Vatnsmeðferð er flókið ferli með mikilvægt markmið: að skila öruggu, hreinu vatni til samfélaga og atvinnugreina. Eitt af algengustu skrefunum í þessu ferli er storknun- og bætir við efnum sem hjálpa til við að fjarlægja svifagnir, þörunga og önnur aðskotaefni. Meðal þessara storkuefna er fjölliða sem kallast Poly-DADMAC (PD) mikið notuð. Það var fyrsta katjóníska fjölliðan sem bandaríska FDA samþykkti til notkunar í drykkjarvatnsmeðferð og heldur áfram að vera vinnuhestur í greininni.
Hins vegar er gripur. Þó PD sé frábært storkuefni, geta allar leifar sem eru eftir í meðhöndluðu vatni valdið verulegum vandamálum. Þetta eru allt frá því að stífla dýrar síunarhimnur til að hugsanlega mynda skaðlegar aukaafurðir.- Vegna þessa hafa alþjóðlegir eftirlitsaðilar sett strangar takmarkanir á PD leifar í drykkjarvatni og takmarkað það við 50 µg/L.
Áskorunin hefur verið sú að það er erfitt að mæla PD við svo lágan styrk fljótt, nákvæmlega og á viðráðanlegu verði. Margar hefðbundnar aðferðir eru flóknar, kostnaðarsamar eða einfaldlega ekki nógu viðkvæmar. Þetta er þar sem nýjar rannsóknir bjóða upp á hagnýta og efnilega lausn.
Vandamálið með afgangsstorkuefni
Hvers vegna þarf að fylgjast með Poly-DADMAC
PD er áhrifaríkt vegna sterkrar jákvæðrar hleðslu, sem hlutleysar neikvætt hlaðnar agnir í hrávatni, sem veldur því að þær klessast saman og setjast út. Þetta ferli fjarlægir óhreinindi, bakteríur og lífræn efni. Hins vegar, þegar PD skömmtum er ekki nákvæmlega stjórnað, eru afgangsfjölliðasameindir áfram uppleystar í vatninu.
Þessar leifar fjölliða eru erfiðar af tveimur meginástæðum:
- Himnuafgangur:Í háþróuðum hreinsistöðvum fer vatn oft í gegnum örsíun, nanósíun eða himnur með öfugri himnuflæði. Leifar af PD geta aðsogast á þessar himnur og stíflað svitahola þeirra. Þetta dregur úr vatnsrennsli, eykur orkunotkun og krefst tíðari (og dýrari) himnuhreinsunar eða endurnýjunar.
- Myndun skaðlegra aukaafurða-:Kannski er meira áhyggjuefni að leifar PD geta brugðist við sótthreinsiefnum eins og klór eða óson. Þessi viðbrögð geta myndað N-nítrósamín, hóp efna sem flokkast sem líklegt krabbameinsvaldandi efni.
Vegna þessarar áhættu hafa eftirlitsstofnanir í Bandaríkjunum og Evrópu sett hámarks leyfilegt afgangs PD í drykkjarvatni við 50 µg/L.
Núverandi mælingaraðferðir: Hægar og flóknar
Til að stjórna PD skömmtum þurfa vatnsplöntur að mæla afgangsmagn fljótt. Hins vegar hafa tiltækar greiningaraðferðir hingað til verið síður en svo ákjósanlegar.
Aðferðir eins og litskiljun, flúrljómunarmerkingar og gel gegndræpiskiljun geta verið nákvæmar, en þær krefjast oft dýrs búnaðar, mjög þjálfaðra stjórnenda og langra aðgerða. Þau eru ekki vel-hentuð fyrir venjubundið,-rauntímaeftirlit á meðferðarstofnun.
Sumar litamælingaraðferðir, sem nota litarefni til að búa til mælanlega litabreytingu, hafa verið prófaðar áður. En þeir hafa oft greiningarmörk sem eru allt of há-tveimur til þremur stærðargráðum yfir nauðsynlegum 50 µg/L-sem gerir þau gagnslaus til að uppfylla reglur. Þörfin var eftir fyrir aðferð sem er bæði nógu viðkvæm og nógu einföld til daglegrar notkunar.
Ný, viðkvæm lausn
Hraðgræna litunaraðferðin
Hópur vísindamanna hefur þróað aðferð sem tekur á þessum göllum. Rannsóknin kynnir litamælingartækni sem byggir á samsetningu PD með matarlitarefni sem kallast Fast Green (FG).
