Polvo APAM para tratamiento de agua

En ciertas condiciones específicas de calidad del agua, el uso combinado de polvo de poliacrilamida aniónica (APAM) y floculantes inorgánicos (como PAC, PFS, etc.) puede no ser aplicable debido a conflictos de mecanismos, fallas de reactivos o efectos contrarios, e incluso puede deteriorar el efecto del tratamiento. 

Las principales situaciones son las siguientes: 

1. Entornos de pH extremo de ácido fuerte o álcali fuerte (pH < 3 o pH > 11)

Ácido fuerte (pH < 3): La función principal de los floculantes inorgánicos (como el PAC y el PFS) depende de los complejos hidroxipolinucleares (como los productos de hidrólisis de Al³⁺ y Fe³⁺) generados por la hidrólisis. Las condiciones de acidez fuerte inhiben su hidrólisis, impidiendo que los floculantes inorgánicos formen componentes floculantes eficaces y perdiendo su capacidad de neutralización de carga. Al mismo tiempo, el APAM para el tratamiento de agua puede sufrir hidrólisis y degradación de la cadena molecular en un entorno de acidez fuerte (el grupo amida se hidroliza a un grupo carboxilo, y la acidez fuerte puede dañar la estructura de la cadena), perdiendo así su función de puente de adsorción. En este caso, el uso combinado no solo es ineficaz, sino que también incrementa los costos debido al desperdicio de reactivos. 

Álcalis fuertes (pH > 11): Los floculantes inorgánicos (como el PAC) forman sales solubles de metaaluminato (como NaAlO₂) en condiciones de alcalinidad fuerte, perdiendo así su capacidad de floculación. Si bien el polvo cristalino de APAM presenta una resistencia a los álcalis ligeramente superior a la resistencia a los ácidos fuertes, los álcalis fuertes (especialmente los de alta temperatura) pueden provocar la ruptura de su cadena molecular, lo que resulta en una caída brusca del peso molecular y la incapacidad de formar flóculos eficaces. 

2. Calidad del agua con oxidantes de alta concentración (como cloro libre, peróxido de hidrógeno, ozono, etc.)

Los oxidantes (como el exceso de cloro añadido en el tratamiento de aguas residuales, H₂O₂ residual del reactivo de Fenton) pueden dañar la cadena molecular del polvo de cristal de APAM a través de la oxidación (el grupo amida de la poliacrilamida aniónica se oxida fácilmente a un grupo carboxilo, e incluso la cadena principal se rompe), lo que lleva a una reducción significativa en el peso molecular del polvo de cristal de APAM y la pérdida de la capacidad de puente de adsorción. En este momento, incluso si el floculante inorgánico puede ejercer algún efecto neutralizador de carga, el polvo de cristal de APAM ya ha fallado. El uso combinado no solo no logra una mejora sinérgica, sino que también puede causar que los flóculos sean finos y tengan un rendimiento de sedimentación deficiente debido a la posible interferencia de los productos de degradación (sustancias de molécula pequeña) del polvo de cristal de APAM con el proceso de floculación del floculante inorgánico. 

3. Calidad del agua con alta salinidad (alta concentración de electrolitos) (como agua de mar, aguas residuales industriales con alto contenido de sal)

Cuando las aguas residuales contienen una alta concentración de electrolitos (como NaCl, CaCl₂, etc., con una salinidad > 5%): 

El efecto neutralizador de carga de los floculantes inorgánicos se ve interferido por iones de alta concentración: 

Una gran cantidad de iones libres en las aguas residuales bloqueará las cargas negativas en la superficie de las partículas coloidales, lo que dificultará que los iones metálicos (como Al³⁺, Fe³⁺) de los floculantes inorgánicos se combinen eficazmente con los coloides, evitando así la desestabilización. 

El polvo de cristal APAM es propenso a la d"salación: los electrolitos de alta concentración interrumpirán la película de hidratación de las cadenas moleculares del polvo de cristal APAM, lo que provocará una disminución de su solubilidad e incluso precipitación, haciéndolo incapaz de dispersarse uniformemente en agua y perdiendo su función de puente. 

