Como a emulsão catiônica de poliacrilamida remove substâncias orgânicas em águas residuais

O que a emulsão CPAM realmente faz com a “matéria orgânica”

A “matéria orgânica” nas águas residuais é geralmente uma mistura de substâncias orgânicas dissolvidas (medidas como DQO/COT), colóides que contribuem para a DQO e a cor, e sólidos suspensos com conteúdo orgânico. O CPAM visa principalmente a fração que é coloidal ou associado a partículas ; remover esses sólidos também remove os orgânicos ligados a eles.

Por exemplo, em muitas águas residuais industriais (alimentos, bebidas, pasta e papel, têxteis, águas residuais oleosas), uma grande parte do DQO é transportada por materiais finos suspensos/coloidais. Quando o CPAM aumenta o tamanho do floco e a taxa de sedimentação/flutuação, o DQO pode cair visivelmente porque esse DQO estava ligado aos sólidos removidos.

Mecanismos: como a emulsão de poliacrilamida catiônica remove substâncias orgânicas

Neutralização de carga de orgânicos carregados negativamente

Muitos produtos orgânicos nas águas residuais apresentam uma carga líquida negativa: substâncias húmicas, fragmentos de lignina, moléculas de corantes, ácidos graxos e superfícies de partículas finas revestidas com produtos orgânicos. O CPAM carrega grupos carregados positivamente que reduzem a repulsão eletrostática e permitem que as colisões “grudem”, formando microflocos que se tornam removíveis.

Ponte de polímero: transformando microflocos em flocos fortes e sedimentáveis

As moléculas de CPAM são adsorvidas em múltiplas partículas ao mesmo tempo. Segmentos da cadeia polimérica fixam-se a uma superfície enquanto outros segmentos se estendem para dentro da água e fixam-se em outro lugar, “ligando” as partículas em flocos maiores e mais fortes. A ponte é um dos principais motivos pelos quais o CPAM pode melhorar o desempenho do DAF e a sedimentação do clarificador, aumentando o tamanho e a robustez dos flocos.

Varredura e enredamento (quando usado com coagulantes inorgânicos)

CPAM é frequentemente combinado com alúmen, sais férricos, PAC (cloreto de polialumínio) ou cal. O coagulante inorgânico forma precipitados de hidróxido que “varrem” os orgânicos da solução; O CPAM então fortalece e amplia esses flocos. Essa combinação geralmente produz uma redução maior de DQO/TOC do que a CPAM sozinha quando os orgânicos dissolvidos são significativos.

Vantagem específica da emulsão: rápida ativação e dispersão

Uma emulsão CPAM é um produto de “emulsão inversa” que deve ser invertido (ativado) em água. Quando invertido corretamente, ele se dispersa rapidamente e fornece eficientemente cadeias poliméricas de alto peso molecular, o que suporta o rápido crescimento de flocos em baixas doses ativas.

Onde o CPAM reduz mais COD/TOC (e onde não irá)

O CPAM é mais eficaz quando a matéria orgânica está ligada a partículas, emulsões ou colóides. É menos eficaz para produtos orgânicos verdadeiramente dissolvidos e de baixo peso molecular (por exemplo, açúcares, álcoois, ácidos de cadeia curta), a menos que um coagulante a montante ou outro tratamento os converta numa fase removível.

• Alto benefício: corantes/colóides (húmicos, corantes), emulsões oleosas, sólidos suspensos finos, espessamento e desidratação de lodo (remoção de sólidos ricos em orgânicos).
• Benefício moderado: águas residuais industriais mistas onde um coagulante cria precipitados e o CPAM forma flocos fortes para sedimentação/DAF.
• Benefício limitado: águas residuais dominadas por pequenos compostos orgânicos dissolvidos sem etapa de coagulação; oxidação biológica, adsorção (GAC) ou oxidação avançada podem ser necessárias.

