Veepuhastus on keeruline protsess, millel on kriitiline eesmärk: ohutu ja puhta vee tarnimine kogukondadesse ja tööstustesse. Selle protsessi üks levinumaid etappe on koagulatsioon{1}}kemikaalide lisamine, mis aitavad eemaldada hõljuvaid osakesi, vetikaid ja muid saasteaineid. Nende koagulantide hulgas kasutatakse laialdaselt polümeeri nimega Poly-DADMAC (PD). See oli esimene katioonne polümeer, mille USA FDA on heaks kiitnud joogivee töötlemiseks, ja see on jätkuvalt tööstuses tööhobune.
Siiski on konks. Kuigi PD on suurepärane koagulant, võib kõik töödeldud vette jäänud jäägid põhjustada olulisi probleeme. Need ulatuvad kallite filtreerimismembraanide ummistumisest kuni potentsiaalselt kahjulike kõrvalsaaduste moodustamiseni-. Seetõttu on rahvusvahelised reguleerivad asutused kehtestanud ranged piirangud PD jääkidele joogivees, mille piirmäär on 50 µg/L.
Väljakutse on seisnenud selles, et PD mõõtmine nii madalatel kontsentratsioonidel kiiresti, täpselt ja soodsalt on keeruline. Paljud traditsioonilised meetodid on keerulised, kulukad või lihtsalt ei ole piisavalt tundlikud. See on koht, kus uued uuringud pakuvad praktilist ja paljutõotavat lahendust.
Probleem koagulantide jääkidega
Miks Po{0}}DADMAC-i tuleb jälgida?
PD on efektiivne oma tugeva positiivse laengu tõttu, mis neutraliseerib negatiivselt laetud osakesed toores vees, põhjustades nende kokkukleepumist ja settimist. See protsess eemaldab mustuse, bakterid ja orgaanilise aine. Kui aga PD annuseid ei kontrollita täpselt, jäävad järelejäänud polümeeri molekulid vees lahustuma.
Need jääkpolümeerid on problemaatilised kahel peamisel põhjusel:
- Membraani saastumine:Täiustatud puhastusjaamades läbib vesi sageli mikrofiltratsiooni, nanofiltratsiooni või pöördosmoosi membraane. Jääk-PD võib nendele membraanidele adsorbeeruda, ummistades nende poorid. See vähendab veevoolu, suurendab energiatarbimist ja nõuab sagedasemat (ja kallimat) membraani puhastamist või väljavahetamist.
- Kahjulike kõrvalsaaduste{0}} moodustumine:Võib-olla on murettekitavam see, et PD jääk võib reageerida desinfektsioonivahenditega nagu kloor või osoon. Need reaktsioonid võivad moodustada N-nitrosoamiine, kemikaalide rühma, mis on klassifitseeritud tõenäolisteks kantserogeenideks.
Nende riskide tõttu on USA ja Euroopa reguleerivad asutused kehtestanud joogivee maksimaalseks lubatud jääk-PD-ks 50 µg/l.
Praegused mõõtmismeetodid: aeglane ja keeruline
PD doseerimise kontrollimiseks peavad veetaimed jääktasemeid kiiresti mõõtma. Seni pole aga olemasolevad analüüsimeetodid olnud ideaalsed.
Sellised meetodid nagu kromatograafia, fluorestsentsmärgistamine ja geelkromatograafia võivad olla täpsed, kuid need nõuavad sageli kalleid seadmeid, kõrgelt koolitatud operaatoreid ja pikki protseduure. Need ei sobi hästi-rutiinseks reaalajas jälgimiseks-raviasutuses.
Mõningaid kolorimeetrilisi meetodeid, mis kasutavad värvaineid mõõdetava värvimuutuse tekitamiseks, on varem proovitud. Kuid nende avastamispiirid on sageli liiga kõrged-kaks kuni kolm suurusjärku üle nõutava 50 µg/l-, mistõttu on need eeskirjade järgimisel kasutud. Jäi vajadus meetodi järele, mis oleks nii piisavalt tundlik kui ka piisavalt lihtne igapäevaseks kasutamiseks.
Uus, tundlik lahendus
Kiire rohelise värvimise meetod
Teadlaste meeskond on välja töötanud meetodi, mis kõrvaldab need puudused. Uuringus tutvustatakse kolorimeetrilist kvantifitseerimistehnikat, mis põhineb PD kompleksimisel toiduvärviga, mida nimetatakse Fast Greeniks (FG).
