วิธีที่ง่ายและรวดเร็วในการวัดสารตกตะกอนในน้ำที่ผ่านการบำบัด

ปัญหาการตกตะกอนที่ตกค้าง

เหตุใด Poly-DADMAC จึงจำเป็นต้องได้รับการตรวจสอบ

PD มีประสิทธิภาพเนื่องจากมีประจุบวกสูง ซึ่งจะทำให้อนุภาคที่มีประจุลบในน้ำดิบเป็นกลาง ส่งผลให้พวกมันจับตัวกันเป็นก้อนและเกาะตัวกัน กระบวนการนี้จะขจัดสิ่งสกปรก แบคทีเรีย และอินทรียวัตถุ อย่างไรก็ตาม เมื่อปริมาณ PD ไม่ได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำ โมเลกุลโพลีเมอร์ที่เหลือจะยังคงละลายอยู่ในน้ำ

โพลีเมอร์ที่ตกค้างเหล่านี้เป็นปัญหาด้วยเหตุผลหลักสองประการ:

1. การเปรอะเปื้อนของเมมเบรน:ในโรงบำบัดขั้นสูง น้ำมักจะผ่านการกรองระดับไมโคร นาโนฟิลเตรชัน หรือเยื่อรีเวิร์สออสโมซิส PD ที่ตกค้างสามารถดูดซับเข้าสู่เยื่อเหล่านี้และอุดตันรูขุมขนได้ ซึ่งจะช่วยลดการไหลของน้ำ เพิ่มการใช้พลังงาน และจำเป็นต้องทำความสะอาดหรือเปลี่ยนเมมเบรนบ่อยขึ้น (และมีราคาแพง)
2. การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ Harmful By-:บางทีที่น่ากังวลมากกว่านั้นก็คือ PD ที่ตกค้างสามารถทำปฏิกิริยากับสารฆ่าเชื้อ เช่น คลอรีนหรือโอโซนได้ ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถก่อให้เกิด N-ไนโตรซามีน ซึ่งเป็นกลุ่มของสารเคมีที่จัดว่าเป็นสารก่อมะเร็ง

เนื่องจากความเสี่ยงเหล่านี้ หน่วยงานกำกับดูแลในสหรัฐอเมริกาและยุโรปจึงได้กำหนดค่า PD ที่ตกค้างสูงสุดที่อนุญาตในน้ำดื่มไว้ที่ 50 ไมโครกรัม/ลิตร

วิธีการวัดในปัจจุบัน: ช้าและซับซ้อน

เพื่อควบคุมปริมาณ PD พืชน้ำจำเป็นต้องวัดระดับสารตกค้างอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม จนถึงขณะนี้ วิธีการวิเคราะห์ที่มีอยู่ยังน้อยกว่าอุดมคติ

เทคนิคต่างๆ เช่น โครมาโตกราฟี การติดแท็กฟลูออเรสเซนต์ และโครมาโตกราฟีแบบการซึมผ่านของเจลอาจมีความแม่นยำ แต่มักต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพง ผู้ปฏิบัติงานที่ได้รับการฝึกอบรมมาอย่างดี และขั้นตอนที่ใช้เวลานาน สิ่งเหล่านี้ไม่-เหมาะกับการติดตามผลตามเวลาจริง-ที่สถานบำบัดเป็นประจำ

เคยมีการทดลองวิธีการวัดสีบางวิธีซึ่งใช้สีย้อมเพื่อสร้างการเปลี่ยนแปลงสีที่วัดได้ แต่พวกมันมักจะมีขีดจำกัดการตรวจจับที่สูงเกินไป-สองถึงสามลำดับความสำคัญที่สูงกว่า 50 µg/L ที่ต้องการ- ทำให้ไม่มีประโยชน์สำหรับการปฏิบัติตามกฎระเบียบ ความต้องการยังคงมีวิธีการที่ละเอียดอ่อนเพียงพอและเรียบง่ายเพียงพอสำหรับการใช้งานในชีวิตประจำวัน

โซลูชั่นใหม่ที่ละเอียดอ่อน

วิธีการย้อมสีเขียวแบบเร็ว

ทีมนักวิจัยได้พัฒนาวิธีการแก้ไขข้อบกพร่องเหล่านี้ การวิจัยได้แนะนำเทคนิคการวัดปริมาณสีโดยอาศัยการสร้างสารเชิงซ้อนของ PD ด้วยสีย้อมอาหารที่เรียกว่า Fast Green (FG)

หลักการสำคัญที่กล่าวง่ายๆ ก็คือ Fast Green เป็นสีย้อมที่มีประจุลบ ซึ่งหมายความว่ามีประจุเป็นลบ เมื่อเติมลงในตัวอย่างน้ำที่มี PD ที่มีประจุบวก โมเลกุลทั้งสองจะจับกันเป็นสารเชิงซ้อนที่ไม่ละลายน้ำ ยิ่ง PD ในน้ำมาก สีย้อมก็จะ "หมด" ในปฏิกิริยานี้มากขึ้น

The researchers then measure the remaining, unbound dye using a UV-Vis spectrophotometer. As the PD concentration increases, the amount of free dye decreases, and the measured absorbance drops. This creates a clear, inverse correlation that can be used to quantify the PD level .