Dosagem prática e metas operacionais

O desempenho do CPAM depende da seleção da densidade de carga e peso molecular corretos e da sua aplicação com ativação e mistura corretas. Como ponto de partida, muitas plantas encontram tratamento eficaz em ~1–10 mg/L de polímero ativo , refinado por teste de jar.

Orientação de preparação (ativação) para emulsão CPAM

• Concentração típica de maquiagem: 0,1–0,5% ativo (comumente usado para equilibrar a capacidade de bombeamento e a dispersão rápida).
• Use água de diluição limpa quando possível; água de diluição com alta turbidez pode consumir polímero prematuramente.
• Garanta a inversão/envelhecimento adequada: a ativação insuficiente muitas vezes parece “floco pobre”, mesmo em doses mais altas.

Mistura de alvos que protegem a ponte de polímero

O CPAM precisa de uma dispersão inicial rápida, seguida de uma mistura suave para formar flocos sem quebrá-los. A mistura excessiva pode fragmentar os flocos e reduzir a remoção orgânica por flotação/decantação.

• Mistura rápida: alta energia para ~30–60 segundos para distribuir polímero.
• Floculação: mistura suave para ~5–20 minutos para maximizar a formação de pontes e a resistência dos flocos.

Emparelhamento de pH e coagulante

Se os orgânicos dissolvidos forem proeminentes, o emparelhamento de CPAM com alúmen/férrico/PAC geralmente melhora a remoção. Otimize primeiro o pH do coagulante inorgânico e depois reduza a dose de CPAM para aumentar o tamanho do floco e melhorar a separação.

Uma abordagem de jar-test que se concentra na remoção orgânica

Um teste em frasco deve medir não apenas a turbidez, mas também um indicador orgânico relevante para o seu sistema (DQO, TOC, UV254, cor, óleo e graxa). Isso mantém a seleção do CPAM alinhada com a “remoção de matéria orgânica”, e não apenas com a clareza.

1. Analise a necessidade de um coagulante inorgânico: teste alúmen/férrico/PAC em diversas doses para ver se os orgânicos dissolvidos (cor/UV254/COD) respondem.
2. Adicione CPAM como auxiliar de floculação: comece com 1–3 mg/L ativo , em seguida, ajuste em uma faixa prática (por exemplo, 0,5–10 mg/L de ativo dependendo dos sólidos e do tipo de água residual).
3. Observe o tempo de formação dos flocos, tamanho dos flocos e resistência ao cisalhamento; em seguida, meça o COD/TOC do sobrenadante sedimentado/tratado com flutuação (ou UV254/cor) após um tempo de separação consistente.
4. Selecione a janela de dosagem que proporciona desempenho estável, e não apenas o “melhor” frasco, para reduzir a sensibilidade às oscilações diárias de carga.

Modos de falha e correções comuns

• Boa remoção de turbidez, mas fraca redução de DQO: os orgânicos são principalmente dissolvidos; adicionar/otimizar coagulante inorgânico, ajustar o pH ou considerar adsorção/tratamento biológico.
• Os flocos parecem “pegajosos” e são transportados: sobredosagem ou peso molecular demasiado elevado para as condições hidráulicas; reduzir a dose ou mudar de grau; reduzir o cisalhamento a jusante.
• Desempenho inconsistente entre turnos: emulsão não totalmente invertida, qualidade da água de diluição varia ou oscilações na demanda de carga de águas residuais; padronizar a preparação, verificar o tempo de envelhecimento e reforçar o controle de alimentação.
• Instabilidade da manta DAF: polímero adicionado muito cedo/muito tarde ou alto cisalhamento na injeção; realocar o ponto de injeção, aumentar o tempo de floculação suave e verificar o tempo de bolha/produto químico.

Conclusão: a resposta prática em uma linha

A emulsão catiônica de poliacrilamida remove a matéria orgânica neutralizando os orgânicos carregados negativamente e unindo as partículas em grandes flocos que podem ser sedimentados, flutuados ou filtrados - normalmente em baixas doses ativas quando a ativação e a mistura são feitas corretamente.