Hér er meginreglan í einföldu máli: Fast Green er anjónískt litarefni, sem þýðir að það hefur neikvæða hleðslu. Þegar bætt er við vatnssýni sem inniheldur jákvætt hlaðið PD, bindast sameindirnar tvær saman og mynda óleysanlegt flókið. Því meira PD sem er í vatninu, því meira "notast" litarefni í þessu hvarfi.
Rannsakendur mæla síðan óbundið litarefni sem eftir er með UV-Vis litrófsmæli. Þegar styrkur PD eykst minnkar magn frjálsa litarefnisins og mæld gleypni lækkar. Þetta skapar skýra, öfuga fylgni sem hægt er að nota til að mæla PD stigið.
Mjög viðkvæm og kostnaðar-hagkvæm
Þessi nýja aðferð sýnir framúrskarandi frammistöðu. Það hefur greiningarmörk aðeins 3,22 µg/L, sem er fullri stærðargráðu (tíu sinnum) lægra en reglubundin mörk 50 µg/L. Þetta þýðir að það getur auðveldlega greint PD á stigi langt undir því sem talið er öruggt, sem veitir umtalsverða öryggismörk fyrir rekstraraðila.
Rannsóknin staðfesti aðferðina á breitt svið PD styrks-frá lágum til háum-sem sýndi framúrskarandi línulega fylgni með R² gildi sem er stærra en 0,98 í flestum tilfellum. Það var einnig prófað með góðum árangri með bæði hreinni greinandi PD og viðskiptalegum PD samsetningum, sem staðfestir raunverulegt-gildi þess.
Hagnýt próf við raunverulegar-heimsaðstæður
Til að sanna að aðferðin virki utan óspilltra rannsóknarstofu, beittu vísindamennirnir henni á tvær krefjandi vatnsgerðir: vatn mengað af blábakteríum (blá-grænþörungum) og afrennsli frá fjósi. Bæði eru flókin fylki sem gætu hugsanlega truflað mælingu.
Niðurstöðurnar lofuðu mjög góðu. Aðferðin mælti með góðum árangri afgangs PD í báðum sýnistegundum. Það var meira að segja notað til að sýna fram á að leir-PD nanósamsett efni, ný tegund af storkuefni sem verið er að þróa, skilja eftir minna af PD í meðhöndluðu vatni samanborið við hefðbundið PD, líklega vegna þess að umframfjölliðan sest út með leirögnunum. Þetta sýnir gildi aðferðarinnar sem tæki til að þróa og hagræða nýja meðferðartækni.
Hvers vegna þetta skiptir máli
Helstu kostir fyrir vatnsmeðferðaraðila
Þessi nýja litmælingaaðferð býður upp á hagnýt, öflugt tæki fyrir vatnshreinsistöðvar:
- Hratt og einfalt:Aðferðin er einföld og hægt að framkvæma með grunnbúnaði á rannsóknarstofu eins og litrófsmæli, sem gerir það hentugt fyrir venjubundið eftirlit.
- Kostnaður-Áhrifaríkur:Í samanburði við flóknar litskiljunaraðferðir notar þessi aðferð tiltölulega ódýr efni og hefur lægri rekstrarkostnað.
- Mjög næmur:Það veitir nákvæmar mælingar á stigum vel undir tilskildum staðli, sem tryggir örugg vatnsgæði.
- Sterkur:Það gekk vel í ýmsum vatnstegundum, sem gefur til kynna að það geti verið áreiðanleg aðferð í mismunandi meðferðaratburðarás.
Með því að virkja nákvæma vöktun á PD leifum geta plöntur hámarkað skammtinn af storkuefni. Þetta lágmarkar hættuna á því að himnufótast og skaðleg-vörumyndun, allt á sama tíma og það tryggir að farið sé að reglum og vernda lýðheilsu.
Niðurstaða
Þróun þessarar litamælingaraðferðar er mikilvægt skref fram á við fyrir vatnsmeðferð. Með því að nota einfalda Fast Green litarefnissamsetningu geta rekstraraðilar nú fljótt og nákvæmlega mælt Poly-DADMAC leifar á snefilstigi, langt umfram reglubundnar kröfur. Þetta hagnýta, viðkvæma tól gerir vatnsaðstöðu kleift að stjórna betur storknunarferlum sínum, draga úr rekstrarkostnaði sem tengist himnufótrunum og síðast en ekki síst auka öryggi og gæði vatnsins sem þeir afhenda almenningi. Rannsóknin býður upp á skýra leið í átt að skilvirkari og skilvirkari vatnsgæðastjórnun.