Метилен көгү айлана-чөйрөдө: анын тагдыры, суу организмдерине уулуулугу жана агынды суулар

Метилен көгү деген аталыш эки башка багыттагы илимий адабиятта кездешет. Биринчиси — айлана-чөйрөдөгү өлчөөлөргө арналган адабият: маалымат аз, сандык көрсөткүчтөр бар жана көптөгөн тактоолор менен чектөөлөр келтирилет. Экинчиси — тазалоого арналган адабият: көлөмү чоң, тыянактары ишенимдүү айтылат жана дээрлик толугу менен лабораторияда даярдалган жасалма эритмелерге негизделет. Экинчисин биринчиси деп кабыл алуу — бул темадагы негизги ката. Боёк кошулган колбадан анын 95 пайызын кетирген изилдөө айлана-чөйрөдөгү концентрацияны эмес, материалдын касиетин көрсөтөт.

Бул макалада экөө өз-өзүнчө каралат. Адегенде молекуланын суудагы тагдыры, андан соң уулуулуктун өлчөнгөн көрсөткүчтөрү, акырында агынды суулар боюнча сандар чындыгында эмнени сүрөттөөрү талкууланат.

Айлана-чөйрөдөгү тагдыры: катуу заттарга жабышкан эрүүчү катион

Метилен көгү оңой эрийт жана айлана-чөйрөдө кадимкидей кездешкен pH аралыгында оң зарядын сактайт. Маалымдама жыйнактарында 25 C температурада эригичтиги болжол менен 43,600 mg/L экени көрсөтүлгөн, ал эми анын фотофизикасы боюнча 2025-жылкы сынчыл сереп болжол менен pH 3.5тен 11.5ке чейинки аралыкта боёк негизинен MB катиону түрүндө болорун ырастайт. Демек, анын суудан бууланып чыгышы өтө аз. Бул жерде маанилүү процесс — сорбция.

Катиондук болгондуктан, боёк терс заряддуу беттерге: чополорго, чөкмөлөргө, ылайга жана биомассага бекем байланышат. Маалымдамада келтирилген мурдагы топурак изилдөөлөрүндө органикалык заттар, монтмориллонит жана каолинит боёкту күчтүү сиңирери, ал эми экстракциялап алууга мүмкүн болгон үлүшү аз экени аныкталган. Чоподогу ион алмашуу изилдөөлөрү бул механизмди түздөн-түз pH, атаандаш иондор жана боёктун концентрациясына көз каранды болгон катион алмашуу катары көрсөтөт. Көп келтирилген, болжол менен 8,000 болгон эсептик Koc мааниси да ушундай натыйжаны божомолдойт, бирок аны өлчөнгөн туруктуу чоңдук эмес, иондук боёк үчүн баалоо катары кабыл алуу керек. Кадимки Koc байланыштары нейтралдуу органикалык заттар үчүн түзүлгөн жана иондорго начар туура келет.

Активдүү ылай да биологиялык ажыроо болбосо деле ушул эле жол менен боёкту кармап калат. Кургатылган ылай менен жүргүзүлгөн мезгилдүү тажрыйбаларда pH 7де Лэнгмюр сыйымдуулугу ылайдын ар бир граммына болжол менен 256 mg боёк болгону билдирилген. Кийинки иштерде клеткадан тышкаркы полимердик заттар менен болжол менен 366 mg/g көрсөткүчүнө жетип, тең салмактуулук бир нече мүнөттө орногон. Булар тазалоо станциясындагы кетирүү ылдамдыгы эмес, лабораториялык сыйымдуулуктар. Бирок алар молекуланын өзү сакталып турганда боёктун түсү эмне үчүн катуу заттарга өтүп, суудан жоголушу мүмкүн экенин түшүндүрөт.

Күн нурунун өзү боёкту ишенимдүү кетирбейт. Метилен көгүн тазалоо боюнча изилдөөлөрдүн сереби катализаторсуз фотолиздин 10 саатынан кийин болгону 8 пайыздай боёк кетирилген бир тажрыйбаны, ошондой эле көрүнүүчү жарыктагы бир нече контролдук тажрыйбада жоготуу өтө аз болгонун баяндайт. Боёкко күн нурундагы универсалдуу жарым ажыроо мезгилин ыйгарбоо керек. Нурлануунун интенсивдүүлүгү, pH, кычкылтек, калкып жүргөн катуу бөлүкчөлөр жана өзүн-өзү фотосенсибилизациялоо натыйжаны өзгөртөт.

