Come l'emulsione cationica di poliacrilammide rimuove le sostanze organiche nelle acque reflue
L'emulsione cationica di poliacrilammide (CPAM) rimuove la materia organica dalle acque reflue convertendo le sostanze organiche disciolte e colloidali in fiocchi più grandi e separabili attraverso la neutralizzazione della carica e il ponte polimerico.
In pratica, CPAM funziona meglio come flocculante (o coadiuvante coagulante): lega particelle organiche caricate negativamente, oli emulsionati e sostanze umiche/fulviche in densi agglomerati che possono essere rimossi mediante sedimentazione, flottazione con aria disciolta (DAF) o filtrazione.
Cosa fa effettivamente l’emulsione CPAM alla “materia organica”
La “materia organica” nelle acque reflue è solitamente una miscela di sostanze organiche disciolte (misurate come COD/TOC), colloidi che contribuiscono al COD e al colore e solidi sospesi con contenuto organico. CPAM si rivolge principalmente alla frazione che è colloidale o associato a particelle ; la rimozione di questi solidi rimuove anche le sostanze organiche ad essi collegate.
Ad esempio, in molte acque reflue industriali (alimenti, bevande, pasta di legno e carta, tessili, acque reflue oleose), gran parte del COD è trasportato da materiale fine sospeso/colloidale. Quando CPAM aumenta la dimensione dei fiocchi e la velocità di sedimentazione/galleggiamento, il COD può diminuire notevolmente perché era legato ai solidi rimossi.
Meccanismi: come l'emulsione cationica di poliacrilammide rimuove le sostanze organiche
Neutralizzazione della carica di sostanze organiche caricate negativamente
Molte sostanze organiche nelle acque reflue presentano una carica netta negativa: sostanze umiche, frammenti di lignina, molecole di colorante, acidi grassi e superfici di particelle fini rivestite con sostanze organiche. CPAM trasporta gruppi caricati positivamente che riducono la repulsione elettrostatica e consentono alle collisioni di “attaccarsi”, formando microfiocchi che diventano rimovibili.
Ponte polimerico: trasformazione dei microfiocchi in fiocchi resistenti e sedimentabili
Le molecole CPAM vengono adsorbite su più particelle contemporaneamente. Segmenti della catena polimerica si attaccano a una superficie mentre altri segmenti si estendono nell’acqua e si attaccano altrove, “collegando” le particelle in fiocchi più grandi e più resistenti. Il bridging è uno dei motivi principali per cui CPAM può migliorare le prestazioni del DAF e la sedimentazione del chiarificante aumentando le dimensioni e la robustezza dei fiocchi.
Sweep e inviluppo (se utilizzato con coagulanti inorganici)
Il CPAM è spesso abbinato ad allume, sali ferrici, PAC (cloruro di polialluminio) o calce. Il coagulante inorganico forma precipitati di idrossido che “spazzano via” le sostanze organiche dalla soluzione; CPAM quindi rafforza e allarga questi fiocchi. Questa combinazione spesso produce una riduzione COD/TOC maggiore rispetto al solo CPAM quando le sostanze organiche disciolte sono significative.
Vantaggio specifico dell'emulsione: rapida attivazione e dispersione
Un'emulsione CPAM è un prodotto di “emulsione inversa” che deve essere invertito (attivato) in acqua. Se invertito correttamente, si disperde rapidamente e fornisce in modo efficiente catene polimeriche ad alto peso molecolare, che supportano la rapida crescita dei fiocchi a basse dosi attive.
Dove CPAM riduce maggiormente COD/TOC (e dove non lo farà)
Il CPAM è più efficace quando la materia organica è legata a particelle, emulsioni o colloidi. È meno efficace per sostanze organiche veramente disciolte e a basso peso molecolare (ad esempio zuccheri, alcoli, acidi a catena corta) a meno che un coagulante a monte o un altro trattamento non le converta in una fase rimovibile.
- Elevato vantaggio: colore/colloidi (umici, coloranti), emulsioni oleose, solidi sospesi fini, ispessimento dei fanghi e disidratazione (rimozione di solidi ricchi di sostanze organiche).
- Beneficio moderato: acque reflue industriali miste in cui un coagulante crea precipitati e CPAM forma forti fiocchi per la sedimentazione/DAF.
- Vantaggio limitato: acque reflue dominate da piccole sostanze organiche disciolte senza fase di coagulazione; potrebbero essere necessari l'ossidazione biologica, l'adsorbimento (GAC) o l'ossidazione avanzata.
Dosaggi pratici e obiettivi operativi
Le prestazioni del CPAM dipendono dalla selezione della giusta densità di carica e del peso molecolare, quindi dall'applicazione con attivazione e miscelazione corrette. Come punto di partenza, molte piante trovano un trattamento efficace a ~1–10 mg/L di polimero attivo , perfezionato mediante test in vaso.
