Ūdens attīrīšana ir sarežģīts process ar kritisku mērķi: nodrošināt drošu, tīru ūdeni kopienām un nozarēm. Viena no visizplatītākajām darbībām šajā procesā ir koagulācija{1}}ķimikāliju pievienošana, kas palīdz noņemt suspendētās daļiņas, aļģes un citus piesārņotājus. Šo koagulantu vidū plaši tiek izmantots polimērs, ko sauc par poli-DADMAC (PD). Tas bija pirmais katjonu polimērs, ko ASV FDA apstiprinājusi izmantošanai dzeramā ūdens attīrīšanā, un tas joprojām ir nozares darba zirgs.
Tomēr ir āķis. Lai gan PD ir lielisks koagulants, jebkurš atlikums, kas paliek apstrādātajā ūdenī, var radīt nopietnas problēmas. Tas ir no dārgu filtrēšanas membrānu aizsērēšanas līdz potenciāli kaitīgu blakusproduktu veidošanai. Tādēļ starptautiskie regulatori ir noteikuši stingrus ierobežojumus PD atliekām dzeramajā ūdenī, ierobežojot to līdz 50 µg/L.
Izaicinājums ir tāds, ka PD mērīšana tik zemās koncentrācijās ātri, precīzi un par pieņemamu cenu ir sarežģīta. Daudzas tradicionālās metodes ir sarežģītas, dārgas vai vienkārši nav pietiekami jutīgas. Šeit jauni pētījumi piedāvā praktisku un daudzsološu risinājumu.
Problēma ar atlikušajiem koagulantiem
Kāpēc Poli-DADMAC ir jāuzrauga?
PD ir efektīva tā spēcīga pozitīvā lādiņa dēļ, kas neitralizē negatīvi lādētās daļiņas neapstrādātā ūdenī, liekot tām salipt un nosēsties. Šis process noņem netīrumus, baktērijas un organiskās vielas. Tomēr, ja PD devas netiek precīzi kontrolētas, atlikušās polimēru molekulas paliek izšķīdinātas ūdenī.
Šie atlikušie polimēri ir problemātiski divu galveno iemeslu dēļ:
- Membrānas piesārņojums:Uzlabotās attīrīšanas iekārtās ūdens bieži iziet cauri mikrofiltrācijas, nanofiltrācijas vai reversās osmozes membrānām. Atlikušais PD var adsorbēties uz šīm membrānām, aizsērējot to poras. Tas samazina ūdens plūsmu, palielina enerģijas patēriņu un prasa biežāku (un dārgāku) membrānas tīrīšanu vai nomaiņu.
- Kaitīgo blakusproduktu veidošanās-:Iespējams, vairāk satrauc tas, ka atlikušais PD var reaģēt ar dezinfekcijas līdzekļiem, piemēram, hloru vai ozonu. Šīs reakcijas var veidot N-nitrozamīnus — ķīmisko vielu grupu, kas ir klasificētas kā iespējamās kancerogēnas vielas.
Šo risku dēļ regulējošās iestādes ASV un Eiropā ir noteikušas maksimāli pieļaujamo PD dzeramajā ūdenī 50 µg/L.
Pašreizējās mērīšanas metodes: lēnas un sarežģītas
Lai kontrolētu PD dozēšanu, ūdens augiem ātri jāmēra atlikuma līmenis. Tomēr līdz šim pieejamās analītiskās metodes nav bijušas ideālas.
Tādas metodes kā hromatogrāfija, fluorescējoša marķēšana un gēla caurlaidības hromatogrāfija var būt precīzas, taču tām bieži ir nepieciešams dārgs aprīkojums, augsti apmācīti operatori un ilgstošas procedūras. Tie nav labi-piemēroti ikdienas,-reāllaika uzraudzībai ārstniecības iestādē.
Dažas kolorimetriskās metodes, kurās izmanto krāsvielas, lai radītu izmērāmas krāsas izmaiņas, ir izmēģinātas iepriekš. Taču tiem bieži ir pārāk augstas -divas līdz trīs pakāpes virs nepieciešamajiem 50 µg/L-, tādēļ tie nav izmantojami normatīvo aktu ievērošanai. Palika vajadzība pēc metodes, kas būtu gan pietiekami jutīga, gan pietiekami vienkārša ikdienas lietošanai.
Jauns, jutīgs risinājums
Ātrās zaļās krāsas metode
Pētnieku komanda ir izstrādājusi metodi, kas novērš šos trūkumus. Pētījumā tiek ieviesta kolorimetriskā kvantitatīvā noteikšanas metode, kuras pamatā ir PD kompleksēšana ar pārtikas krāsvielu, ko sauc par Fast Green (FG) .