Биологиялык ажыроо боюнча маалыматтардын өзөгүндө боштук бар. Бул макала үчүн таза метилен көгүнүн OECD 301 боюнча оңой биологиялык ажыроосун текшерген, ачык баяндалган сыноонун жыйынтыгы табылган жок. Тазалоо боюнча баштапкы изилдөө макалаларында боёк адатта биологиялык ажыроого туруктуу боёктордун өкүлү деп аталат, ал эми айрым коопсуздук маалымат барактарында оңой биологиялык ажырабайт деп белгиленет. Бирок булардын эч бири стандарттык сыноонун маалыматтарын алмаштыра албайт. Тандалган бактериялык культуралар жана биокабыкчалар оптималдаштырылган шарттарда боёкту түссүздөндүрө же өзгөртө алат. Ошондуктан негиздүү тыянак чектелүү: ал көбүнчө ажыроого туруктуу деп сүрөттөлөт, бирок стандарттык сыноодон өткөнүн же өтпөгөнүн көрсөткөн текшерилген маани табылган жок. Өзгөрүү химиясы жакшыраак аныкталган. Кычкылдануучу N-деметилденүү баштапкы боёктон болжол менен Azure B, Azure A, Azure C жана тионин аркылуу жүрөт, ал эми калыбына келтирүүчү шарттар боёкту түссүз лейкометилен көгүнө айлантат. Демек, калыбына келтирүүдөн кийин суунун тунук болушу заттын жок кылынганын далилдебейт. Түс жоголгондон кийин да фенотиазин өзөгү бүтүн бойдон калышы мүмкүн.

Суу организмдерине уулуулугу: шарттары менен бирге каралуучу өлчөнгөн көрсөткүчтөр

Метилен көгүнүн экологиялык уулуулугу боюнча стандартташтырылган маалыматтар аз, ал эми акыркы жыйынтыктар айрым эски маалымат базаларындагы маанилерден бир нече ондук тартипке айырмаланат. Төмөндөгү ар бир сан үчүн организмдин түрү, таасирдин узактыгы жана өлчөнгөн көрсөткүчү зарыл, анткени бул маалыматтарды алып салуу түшүнбөстүктүн жайылышына алып келет.

Заманбап изилдөөлөрдөгү эң сезгич жооп суу бүргөсүндө байкалган. 2023-жылы Daphnia magna үчүн уулуу таасирлерди изилдөөдө 48 сааттык кыймылсыздануу EC50 көрсөткүчү литрине 61.5 микрограмм (0.062 mg/L), ал эми 24 сааттык LC50 көрсөткүчү 0.149 mg/L болгону билдирилген. Литрине 4.7 микрограммдан жогору концентрацияларда физиологиялык жана көбөйүүгө байланышкан таасирлер байкалган. Акыркы концентрация — авторлордун статистикалык талдоосу боюнча таасир байкалган деңгээл, жөнгө салуучу органдар белгилеген таасирсиз концентрация эмес. Ошентсе да жалпы көрүнүш айкын: кладоцералар лабораторияда адатта кошулган боёктун деңгээлинен кыйла төмөн концентрацияларга жооп берет.

Балыктар боюнча маалыматтар шартка көз каранды көрүнүштү көрсөтөт. Курч жана субөнөкөт сыноолордо жоон баштуу минноу балыгынын личинкалары үчүн 96 сааттык LC50 мааниси 20 C температурада 45 mg/L, 25 C температурада 15 mg/L болгон. Лабораториялык жарыкта жети күндүк өнөкөт таасирдин маанилери жашап калуу үчүн болжол менен 2.1 mg/L, өсүү үчүн 0.6 mg/L болгон. Температура жана жарык натыйжаны өзгөрткөн. Бул маанилүү, анткени боёктун түсү өзү да жарыктын сууга өтүшүн өзгөртөт.

OECD ыкмасына окшош бир сыноо сериясында баштапкы продуценттер үчүн көрсөткүчтөр бир орундуу төмөн маанилердин аралыгында болгон. 24төн 96 саатка чейинки таасирде Chlorella vulgaris үчүн EC50 маанилери болжол менен 62ден 5.4 mg/Lге чейин төмөндөгөн, ал эми Spirulina platensis үчүн болжол менен 5.8ден 1.1 mg/Lге чейин төмөндөгөн. Акыркысы эукариоттук балыр эмес, цианобактерия. Vibrio harveyi менен жүргүзүлгөн кыска деңиз бактериялык сыноосунда ажырабаган боёк үчүн 15 мүнөттүк биолюминесценция EC50 көрсөткүчү болжол менен 18 mg/L болгон. Бул ылайдын ишинин басаңдашын эмес, бактериялардын курч жообун сүрөттөйт.

