Vandens valymas yra sudėtingas procesas, kurio pagrindinis tikslas – tiekti saugų, švarų vandenį bendruomenėms ir pramonės šakoms. Vienas iš dažniausiai atliekamų šio proceso etapų yra koaguliacija,{1}}pridedant cheminių medžiagų, kurios padeda pašalinti suspenduotas daleles, dumblius ir kitus teršalus. Tarp šių koaguliantų plačiai naudojamas polimeras, vadinamas poli-DADMAC (PD). Tai buvo pirmasis katijoninis polimeras, kurį JAV FDA patvirtino naudoti geriamojo vandens valymui, ir jis tebėra svarbus pramonės arkliukas.
Tačiau yra laimikis. Nors PD yra puikus koaguliantas, bet koks likutis, likęs išvalytame vandenyje, gali sukelti didelių problemų. Tai svyruoja nuo brangių filtravimo membranų užsikimšimo iki potencialiai kenksmingų šalutinių produktų susidarymo. Dėl šios priežasties tarptautinės reguliavimo institucijos nustatė griežtus PD likučių geriamajame vandenyje ribas, apribodamos 50 µg/L.
Iššūkis buvo tas, kad sunku greitai, tiksliai ir nebrangiai išmatuoti PD esant tokioms mažoms koncentracijoms. Daugelis tradicinių metodų yra sudėtingi, brangūs arba tiesiog nepakankamai jautrūs. Čia nauji tyrimai siūlo praktišką ir perspektyvų sprendimą.
Likutinių koaguliantų problema
Kodėl poli-DADMAC reikia stebėti
PD yra veiksmingas dėl stipraus teigiamo krūvio, kuris neutralizuoja neigiamai įkrautas daleles žaliame vandenyje, todėl jos sulimpa ir nusėda. Šis procesas pašalina nešvarumus, bakterijas ir organines medžiagas. Tačiau kai PD dozės nėra tiksliai kontroliuojamos, likusios polimero molekulės lieka ištirpusios vandenyje.
Šie likutiniai polimerai yra problemiški dėl dviejų pagrindinių priežasčių:
- Membranos užteršimas:Pažangiuose valymo įrenginiuose vanduo dažnai praeina per mikrofiltravimo, nanofiltravimo ar atvirkštinio osmoso membranas. Likęs PD gali adsorbuotis ant šių membranų, užkimšdamas jų poras. Tai sumažina vandens srautą, padidina energijos sąnaudas ir reikalauja dažnesnio (ir brangesnio) membranos valymo arba keitimo.
- Kenksmingų šalutinių{0}}produktų susidarymas:Galbūt labiau rūpi tai, kad PD likučiai gali reaguoti su dezinfekavimo priemonėmis, tokiomis kaip chloras ar ozonas. Dėl šių reakcijų gali susidaryti N-nitrozaminai – cheminių medžiagų grupė, kuri klasifikuojama kaip galimi kancerogenai.
Dėl šių pavojų JAV ir Europos reguliavimo institucijos nustatė didžiausią leistiną liekamąjį PD geriamajame vandenyje 50 µg/L.
Dabartiniai matavimo metodai: lėti ir sudėtingi
Norėdami kontroliuoti PD dozavimą, vandens augalai turi greitai išmatuoti likutinį kiekį. Tačiau iki šiol turimi analizės metodai buvo ne tokie idealūs.
Metodai, tokie kaip chromatografija, fluorescencinis žymėjimas ir gelio prasiskverbimo chromatografija, gali būti tikslūs, tačiau jiems dažnai reikia brangios įrangos, gerai apmokytų operatorių ir ilgų procedūrų. Jie netinkamai-tinka įprastiniam stebėjimui realiu laiku{2}}gydymo įstaigoje.
Kai kurie kolorimetriniai metodai, kuriuose naudojami dažai, kad būtų sukurtas išmatuojamas spalvos pokytis, buvo išbandyti anksčiau. Tačiau dažnai jų aptikimo ribos yra per didelės-dviem ar trimis laipsniais viršijančios reikalaujamą 50 µg/l-, todėl jos nenaudingos siekiant atitikties reglamentams. Išliko poreikis metodui, kuris būtų pakankamai jautrus ir pakankamai paprastas kasdieniniam naudojimui.
Naujas, jautrus sprendimas
Greitas žaliųjų dažų metodas
Mokslininkų komanda sukūrė metodą, kuris pašalina šiuos trūkumus. Tyrime pristatoma kolorimetrinė kiekybinio nustatymo technika, pagrįsta PD kompleksavimu su maistiniais dažais, vadinamais Fast Green (FG).
