PAM Türleri
Katyonik Poliakrilamid (CPAM): Doğrusal bir polimer bileşiği. Çeşitli aktif grupları nedeniyle birçok maddeyle afinite ve adsorpsiyon yoluyla hidrojen bağları oluşturabilir. Öncelikle negatif yüklü kolloidleri topaklaştırır.
Anyonik Poliakrilamid (APAM): Suda-çözünür bir polimer olup, çoğunlukla çelik fabrikalarından, elektrokaplama tesislerinden, metalurji tesislerinden ve kömür yıkama tesislerinden gelen atık sular gibi çeşitli endüstriyel atık su arıtmalarında ve ayrıca çamur susuzlaştırmada flokülasyon ve çökeltme için kullanılır. Ayrıca içme suyunun arıtılması ve arıtılması için de kullanılabilir. Moleküler zinciri belirli sayıda polar grup içerdiğinden, suda askıda kalan katı parçacıkları adsorbe edebilir, parçacıklar arasında köprü kurabilir veya yüklerini nötrleştirerek büyük topaklar oluşturabilir. Bu nedenle, süspansiyondaki parçacıkların çökelmesini hızlandırabilir, çözeltinin arıtılmasını önemli ölçüde hızlandırabilir ve filtrelemeyi teşvik edebilir.
Noniyonik poliakrilamid (NPAM): Bu, yüksek-moleküler-ağırlıklı bir polimer veya polielektrolittir. Moleküler zinciri, suda askıda kalan katı parçacıkları adsorbe edebilen ve parçacıkları büyük topaklar oluşturacak şekilde köprüleyebilen belirli miktarda polar grup içerir. Süspansiyondaki parçacıkların çökelmesini hızlandırır, çözeltinin arıtılmasını önemli ölçüde hızlandırır ve filtrelemeyi destekler. Moleküler zincirinde amid veya iyonik grupların bulunması nedeniyle önemli özelliği, suda çeşitli oranlarda çözünmesine izin veren yüksek hidrofilikliğidir. Bu tip poliakrilamid sulu çözeltisi, amonyum klorür ve sodyum sülfat gibi elektrolitlere karşı iyi bir toleransa sahiptir ve aynı zamanda yüzey aktif maddelerle de uyumludur.
PAM'ın Teknik Göstergeleri
Poliakrilamidin teknik göstergeleri genellikle moleküler ağırlığı, hidroliz derecesini, iyonizasyon derecesini, viskoziteyi ve artık monomer içeriğini içerir. Bu nedenle PAM'in kalitesi bu göstergelere göre de değerlendirilebilir.
1. Moleküler Ağırlık
PAM çok yüksek bir molekül ağırlığına sahiptir ve bu son yıllarda önemli ölçüde artmıştır. 1970'lerde kullanılan PAM'ın molekül ağırlığı genellikle birkaç milyondu; 1980'lerden bu yana, yüksek-verimli PAM'lerin çoğu 15 milyonun üzerinde, bazılarının ise 20 milyona ulaşan molekül ağırlığına sahiptir. Her PAM molekülü 100.000'den fazla akrilamid veya sodyum akrilat molekülünden polimerize edilir (akrilamidin molekül ağırlığı 71'dir ve 100.000 monomer içeren PAM'ın molekül ağırlığı 7,1 milyondur).
Genel olarak, daha yüksek moleküler ağırlıklı PAM, daha iyi flokülasyon performansı sergiler. Akrilamidin molekül ağırlığı 71 iken, 100.000 monomer içeren PAM'ın molekül ağırlığı 7,1 milyondur. Poliakrilamid ve türevleri, yüz binlerce ila on milyon arasında değişen molekül ağırlıklarına sahiptir ve molekül ağırlığına göre düşük molekül ağırlığı (1 milyonun altında), orta molekül ağırlığı (1 milyon ila 10 milyon), yüksek molekül ağırlığı (10 milyon ila 15 milyon) ve ultra-yüksek molekül ağırlığı (15 milyonun üzerinde) olarak kategorize edilebilir.
Yüksek moleküler ağırlıklı organik bileşiklerin moleküler ağırlığı, aynı ürün içinde bile tamamen tek biçimli değildir; nominal molekül ağırlığı ortalama değeridir.
2. Hidroliz Derecesi ve İyonlaşma Derecesi
PAM'ın iyonlaşma derecesi, performansını önemli ölçüde etkiler, ancak optimum değeri, işlenen malzemenin türüne ve özelliklerine bağlıdır; farklı koşullar farklı optimal değerlerle sonuçlanacaktır. İşlenen malzeme yüksek iyon gücüne sahipse (büyük miktarda inorganik madde içeriyorsa), kullanılan PAM'ın daha yüksek derecede iyonizasyona sahip olması gerekir; bunun tersi de geçerlidir. Genel olarak anyonlaşma derecesine hidroliz derecesi denir. İyonlaşma derecesi genellikle spesifik olarak katyonlara atıfta bulunur.
