Jenis PAM
Poliakrilamida Kationik (CPAM): Senyawa polimer linier. Karena berbagai gugus aktifnya, ia dapat membentuk ikatan hidrogen dengan banyak zat melalui afinitas dan adsorpsi. Ini terutama memflokulasi koloid bermuatan negatif.
Poliakrilamida Anionik (APAM): Polimer-yang larut dalam air, terutama digunakan untuk flokulasi dan sedimentasi dalam berbagai pengolahan air limbah industri, seperti air limbah dari pabrik baja, pabrik pelapisan listrik, pabrik metalurgi, dan pabrik pencucian batubara, serta dewatering lumpur. Ini juga dapat digunakan untuk klarifikasi dan pemurnian air minum. Karena rantai molekulnya mengandung sejumlah gugus polar, ia dapat menyerap partikel padat tersuspensi dalam air, menjembatani partikel atau menetralkan muatannya untuk membentuk flok besar. Oleh karena itu, dapat mempercepat sedimentasi partikel dalam suspensi, secara signifikan mempercepat klarifikasi larutan dan meningkatkan filtrasi.
Poliakrilamida nonionik (NPAM): Ini adalah polimer atau polielektrolit dengan berat-molekul-tinggi. Rantai molekulnya mengandung sejumlah gugus polar yang dapat menyerap partikel padat tersuspensi dalam air, menjembatani partikel tersebut untuk membentuk flok besar. Ini mempercepat sedimentasi partikel dalam suspensi, secara signifikan mempercepat klarifikasi larutan dan meningkatkan filtrasi. Karena adanya gugus amino atau gugus ionik dalam rantai molekulnya, karakteristik utamanya adalah hidrofilisitas yang tinggi, yang memungkinkannya larut dalam air dalam berbagai perbandingan. Larutan berair poliakrilamida jenis ini memiliki toleransi yang baik terhadap elektrolit, seperti amonium klorida dan natrium sulfat, dan juga kompatibel dengan surfaktan.
Indikator Teknis PAM
Indikator teknis poliakrilamida umumnya meliputi berat molekul, derajat hidrolisis, derajat ionisasi, viskositas, dan kandungan monomer sisa. Oleh karena itu, kualitas PAM juga dapat dinilai dari indikator-indikator tersebut.
1. Berat Molekul
PAM memiliki berat molekul yang sangat tinggi, dan ini telah meningkat secara signifikan dalam beberapa tahun terakhir. PAM yang digunakan pada tahun 1970an umumnya memiliki berat molekul beberapa juta; sejak tahun 1980-an, sebagian besar-PAM dengan efisiensi tinggi memiliki berat molekul lebih dari 15 juta, bahkan ada yang mencapai 20 juta. Setiap molekul PAM dipolimerisasi dari lebih dari 100.000 molekul akrilamida atau natrium akrilat (akrilamida memiliki berat molekul 71, dan PAM yang mengandung 100.000 monomer memiliki berat molekul 7,1 juta).
Umumnya, PAM dengan berat molekul lebih tinggi menunjukkan kinerja flokulasi yang lebih baik. Akrilamida memiliki berat molekul 71, sedangkan PAM yang mengandung 100.000 monomer memiliki berat molekul 7,1 juta. Poliakrilamida dan turunannya memiliki berat molekul berkisar antara ratusan ribu hingga lebih dari sepuluh juta, dan dapat dikategorikan berdasarkan berat molekul menjadi berat molekul rendah (di bawah 1 juta), berat molekul sedang (1 juta hingga 10 juta), berat molekul tinggi (10 juta hingga 15 juta), dan berat molekul sangat{11}}tinggi (di atas 15 juta).
Berat molekul senyawa organik dengan berat molekul tinggi tidak sepenuhnya seragam, bahkan dalam produk yang sama; berat molekul nominal adalah nilai rata-ratanya.
2. Derajat Hidrolisis dan Derajat Ionisasi
Derajat ionisasi PAM secara signifikan mempengaruhi kinerjanya, namun nilai optimalnya bergantung pada jenis dan sifat material yang diolah; kondisi yang berbeda akan menghasilkan nilai optimal yang berbeda. Jika bahan yang diolah memiliki kekuatan ionik yang tinggi (mengandung bahan anorganik dalam jumlah besar), maka PAM yang digunakan harus memiliki derajat ionisasi yang lebih tinggi, begitu pula sebaliknya. Umumnya derajat anionisasi disebut derajat hidrolisis. Derajat ionisasi biasanya secara khusus mengacu pada kation.
