Poliacrilamida: produto químico de precipitação e ponte

Mecanismos: Como a poliacrilamida precipita e forma uma ponte entre partículas coloidais orgânicas

A poliacrilamida (PAM) causa a remoção de colóides orgânicos principalmente por dois mecanismos físico-químicos complementares: neutralização de carga (precipitação) e floculação em ponte. Na neutralização de carga, o PAM catiônico (ou PAM parcialmente hidrolisado na presença de cátions multivalentes) reduz a repulsão eletrostática que mantém pequenas partículas orgânicas dispersas, permitindo-lhes agregar-se e sedimentar-se. Na ponte, o PAM de alto peso molecular é adsorvido em múltiplas partículas simultaneamente: cadeias poliméricas longas e únicas fixam-se a superfícies em locais separados e ligam fisicamente as partículas em flocos maiores que se assentam rapidamente ou podem ser desidratados.

Propriedades do polímero que determinam a ação de precipitação versus ação de ponte

Peso molecular (comprimento da cadeia)

O PAM de alto peso molecular (normalmente> 5–10 MDa) favorece a formação de pontes porque bobinas longas podem abranger grandes distâncias interpartículas e emaranhar múltiplas partículas. O PAM de baixo peso molecular tem capacidade de formação de ponte limitada e se comporta mais como um floculante de curto alcance que pode ajudar a neutralizar cargas, mas forma flocos menores.

Densidade e tipo de carga (catiônica, aniônica, não iônica)

O sinal e a densidade dos grupos iônicos no PAM controlam o mecanismo de precipitação (neutralização de carga):

• PAM catiônico: fortemente eficaz na precipitação de colóides orgânicos carregados negativamente (por exemplo, substâncias húmicas, partículas de lodo aniônico) por meio de atração eletrostática e neutralização.
• PAM aniônico: útil quando os colóides são carregados positivamente ou quando a ponte é desejada sem neutralização rápida de carga; frequentemente usado com coagulantes catiônicos em tratamentos de duas etapas.
• PAM não iônico: atua principalmente por meio de ponte e é favorecido onde as interações iônicas são fracas ou variáveis.

Variáveis-chave do processo que influenciam a efetividade

pH e força iônica

O pH altera a carga superficial dos colóides orgânicos e a carga aparente dos polímeros parcialmente hidrolisados; a força iônica comprime a dupla camada elétrica e pode promover a precipitação diminuindo a repulsão. As janelas típicas de pH do tratamento de água são de 6 a 9, mas o pH ideal deve ser testado porque o pH pode alterar a conformação do polímero e o comportamento de adsorção.

Misturando energia e sequência

A mistura inicial rápida (alto cisalhamento) é geralmente usada para dispersar coagulantes e criar frequência de colisão para neutralização de carga; segue-se uma mistura suave para permitir que as cadeias de polímero sejam adsorvidas e unidas sem cortar cadeias longas. O cisalhamento excessivo quebrará os flocos formados pela formação de pontes e reduzirá o desempenho de sedimentação e desidratação.

Aplicação prática: estratégia de dosagem e metodologia jar-test

A otimização do uso do PAM requer testes de frasco em pequena escala que imitam a mistura de campo e os tempos de residência. As etapas típicas são: executar uma mistura rápida para simular a dispersão do coagulante, adicionar um polímero em dose baixa e observar; aumentar progressivamente a dose até que a turbidez, o volume de lodo ou a taxa de sedimentação atinjam um valor prático ideal; avalie a resistência dos flocos aplicando pulsos curtos de alto cisalhamento e observando o novo crescimento. Sempre inclua um branco (sem polímero) e testes para diferentes pesos moleculares ou densidades de carga.

Monitoramento e verificações analíticas para confirmar precipitação e pontes

Use medições complementares para avaliar se predomina a precipitação (neutralização de carga) ou a formação de pontes e para quantificar o desempenho:

• Remoção de turbidez e sólidos suspensos (TSS) — indicadores rápidos de formação de agregados em campo.
• Potencial Zeta – zeta próximo de zero indica neutralização efetiva de carga; se o zeta permanecer negativo, mas se formarem grandes flocos, a ponte é provavelmente dominante.
• Distribuição do tamanho das partículas – o crescimento para diâmetros hidrodinâmicos maiores sinaliza uma ponte bem-sucedida.
• Velocidade de sedimentação e tempo de sucção capilar (CST) para lodo — avalie os ganhos de desidratação dos flocos em ponte.

Considerações de design e dicas operacionais

Comece baixo e titule

Comece com doses conservadoras e aumente em testes de frasco. A sobredosagem pode reestabilizar os colóides (especialmente com algumas alterações de equilíbrio aniônico/catiônico) ou criar flocos viscosos e sensíveis ao cisalhamento que são difíceis de desidratar.

Sequência com coagulantes

Quando os orgânicos estão fortemente carregados ou presentes em alta concentração, use um coagulante metálico (por exemplo, alúmen, cloreto férrico) ou polieletrólito catiônico para primeiro reduzir a carga; siga com PAM de alto MW para formação de pontes e crescimento de flocos. Em muitos lodos industriais, o floculante coagulante combinado produz os melhores resultados de captura de sólidos e desidratação.

Gerenciamento de cisalhamento e seleção de bombas

Selecione bombas e tubulações para minimizar o cisalhamento após a adição do polímero. Se o polímero precisar passar por zonas de alto cisalhamento, considere o recondicionamento posterior (mistura em uma zona quiescente) para que os flocos possam se formar novamente.

Questões ambientais, de segurança e de qualidade de polímeros

Esteja atento ao monômero residual (acrilamida) em produtos PAM de nível técnico; escolha produtos certificados para baixo monômero residual quando usados ​​em descargas potáveis ​​ou ambientalmente sensíveis. Considere também a biodegradabilidade e o destino de grandes flocos – a aplicação no solo ou o aterro de sólidos desidratados podem exigir testes para resíduos de polímeros, AOX ou contaminantes relacionados, dependendo da jurisdição.

Solução de problemas comuns

• Má sedimentação, mas baixa melhoria na turbidez: verifique o PM do polímero (pode ser muito baixo) e o histórico de cisalhamento; experimente PAM não iônico ou catiônico de MW mais alto e reduza o cisalhamento.
• Flocos viscosos e fracos após dose elevada: a sobredosagem pode causar estabilização estérica – reduza a dose e repita os testes do frasco.
• Desempenho inconsistente com variabilidade de afluentes: implemente monitoramento on-line de turbidez/potencial zeta e ajuste automatizado de dose (controle de feedback).

Conclusões — correspondência do mecanismo com o objetivo

Para remover partículas coloidais orgânicas de forma eficaz, identifique se sua prioridade é a precipitação rápida (neutralização de carga) ou a formação de flocos desaguáveis robustos (pontes). Escolha a carga do polímero e o peso molecular que correspondam a esse objetivo, otimize as condições iônicas e de pH e a mistura, e valide com testes de frasco e monitoramento zeta/tamanho. Aplicada adequadamente, a poliacrilamida continua sendo uma das ferramentas mais flexíveis e econômicas para transformar colóides orgânicos estáveis ​​em sólidos sedimentáveis ​​ou filtráveis.