Štai pagrindinis principas paprastai: „Fast Green“ yra anijoninis dažiklis, tai reiškia, kad jis turi neigiamą krūvį. Pridedant prie vandens mėginio, kuriame yra teigiamai įkrautas PD, dvi molekulės susijungia ir sudaro netirpus kompleksą. Kuo daugiau PD vandenyje, tuo daugiau dažų „sunaudojama“ šioje reakcijoje.
Tada tyrėjai išmatuoja likusį nesurištą dažiklį naudodami UV{0}}Vis spektrofotometrą. Didėjant PD koncentracijai, mažėja laisvų dažų kiekis, o išmatuota absorbcija mažėja. Tai sukuria aiškią atvirkštinę koreliaciją, kurią galima naudoti kiekybiškai įvertinti PD lygį.
Labai jautrus ir{0}}ekonomiškas
Šis naujas metodas demonstruoja išskirtinį našumą. Jo aptikimo riba yra tik 3,22 µg/L, o tai yra visa eile (dešimt kartų) mažesnė už reglamentuojamą 50 µg/L ribą. Tai reiškia, kad jis gali lengvai aptikti PD, kai lygis yra gerokai mažesnis nei laikomas saugiu, todėl operatoriams suteikiama didelė saugos riba.
Tyrimas patvirtino šį metodą naudojant platų PD koncentracijų diapazoną -nuo mažos iki didelės-, rodantis puikias linijines koreliacijas, kai R² vertė daugeliu atvejų yra didesnė nei 0,98. Be to, jis buvo sėkmingai išbandytas tiek naudojant grynas analitines PD, tiek komercines PD formules, patvirtinant, kad jis taikomas realiame pasaulyje.
Praktiniai testai realiomis{0}}pasaulio sąlygomis
Siekdami įrodyti, kad šis metodas veikia už nesugadintos laboratorijos, mokslininkai jį pritaikė dviem sudėtingiems vandens tipams: cianobakterijomis (mėlynaisiais -žaliaisiais dumbliais) užterštam vandeniui ir karvidės nuotekoms. Abi yra sudėtingos matricos, kurios gali trukdyti matavimui.
Rezultatai buvo labai daug žadantys. Metodas sėkmingai įvertino abiejų mėginių tipų likutinį PD. Jis netgi buvo naudojamas parodyti, kad molio -PD nanokompozitai, kuriamas naujas koaguliantų tipas, palieka mažiau PD išvalytame vandenyje, palyginti su įprastiniu PD, greičiausiai dėl to, kad polimero perteklius nusėda su molio dalelėmis. Tai parodo metodo, kaip įrankio kuriant ir optimizuojant naujas gydymo technologijas, vertę.
Kodėl tai svarbu
Pagrindiniai privalumai vandens valymo operatoriams
Šis naujas kolorimetrinis metodas yra praktiškas ir galingas vandens valymo įrenginių įrankis:
- Greita ir paprasta:Procedūra yra nesudėtinga ir gali būti atliekama naudojant pagrindinę laboratorinę įrangą, pvz., spektrofotometrą, todėl ji tinkama įprastiniam stebėjimui.
- Kaina{0}}efektyvu:Palyginti su sudėtingais chromatografijos metodais, šis metodas naudoja palyginti nebrangias medžiagas ir turi mažesnes veiklos sąnaudas.
- Labai jautrus:Jis užtikrina tikslius matavimus, kurių lygis gerokai mažesnis už reikalaujamą standartą, užtikrinant saugią vandens kokybę.
- Tvirtas:Jis gerai veikė įvairių tipų vandenyje, o tai rodo, kad tai gali būti patikimas metodas įvairiuose valymo scenarijuose.
Suteikdami galimybę tiksliai stebėti PD likučius, augalai gali optimizuoti savo koagulianto dozavimą. Taip sumažinama membranos užsiteršimo ir kenksmingo produkto susidarymo- rizika, kartu užtikrinant atitiktį reikalavimams ir visuomenės sveikatos apsaugą.
Išvada
Šio kolorimetrinio kiekybinio nustatymo metodo sukūrimas yra svarbus žingsnis vandens valymo srityje. Naudodami paprastą „Fast Green“ dažų kompleksavimą, operatoriai dabar gali greitai ir tiksliai išmatuoti poli-DADMAC likučių pėdsakus, gerokai viršijančius teisės aktų reikalavimus. Šis praktiškas, jautrus įrankis įgalina vandens įrenginius geriau kontroliuoti savo krešėjimo procesus, sumažinti su membranos užsiteršimu susijusias veiklos sąnaudas ir, svarbiausia, pagerinti visuomenei tiekiamo vandens saugą ir kokybę. Tyrimas siūlo aiškų kelią efektyvesnio ir efektyvesnio vandens kokybės valdymo link.