Šis ir galvenais princips vienkāršā izteiksmē: Fast Green ir anjonu krāsviela, kas nozīmē, ka tai ir negatīvs lādiņš. Pievienojot ūdens paraugam, kas satur pozitīvi lādētu PD, abas molekulas saistās kopā, veidojot nešķīstošu kompleksu. Jo vairāk PD ūdenī, jo vairāk krāsvielas tiek "izlietotas" šajā reakcijā.
Pēc tam pētnieki mēra atlikušo, nesaistīto krāsvielu, izmantojot UV{0}}Vis spektrofotometru. Palielinoties PD koncentrācijai, brīvās krāsvielas daudzums samazinās, un izmērītā absorbcija samazinās. Tas rada skaidru, apgrieztu korelāciju, ko var izmantot, lai kvantitatīvi noteiktu PD līmeni.
Ļoti jutīgs un{0}}ekonomisks
Šī jaunā metode demonstrē izcilu veiktspēju. Tā noteikšanas robeža ir tikai 3,22 µg/L, kas ir par pilnu kārtu (desmit reizes) zemāka par normatīvo robežu 50 µg/L. Tas nozīmē, ka tas var viegli noteikt PD līmenī, kas ir krietni zemāks par to, kas tiek uzskatīts par drošu, nodrošinot operatoriem ievērojamu drošības rezervi.
Pētījumā metode tika apstiprināta plašā PD koncentrāciju diapazonā -no zemas līdz augstai-, parādot izcilas lineāras korelācijas ar R² vērtību, kas vairumā gadījumu pārsniedz 0,98. Tas arī tika veiksmīgi pārbaudīts gan ar tīriem analītiskiem PD, gan komerciāliem PD formulējumiem, apstiprinot tā reālo-piemērojamību pasaulē.
Praktiski testi reālos{0}}pasaules apstākļos
Lai pierādītu, ka metode darbojas ārpus senatnīgas laboratorijas vides, pētnieki to izmantoja diviem izaicinošiem ūdens veidiem: ūdenim, kas piesārņots ar zilaļģēm (zilajām{0}}zaļajām aļģēm) un notekūdeņiem no govju kūts. Abas ir sarežģītas matricas, kas potenciāli varētu traucēt mērījumu veikšanu.
Rezultāti bija ļoti daudzsološi. Metode veiksmīgi kvantitatīvi noteica atlikušo PD abos paraugu tipos. Tas pat tika izmantots, lai parādītu, ka māla -PD nanokompozīti, jauna veida koagulants, kas tiek izstrādāts, atstāj mazāk PD atlikuma apstrādātajā ūdenī, salīdzinot ar parasto PD, iespējams, tāpēc, ka polimēra pārpalikums nosēžas kopā ar māla daļiņām. Tas parāda metodes vērtību kā instrumentu jaunu apstrādes tehnoloģiju izstrādei un optimizēšanai.
Kāpēc tas ir svarīgi
Galvenās priekšrocības ūdens attīrīšanas operatoriem
Šī jaunā kolorimetriskā metode piedāvā praktisku, jaudīgu rīku ūdens attīrīšanas iekārtām:
- Ātri un vienkārši:Procedūra ir vienkārša, un to var veikt ar pamata laboratorijas aprīkojumu, piemēram, spektrofotometru, padarot to piemērotu ikdienas uzraudzībai.
- Izmaksas-efektīvs:Salīdzinot ar sarežģītām hromatogrāfijas metodēm, šī pieeja izmanto salīdzinoši lētus materiālus un tai ir zemākas darbības izmaksas.
- Ļoti jutīgs:Tas nodrošina precīzus mērījumus līmeņos, kas ir krietni zem nepieciešamā standarta, nodrošinot drošu ūdens kvalitāti.
- Izturīgs:Tas labi darbojās dažādos ūdens veidos, norādot, ka tā var būt uzticama metode dažādos attīrīšanas scenārijos.
Nodrošinot precīzu PD atlieku uzraudzību, augi var optimizēt savu koagulantu dozēšanu. Tas samazina membrānas piesārņojuma risku un kaitīgu -produktu veidošanās risku, vienlaikus nodrošinot atbilstību normatīvajiem aktiem un aizsargājot sabiedrības veselību.
Secinājums
Šīs kolorimetriskās kvantitatīvās noteikšanas metodes izstrāde ir nozīmīgs solis uz priekšu ūdens attīrīšanā. Izmantojot vienkāršu Fast Green krāsu kompleksu veidošanu, operatori tagad var ātri un precīzi izmērīt poli-DADMAC atlikumus niecīgos līmeņos, ievērojami pārsniedzot normatīvās prasības. Šis praktiskais, jutīgais rīks ļauj ūdens iekārtām labāk kontrolēt to koagulācijas procesus, samazināt darbības izmaksas, kas saistītas ar membrānas piesārņošanu, un, pats galvenais, uzlabo sabiedrībai piegādātā ūdens drošību un kvalitāti. Pētījums piedāvā skaidru ceļu uz efektīvāku un efektīvāku ūdens kvalitātes pārvaldību.