I. Introdução

O poliacrilamida (PAM, abreviação) é um polímero linear de alta molécula. Desde que sua produção industrial foi alcançada na década de 1950, tornou-se um dos agentes químicos mais importantes na área de tratamento de água. Devido à sua estrutura molecular única e desempenho ajustável, o PAM desempenha um papel insubstituível nos processos de purificação de água potável, tratamento de esgoto, tratamento de águas residuais industriais e desidratação de lodo. Com as regulamentações de proteção ambiental cada vez mais rigorosas e a intensificação dos problemas de escassez de recursos hídricos, a pesquisa de aplicação do PAM no tratamento de água tem sido continuamente aprofundada, e o desenvolvimento de novos produtos PAM modificados também fez progressos notáveis.

Ii. Características Básicas e Classificação do PAM

1.Estrutura química e propriedades físicas

PAM é um composto de alta massa molecular formado pela polimerização por radicais livres de monômeros de acrilamida. Sua cadeia molecular contém um grande número de grupos amida (-CONH2), e esses grupos polares conferem ao PAM boa solubilidade em água e atividade química. O peso molecular médio do PAM geralmente varia entre 1 milhão e 20 milhões. Produtos com diferentes pesos moleculares podem ser obtidos ajustando-se o grau de polimerização conforme necessário.

2.Principais tipos de PAM

De acordo com as características iônicas, o PAM pode ser classificado em três categorias principais:

●PAM não iônico (NPAM): As cadeias moleculares são não carregadas e atuam principalmente através de ligações de hidrogênio e forças de van der Waals. É adequado para ambientes com alta salinidade ou altos valores de pH.

●PAM aniônico (APAM): Ao introduzir grupos aniônicos, como grupos carboxila, por meio de hidrólise ou copolimerização, possui um excelente efeito de floculação em partículas coloidais carregadas positivamente e é amplamente utilizado no tratamento de esgoto urbano e águas residuais de processamento mineral.

●PAM catiônico (CPAM): Preparado pela introdução de grupos catiônicos, como sais de amônio quaternário, é particularmente adequado para coloides orgânicos carregados negativamente em áreas como desidratação de lodo e efluentes de fabricação de papel.

Além disso, existem variedades especiais, como PAM anfotérico e PAM modificado, que podem ser projetadas molecularmente de acordo com as características do objeto tratado.

Iii. O Mecanismo do PAM no Tratamento de Água

1.Mecanismo de floculação

PAM alcança principalmente a agregação de sólidos suspensos através das seguintes três maneiras:

●Eletro-neutralização: Moléculas de PAM carregadas neutralizam a carga superficial de partículas coloidais através da interação eletrostática, reduzindo o potencial ζ e desestabilizando a estabilidade do colóide.

●Efeito de ponte de adsorção: Moléculas de PAM de cadeia longa adsorvem simultaneamente múltiplas partículas, formando uma estrutura floc "partícula-polímero-partícula", que é um modo de ação único de floculantes de alto peso molecular.

●O efeito de captura e varredura da rede: A estrutura de rede tridimensional formada pelo PAM pode mecanicamente prender partículas minúsculas durante o processo de sedimentação.

2.Fatores-chave que afetam o efeito de floculação

●Peso molecular: Geralmente, quanto maior o peso molecular, maior a capacidade de ligação, mas a solubilidade diminuirá.

●Grau de íon: Ele determina a densidade de carga e afeta a capacidade de eletro-neutralização.

●Dosagem: Existe um valor ótimo. Dosagem excessiva pode fazer com que o colóide se restabilize.

●Valor de pH da solução: Afeta o grau de ionização do PAM e as propriedades de carga superficial das partículas.

●Condições de agitação: Agitação moderada é favorável à formação de flocos, enquanto agitação excessiva danificará os flocos.

Iv. Aplicações de PAM em Diferentes Campos de Tratamento de Água

1.Tratamento de água potável

Em obras de água, o PAM é principalmente utilizado como um auxiliar de coagulação em combinação com coagulantes de sal de alumínio ou ferro, o que pode reduzir a dosagem de coagulantes inorgânicos em 30-50% e melhorar significativamente a qualidade do efluente. Estudos mostram que o uso otimizado do APAM pode reduzir a turbidez do efluente do tanque de sedimentação para abaixo de 0,5 NTU e remover efetivamente matéria orgânica traço e algas na água.

2.Tratamento de esgoto urbano

No tratamento secundário, o PAM pode acelerar a sedimentação de lodo ativado e melhorar a eficiência do tanque de sedimentação secundário. No tratamento avançado terciário, a filtração assistida por PAM pode remover ainda mais fósforo e sólidos suspensos. Após uma determinada estação de tratamento de esgoto adotar CPAM, o índice de volume de lodo (SVI) diminuiu de 150mL/g para 80mL/g, e a capacidade de tratamento aumentou em aproximadamente 40%.

