I. Introduction

Le polyacrylamide (PAM en abrégé) est un polymère linéaire à haute molécule. Depuis que sa production industrielle a été réalisée dans les années 1950, il est devenu l'un des agents chimiques les plus importants dans le domaine du traitement de l'eau. En raison de sa structure moléculaire unique et de ses performances ajustables, le PAM joue un rôle irremplaçable dans les processus de purification de l'eau potable, de traitement des eaux usées, de traitement des eaux usées industrielles et de déshydratation des boues. Avec le renforcement des réglementations de protection de l'environnement et l'intensification des problèmes de pénurie de ressources en eau, la recherche sur l'application du PAM dans le traitement de l'eau a été continuellement approfondie, et le développement de nouveaux produits PAM modifiés a également fait des progrès remarquables.

Ii. Caractéristiques de base et classification du PAM

1. Structure chimique et propriétés physiques

PAM est un composé à haute masse moléculaire formé par la polymérisation en radical libre des monomères d'acrylamide. Sa chaîne moléculaire contient un grand nombre de groupes amides (-CONH2), et ces groupes polaires confèrent à PAM une bonne solubilité dans l'eau et une activité chimique. Le poids moléculaire moyen de PAM se situe généralement entre 1 million et 20 millions. Des produits avec différents poids moléculaires peuvent être obtenus en ajustant le degré de polymérisation selon les besoins.

2. Principales types de PAM

Selon les caractéristiques ioniques, le PAM peut être classé en trois grandes catégories :

●PAM non ionique (NPAM) : Les chaînes moléculaires sont non chargées et agissent principalement par des liaisons hydrogène et des forces de van der Waals. Il est adapté aux environnements à forte salinité ou à des valeurs de pH élevées.

●PAM anionique (APAM) : En introduisant des groupes anioniques tels que des groupes carboxyles par hydrolyse ou copolymérisation, il a un excellent effet de floculation sur les particules colloïdales chargées positivement et est largement utilisé dans le traitement des eaux usées urbaines et des eaux usées de traitement minéral.

●PAM cationique (CPAM) : Préparé en introduisant des groupes cationiques tels que des sels d'ammonium quaternaire, il est particulièrement adapté aux colloïdes organiques chargés négativement dans des domaines tels que le déshydratation des boues et les eaux usées de fabrication de papier.

De plus, il existe des variétés spéciales telles que le PAM amphotère et le PAM modifié, qui peuvent être conçues moléculairement en fonction des caractéristiques de l'objet traité.

Iii. Le Mécanisme de PAM dans le Traitement de l'Eau

1.Mécanisme de floculation

PAM réalise principalement l'agrégation des solides en suspension par les trois moyens suivants :

●Électro-neutralisation : Les molécules de PAM chargées neutralisent la charge de surface des particules colloïdales par interaction électrostatique, réduisant le potentiel ζ et perturbant la stabilité du colloïde.

●Effet de pontage par adsorption : Les molécules de PAM à chaîne longue adsorbent simultanément plusieurs particules, formant une structure floculaire "particule-polymère-particule", qui est un mode d'action unique des floculants à haute masse moléculaire.

●L'effet de capture et de balayage du réseau : La structure de réseau tridimensionnelle formée par le PAM peut mécaniquement piéger de minuscules particules pendant le processus de sédimentation.

2.Facteurs clés affectant l'effet de floculation

●Poids moléculaire : En général, plus le poids moléculaire est élevé, plus la capacité de pontage est forte, mais la solubilité diminuera.

●Degré d'ion : Il détermine la densité de charge et affecte la capacité d'électro-neutralisation.

●Dosage : Il existe une valeur optimale. Un dosage excessif peut provoquer la restabilisation du colloïde.

●Valeur du pH de la solution : Affecte le degré d'ionisation du PAM et les propriétés de charge de surface des particules.

●Conditions de mélange : Un mélange modéré favorise la formation de flocs, tandis qu'un mélange excessif endommagera les flocs.

Iv. Applications de PAM dans différents domaines de traitement de l'eau

1. Traitement de l'eau potable

Dans les travaux d'eau, le PAM est principalement utilisé comme un agent coagulant en combinaison avec des coagulants à base de sels d'aluminium ou de fer, ce qui peut réduire le dosage des coagulants inorganiques de 30 à 50 % et améliorer considérablement la qualité de l'effluent. Des études montrent que l'utilisation optimisée de l'APAM peut réduire la turbidité de l'effluent du bassin de décantation à moins de 0,5 NTU et éliminer efficacement les matières organiques traces et les algues dans l'eau.

2. Traitement des eaux usées urbaines

Dans le traitement secondaire, le PAM peut accélérer la sédimentation des boues activées et améliorer l'efficacité du bassin de sédimentation secondaire. Dans le traitement avancé tertiaire, la filtration assistée par PAM peut éliminer davantage le phosphore et les solides en suspension. Après qu'une certaine station d'épuration ait adopté le CPAM, l'indice de volume des boues (SVI) est passé de 150mL/g à 80mL/g, et la capacité de traitement a augmenté d'environ 40%.