Бир жыйынтык тазалоо инженерлеринин өзгөчө көңүл буруусуна татыктуу. Аммиакты кычкылдандыруучу микроорганизмдердин сезгичтиги кескин айырмаланган: Nitrosopumilus maritimus археясы 0.010 mg/Lде аммиакты кычкылдандыруу активдүүлүгүнүн болжол менен 65 пайызын жоготкон, ал эми Nitrosococcus oceani бактериясында ушуга окшош таасир үчүн салыштырма басаңдатуу сыноолорунда болжол менен 10 mg/L талап кылынган. Булар IC50 маанилери эмес, пайыздык басаңдоо боюнча байкоолор. Бирок алар боёк камтыган кандай гана агынды болбосун, нитрификация процессин коргоо зарылдыгын көрсөтөт.

Жөнгө салуучу маалыматтар чектелүү. Метилен көгүнө атайын тиешелүү, текшерилген ЕБнин бирдиктүү суу чөйрөсүндөгү коркунуч классификациясын же ECHAнын жалпыга ачык PNEC маанисин ырастоо мүмкүн болгон жок. Зат ECHA жазууларында бар, бирок ага мындай бирдиктүү сан берилген эмес. Ошондуктан аралаш эриткичтердин коопсуздук маалымат барагынан PNEC маанисин көчүрбөө керек. Улуттук мисал катары, Жаңы Зеландия боёкту Aquatic Chronic 3, H412, суу организмдерине узакка созулган зыяндуу таасир этүүчү зат деп классификациялайт. Бул пайдалуу маалымат, бирок европалык классификация эмес.

Эмне үчүн моделдик булгоочу зат боюнча адабият таасирге кабылуу маалыматтары болуп эсептелбейт

Метилен көгүнүн адсорбция жана фотокатализ журналдарында кеңири колдонулушунун практикалык себептери бар. Ал арзан, түсү күчтүү, суюлтулган суу эритмелери үчүн колдонулган спектрофотометриялык ыкмалар менен оңой көзөмөлдөнөт, күчтүү адсорбцияланат жана фотокатализдик беттер үчүн ISO 10678 аркылуу расмий сыноолордо колдонулуп келген. ISO сыноолору боюнча адабияттын өзүндө адсорбция, боёктун тазалыгы, pH, жарык булагы жана диффузия чоң каталарды жаратары эскертилет; лабораториялар аралык кайталануучулук катасы болжол менен 30 пайыз. Ыңгайлуулук чыныгы шарттарды чагылдыруу дегенди билдирбейт.

Боёк камтыган агынды суулар боюнча жалпы сандар түшүнбөстүктү күчөтөт. Боёо ишканаларынын агынды суулары жөнүндө көп шилтеме берилген серепте боёктордун жалпы концентрациясы болжол менен 10дон 250 mg/Lге чейин экени билдирилген. Бирок бул ар кандай химиялык класстагы боёкторду камтыйт жана аны эч качан метилен көгүнүн концентрациясы катары келтирүүгө болбойт. Ушул конкреттүү боёктун чыныгы өлчөөлөрү кыйла төмөн. Түштүк Африкадагы текстиль агынды сууларын изилдөөдө авторлор тажрыйбалар үчүн үлгүлөргө боёк кошуп, концентрацияны 30 mg/Lге жеткиргенге чейин кирген сууда болжол менен 2.3 mg/L, чыккан сууда 3.2 mg/L табылган. Ал эми Пхукеттеги батикти чайкоо суусунун үлгүсүндө спектрофотометрия жана HPLC менен ырасталган болжол менен 3.6 mg/L болгон. Бул бир орундуу маанилер кетирүү боюнча макалалардагы кадимки 30дан 50 mg/Lге чейинки баштапкы деңгээлдерден бир ондук тартипке төмөн.

Бул адабиятты окуунун эрежеси: билдирилген кетирүү пайызы көрсөтүлгөн баштапкы концентрациядагы лабораториялык сыноо затына карата натыйжалуулукту сүрөттөйт. Таасирге кабылууну баалоо үчүн заттын химиялык формаларын аныктаган үлгү алуу маалыматтары керек. Тиешелүү аналитикалык ыкмалар боюнча булактар жыйынтыктарды билдирүүдө бул айырманы кантип ачык сактоо керектигин баяндайт.