İyonlaşma derecesi=n/(m+n)*100%
İlk üretilen PAM, tek bir monomer olan poliakrilamidden polimerize edilmişti ve başlangıçta -COONa grupları içermiyordu. Aşağıdaki reaksiyonda gösterildiği gibi, kullanımdan önce bazı -CONH2 gruplarının -COONa'ya hidrolize edilmesi için NaOH ile ısıtılması gerekiyordu:
-CONH2 + NaOH → -COONa + NH3↑
Hidroliz işlemi sırasında amonyak gazı açığa çıkar. PAM'da hidrolize edilen amid gruplarının oranına, anyonlaşma derecesi olan hidroliz derecesi denir. Bu tip PAM'ın kullanımı elverişsizdi ve zayıf performansa sahipti (ısıtma hidrolizi kaçınılmaz olarak PAM'ın moleküler ağırlığında ve performansında önemli bir düşüşe neden oldu) ve 1980'lerden bu yana nadiren kullanıldı.
Modern üretilen PAM'ler, farklı anyonizasyon derecelerine sahip çeşitli ürünlerde mevcuttur. Kullanıcılar ihtiyaçlarına göre ve gerçek testler yoluyla uygun türü seçebilirler. Daha fazla hidroliz gerekli değildir; çözündükten hemen sonra kullanılabilir.
Ancak alışkanlık nedeniyle bazı insanlar hala flokülantların çözünme sürecini hidroliz olarak adlandırıyor. Hidrolizin suyla ayrışma, kimyasal reaksiyon anlamına geldiği ve PAM'ın hidrolizinin amonyak gazı açığa çıkardığı unutulmamalıdır; çözünme ise kimyasal reaksiyon olmaksızın yalnızca fiziksel bir işlemdir. İkisi temelde farklıdır ve karıştırılmamalıdır.
3. Artık Monomer İçeriği
PAM'ın artık monomer içeriği, akrilamidin poliakrilamide polimerizasyonu sırasında tamamen reaksiyona girmeyen ve sonuçta poliakrilamid ürününde kalan akrilamid monomerinin miktarını ifade eder. Gıda endüstrisine uygunluğunu değerlendirmek için önemli bir parametredir. Poliakrilamid-toksik değildir, ancak akrilamidin belirli bir derecede toksisitesi vardır.
Endüstriyel-sınıf poliakrilamidde, kaçınılmaz olarak eser miktarda polimerleşmemiş akrilamid monomer kalır. Bu nedenle PAM ürünlerindeki artık monomer içeriği sıkı bir şekilde kontrol edilmelidir. Uluslararası düzenlemeler, içme suyu ve gıda endüstrisinde kullanılan PAM'daki kalıntı monomer içeriğinin %0,05'i geçmemesi gerektiğini şart koşmaktadır. Tanınmış-uluslararası ürünler için bu değer %0,03'ün altındadır.
4. Viskozite
PAM çözümleri çok viskozdur. PAM'ın moleküler ağırlığı ne kadar yüksek olursa, çözeltinin viskozitesi de o kadar büyük olur. Bunun nedeni, PAM makromoleküllerinin uzun ve ince zincirler olmaları ve çözeltideki harekete karşı önemli bir direnç göstermeleridir. Viskozite esas olarak, iç sürtünme katsayısı olarak da bilinen bir çözelti içindeki sürtünmenin büyüklüğünü yansıtır.
Çeşitli yüksek-moleküler-ağırlıklı organik bileşiklerin çözeltileri genellikle yüksek viskoziteye sahiptir ve molekül ağırlığı arttıkça bu da artar. Yüksek-moleküler-ağırlıklı organik bileşiklerin moleküler ağırlığını belirlemenin bir yöntemi, belirli koşullar altında belirli bir konsantrasyona sahip bir çözeltinin viskozitesini ölçmek ve daha sonra belirli bir formül kullanarak moleküler ağırlığını hesaplamaktır; buna "viskozite-ortalama molekül ağırlığı" denir.
PAM Seçimi
Poliakrilamid, iyonik özelliklerine göre-iyonik olmayan, anyonik ve katyonik tiplere ayrılabilir. Moleküler ağırlığa bağlı olarak, birçok farklı modele yol açan çeşitli spesifikasyonlar, iyoniklik vb. vardır. Piyasadaki karmaşık spesifikasyonlar göz önüne alındığında, atık su sisteminiz için en uygun poliakrilamid modelini seçmek gerçekten çok zordur. Atık su veya çamur arıtımı için poliakrilamid seçiminde sık karşılaşılan sorunları çözmeye yönelik birkaç ipucunu burada bulabilirsiniz.
1. Çamurun Kaynağını Anlamak
Çamur, atık su arıtımının kaçınılmaz bir yan ürünüdür. Öncelikle çamurun kaynağını, özelliklerini, bileşimini ve katı içeriğini anlamalıyız. Çamur, ana bileşenlere göre organik çamur ve inorganik çamur olarak ikiye ayrılabilir.