3. Traitement des eaux usées industrielles

●Eaux usées de fabrication de papier : CPAM peut traiter efficacement les eaux usées organiques à haute concentration, avec un taux d'élimination de la DCO de plus de 85 %.

●Eaux usées de galvanoplastie : l'APAM forme des flocs avec des ions de métaux lourds, et le taux d'élimination du nickel, du chrome, etc. dépasse 99 %.

●Eaux usées pétrolières : le PAM est utilisé pour le traitement des eaux usées huileuses, et la teneur en huile peut être réduite de 1000 mg/L à moins de 10 mg/L.

4.Déshydratation des boues

Le conditionnement PAM peut améliorer de manière significative la performance de déshydratation des boues, réduisant la teneur en humidité des boues de 98 % à moins de 80 %, et réduisant considérablement le volume des boues. Le système de dosage automatique avancé peut ajuster le dosage et le degré d'ionisation du CPAM en temps réel en fonction de la nature des boues, atteignant ainsi le meilleur effet de déshydratation.

V. Optimisation et Innovation de l'Utilisation de PAM

1.Technologie de composition

L'utilisation combinée de PAM avec des coagulants inorganiques (tels que PAC), des oxydants (tels que le persulfate) ou d'autres floculants organiques peut produire un effet synergique. Par exemple, lorsque PAM et PAC sont utilisés en combinaison pour traiter les eaux usées de l'impression et de la teinture, le taux d'élimination des couleurs peut être augmenté de 20 à 30 %.

2.Développement de PAM Modifié

●PAM résistant aux hautes températures et au sel : En introduisant des groupes hydrophiles forts tels que des groupes sulfoniques, sa stabilité dans des environnements à haute température et haute salinité est améliorée.

●PAM respectueux de l'environnement : Réduit la teneur en monomère résiduel (acrylamide) dans le produit et améliore la biodégradabilité.

●Nano-composite PAM : Nano-sio2, nanotubes de carbone, etc. sont ajoutés pour améliorer la résistance mécanique et la performance de floculation.

3. Technologie de contrôle intelligent

Le système de dosage intelligent basé sur la surveillance en ligne du potentiel Zeta, de la taille des particules de floc, etc. peut optimiser les paramètres de dosage de PAM en temps réel et réduire la consommation de produits chimiques de 15 à 30 %. Une certaine usine d'eau intelligente adopte des algorithmes d'IA pour contrôler l'ajout de PAM, économisant plus de 500 000 yuans en coûts annuels.

Vi. Précautions pour l'utilisation de PAM

1. Processus de dissolution : le PAM doit être lentement saupoudré dans de l'eau propre et mélangé modérément pour éviter la formation de substances insolubles en forme d'"œil de poisson". En général, une solution de 0,1 à 0,5 % est préparée et utilisée immédiatement après préparation.

2. Sécurité et protection de l'environnement : Les monomères d'acrylamide ont une neurotoxicité. Des produits uniques de haute qualité et à faible résidu (<0,05 %) doivent être sélectionnés. La solution de PAM usagée doit être correctement éliminée pour éviter d'être directement déversée dans les cours d'eau.

3. Conditions de stockage : Le PAM solide doit être conservé dans un conteneur hermétique dans un endroit frais et sec pour éviter l'absorption d'humidité et l'agglomération. La solution ne doit pas être conservée pendant plus de 48 heures.

Vii. Tendances de développement futur

1.Technologie de synthèse verte : Développer des processus de production respectueux de l'environnement tels que la polymérisation catalytique par bio-enzymes pour réduire la consommation d'énergie et la génération de déchets.

2.Conception fonctionnelle : Conception spécifique de molécules PAM pour les polluants émergents (tels que les microplastiques, les résidus de médicaments).

3.Gestion numérique : En intégrant l'Internet des objets et l'analyse des grandes données, atteindre une utilisation précise et intelligente de PAM.

4.Récupération des ressources : Utiliser la floculation PAM pour enrichir les substances précieuses dans les eaux usées, telles que les éléments des terres rares et les métaux précieux.

Viii. Conclusion

En tant que "joueur polyvalent" dans le domaine du traitement de l'eau, le PAM joue un rôle clé dans la protection des ressources en eau et le contrôle de la pollution à l'échelle mondiale, grâce à son efficacité élevée, son économie et sa large adaptabilité. Avec l'avancement de la science des matériaux et de la technologie environnementale, de nouveaux produits PAM avec des performances supérieures et une plus grande amitié envers l'environnement continueront d'émerger, fournissant plus de solutions pour relever des défis complexes en matière de traitement de l'eau. Le développement futur de la technologie PAM devrait accorder plus d'attention à l'équilibre entre l'amélioration de l'efficacité et l'amitié envers l'environnement, promouvant l'industrie du traitement de l'eau à se développer dans une direction plus efficace et durable.