I. Introducción

El poliacrilamida (PAM para abreviar) es un polímero lineal de alta molécula. Desde que se logró su producción industrial en la década de 1950, se ha convertido en uno de los agentes químicos más importantes en el campo del tratamiento de agua. Debido a su estructura molecular única y su rendimiento ajustable, el PAM desempeña un papel insustituible en los procesos de purificación de agua potable, tratamiento de aguas residuales, tratamiento de aguas residuales industriales y deshidratación de lodos. Con las regulaciones de protección ambiental cada vez más estrictas y la intensificación de los problemas de escasez de recursos hídricos, la investigación de la aplicación del PAM en el tratamiento de agua se ha profundizado continuamente, y el desarrollo de nuevos productos de PAM modificados también ha logrado un progreso notable.

Ii. Características Básicas y Clasificación de PAM

1.Estructura química y propiedades físicas

PAM es un compuesto de alto peso molecular formado por la polimerización por radicales libres de monómeros de acrilamida. Su cadena molecular contiene una gran cantidad de grupos amida (-CONH2), y estos grupos polares dotan a PAM de buena solubilidad en agua y actividad química. El peso molecular promedio de PAM suele estar entre 1 millón y 20 millones. Se pueden obtener productos con diferentes pesos moleculares ajustando el grado de polimerización según sea necesario.

2.Principales tipos de PAM

Según las características iónicas, el PAM se puede clasificar en tres categorías principales:

●PAM no iónico (NPAM): Las cadenas moleculares no tienen carga y actúan principalmente a través de enlaces de hidrógeno y fuerzas de van der Waals. Es adecuado para entornos con alta salinidad o altos valores de pH.

●PAM aniónico (APAM): Al introducir grupos aniónicos como grupos carboxilo a través de hidrólisis o copolimerización, tiene un excelente efecto de floculación sobre partículas coloidales cargadas positivamente y se utiliza ampliamente en el tratamiento de aguas residuales urbanas y aguas residuales de procesamiento mineral.

●PAM catiónico (CPAM): Preparado mediante la introducción de grupos catiónicos como sales de amonio cuaternario, es particularmente adecuado para coloides orgánicos cargados negativamente en campos como el deshidratado de lodos y las aguas residuales de la fabricación de papel.

Además, hay variedades especiales como PAM anfótero y PAM modificado, que se pueden diseñar molecularmente de acuerdo con las características del objeto tratado.

Iii. El Mecanismo de PAM en el Tratamiento de Agua

1.Mecanismo de floculación

PAM logra principalmente la agregación de sólidos suspendidos a través de las siguientes tres maneras:

●Electro-neutralización: Las moléculas de PAM cargadas neutralizan la carga superficial de las partículas coloidales a través de la interacción electrostática, reduciendo el potencial ζ y perturbando la estabilidad del coloide.

●Efecto de puente por adsorción: Las moléculas de PAM de cadena larga adsorben simultáneamente múltiples partículas, formando una estructura de flóculo "partícula-polímero-partícula", que es un modo de acción único de los floculantes de alto peso molecular.

●El efecto de captura y barrido de la red: La estructura de red tridimensional formada por PAM puede atrapar mecánicamente partículas diminutas durante el proceso de sedimentación.

2.Factores clave que afectan el efecto de floculación

●Peso molecular: Generalmente, cuanto mayor es el peso molecular, mayor es la capacidad de enlace, pero la solubilidad disminuirá.

●Grado de ion: Determina la densidad de carga y afecta la capacidad de electro-neutralización.

●Dosis: Hay un valor óptimo. Una dosis excesiva puede hacer que el coloide se restabilice.

●Valor de pH de la solución: Afecta el grado de ionización de PAM y las propiedades de carga superficial de las partículas.

●Condiciones de agitación: La agitación moderada es propicia para la formación de flóculos, mientras que la agitación excesiva dañará los flóculos.

Iv. Aplicaciones de PAM en Diferentes Campos de Tratamiento de Agua

1.Tratamiento de agua potable

En las obras de agua, el PAM se utiliza principalmente como un aid coagulante en combinación con coagulantes de sal de aluminio o hierro, lo que puede reducir la dosis de coagulantes inorgánicos en un 30-50% y mejorar significativamente la calidad del efluente. Los estudios muestran que el uso optimizado de APAM puede reducir la turbidez del efluente del tanque de sedimentación a menos de 0.5 NTU y eliminar eficazmente materia orgánica en trazas y algas en el agua.

2.Tratamiento de aguas residuales urbanas

En el tratamiento secundario, PAM puede acelerar la sedimentación de lodos activados y mejorar la eficiencia del tanque de sedimentación secundaria. En el tratamiento avanzado terciario, la filtración asistida por PAM puede eliminar aún más fósforo y sólidos suspendidos. Después de que una planta de tratamiento de aguas residuales adoptó CPAM, el índice de volumen de lodo (SVI) disminuyó de 150mL/g a 80mL/g, y la capacidad de tratamiento aumentó aproximadamente un 40%.

