Mae trin dŵr yn broses gymhleth gyda nod hollbwysig: darparu dŵr diogel, glân i gymunedau a diwydiannau. Un o'r camau mwyaf cyffredin yn y broses hon yw ceulo-ychwanegu cemegau sy'n helpu i gael gwared ar ronynnau mewn daliant, algâu a halogion eraill. Ymhlith y ceulyddion hyn, mae polymer o'r enw Poly-DADMAC (PD) yn cael ei ddefnyddio'n eang. Hwn oedd y polymer cationig cyntaf a gymeradwywyd gan FDA yr Unol Daleithiau i'w ddefnyddio mewn trin dŵr yfed, ac mae'n parhau i fod yn geffyl gwaith yn y diwydiant.
Fodd bynnag, mae dal. Er bod PD yn geulydd ardderchog, gall unrhyw weddillion sy'n weddill yn y dŵr wedi'i drin achosi problemau sylweddol. Mae'r rhain yn amrywio o glocsio pilenni hidlo drud i gynhyrchu sgil-gynhyrchion niweidiol. Oherwydd hyn, mae rheoleiddwyr rhyngwladol wedi gosod terfynau llym ar weddillion PD mewn dŵr yfed, gan ei gapio ar 50 µg/L .
Yr her fu ei bod yn anodd mesur PD ar grynodiadau mor isel yn gyflym, yn gywir ac yn fforddiadwy. Mae llawer o ddulliau traddodiadol yn gymhleth, yn gostus, neu ddim yn ddigon sensitif. Dyma lle mae ymchwil newydd yn cynnig ateb ymarferol ac addawol.
Y Broblem gyda Ceulyddion Gweddilliol
Pam fod angen Monitro Poly-DADMAC
Mae PD yn effeithiol oherwydd ei wefr bositif gref, sy'n niwtraleiddio gronynnau â gwefr negyddol mewn dŵr crai, gan achosi iddynt grynhoi ynghyd a setlo allan. Mae'r broses hon yn cael gwared ar faw, bacteria a mater organig. Fodd bynnag, pan na chaiff dosau PD eu rheoli'n fanwl gywir, mae moleciwlau polymerau dros ben yn parhau i fod yn hydoddi yn y dŵr.
Mae'r polymerau gweddilliol hyn yn broblematig am ddau brif reswm:
- Baeddu Pilenni:Mewn gweithfeydd trin uwch, mae dŵr yn aml yn mynd trwy ficro-hidlo, nanofiltradiad, neu bilenni osmosis gwrthdro. Gall PD gweddilliol arsugniad ar y pilenni hyn, gan rwystro eu mandyllau. Mae hyn yn lleihau llif y dŵr, yn cynyddu'r defnydd o ynni, ac mae angen glanhau neu ailosod pilenni yn amlach (a drud).
- Ffurfio Sgil-gynhyrchion Niweidiol:Efallai mai mwy o bryder yw y gall PD gweddilliol adweithio â diheintyddion fel clorin neu osôn. Gall yr adweithiau hyn ffurfio N-nitrosaminau, sef grŵp o gemegau sy'n cael eu dosbarthu fel carsinogenau tebygol.
Oherwydd y risgiau hyn, mae cyrff rheoleiddio yn yr Unol Daleithiau ac Ewrop wedi gosod y PD gweddilliol uchaf a ganiateir mewn dŵr yfed ar 50 µg/L .
Dulliau Mesur Presennol: Araf a Chymhleth
Er mwyn rheoli dosio PD, mae angen i weithfeydd dŵr fesur lefelau gweddilliol yn gyflym. Fodd bynnag, hyd yn hyn, mae'r dulliau dadansoddol sydd ar gael wedi bod yn llai na delfrydol.
Gall technegau fel cromatograffaeth, tagio fflwroleuol, a chromatograffeg treiddiad gel fod yn gywir, ond yn aml mae angen offer drud, gweithredwyr hyfforddedig iawn, a gweithdrefnau hirfaith arnynt. Nid ydynt yn-addas ar gyfer monitro amser real, arferol mewn cyfleuster trin.
Rhoddwyd cynnig ar rai dulliau lliwimetrig, sy'n defnyddio llifynnau i greu newid lliw mesuradwy, o'r blaen. Ond yn aml mae ganddynt derfynau canfod sy'n llawer rhy uchel-dau i dri gorchymyn maint uwchlaw'r 50 µg/L- gofynnol gan eu gwneud yn ddiwerth ar gyfer cydymffurfio â rheoliadau . Roedd angen o hyd am ddull sy'n ddigon sensitif ac yn ddigon syml i'w ddefnyddio bob dydd.
Ateb Newydd, Sensitif
Y Dull Lliw Gwyrdd Cyflym
Mae tîm o ymchwilwyr wedi datblygu dull sy'n mynd i'r afael â'r diffygion hyn. Mae'r ymchwil yn cyflwyno techneg meintioli lliwimetrig yn seiliedig ar gymhlethdod PD â lliw bwyd o'r enw Fast Green (FG).
