Bột APAM dùng để xử lý nước

Trong một số điều kiện chất lượng nước cụ thể, việc sử dụng kết hợp bột polyacrylamide anion (APAM) và chất keo tụ vô cơ (như PAC, PFS, v.v.) có thể không áp dụng được do xung đột cơ chế, thuốc thử bị lỗi hoặc tác dụng ngược, và thậm chí có thể làm giảm hiệu quả xử lý. 

Các tình huống chính như sau: 

1. Môi trường pH cực đại của axit mạnh hoặc kiềm mạnh (pH < 3 hoặc pH > 11)

Axit mạnh (pH < 3): Chức năng cốt lõi của chất keo tụ vô cơ (như PAC, PFS) phụ thuộc vào các phức hợp hydroxy đa nhân (như sản phẩm thủy phân của Al³⁺, Fe³⁺) được tạo ra từ quá trình thủy phân. Điều kiện axit mạnh ức chế quá trình thủy phân của chúng, ngăn cản các chất keo tụ vô cơ hình thành các thành phần keo tụ hiệu quả và mất khả năng trung hòa điện tích. Đồng thời, APAM dùng trong xử lý nước có thể bị thủy phân và phân hủy chuỗi phân tử trong môi trường axit mạnh (nhóm amide bị thủy phân thành nhóm carboxyl, và axit mạnh có thể làm hỏng cấu trúc chuỗi), mất chức năng cầu nối hấp phụ. Trong trường hợp này, việc sử dụng kết hợp không chỉ kém hiệu quả mà còn làm tăng chi phí do lãng phí thuốc thử. 

Tính kiềm mạnh (pH > 11): Các chất keo tụ vô cơ (như PAC) sẽ tạo thành muối meta aluminat hòa tan (như NaAlO₂) trong điều kiện kiềm mạnh, làm mất khả năng keo tụ. Mặc dù bột tinh thể APAM có khả năng kháng kiềm cao hơn một chút so với khả năng kháng axit mạnh, nhưng kiềm mạnh (đặc biệt là kiềm mạnh ở nhiệt độ cao) có thể làm đứt gãy chuỗi phân tử của nó, dẫn đến trọng lượng phân tử giảm mạnh và không thể hình thành bông cặn hiệu quả. 

2. Chất lượng nước có nồng độ chất oxy hóa cao (như chứa clo tự do, hydro peroxide, ozone, v.v.)

Các chất oxy hóa (chẳng hạn như clo dư trong xử lý nước thải, H₂O₂ dư từ thuốc thử Fenton) có thể làm hỏng chuỗi phân tử của bột tinh thể APAM thông qua quá trình oxy hóa (nhóm amide của polyacrylamide anion dễ bị oxy hóa thành nhóm carboxyl, và thậm chí cả chuỗi chính cũng bị đứt), dẫn đến giảm đáng kể khối lượng phân tử của bột tinh thể APAM và mất khả năng kết nối hấp phụ. Lúc này, ngay cả khi chất keo tụ vô cơ có thể phát huy một số tác dụng trung hòa điện tích, thì bột tinh thể APAM cũng đã thất bại. Việc sử dụng kết hợp không chỉ không đạt được hiệu quả tăng cường đồng bộ mà còn có thể khiến các bông cặn trở nên mịn và hiệu suất lắng kém do các sản phẩm phân hủy (các chất phân tử nhỏ) của bột tinh thể APAM có thể ảnh hưởng đến quá trình keo tụ của chất keo tụ vô cơ. 

3. Chất lượng nước có độ mặn cao (nồng độ chất điện giải cao) (như nước biển, nước thải công nghiệp có hàm lượng muối cao)

Khi nước thải chứa nồng độ chất điện giải cao (như NaCl, CaCl₂, v.v., với độ mặn > 5%): 

Hiệu ứng trung hòa điện tích của chất keo tụ vô cơ bị cản trở bởi các ion có nồng độ cao: 

Một lượng lớn các ion tự do trong nước thải sẽ che chắn các điện tích âm trên bề mặt các hạt keo, khiến các ion kim loại (như Al³⁺, Fe³⁺) của chất keo tụ vô cơ khó kết hợp hiệu quả với các hạt keo, ngăn ngừa sự mất ổn định. 

Bột tinh thể APAM dễ bị tạo muối: Chất điện giải có nồng độ cao sẽ phá vỡ lớp màng hydrat hóa của chuỗi phân tử bột tinh thể APAM, dẫn đến giảm độ hòa tan và thậm chí kết tủa, khiến bột không thể phân tán đều trong nước và mất chức năng cầu nối. 