Тазалоо: кетирилди деп айтуудан мурун өлчөнгөн көрсөткүчтү атаңыз

Тазалоонун үч тобу боёкту кетирет жана ар биринде ийгиликти ашыра көрсөтүүнүн өзүнө мүнөздүү жолу бар.

Адсорбция жана биосорбция боёкту суудан катуу затка: көмүргө, чопого, биомассага же ылайга өткөрөт. Чектөө химияда эмес, фазалар ортосундагы өтүүдө. Колдонулган сорбент жок кылынбаса же коопсуз жайгаштырылбаса, боёк дагы эле бар бойдон калат. Процесстин кайтымдуулугу документтештирилген: ультрафильтрация боюнча бир изилдөөдө адсорбция аркылуу баштапкы учурда дээрлик толук кармап калууга жетишилген, андан кийин pH төмөндөтүлүп, боёк десорбция аркылуу кайра алынган. Өзүнчө мембраналык сыноодо адсорбция орундар каныккандан кийин кармап калуу болжол менен 20 пайыздан 2 пайызга жакын деңгээлге түшкөнү көрсөтүлгөн. Алгачкы үлгүлөр мембрананын эмес, сорбенттин ишин өлчөгөн.

Кычкылдануу хромофорду бузат, бирок түстүн жоголушу минералдашуу эмес. Концентрациясы 10дон 30 mg/Lге чейинки эритмелердин Фентон кычкылдануусунда pH 2ден 3кө чейинки шартта бир саатта боёктун 98 пайыздан ашыгы кетирилген, ал эми кычкылтекке болгон химиялык муктаждык болгону 81 пайыздай азайган. Озондоштурууда pH 12де 12 мүнөттө көрүнүүчү түс толук жоголгон, бирок COD болжол менен 65 пайызга азайган. Бул эки сандын ортосундагы айырма Azure аралык заттары жана жарым-жартылай кычкылдануу продуктулары калганын көрсөтөт. Түссүздөнүү, ажыроо, COD азайтуу жана минералдашуу — төрт башка көрсөткүч, аларды эч качан бири-биринин ордуна колдонууга болбойт.

Курамы көзөмөлдөнгөн кирүүчү эритмелерде мембраналар боёкту жогорку деңгээлде кармап кала алат. Мисалы, бир лабораториялык нанофильтрация тажрыйбасында 100 mg/L кирүүчү эритмеден болжол менен 99.8 пайыз кетирилген. Бирок мембраналар андан ары иштетүүнү талап кылган концентрат агымын чыгарат жана иштин башында жарым-жартылай адсорбцияга таянышы мүмкүн. Толук масштабда ырастоо — курамы көзөмөлдөнгөн эритме менен алынган натыйжадан өзүнчө талап.

Лабораториялык жана пилоттук иштер үчүн мунун практикалык кесепеттери так. Тазалоо станциясы суюлтулган көк эритмелерди биологиялык жол менен ажыратат деген божомол менен аларды канализацияга төкпөстөн, боёк калдыктарын өзүнчө сактап, белгилеңиз; ылайга сорбцияланышы ыктымал, бирок жок кылынышы кепилденбейт. Идиштер, өзүнчө чогултуу жана утилизациялоо боюнча практикалык кадамдар лабораториялык калдыктарды иштетүү боюнча колдонмодо берилген. Агынды суунун түсүнө коюлган талаптар, мисалы, Индиядагы текстиль агынды суулары үчүн 150 PCU чеги, метилен көгүнүн концентрациясын эмес, байкалган түстү жөнгө салат. Ошондуктан аралаш агынды сууларда түс бирдиктерин mg/Lге айландыруунун универсалдуу жолу жок.

Так жыйынтык бир абзацка батат. Метилен көгү күчтүү сорбцияланат, көмөкчү шарттарсыз фотолизге жай учурайт, анын стандарттык биологиялык ажыроо баалоосу табылган эмес, жок болуп кетпестен Azure түрлөрүнө же түссүз калыбына келген формага айланат, айрым суу организмдерине 0.1 mg/Lден төмөн деңгээлде зыян келтирет, ал эми башкалары ондогон mg/Lге чыдайт. Өлчөнгөн аз сандагы агынды сууларда ал бир орундуу mg/L деңгээлинде кездешет жана сорбция же кычкылдануу аркылуу кетирүү жөнүндө өлчөнгөн көрсөткүч так аныкталганда гана айтууга болот. Калганынын баары — чыныгы чөйрөдөн алынган үлгү менен текшерилүүнү күтүп жаткан, боёк кошулган колба.