Dyma'r egwyddor graidd mewn termau syml: Mae Fast Green yn liw anionig, sy'n golygu bod ganddo wefr negyddol. Pan gânt eu hychwanegu at sampl dŵr sy'n cynnwys PD â gwefr bositif, mae'r ddau foleciwl yn clymu at ei gilydd, gan ffurfio cymhlyg anhydawdd. Po fwyaf o PD yn y dŵr, y mwyaf o liw sy'n cael ei "ddefnyddio" yn yr adwaith hwn.
Yna mae'r ymchwilwyr yn mesur y lliw sy'n weddill, heb ei rwymo gan ddefnyddio sbectrophotometer UV-Vis. Wrth i'r crynodiad PD gynyddu, mae maint y llifyn rhydd yn lleihau, ac mae'r amsugnedd mesuredig yn gostwng. Mae hyn yn creu cydberthyniad gwrthdro clir y gellir ei ddefnyddio i feintioli'r lefel PD .
Hynod Sensitif a Chost-Effeithlon
Mae'r dull newydd hwn yn dangos perfformiad eithriadol. Mae ganddo derfyn canfod o 3.22 µg/L yn unig, sy'n raddfa lawn (deg gwaith) yn is na'r terfyn rheoleiddio o 50 µg/L . Mae hyn yn golygu y gall ganfod PD yn hawdd ar lefelau sy'n llawer is na'r hyn a ystyrir yn ddiogel, gan ddarparu ymyl diogelwch sylweddol i weithredwyr.
Dilysodd yr ymchwil y dull dros ystod eang o grynodiadau PD-o isel i uchel-gan ddangos cydberthnasau llinol ardderchog gyda gwerth R² yn fwy na 0.98 yn y rhan fwyaf o achosion . Fe'i profwyd yn llwyddiannus hefyd gyda fformiwleiddiadau PD dadansoddol pur a PD masnachol, gan gadarnhau ei fod yn gymwys yn y byd go iawn.
Profion Ymarferol mewn Cyflwr y Byd -Go iawn
Er mwyn profi bod y dull yn gweithio y tu allan i leoliad labordy newydd, cymhwysodd yr ymchwilwyr ef i ddau fath heriol o ddŵr: dŵr wedi'i lygru â syanobacteria (algâu glas-gwyrdd) a dŵr gwastraff o wartheg . Mae'r ddau yn fatricsau cymhleth a allai ymyrryd â mesuriad o bosibl.
Roedd y canlyniadau yn addawol iawn. Llwyddodd y dull i feintioli PD gweddilliol yn y ddau fath o sampl. Fe'i defnyddiwyd hyd yn oed i ddangos bod clai-nanocomposites PD, math newydd o geulydd sy'n cael ei ddatblygu, yn gadael llai o PD gweddilliol yn y dŵr wedi'i drin o'i gymharu â PD confensiynol, yn debygol oherwydd bod y polymer gormodol yn setlo gyda'r gronynnau clai . Mae hyn yn dangos gwerth y dull fel arf ar gyfer datblygu ac optimeiddio technolegau trin newydd.
Pam Mae Hyn o Bwys
Manteision Allweddol i Weithredwyr Trin Dŵr
Mae'r dull lliwimetrig newydd hwn yn cynnig offeryn ymarferol, pwerus ar gyfer gweithfeydd trin dŵr:
- Cyflym a syml:Mae'r weithdrefn yn syml a gellir ei chyflawni gydag offer labordy sylfaenol fel sbectroffotomedr, gan ei gwneud yn addas ar gyfer monitro arferol.
- Cost-Effeithiol:O'i gymharu â dulliau cromatograffig cymhleth, mae'r dull hwn yn defnyddio deunyddiau cymharol rad ac mae ganddo gostau gweithredu is.
- Sensitif iawn:Mae'n darparu mesuriadau cywir ar lefelau sy'n llawer is na'r safon ofynnol, gan sicrhau ansawdd dŵr diogel.
- Cadarn:Perfformiodd yn dda mewn gwahanol fathau o ddŵr, gan nodi y gall fod yn ddull dibynadwy mewn gwahanol senarios trin.
Trwy alluogi monitro gweddillion PD yn fanwl gywir, gall planhigion wneud y gorau o'u dos ceulydd. Mae hyn yn lleihau'r risgiau o faeddu pilen a niweidiol trwy-ffurfio cynnyrch, i gyd wrth sicrhau cydymffurfiaeth reoleiddiol a diogelu iechyd y cyhoedd.
Casgliad
Mae datblygiad y dull meintioli lliwimetrig hwn yn gam sylweddol ymlaen ar gyfer trin dŵr. Trwy ddefnyddio cymhlethdod llifyn Gwyrdd Cyflym syml, gall gweithredwyr nawr fesur gweddillion Poly{{1} DADMAC yn gyflym ac yn gywir ar lefelau hybrin, gan ragori ar ofynion rheoliadol. Mae'r offeryn ymarferol, sensitif hwn yn grymuso cyfleusterau dŵr i reoli eu prosesau ceulo yn well, lleihau costau gweithredu sy'n gysylltiedig â baeddu pilenni, ac yn bwysicaf oll, gwella diogelwch ac ansawdd y dŵr y maent yn ei gyflenwi i'r cyhoedd. Mae'r ymchwil yn cynnig llwybr clir tuag at reoli ansawdd dŵr yn fwy effeithlon ac effeithiol.