Lúc này, tác dụng hiệp đồng của việc sử dụng kết hợp hoàn toàn mất đi, và hiệu quả kém hơn nhiều so với việc sử dụng riêng lẻ (hoặc thậm chí không hiệu quả). 

4. Chất lượng nước có hàm lượng chất hoạt động bề mặt anion lớn (như nước thải chất tẩy rửa, nước thải in ấn và nhuộm có hàm lượng tiêu chuẩn quá mức)

Chất hoạt động bề mặt anion (như LAS, natri dodecyl sulfat) mang điện tích âm và sẽ kết hợp ưu tiên với các cation (như Al³⁺, Fe³⁺) trong chất keo tụ vô cơ để tạo thành phức chất ổn định, tiêu thụ chất keo tụ vô cơ (do đó chúng không thể phản ứng với các hạt keo trong nước thải). Đồng thời, chất hoạt động bề mặt sẽ tạo thành một lớp màng hấp phụ " trên bề mặt các hạt keo, ngăn cản các chuỗi phân tử bột tinh thể APAM liên kết với các hạt, do đó ngăn cản bột tinh thể APAM phát huy chức năng cầu nối của nó. Lúc này, việc sử dụng kết hợp sẽ thất bại do chất hoạt động bề mặt tiêu thụ " thuốc thử, và các bông cặn thậm chí có thể khó hình thành do tác dụng phân tán của chất hoạt động bề mặt. 

5. Chất lượng nước có nồng độ dung môi hữu cơ cao hoặc chất ô nhiễm không phân cực 

Nếu nước thải chứa một lượng lớn dung môi hữu cơ (như methanol, acetone, toluene) hoặc các chất ô nhiễm không phân cực (như dầu nặng, ankan mạch dài): 

Bột tinh thể APAM là một loại polyme tan trong nước, có độ hòa tan cực thấp trong dung môi hữu cơ và sẽ kết tủa trực tiếp, không thể hòa tan và phân tán, do đó mất chức năng. 

Chất keo tụ vô cơ (đặc biệt là dạng lỏng) có thể bị phá vỡ cân bằng hòa tan bởi dung môi hữu cơ, khiến các thành phần hiệu quả bị kết tủa và không thể phát huy tác dụng trung hòa điện tích. Ví dụ, nếu một số nước thải hóa học (như nước thải sơn, nước thải mực in) không được xử lý sơ bộ để loại bỏ dung môi hữu cơ, việc kết hợp sử dụng bột tinh thể APAM và chất keo tụ vô cơ sẽ hoàn toàn thất bại. 

6. Chất lượng nước có nồng độ ion kim loại nặng cao (như Cr⁶⁺, Hg²⁺, Ag⁺)

Một số ion kim loại nặng (như Ag⁺, Hg²⁺) có tính oxy hóa mạnh hoặc tạo phức: - Kim loại nặng có tính oxy hóa mạnh (như Cr⁶⁺) sẽ oxy hóa và phân hủy chuỗi phân tử APAM trong nước thải. 

Các kim loại nặng tạo phức (như Cu²⁺, Ni²⁺) sẽ tạo thành các phức bền với nhóm amide của APAM trong nước thải, khiến chuỗi phân tử APAM trong nước thải bị cuộn lại và mất khả năng liên kết. Đồng thời, các ion kim loại nặng có thể phản ứng với các chất keo tụ vô cơ (như PAC) tạo thành các chất kết tủa không hòa tan, tiêu thụ các thành phần hiệu quả của các chất keo tụ vô cơ. Lúc này, việc sử dụng kết hợp không những không hiệu quả mà còn có thể làm tăng thêm khó khăn trong việc xử lý bùn. Vấn đề cốt lõi của các điều kiện chất lượng nước nêu trên là chúng phá hủy khả năng trung hòa điện tích của các chất keo tụ vô cơ hoặc gây ra sự phân hủy/bất hoạt các chuỗi phân tử APAM trong nước thải, khiến cả hai mất đi tác dụng hiệp đồng. Trong những trường hợp như vậy, trước tiên cần cải thiện chất lượng nước thông qua xử lý sơ bộ (như điều chỉnh độ pH, loại bỏ chất oxy hóa/chất hoạt động bề mặt, khử muối, v.v.), sau đó đánh giá xem việc sử dụng kết hợp có phù hợp hay không. Nếu chi phí xử lý trước quá cao, cần phải thay đổi loại thuốc thử (chẳng hạn như chuyển sang PAM không ion, PAM cation hoặc chỉ sử dụng chất keo tụ vô cơ hiệu suất cao).