Derajat ionisasi=n/(m+n)*100%
PAM yang diproduksi awal dipolimerisasi dari monomer tunggal, poliakrilamida, dan awalnya tidak mengandung gugus -COONa. Sebelum digunakan, diperlukan pemanasan dengan NaOH untuk menghidrolisis sebagian gugus -CONH2 menjadi -COONa, seperti terlihat pada reaksi berikut:
-CONH2 + NaOH → -COONa + NH3↑
Gas amonia dilepaskan selama proses hidrolisis. Proporsi gugus amino yang terhidrolisis dalam PAM disebut derajat hidrolisis, yaitu derajat anionisasi. Jenis PAM ini tidak nyaman untuk digunakan dan memiliki kinerja yang buruk (pemanasan hidrolisis pasti menyebabkan penurunan berat molekul dan kinerja PAM secara signifikan), dan sudah jarang digunakan sejak tahun 1980-an.
PAM yang diproduksi modern tersedia dalam berbagai produk dengan tingkat anionisasi berbeda. Pengguna dapat memilih tipe yang sesuai dengan kebutuhan mereka dan melalui pengujian sebenarnya. Tidak diperlukan hidrolisis lebih lanjut; dapat digunakan langsung setelah pembubaran.
Namun karena kebiasaan, sebagian orang masih menyebut proses pelarutan flokulan sebagai hidrolisis. Perlu dicatat bahwa hidrolisis berarti penguraian dengan air, reaksi kimia, dan hidrolisis PAM melepaskan gas amonia; sedangkan pelarutan hanyalah proses fisik tanpa reaksi kimia. Keduanya pada dasarnya berbeda dan tidak boleh disamakan.
3. Kandungan Monomer Sisa
Kandungan sisa monomer PAM mengacu pada jumlah monomer akrilamida yang tidak bereaksi sempurna selama polimerisasi akrilamida menjadi poliakrilamida dan akhirnya tertinggal dalam produk poliakrilamida. Ini merupakan parameter penting untuk menilai kesesuaiannya untuk industri makanan. Poliakrilamida tidak-beracun, namun akrilamida memiliki tingkat toksisitas tertentu.
Pada-poliakrilamida tingkat industri, sejumlah kecil monomer akrilamida yang tidak terpolimerisasi pasti akan tetap ada. Oleh karena itu, kandungan sisa monomer pada produk PAM harus dikontrol secara ketat. Peraturan internasional menetapkan bahwa kandungan sisa monomer dalam PAM yang digunakan dalam air minum dan industri makanan tidak boleh melebihi 0,05%. Nilai untuk-produk internasional terkenal ini berada di bawah 0,03%.
4. Viskositas
Solusi PAM sangat kental. Semakin tinggi berat molekul PAM maka semakin besar pula viskositas larutannya. Hal ini karena makromolekul PAM berbentuk rantai panjang dan tipis, sehingga menghasilkan resistensi yang signifikan terhadap pergerakan dalam larutan. Viskositas pada dasarnya mencerminkan besarnya gesekan dalam suatu larutan, yang juga dikenal sebagai koefisien gesekan internal.
Larutan berbagai senyawa organik berbobot-molekul-tinggi umumnya memiliki viskositas tinggi, yang meningkat seiring bertambahnya berat molekul. Salah satu metode untuk menentukan berat molekul senyawa organik-berat molekul-tinggi adalah dengan mengukur viskositas suatu larutan dengan konsentrasi tertentu dalam kondisi tertentu, kemudian menghitung berat molekulnya menggunakan rumus tertentu; ini disebut "viskositas-berat molekul rata-rata".
Seleksi PAM
Poliakrilamida dapat diklasifikasikan ke dalam jenis non-ionik, anionik, dan kationik berdasarkan sifat ioniknya. Berdasarkan berat molekul, terdapat berbagai spesifikasi, ionisitas, dll., yang menghasilkan banyak model berbeda. Mengingat spesifikasi kompleks di pasaran, memilih model poliakrilamida yang optimal untuk sistem air limbah Anda memang sangat sulit. Berikut beberapa tip untuk mengatasi masalah umum dalam memilih poliakrilamida untuk pengolahan air limbah atau lumpur.
1. Memahami Sumber Lumpur
Lumpur adalah produk sampingan yang tidak bisa dihindari dari pengolahan air limbah. Pertama, kita harus memahami sumber, sifat, komposisi, dan kandungan padatan lumpur. Berdasarkan komponen utamanya, lumpur dibedakan menjadi lumpur organik dan lumpur anorganik.