มีความละเอียดอ่อนสูงและคุ้มค่า-

วิธีการใหม่นี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม โดยมีขีดจำกัดการตรวจจับเพียง 3.22 ไมโครกรัม/ลิตร ซึ่งต่ำกว่าขีดจำกัดตามกฎระเบียบที่ 50 ไมโครกรัม/ลิตร 10 เท่า ซึ่งหมายความว่าสามารถตรวจจับ PD ได้อย่างง่ายดายในระดับที่ต่ำกว่าระดับที่ถือว่าปลอดภัย ทำให้ผู้ปฏิบัติงานมีขอบเขตความปลอดภัยที่สำคัญ

การวิจัยได้ตรวจสอบวิธีการโดยใช้ความเข้มข้น PD ที่หลากหลาย-จากต่ำไปสูง- ซึ่งแสดงความสัมพันธ์เชิงเส้นที่ดีเยี่ยมโดยมีค่า R² มากกว่า 0.98 ในกรณีส่วนใหญ่ นอกจากนี้ยังได้รับการทดสอบอย่างประสบความสำเร็จด้วยทั้งสูตร PD เชิงวิเคราะห์บริสุทธิ์และสูตร PD เชิงพาณิชย์ ซึ่งยืนยันการใช้งานจริง-ในโลกแห่งความเป็นจริง

การทดสอบภาคปฏิบัติในสภาพจริง-ของโลก

เพื่อพิสูจน์ว่าวิธีนี้ใช้ได้ผลนอกห้องปฏิบัติการที่เก่าแก่ นักวิจัยได้ประยุกต์ใช้กับน้ำที่ท้าทายสองประเภท ได้แก่ น้ำที่ปนเปื้อนด้วยไซยาโนแบคทีเรีย (สาหร่ายสีเขียวสีน้ำเงิน-) และน้ำเสียจากโรงเลี้ยงวัว ทั้งสองเป็นเมทริกซ์เชิงซ้อนที่อาจรบกวนการวัดได้

ผลลัพธ์มีความหวังมาก วิธีการนี้สามารถวัดปริมาณ PD ที่ตกค้างในตัวอย่างทั้งสองประเภทได้สำเร็จ มันยังใช้เพื่อแสดงให้เห็นว่าดินเหนียว-PD นาโนคอมโพสิต ซึ่งเป็นสารตกตะกอนชนิดใหม่ที่กำลังได้รับการพัฒนา ปล่อย PD ที่ตกค้างอยู่ในน้ำที่ผ่านการบำบัดน้อยลงเมื่อเปรียบเทียบกับ PD ทั่วไป ซึ่งอาจเป็นเพราะโพลีเมอร์ส่วนเกินจะเกาะติดกับอนุภาคของดินเหนียว สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงคุณค่าของวิธีการในฐานะเครื่องมือในการพัฒนาและเพิ่มประสิทธิภาพเทคโนโลยีการรักษาใหม่ๆ

ทำไมเรื่องนี้ถึงสำคัญ

ประโยชน์หลักสำหรับผู้ปฏิบัติงานบำบัดน้ำ

วิธีการวัดสีแบบใหม่นี้เป็นเครื่องมือที่ใช้งานได้จริงและมีประสิทธิภาพสำหรับโรงบำบัดน้ำ:

• ง่ายและรวดเร็ว:ขั้นตอนไม่ซับซ้อนและสามารถทำได้ด้วยอุปกรณ์ห้องปฏิบัติการขั้นพื้นฐาน เช่น สเปกโตรโฟโตมิเตอร์ ทำให้เหมาะสำหรับการตรวจสอบตามปกติ
• ต้นทุน-มีประสิทธิผล:เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีโครมาโตกราฟีที่ซับซ้อน วิธีการนี้ใช้วัสดุที่มีราคาไม่แพงนักและมีต้นทุนการดำเนินงานต่ำกว่า
• มีความอ่อนไหวสูง:โดยให้การตรวจวัดที่แม่นยำในระดับที่ต่ำกว่ามาตรฐานที่กำหนด จึงรับประกันคุณภาพน้ำที่ปลอดภัย
• แข็งแกร่ง:ทำงานได้ดีในน้ำประเภทต่างๆ ซึ่งบ่งชี้ว่าสามารถเป็นวิธีที่เชื่อถือได้ในสถานการณ์การบำบัดที่แตกต่างกัน

ด้วยการทำให้สามารถติดตามปริมาณ PD ที่ตกค้างได้อย่างแม่นยำ พืชจึงสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการให้สารตกตะกอนได้ ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของการเปรอะเปื้อนของเมมเบรนและอันตรายจาก-การสร้างผลิตภัณฑ์ ขณะเดียวกันก็รับประกันการปฏิบัติตามกฎระเบียบและการปกป้องสุขภาพของประชาชน