אבקת APAM לטיפול במים

בתנאי איכות מים ספציפיים מסוימים, השימוש המשולב באבקת פוליאקרילאמיד אניוני (APAM) ובנוגדי פלוקולנטים אנאורגניים (כגון PAC, PFS וכו') עשוי לא להיות ישים עקב התנגשויות במנגנון, כשל ריאגנטים או השפעות נגדיות, ואף עלול לפגוע בהשפעת הטיפול. 

המצבים העיקריים הם כדלקמן: 

1. סביבות pH קיצוניות של חומצה חזקה או בסיס חזק (pH < 3 או pH > 11)

חומצה חזקה (pH < 3): הפונקציה העיקרית של פלוקולנטים אנאורגניים (כגון PAC, PFS) תלויה בקומפלקסים הידרוקסי רב-גרעיניים (כגון תוצרי ההידרוליזה של Al³⁺, Fe³⁺) הנוצרים על ידי הידרוליזה. תנאים חומציים חזקים מעכבים את ההידרוליזה שלהם, ומונעים מהפלקולנטים אנאורגניים ליצור רכיבי פלוקולציה יעילים ולאבד את יכולת ניטרול המטען שלהם. במקביל, APAM לטיפול במים עלול לעבור הידרוליזה ופירוק של שרשרת מולקולרית בסביבה חומצית חזקה (קבוצת האמיד עוברת הידרוליזה לקבוצת קרבוקסיל, והחומצה החזקה עלולה לפגוע במבנה השרשרת), ולאבד את תפקוד גישור הספיחה שלו. במקרה זה, השימוש המשולב לא רק אינו יעיל אלא גם מגדיל את העלויות עקב בזבוז ריאגנטים. 

אלקלי חזק (pH שששש 11): פלוקולנטים אנאורגניים (כגון PAC) ייצרו מלחי מטא-אלומינט מסיסים (כגון NaAlO₂) בתנאים אלקליים חזקים, ויאבדו את פעילות הפלקולציה שלהם. למרות שלאבקת גביש APAM עמידות מעט גבוהה יותר לאלקליות מאשר עמידות לחומצות חזקות, אלקליות חזקות (במיוחד אלקליות חזקות בטמפרטורה גבוהה) עלולות לגרום לשבירה של שרשרת המולקולות שלהן, וכתוצאה מכך לירידה חדה במשקל המולקולרי ולחוסר יכולת ליצור פלוקים יעילים. 

2. איכות מים עם חמצון בריכוז גבוה (כגון המכיל כלור חופשי, מי חמצן, אוזון וכו')

מחמצנים (כגון כמות מוגזמת של כלור שנוספה בטיפול בשפכים, שיורי H₂O₂ מראגנט פנטון) עלולים לפגוע בשרשרת המולקולרית של אבקת גביש APAM באמצעות חמצון (קבוצת האמיד של פוליאקרילאמיד אניוני מתחמצנת בקלות לקבוצת קרבוקסיל, ואפילו השרשרת הראשית נשברת), מה שמוביל לירידה משמעותית במשקל המולקולרי של אבקת גביש APAM ולאובדן יכולת גישור הספיחה. בשלב זה, גם אם חומר הפלקולציה האנאורגני יכול להפעיל אפקט ניטרול מטען מסוים, אבקת גביש APAM כבר נכשלה. השימוש המשולב לא רק שלא מצליח להשיג שיפור סינרגטי, אלא גם עלול לגרום לפלקים להיות דקים ובעלי ביצועי שיקוע ירודים עקב הפרעה אפשרית של תוצרי הפירוק (חומרים בעלי מולקולות קטנות) של אבקת גביש APAM לתהליך הפלקולציה של חומר הפלקולציה האנאורגני. 

3. איכות מים בעלת מליחות גבוהה (ריכוז אלקטרוליטים גבוה) (כגון מי ים, שפכים תעשייתיים בעלי מלח גבוה)

כאשר הביוב מכיל ריכוז גבוה של אלקטרוליטים (כגון NaCl, סידן₂ וכו', עם מליחות של 5%): 

השפעת ניטרול המטען של פלוקולנטים אנאורגניים מופרעת על ידי יונים בריכוז גבוה: 

מספר רב של יונים חופשיים במי השפכים יגן על המטענים השליליים על פני השטח של חלקיקים קולואידיים, מה שמקשה על יוני המתכת (כגון אל³⁺, פה³⁺) של חומרים אנאורגניים להשתלב ביעילות עם הקולואידים, וימנע חוסר יציבות. 

אבקת גביש APAM נוטה להתמלחות: אלקטרוליטים בריכוז גבוה ישבשו את שכבת ההידרציה של שרשראות המולקולריות של אבקת גביש APAM, מה שיוביל לירידה במסיסות שלה ואפילו לשקיעה, מה שיגרום לה לא להיות מסוגלת להתפזר באופן שווה במים ולאבד את תפקוד הגישור שלה. 