Lihtsamalt öeldes on põhiprintsiip järgmine: Fast Green on anioonne värvaine, mis tähendab, et sellel on negatiivne laeng. Kui need lisatakse positiivselt laetud PD-d sisaldavale veeproovile, seostuvad need kaks molekuli omavahel, moodustades lahustumatu kompleksi. Mida rohkem PD on vees, seda rohkem värvainet selles reaktsioonis "kasutatakse".
Seejärel mõõdavad teadlased järelejäänud sidumata värvainet UV{0}}Vis spektrofotomeetri abil. Kui PD kontsentratsioon suureneb, väheneb vaba värvaine kogus ja mõõdetud neeldumine langeb. See loob selge, pöördvõrdelise korrelatsiooni, mida saab kasutada PD taseme kvantifitseerimiseks.
Väga tundlik ja{0}}kulutõhus
See uus meetod näitab erakordset jõudlust. Selle avastamispiir on vaid 3,22 µg/L, mis on terve suurusjärgu (kümme korda) madalam kui regulatiivne piirmäär 50 µg/L. See tähendab, et see suudab hõlpsasti tuvastada PD tasemetel, mis on tunduvalt madalamad kui ohutuks peetakse, pakkudes operaatoritele märkimisväärset ohutusvaru.
Uuring kinnitas meetodi laias vahemikus PD kontsentratsioonide -madalatest kuni kõrgeteni-, mis näitas suurepärast lineaarset korrelatsiooni R² väärtusega, mis on enamikul juhtudel suurem kui 0,98. Seda testiti edukalt ka nii puhta analüütilise PD kui ka kaubanduslike PD preparaatidega, mis kinnitas selle tegelikku rakendatavust -maailmas.
Praktilised testid tegelikes{0}}maailma tingimustes
Et tõestada, et meetod töötab väljaspool põlistumat laborikeskkonda, rakendasid teadlased seda kahel veetüübil: sinivetikatega (sinivetikatega{0}}reostunud vesi) ja lehmalauda heitveele. Mõlemad on keerulised maatriksid, mis võivad mõõtmist häirida.
Tulemused olid väga paljulubavad. Meetod kvantifitseeris edukalt jääk-PD mõlemas proovitüübis. Seda kasutati isegi selleks, et näidata, et savi -PD nanokomposiidid, uut tüüpi koagulant, mida arendatakse, jätavad töödeldud vette vähem PD jääke võrreldes tavalise PD-ga, tõenäoliselt seetõttu, et liigne polümeer settib koos saviosakestega. See näitab meetodi väärtust uute ravitehnoloogiate väljatöötamise ja optimeerimise vahendina.
Miks see on oluline
Peamised eelised veepuhastusoperaatoritele
See uus kolorimeetriline meetod pakub praktilist ja võimsat tööriista veepuhastusjaamade jaoks:
- Kiire ja lihtne:Protseduur on lihtne ja seda saab teha põhiliste laboriseadmetega, nagu spektrofotomeeter, mistõttu sobib see tavapäraseks jälgimiseks.
- Kulu-Tõhus:Võrreldes keeruliste kromatograafiliste meetoditega kasutab see lähenemisviis suhteliselt odavaid materjale ja sellel on madalamad tegevuskulud.
- Väga tundlik:See tagab täpsed mõõtmised tasemetel, mis on tunduvalt madalamad nõutavast standardist, tagades ohutu veekvaliteedi.
- Tugev:See toimis hästi erinevate veetüüpide puhul, mis näitab, et see võib olla usaldusväärne meetod erinevates puhastusstsenaariumides.
Võimaldades PD jääkide täpset jälgimist, saavad taimed optimeerida oma koagulandi doseerimist. See minimeerib membraani määrdumise ja toote -kahjuliku moodustumise riski, tagades samal ajal eeskirjade järgimise ja kaitstes rahvatervist.
Järeldus
Selle kolorimeetrilise kvantifitseerimismeetodi väljatöötamine on oluline samm edasi veetöötluse valdkonnas. Lihtsa Fast Greeni värvikompleksi abil saavad kasutajad nüüd kiiresti ja täpselt mõõta polü-DADMAC-i jääke jälgi, mis ületab palju regulatiivseid nõudeid. See praktiline ja tundlik tööriist võimaldab veerajatistel paremini kontrollida oma hüübimisprotsesse, vähendada membraani saastumisega seotud tegevuskulusid ja mis kõige tähtsam, tõsta avalikkusele tarnitava vee ohutust ja kvaliteeti. Uuring pakub selget teed tõhusama ja tulemuslikuma veekvaliteedi juhtimise suunas.