3.Tratamento de águas residuais industriais

●Água residuais de fabricação de papel: CPAM pode tratar efetivamente águas residuais orgânicas de alta concentração, com uma taxa de remoção de DQO superior a 85%.

●Água residuais de galvanoplastia: APAM forma flocos com íons de metais pesados, e a taxa de remoção de níquel, cromo, etc. ultrapassa 99%.

●Água residuais de campo de petróleo: PAM é utilizado para o tratamento de águas residuais oleosas, e o teor de óleo pode ser reduzido de 1000mg/L para abaixo de 10mg/L.

4.Desaguamento de lodo

A condicionamento PAM pode melhorar significativamente o desempenho de desidratação de lodo, reduzindo o teor de umidade do lodo de 98% para abaixo de 80%, e reduzindo muito o volume de lodo. O sistema avançado de dosagem automática pode ajustar a dosagem e o grau de ionização do CPAM em tempo real de acordo com a natureza do lodo, alcançando o melhor efeito de desidratação.

V. Otimização e Inovação do Uso do PAM

1.Tecnologia de compostagem

O uso combinado de PAM com coagulantes inorgânicos (como PAC), oxidantes (como persulfato) ou outros floculantes orgânicos pode produzir um efeito sinérgico. Por exemplo, quando PAM e PAC são usados em combinação para tratar águas residuais de impressão e tingimento, a taxa de remoção de cor pode ser aumentada em 20-30%.

2. Desenvolvimento do PAM Modificado

●PAM resistente a altas temperaturas e sal: Ao introduzir grupos hidrofílicos fortes, como grupos ácidos sulfônicos, sua estabilidade em ambientes de alta temperatura e alta salinidade é aprimorada.

●PAM ecológico: Reduz o conteúdo de monômero residual (acrilamida) no produto e aumenta a biodegradabilidade.

●PAM nano-composto: Nano-sio2, nanotubos de carbono, etc. são adicionados para aumentar a resistência mecânica e o desempenho de floculação.

3.Tecnologia de controle inteligente

O sistema de dosagem inteligente baseado no monitoramento online do potencial Zeta, tamanho das partículas de flocos, etc. pode otimizar os parâmetros de dosagem de PAM em tempo real e reduzir o consumo de produtos químicos em 15-30%. Uma certa planta de água inteligente adota algoritmos de IA para controlar a adição de PAM, economizando mais de 500.000 yuan em custos anualmente.

Vi. Precauções para o Uso do PAM

1. Processo de dissolução: O PAM deve ser lentamente polvilhado em água limpa e moderadamente agitado para evitar a formação de substâncias insolúveis em forma de "olho de peixe". Normalmente, uma solução de 0,1-0,5% é preparada e utilizada imediatamente após a preparação.

2. Segurança e proteção ambiental: Os monômeros de acrilamida têm neurotoxicidade. Devem ser selecionados produtos únicos de alta qualidade e baixo resíduo (<0,05%). A solução de PAM residual deve ser descartada adequadamente para evitar o descarte direto em corpos d'água.

3. Condições de armazenamento: O PAM sólido deve ser armazenado em um recipiente selado em um local fresco e seco para evitar a absorção de umidade e aglomeração. A solução não deve ser armazenada por mais de 48 horas.

Vii. Tendências Futuras de Desenvolvimento

1.Tecnologia de síntese verde: Desenvolver processos de produção ambientalmente amigáveis, como a polimerização catalítica por bioenzimas, para reduzir o consumo de energia e a geração de resíduos.

2.Design funcional: Design específico de moléculas PAM para poluentes emergentes (como microplásticos, resíduos de medicamentos).

3.Gestão digital: Ao integrar a Internet das Coisas e a análise de big data, alcançar o uso preciso e inteligente do PAM.

4. Recuperação de recursos: Utilize a floculação PAM para enriquecer substâncias valiosas em águas residuais, como elementos de terras raras e metais preciosos.

Viii. Conclusão

Como um "jogador versátil" no campo do tratamento de água, o PAM tem desempenhado continuamente um papel fundamental na proteção dos recursos hídricos globais e no controle da poluição, graças à sua alta eficiência, economia e ampla adaptabilidade. Com o avanço da ciência dos materiais e da tecnologia ambiental, novos produtos PAM com desempenho superior e maior amigabilidade ambiental continuarão a surgir, fornecendo mais soluções para enfrentar desafios complexos de tratamento de água. O desenvolvimento futuro da tecnologia PAM deve prestar mais atenção ao equilíbrio entre a melhoria da eficiência e a amigabilidade ambiental, promovendo a indústria de tratamento de água a se desenvolver em uma direção mais eficiente e sustentável.