בשלב זה, ההשפעה הסינרגטית של השימוש המשולב אובדת לחלוטין, וההשפעה גרועה בהרבה משימוש בהם לבד (או אפילו לא יעילה). 

4. איכות מים עם כמות גדולה של חומרים פעילי שטח אניוניים (כגון שפכי דטרגנטים, שפכי דפוס וצביעה סטנדרטיים מוגזמים)

חומרים פעילי שטח אניוניים (כגון לאס, נתרן דודציל סולפט) הם בעלי מטען שלילי ויעדיפו להשתלב עם קטיונים (כגון אל³⁺, פה³⁺) בחומרי פלוקולנט אנאורגניים ליצירת קומפלקסים יציבים, הצורכים את חומרי הפלוקולנט הנאורגניים (כך שלא יוכלו להגיב עם החלקיקים הקולואידליים בביוב). במקביל, החומרים הפעילי שטח ייצרו סרט ספיחה על פני החלקיקים הקולואידליים, מה שימנע משרשראות המולקולריות של אבקת גביש APAM להיקשר לחלקיקים, ובכך ימנע מאבקת גביש APAM להפעיל את תפקיד הגישור שלה. בשלב זה, השימוש המשולב נכשל עקב צריכת הריאגנטים על ידי החומרים הפעילי שטח, וייתכן שאף יהיה קשה ליצור את הגושים עקב השפעת הפיזור של החומרים הפעילי שטח. 

5. איכות מים עם ממסים אורגניים בריכוז גבוה או מזהמים לא פולריים 

אם השפכים מכילים כמות גדולה של ממסים אורגניים (כגון מתנול, אצטון, טולואן) או מזהמים לא קוטביים (כגון נפט כבד, אלקאנים ארוכי שרשרת): 

אבקת גביש APAM היא פולימר מסיס במים בעל מסיסות נמוכה ביותר בממסים אורגניים והיא תשקיע ישירות, אינה מסוגלת להתמוסס ולהתפזר, ובכך מאבדת את תפקידה. 

חומרי ניקוז אנאורגניים (במיוחד בצורות נוזליות) עלולים להיפגע מאיזון ההמסה שלהם על ידי הממסים האורגניים, מה שיגרום לרכיבים היעילים להשקע ולא להיות מסוגלים להפעיל את השפעתם המנטרלת. לדוגמה, אם שפכים כימיים מסוימים (כגון שפכי צבע, שפכי דיו) אינם מטופלים מראש כדי להסיר את הממסים האורגניים, השימוש המשולב באבקת גביש APAM ובחומרי ניקוז אנאורגניים ייכשל לחלוטין. 

6. איכות מים עם יוני מתכות כבדות בריכוז גבוה (כגון קר⁶⁺, כספית²⁺, חקלאות⁺)

לחלק מיוני המתכות הכבדות (כגון חקלאות⁺, כספית²⁺) יש תכונות חמצון חזקות או יצירת קומפלקסים: - מתכות כבדות המחמצנות חזק (כגון קר⁶⁺) יחמצו ויפרקו את שרשרת המולקולות APAM בביוב. 

מתכות כבדות היוצרות קומפלקסים (כגון קו²⁺, ני²⁺) ייצרו קומפלקסים יציבים עם קבוצות האמיד של APAM בביוב, מה שיגרום לשרשרת המולקולרית של APAM בביוב להתכרבל ולאבד את יכולת הגישור שלה. במקביל, יוני מתכות כבדות עלולים להגיב עם פלוקולנטים אנאורגניים (כגון PAC) ליצירת משקעים בלתי מסיסים, ולצרוך את הרכיבים היעילים של הפלוקולנטים האנאורגניים. בשלב זה, השימוש המשולב לא רק אינו יעיל אלא גם עלול להגביר את הקושי בטיפול בבוצה. הבעיה המרכזית של תנאי איכות המים הנ"ל היא שהם הורסים את יכולת ניטרול המטען של פלוקולנטים אנאורגניים או גורמים לפירוק/השבתה של שרשראות מולקולריות APAM בביוב, מה שגורם לשתיהן לאבד את האפקט הסינרגיסטי שלהן. בתרחישים כאלה, יש צורך תחילה לשפר את איכות המים באמצעות טיפול מקדים (כגון התאמת רמת החומציות (pH), הסרת חומרים מחמצנים/חומרים פעילי שטח, התרת מלח וכו'), ולאחר מכן להעריך האם השימוש המשולב מתאים. אם עלות הטיפול המקדים גבוהה מדי, יש לשנות את סוג הריאגנט (כגון מעבר ל-PAM לא יוני, PAM קטיוני, או שימוש רק בחומרי פלוקולנט אנאורגניים יעילים במיוחד).