Umumnya, poliakrilamida kationik digunakan untuk mengolah lumpur organik, sedangkan poliakrilamida anionik digunakan untuk mengolah lumpur anorganik. Poliakrilamida kationik tidak cocok untuk kondisi sangat basa, sedangkan poliakrilamida anionik tidak cocok untuk kondisi sangat asam. Kandungan padatan yang lebih tinggi dalam lumpur biasanya memerlukan dosis poliakrilamida yang lebih besar.
2. Pemilihan Berat Molekul Poliakrilamida
Berat molekul poliakrilamida mengacu pada panjang rantai molekul. Berat molekul poliakrilamida berkisar antara 5 juta hingga 18 juta. Umumnya, semakin tinggi berat molekul produk poliakrilamida, semakin tinggi pula viskositasnya. Namun, dalam praktiknya, berat molekul yang lebih tinggi tidak selalu berarti kinerja yang lebih baik. Berat molekul yang sesuai harus ditentukan berdasarkan aplikasi spesifik industri, kualitas air, dan peralatan pengolahan.
Poliakrilamida adalah bahan koagulan-berbobot molekul-tinggi. Produk dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori menurut berat molekul rata-ratanya: berat molekul rendah (<1 million), medium molecular weight (2-4 million), and high molecular weight (>7 juta).
Poliakrilamida digunakan dalam pengolahan air limbah dan merupakan polimer organik-berbobot molekul-yang larut dalam air-tinggi dengan berat molekul berkisar antara beberapa juta hingga puluhan juta. Bila digunakan semata-mata sebagai bahan pembantu koagulan, umumnya semakin tinggi berat molekulnya, semakin padat floknya, dan semakin sedikit bahan kimia yang dibutuhkan. Namun, berat molekul poliakrilamida anionik disarankan tidak melebihi 20 juta.
Untuk dewatering lumpur: Saat menggunakan penyaring sabuk, berat molekul umumnya tidak boleh terlalu tinggi. Berat molekul yang tinggi dapat menyumbat kain saring, sehingga mempengaruhi efek dewatering. Saat menggunakan alat penyaring sentrifugal, persyaratan berat molekulnya lebih tinggi karena alat penyaring sentrifugal memerlukan flok yang sekuat-tahan geser; oleh karena itu, produk dengan berat molekul yang relatif tinggi harus dipilih.
3. Pemilihan Derajat Ion Poliakrilamida
Agar lumpur dapat dikeringkan, flokulan dengan derajat ion berbeda dapat disaring melalui percobaan kecil untuk memilih poliakrilamida yang optimal. Ini mencapai efek flokulan terbaik sekaligus meminimalkan dosis, menghemat biaya. Faktor kunci untuk memilih derajat ion adalah:
(1) Ukuran Flok
Flok yang terlalu kecil akan mempengaruhi kecepatan drainase, sedangkan flok yang terlalu besar akan lebih banyak mengikat air sehingga mengurangi kekeringan pada sludge cake. Ukuran flok dapat disesuaikan dengan memilih berat molekul poliakrilamida.
(2) Kekuatan Flok (Kadar Air)
Flok harus tetap stabil dan tidak pecah akibat tegangan geser. Meningkatkan berat molekul poliakrilamida atau memilih struktur molekul yang sesuai membantu meningkatkan stabilitas flok.
(3) Pencampuran Poliakrilamida dan Lumpur
Poliakrilamida harus bereaksi sepenuhnya dengan lumpur pada titik tertentu di peralatan dewatering untuk mencapai flokulasi. Oleh karena itu, viskositas larutan poliakrilamida harus sesuai untuk memastikan pencampuran menyeluruh dengan lumpur pada kondisi peralatan yang ada. Pencampuran yang seragam merupakan faktor kunci kesuksesan. Viskositas larutan poliakrilamida berhubungan dengan berat molekul dan konsentrasinya.
(4) Pelarutan Poliakrilamida
Disolusi yang baik sangat penting untuk flokulasi yang efektif. Seperti disebutkan sebelumnya, proses pelarutan poliakrilamida pada dasarnya adalah proses pematangannya. Terkadang, laju disolusi perlu dipercepat; dalam hal ini, peningkatan konsentrasi larutan poliakrilamida dapat dipertimbangkan.
Oleh karena itu, pemilihan produk yang optimal harus ditentukan melalui percobaan gelas laboratorium. Dari penjelasan di atas terlihat bahwa pemilihan berat molekul dan ionisitas tidak bersifat mutlak. Sebaiknya lakukan uji seleksi dan uji operasional sebelum memilih poliakrilamida untuk mendapatkan data paling akurat dan memastikan efektivitas-biaya terbaik dari poliakrilamida yang dipilih.