В питьевой воде могут быть химические побочные продукты после её очистки

Синтетические химические вещества всегда присутствуют в современной жизни – в наших лекарствах, косметике и одежде – но что с ними происходит, когда они попадают в городское водоснабжение?

Поскольку эти химические вещества находятся вне поля зрения, вне сознания, мы полагаем, что они не могут навредить нам после того, как мы смоем их в раковину. Однако большинство инфраструктур водоочистки не предназначались для удаления синтетических органических химических веществ, таких как опиоиды, средства личной гигиены и фармацевтические препараты.

Следовательно, крайне низкие концентрации этих химических веществ присутствуют в сточных водах: воде, выведенной из очистных сооружений в озёра, реки и ручьи. Хотя они обнаружены в чрезвычайно малых концентрациях, только нанограммах или микрограммах, всё же токсичность недостаточно изучена в человеческих телах и экосистемах.
Хуже того, мы знаем ещё меньше о воздействии на здоровье человека и экосистемы побочных продуктов, созданных в ходе окисления в процессе очистки воды; тысячи опасных продуктов разложения могут быть созданы за считанные минуты.

Поэтому крайне важно, чтобы учёные и руководители очистных сооружений понимали механизмы, с помощью которых в процессе обработки воды создаются химические побочные продукты. Дайсуке Минаката, доцент кафедры гражданской и экологической инженерии Мичиганского технологического университета, с соавторами Дивья Каматом и Стивеном Мезиком, попытались понять эти механизмы, проведя тесты с использованием ацетона.

Авторы, опирались на 1999 года экспериментальное исследование механизма деградации ацетона в водном растворе во время обработки.
Их результаты опубликованы Американским химическим обществом в журнале « Environmental Science and Technology» (Экологической науки и экологических технологий)

Моделирование деградации
Ацетон встречается во многих загрязнённых водах. По химическим стандартам он имеет простую структуру, что делает его идеальным для моделирования путей реакции – бесчисленное множество способов превращения химического вещества в свободные радикалы и побочные продукты. Для чего это нужно? Для прогнозирования образования побочных продуктов и радикалов.

«Когда мы проводим очистку воды с использованием передовых окислительных процессов, эти окислители прицельно уничтожают органические соединения, но создают побочные продукты», – говорит Минаката. «Некоторые побочные продукты могут быть более токсичными, чем их исходное соединение. Нам нужно понять фундаментальные механизмы производства побочных продуктов, а затем мы можем предсказать, что будет производиться из многих других химических веществ. Мы обнаружили более 200 реакций, связанных с деградацией ацетона на основе вычислительной работы”.

Команда Минаката сравнила результаты прогнозной модели с 10 побочными продуктами, наблюдаемыми в экспериментальном исследовании 1999 года, и результаты модели точно отслеживаются с наблюдаемыми реакционными путями.

Продвинутое окисление является очень эффективным и важным способом обработки воды и сточных вод, поэтому его использование не должно прерываться. Многие населённые пункты в засушливых районах исчерпывают воду и вынуждены повторно использовать очищенные сточные воды – процесс, называемый прямым повторным использованием в питьевой воде. Если синтетические органические химикаты и их окисленные побочные продукты не удаляются из воды, люди и животные потребляют их.

В районе Великих озер микрорайоны, которые расположены выше по течению, выгружают очищенные сточные воды в озеро и реки. Люди, живущие ниже по течению, используют эту воду; и существующие, обычные процессы обработки не удаляют все органические химикаты так эффективно, как хотелось бы. Продвинутое окисление может эффективно нацелиться на конкретные органические химикаты, чтобы удалить их из воды. Моделирование путей реакции имеет решающее значение для того, чтобы помочь менеджерам по очистке воды понять, как наиболее эффективно использовать, так сказать, нож. Скорее всего для того, чтобы отсечь ненужные пути реакции, которые образовались в процессе химической деградации каких-либо загрязнителей. Однако, исследователи конкретизируют, что модель применяется исключительно к структурно простым органическим загрязнителям, таким как ацетон, а не к широкому спектру процессов химической деградации. Органические химические вещества имеют чрезвычайно сложные структуры, и химикам-исследователям не хватает вычислительной способности для расчета путей реакции. Команда Minakata использовала какой-то суперкомпьютер Superior в Michigan Tech, который произвёл с исследуемым загрязнителем сотни рассчётов.

Химические реакции повсюду

Понимание механизмов образования химических побочных продуктов не только важно для очистки воды; это также даёт более полное представление о химических реакциях в атмосфере и в наших телах.

Внутри капли воды, в облаке, происходит такая же радикальная реакция, – говорит Минаката. “В наших телах реактивные виды кислорода повреждают клетки человека”. Если человек употребляет много алкоголя, или на него попадает слишком много солнечного света,  то внутри организма образуются свободные радикалы. Эти свободные радикалы наносят ущерб клеткам и могут создавать раковые клетки. “Свободная радикальная химия распространена в разных дисциплинах. Мы используем химию свободных радикалов для уничтожения токсичных химических веществ “

Оставьте первый комментарий

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован.


*