, den Feuchtigkeitsgehalt von Schlamm von 98 % auf unter 80 % reduzieren und das Volumen des Schlamms erheblich verringern. Das fortschrittliche automatische Dosiersystem kann die Dosierung und den Ionisierungsgrad von CPAM in Echtzeit entsprechend der Beschaffenheit des Schlamms anpassen und so den besten Entwässerungseffekt erzielen.

V. Optimierung und Innovation der PAM-Nutzung

1. Verfahrensentwicklung

Die kombinierte Verwendung von PAM mit anorganischen Flockungsmitteln (wie PAC), Oxidationsmitteln (wie Persulfat) oder anderen organischen Flockungsmitteln kann einen synergistischen Effekt erzeugen. Zum Beispiel kann die Farbabnahme bei der Behandlung von Druck- und Färbewasser mit der Kombination von PAM und PAC um 20-30% erhöht werden.

2. Entwicklung von modifiziertem PAM

●Hochtemperatur- und salzbeständiges PAM: Durch die Einführung starker hydrophiler Gruppen wie Sulfonsäuregruppen wird die Stabilität in Hochtemperatur- und Hochsalz-Umgebungen verbessert.

●Umweltfreundliches PAM: Reduziert den Gehalt an Restmonomeren (Acrylamid) im Produkt und verbessert die biologische Abbaubarkeit.

●Nano-Verbund-PAM: Nano-sio2, Kohlenstoffnanoröhren usw. werden hinzugefügt, um die mechanische Festigkeit und die Flockungsleistung zu verbessern.

3.Intelligente Steuerungstechnologie

Das intelligente Dosierungssystem, das auf der Online-Überwachung des Zeta-Potentials, der Floc-Partikelgröße usw. basiert, kann die PAM-Dosierungsparameter in Echtzeit optimieren und den Chemikalienverbrauch um 15-30 % reduzieren. Ein bestimmtes intelligentes Wasserwerk verwendet KI-Algorithmen, um die Zugabe von PAM zu steuern, wodurch jährlich mehr als 500.000 Yuan an Kosten eingespart werden.

Vi. Vorsichtsmaßnahmen für die Verwendung von PAM

1. Auflösungsprozess: PAM sollte langsam in sauberes Wasser gestreut und mäßig gerührt werden, um die Bildung von "Fischaugen"-förmigen unlöslichen Substanzen zu vermeiden. In der Regel wird eine 0,1-0,5%ige Lösung hergestellt und sofort nach der Zubereitung verwendet.

2.Sicherheit und Umweltschutz: Acrylamidmonomere haben Neurotoxizität. Hochwertige und niedrigrestliche Einzelprodukte (<0,05%) sollten ausgewählt werden. Abfall-PAM-Lösungen sollten ordnungsgemäß entsorgt werden, um eine direkte Einleitung in Gewässer zu vermeiden.

3.Lagerbedingungen: Festes PAM sollte in einem verschlossenen Behälter an einem kühlen und trockenen Ort gelagert werden, um Feuchtigkeitsaufnahme und Verklumpung zu verhindern. Die Lösung sollte nicht länger als 48 Stunden gelagert werden.

VII. Zukünftige Entwicklungstrends

1.Grüne Synthesetechnologie: Entwickeln Sie umweltfreundliche Produktionsprozesse wie die biokatalytische Polymerisation mit Enzymen, um den Energieverbrauch und die Abfallproduktion zu reduzieren.

2.Funktionales Design: Spezifisches PAM-Moleküldesign für aufkommende Schadstoffe (wie Mikroplastik, Arzneimittelrückstände).

3.Digitale Verwaltung: Durch die Integration des Internets der Dinge und der Big-Data-Analyse eine präzise und intelligente Nutzung von PAM erreichen.

4.Ressourcenerholung: Nutzen Sie die PAM-Flockung, um wertvolle Substanzen im Abwasser anzureichern, wie z.B. Seltene Erden und Edelmetalle.

Viii. Fazit

Als "vielseitiger Akteur" im Bereich der Wasseraufbereitung spielt PAM dank seiner hohen Effizienz, Wirtschaftlichkeit und breiten Anpassungsfähigkeit kontinuierlich eine Schlüsselrolle beim globalen Schutz der Wasserressourcen und der Kontrolle von Verschmutzungen. Mit dem Fortschritt der Materialwissenschaft und der Umwelttechnologie werden neue PAM-Produkte mit überlegener Leistung und größerer Umweltfreundlichkeit weiterhin auf den Markt kommen und mehr Lösungen zur Bewältigung komplexer Herausforderungen in der Wasseraufbereitung bieten. Die zukünftige Entwicklung der PAM-Technologie sollte mehr Augenmerk auf das Gleichgewicht zwischen Effizienzsteigerung und Umweltfreundlichkeit legen und die Wasseraufbereitungsindustrie dazu anregen, sich in eine effizientere und nachhaltigere Richtung zu entwickeln.