Guida alla preparazione (attivazione) dell'emulsione CPAM
- Concentrazione tipica di make-down: 0,1–0,5% attivo (comunemente utilizzato per bilanciare pompabilità e rapida dispersione).
- Utilizzare acqua di diluizione pulita quando possibile; l'acqua di diluizione ad elevata torbidità può consumare prematuramente il polimero.
- Garantire un'inversione/invecchiamento adeguata: un'attivazione insufficiente spesso appare come un "povero fiocco" anche a dosi più elevate.
Obiettivi di miscelazione che proteggono i ponti polimerici
Il CPAM necessita di una rapida dispersione iniziale, seguita da una delicata miscelazione per far crescere i fiocchi senza tagliarli. Una miscelazione eccessiva può frammentare i fiocchi e ridurre la rimozione organica mediante flottazione/decantazione.
- Mix rapido: alta energia per ~30–60 secondi per distribuire il polimero.
- Flocculazione: miscelazione delicata per ~5-20 minuti per massimizzare la forza dei ponti e dei fiocchi.
pH e abbinamento coagulante
Se le sostanze organiche disciolte sono predominanti, l'abbinamento del CPAM con allume/ferrico/PAC spesso migliora la rimozione. Ottimizzare innanzitutto il pH per il coagulante inorganico, quindi ridurre la dose di CPAM per creare le dimensioni dei fiocchi e migliorare la separazione.
| Variabile | Cosa potresti osservare | Adeguamento operativo |
|---|---|---|
| Sottodosaggio | Fiocchi piccoli, a sedimentazione lenta; elevato riporto di torbidità/COD | Aumentare il CPAM a piccoli passi; confermare l'attivazione e la dispersione |
| Sovradosaggio | Sanzioni “ristabilizzate”; fiocchi scivolosi; maggiore torbidità dell'effluente | Ridurre la dose; considerare un grado di densità di carica inferiore |
| Troppo taglio | Si formano dei fiocchi e poi si rompono; coperta o chiarificatore DAF instabile | Ridurre il mix ad alta energia; ridurre il taglio della pompa; estendere la flocculazione delicata |
| Elevate sostanze organiche disciolte | Riduzione COD limitata solo con CPAM | Aggiungi/ottimizza allume, ferro o PAC; quindi utilizzare CPAM come coadiuvante coagulante |
Un approccio jar-test incentrato sulla rimozione della sostanza organica
Un jar test dovrebbe misurare non solo la torbidità, ma anche un indicatore organico rilevante per il tuo sistema (COD, TOC, UV254, colore, olio e grasso). Ciò mantiene la selezione CPAM allineata con la “rimozione della materia organica”, non solo con la chiarezza.
- Valutare la necessità di un coagulante inorganico: testare allume/ferrico/PAC a diverse dosi per vedere se le sostanze organiche disciolte (colore/UV254/COD) rispondono.
- Aggiungere CPAM come aiuto flocculante: iniziare con 1–3 mg/L attivo , quindi regolare su un intervallo pratico (ad esempio, 0,5–10 mg/l di attivo a seconda del tipo di solidi e di acque reflue).
- Osservare il tempo di formazione dei fiocchi, le dimensioni dei fiocchi e la resistenza al taglio; quindi misurare il COD/TOC del surnatante sedimentato/trattato con flottazione (o UV254/colore) dopo un tempo di separazione costante.
- Selezionare la finestra di dosaggio che offre prestazioni stabili, non solo il singolo barattolo “migliore”, per ridurre la sensibilità alle oscillazioni del carico giornaliero.
Modalità di errore comuni e soluzioni
- Buona rimozione della torbidità ma debole riduzione del COD: le sostanze organiche sono principalmente disciolte; aggiungere/ottimizzare il coagulante inorganico, regolare il pH o prendere in considerazione l'adsorbimento/trattamento biologico.
- I fiocchi sembrano “fibrosi” e si trasferiscono: sovradosaggio o peso molecolare troppo elevato per le condizioni idrauliche; ridurre la dose o cambiare grado; ridurre il taglio a valle.
- Prestazioni incoerenti da un turno all'altro: emulsione non completamente invertita, qualità dell'acqua di diluizione variabile o oscillazioni della domanda di carico delle acque reflue; standardizzare la riduzione, controllare il tempo di invecchiamento e rafforzare il controllo dell'alimentazione.
- Instabilità del manto DAF: polimero aggiunto troppo presto/troppo tardi o taglio elevato all'iniezione; riposizionare il punto di iniezione, aumentare il tempo di flocculazione delicata e verificare i tempi di bolle/sostanze chimiche.
Conclusione: la risposta pratica in una riga
L'emulsione cationica di poliacrilammide rimuove la materia organica neutralizzando le sostanze organiche caricate negativamente e collegando le particelle in grandi fiocchi che possono essere depositati, fatti galleggiare o filtrati, in genere a basse dosi attive quando l'attivazione e la miscelazione vengono eseguite correttamente.