3.Tratamiento de aguas residuales industriales

●Aguas residuales de la fabricación de papel: CPAM puede tratar eficazmente aguas residuales orgánicas de alta concentración, con una tasa de eliminación de DQO de más del 85%.

●Aguas residuales de galvanoplastia: APAM forma flóculos con iones de metales pesados, y la tasa de eliminación de níquel, cromo, etc. supera el 99%.

●Aguas residuales de campos petroleros: PAM se utiliza para el tratamiento de aguas residuales oleosas, y el contenido de aceite puede reducirse de 1000mg/L a menos de 10mg/L.

4.Deshidratación de lodos

El acondicionamiento con PAM puede mejorar significativamente el rendimiento de deshidratación de los lodos, reduciendo el contenido de humedad de los lodos del 98% a menos del 80%, y reduciendo en gran medida el volumen de lodos. El avanzado sistema de dosificación automática puede ajustar la dosis y el grado de ionización de CPAM en tiempo real según la naturaleza del lodo, logrando el mejor efecto de deshidratación.

V. Optimización e Innovación del Uso de PAM

1.Tecnología de compuestos

El uso combinado de PAM con coagulantes inorgánicos (como PAC), oxidantes (como persulfato) u otros floculantes orgánicos puede producir un efecto sinérgico. Por ejemplo, cuando se utilizan PAM y PAC en combinación para tratar aguas residuales de impresión y teñido, la tasa de eliminación de color puede aumentar en un 20-30%.

2.Desarrollo de PAM Modificado

●PAM resistente a altas temperaturas y sal: Al introducir grupos hidrofílicos fuertes como los grupos ácidos sulfonicos, se mejora su estabilidad en entornos de alta temperatura y alta salinidad.

●PAM ecológico: Reduce el contenido de monómero residual (acrilamida) en el producto y mejora la biodegradabilidad.

●Nano-compuesto PAM: Se añaden nano-sio2, nanotubos de carbono, etc. para mejorar la resistencia mecánica y el rendimiento de floculación.

3.Tecnología de control inteligente

El sistema de dosificación inteligente basado en el monitoreo en línea del potencial Zeta, el tamaño de las partículas de flóculo, etc. puede optimizar los parámetros de dosificación de PAM en tiempo real y reducir el consumo de productos químicos en un 15-30%. Una cierta planta de tratamiento de agua inteligente adopta algoritmos de IA para controlar la adición de PAM, ahorrando más de 500,000 yuanes en costos anualmente.

Vi. Precauciones para el Uso de PAM

1.Proceso de disolución: PAM debe ser espolvoreado lentamente en agua limpia y agitado moderadamente para evitar la formación de sustancias insolubles en forma de "ojo de pez". Por lo general, se prepara una solución del 0.1-0.5% y se utiliza inmediatamente después de la preparación.

2. Seguridad y protección del medio ambiente: Los monómeros de acrilamida tienen neurotoxicidad. Se deben seleccionar productos individuales de alta calidad y bajo residuo (<0.05%). La solución de PAM desechada debe ser eliminada adecuadamente para evitar que se descargue directamente en cuerpos de agua.

3. Condiciones de almacenamiento: El PAM sólido debe almacenarse en un recipiente sellado en un lugar fresco y seco para prevenir la absorción de humedad y la formación de grumos. La solución no debe almacenarse por más de 48 horas.

VII. Tendencias de Desarrollo Futuro

1.Tecnología de síntesis verde: Desarrollar procesos de producción ecológicos como la polimerización catalítica por bioenzimas para reducir el consumo de energía y la generación de residuos.

2.Diseño funcional: Diseño específico de moléculas PAM para contaminantes emergentes (como microplásticos, residuos de medicamentos).

3.Gestión digital: Al integrar el Internet de las Cosas y el análisis de grandes datos, lograr un uso preciso e inteligente de PAM.

4. Recuperación de recursos: Utilizar la floculación PAM para enriquecer sustancias valiosas en aguas residuales, como elementos de tierras raras y metales preciosos.

Viii. Conclusión

Como un "jugador versátil" en el campo del tratamiento de agua, PAM ha estado desempeñando continuamente un papel clave en la protección de los recursos hídricos globales y el control de la contaminación, gracias a su alta eficiencia, economía y amplia adaptabilidad. Con el avance de la ciencia de materiales y la tecnología ambiental, nuevos productos de PAM con un rendimiento superior y una mayor amigabilidad ambiental seguirán surgiendo, proporcionando más soluciones para abordar los complejos desafíos del tratamiento de agua. El desarrollo futuro de la tecnología PAM debería prestar más atención al equilibrio entre la mejora de la eficiencia y la amigabilidad ambiental, promoviendo que la industria del tratamiento de agua se desarrolle en una dirección más eficiente y sostenible.