Genel olarak katyonik poliakrilamid organik çamurun arıtılmasında kullanılırken, anyonik poliakrilamid inorganik çamurun arıtılmasında kullanılır. Katyonik poliakrilamid yüksek alkali koşullar için uygun değildir, anyonik poliakrilamid ise yüksek asidik koşullar için uygun değildir. Çamurdaki katı madde içeriğinin yüksek olması genellikle daha yüksek dozda poliakrilamid gerektirir.
2. Poliakrilamid Molekül Ağırlığının Seçimi
Poliakrilamidin moleküler ağırlığı, moleküler zincirin uzunluğunu ifade eder. Poliakrilamidin moleküler ağırlığı 5 milyon ile 18 milyon arasında değişmektedir. Genel olarak poliakrilamid ürününün molekül ağırlığı ne kadar yüksek olursa viskozite de o kadar yüksek olur. Ancak pratikte daha yüksek moleküler ağırlık, mutlaka daha iyi performans anlamına gelmez. Uygun moleküler ağırlık, spesifik uygulama endüstrisine, su kalitesine ve arıtma ekipmanına göre belirlenmelidir.
Poliakrilamid, yüksek-moleküler-ağırlıklı bir pıhtılaştırıcı yardımcısıdır. Ürünler ortalama moleküler ağırlıklarına göre üç kategoriye ayrılabilir: düşük moleküler ağırlık (<1 million), medium molecular weight (2-4 million), and high molecular weight (>7 milyon).
Poliakrilamid atık su arıtımında kullanılır ve molekül ağırlıkları birkaç milyondan on milyonlara kadar değişen, yüksek-moleküler-ağırlıklı suda-çözünür bir organik polimerdir. Yalnızca pıhtılaştırıcı yardımcı olarak kullanıldığında, genellikle moleküler ağırlık ne kadar yüksek olursa, floklar o kadar yoğun olur ve daha az kimyasala ihtiyaç duyulur. Ancak anyonik poliakrilamidin moleküler ağırlığının 20 milyonu geçmemesi tavsiye edilir.
Çamur susuzlaştırma için: Bant filtre presi kullanıldığında molekül ağırlığı genellikle çok yüksek olamaz. Yüksek molekül ağırlığı filtre bezini tıkayarak susuzlaştırma etkisini etkileyebilir. Santrifüjlü bir filtre presi kullanıldığında, moleküler ağırlık gereksinimi daha yüksektir çünkü santrifüjlü filtre presleri, topakların mümkün olduğunca yırtılmaya- dirençli olmasını gerektirir; bu nedenle nispeten yüksek moleküler ağırlığa sahip bir ürün seçilmelidir.
3. Poliakrilamid İyon Derecesinin Seçimi
Susuzlaştırılacak çamur için, farklı iyon derecelerine sahip flokülantlar küçük deneylerle elenerek en uygun poliakrilamidin seçilmesi sağlanabilir. Bu, dozajı en aza indirerek maliyetten tasarruf ederken en iyi topaklaştırıcı etkiyi elde eder. İyon derecesini seçmek için temel faktörler şunlardır:
(1) Topak Boyutu
Çok küçük olan floklar drenaj hızını etkilerken, çok büyük olan floklar daha fazla su bağlayarak çamur kekinin kuruluğunu azaltır. Topak boyutu, poliakrilamidin moleküler ağırlığı seçilerek ayarlanabilir.
(2) Floc Mukavemeti (Nem İçeriği)
Floklar stabil kalmalı ve kesme gerilimi altında kırılmamalıdır. Poliakrilamidin moleküler ağırlığının arttırılması veya uygun bir moleküler yapının seçilmesi, flok stabilitesinin iyileştirilmesine yardımcı olur.
(3) Poliakrilamid ve Çamurun Karıştırılması
Flokülasyonun sağlanması için poliakrilamidin susuzlaştırma ekipmanında belirli bir noktada çamurla tam olarak reaksiyona girmesi gerekir. Bu nedenle poliakrilamid çözeltisinin viskozitesi, mevcut ekipman koşulları altında çamurla iyice karışmasını sağlayacak şekilde uygun olmalıdır. Düzgün karıştırma başarı için önemli bir faktördür. Poliakrilamid çözeltisinin viskozitesi moleküler ağırlığı ve konsantrasyonuyla ilgilidir.
(4) Poliakrilamidin Çözünmesi
Etkili flokülasyon için iyi çözünme şarttır. Daha önce de belirtildiği gibi poliakrilamidin çözünme süreci esasen olgunlaşma sürecidir. Bazen çözünme hızını hızlandırmak gerekebilir; bu durumda poliakrilamid çözeltisinin konsantrasyonunun arttırılması düşünülebilir.
Bu nedenle en uygun ürün seçiminin laboratuvar beher deneyleri ile belirlenmesi gerekmektedir. Yukarıdakilerden moleküler ağırlık ve iyoniklik seçiminin mutlak olmadığı görülebilir. En doğru verileri elde etmek ve seçilen poliakrilamidin en iyi maliyet-etkinliğini sağlamak için poliakrilamidi seçmeden önce seçim testleri ve operasyonel testler yapmak en iyisidir.