En este momento, el efecto sinérgico del uso combinado se pierde por completo, y el efecto es mucho peor que usarlos solos (o incluso ineficaz). 

4. Calidad del agua con una gran cantidad de surfactantes aniónicos (como aguas residuales de detergentes, aguas residuales de impresión y teñido estándar excesivas)

Los surfactantes aniónicos (como LAS, dodecil sulfato de sodio) tienen carga negativa y se combinan preferentemente con los cationes (como Al³⁺, Fe³⁺) en floculantes inorgánicos para formar complejos estables, consumiendo los floculantes inorgánicos (para que no puedan reaccionar con las partículas coloidales en las aguas residuales). Al mismo tiempo, los surfactantes formarán una película de adsorción en la superficie de las partículas coloidales, impidiendo que las cadenas moleculares del polvo de cristal APAM se unan a las partículas, impidiendo así que el polvo de cristal APAM ejerza su función de puente. En este caso, el uso combinado falla debido al consumo de reactivos por los surfactantes, e incluso puede ser difícil formar flóculos debido al efecto dispersante de los surfactantes. 

5. Calidad del agua con alta concentración de disolventes orgánicos o contaminantes no polares 

Si las aguas residuales contienen una gran cantidad de disolventes orgánicos (como metanol, acetona, tolueno) o contaminantes no polares (como petróleo pesado, alcanos de cadena larga): 

El polvo de cristal APAM es un polímero soluble en agua con una solubilidad extremadamente baja en solventes orgánicos y precipitará directamente, sin poder disolverse ni dispersarse, perdiendo así su función. 

Los floculantes inorgánicos (especialmente en forma líquida) pueden ver alterado su equilibrio de disolución por los disolventes orgánicos, lo que provoca la precipitación de sus componentes activos, impidiéndoles ejercer su efecto neutralizador de carga. Por ejemplo, si algunas aguas residuales químicas (como las de pintura o tinta) no se pretratan para eliminar los disolventes orgánicos, el uso combinado de polvo cristalino APAM y floculantes inorgánicos fracasará por completo. 

6. Calidad del agua con alta concentración de iones de metales pesados (como Cr⁶⁺, Hg²⁺, Ag⁺)

Algunos iones de metales pesados (como Ag⁺, Hg²⁺) tienen fuertes propiedades oxidantes o formadoras de complejos: - Los metales pesados fuertemente oxidantes (como Cr⁶⁺) oxidarán y degradarán la cadena molecular APAM de las aguas residuales. 

Los metales pesados formadores de complejos (como Cu²⁺, Ni²⁺) formarán complejos estables con los grupos amida del APAM de aguas residuales, lo que provocará que la cadena molecular del APAM se enrolle y pierda su capacidad de puenteo. Al mismo tiempo, los iones de metales pesados pueden reaccionar con floculantes inorgánicos (como el PAC) para formar precipitados insolubles, consumiendo los componentes efectivos de los floculantes inorgánicos. En este caso, el uso combinado no solo es ineficaz, sino que también puede aumentar la dificultad del tratamiento de lodos. El problema principal de las condiciones de calidad del agua mencionadas anteriormente es que destruyen la capacidad de neutralización de la carga de los floculantes inorgánicos o causan la degradación/inactivación de las cadenas moleculares del APAM de las aguas residuales, haciendo que ambos pierdan su efecto sinérgico. En tales escenarios, es necesario primero mejorar la calidad del agua mediante un pretratamiento (como ajustar el pH, eliminar oxidantes/tensioactivos, desalinizar, etc.) y luego evaluar si el uso combinado es adecuado. Si el costo del pretratamiento es demasiado alto, es necesario cambiar el tipo de reactivo (por ejemplo, cambiar a PAM no iónico, PAM catiónico o utilizar solo floculantes inorgánicos de alta eficiencia).