Байгаль орчин дахь метилений хөх: тархалт ба хувирал, усны организмд үзүүлэх хоруу чанар, бохир усны бодит нөхцөл

Метилений хөхийн нэрээр хоёр өөр төрлийн судалгааны бүтээл нийтлэгддэг. Нэг нь байгаль орчны хэмжилтийн судалгаа: цөөн, тоон өгөгдөлтэй, нөхцөл ба хязгаарлалтаа олонтаа тодотгосон байдаг. Нөгөө нь цэвэрлэгээний судалгаа: асар олон, итгэлтэй дүгнэлттэй, бараг бүхэлдээ лабораторид найруулсан хиймэл уусмалд тулгуурладаг. Хоёр дахь төрлийг эхнийхтэй андуурах нь энэ сэдвийн гол алдаа юм. Будагч бодис зориуд нэмсэн колбонд буй будгийн 95 хувийг зайлуулсан өгүүлэл нь материалын шинж чанарыг харуулсан болохоос байгаль орчин дахь концентрацийг тогтоогоогүй.

Энэ нийтлэлд эдгээрийг тусад нь авч үзнэ. Эхлээд молекул усанд хэрхэн тархаж, хувирдаг, дараа нь хоруу чанарын хэмжсэн үзүүлэлтүүд, эцэст нь бохир усны тоон мэдээлэл үнэндээ юуг илэрхийлдгийг тайлбарлана.

Тархалт ба хувирал: хатуу биетэд наалддаг уусамтгай катион

Метилений хөх амархан уусдаг бөгөөд байгаль орчны ердийн pH-ийн хүрээнд эерэг цэнэгтэй хэвээр байдаг. Лавлах эмхэтгэлүүдэд 25 C-д уусах чанар нь ойролцоогоор 43,600 mg/L гэж дурдсан бөгөөд түүний фотофизикийн талаарх 2025 оны шүүмжлэлт тойм нь будагч бодис ойролцоогоор pH 3.5-аас 11.5 хүртэлх хүрээнд голчлон MB катион хэлбэрээр оршдогийг баталдаг. Иймээс уснаас дэгдэн уурших нь үл ялиг. Гол ач холбогдолтой үйл явц нь сорбц юм.

Катион шинжтэй учраас энэ будагч бодис сөрөг цэнэгтэй гадаргууд, тухайлбал шавар, ёроолын хурдас, лаг, биомасст хүчтэй холбогддог. Лавлах мэдээлэлд ишилсэн хөрсний хуучны судалгаагаар органик бодис, монтмориллонит, каолинитэд хүчтэй сорбцлогдож, зөвхөн багахан хэсгийг нь хандлан гаргаж авах боломжтой байжээ. Мөн шаврын ион солилцооны судалгаанууд энэ механизмыг pH, өрсөлдөгч ионууд, будагч бодисын концентрациас хамаардаг катион солилцоо болохыг шууд харуулдаг. Түгээмэл ишилдэг, ойролцоогоор 8,000 гэсэн тооцоолсон Koc мөн ийм үр дүнг таамагладаг боловч үүнийг хэмжсэн тогтмол бус, ионы шинжтэй будагч бодисын тооцоолсон утга гэж үзэх хэрэгтэй. Уламжлалт Koc хамаарлуудыг саармаг органик бодист зориулан боловсруулсан тул ионуудад муу тохирдог.

Идэвхт лаг биологийн задралгүй байсан ч мөн ийм замаар будагч бодисыг барьж хуримтлуулдаг. Хатаасан лаг дээр хийсэн багц туршилтаар pH 7-д Лангмюрын багтаамж нь нэг грамм лаг тутамд ойролцоогоор 256 mg будагч бодис гэж мэдээлсэн. Харин эсийн гаднах полимер бодис ашигласан хожмын судалгаанд ойролцоогоор 366 mg/g хүрч, хэдхэн минутын дотор тэнцвэр тогтсон. Эдгээр нь цэвэрлэх байгууламжийн зайлуулах хурд биш, лабораторид тогтоосон багтаамжууд юм. Гэхдээ будагч бодисын молекул өөрөө хэвээр үлдсэн ч өнгө нь хатуу фазад шилжин уснаас алга болж болохыг тайлбарладаг.

Нарны гэрэл дангаараа найдвартай зайлуулах хүчин зүйл биш. Метилений хөхийн цэвэрлэгээний судалгааны тоймд катализаторгүй фотолизийн 10 цагийн дараа ердөө ойролцоогоор 8 хувийг зайлуулсан нэг туршилт, мөн үзэгдэх гэрэл ашигласан хэд хэдэн хяналтын туршилтад үл ялиг бууралт гарсан тухай мэдээлжээ. Энэ будагч бодист нарны гэрлийн нөлөөн дор явагдах хагас задралын нийтлэг хугацаа оноож болохгүй. Цацрагийн эрчим, pH, хүчилтөрөгч, умбуур хатуу бодис, өөрөө фотосенсибилизаци үүсгэх явц зэрэг нь бүгд үр дүнг өөрчилдөг.

Биологийн задралын талаарх мэдээллийн гол хэсэгт цоорхой бий. Энэ нийтлэлийг бэлтгэхэд цэвэр метилений хөхийн биологийн хялбар задралыг OECD 301 аргаар шалгасан, ил тод тайлагнасан үр дүн олдсонгүй. Цэвэрлэгээний анхдагч судалгааны өгүүллүүд энэ бодисыг биологийн задралд тэсвэртэй будагч бодисын төлөөлөл гэж тогтмол нэрлэдэг бөгөөд зарим аюулгүй ажиллагааны мэдээллийн хуудсанд биологийн аргаар амархан задардаггүй гэж тэмдэглэсэн байдаг. Гэхдээ аль аль нь стандарт туршилтын өгөгдлийг орлохгүй. Сонгосон бактерийн өсгөвөр болон биохальс нь оновчилсон нөхцөлд будагч бодисын өнгийг арилгах эсвэл түүнийг хувиргах чадвартай. Тиймээс нотолгоогоор хамгаалж болох дүгнэлт хязгаарлагдмал: ерөнхийдөө задралд тэсвэртэй гэж тодорхойлдог боловч стандарт шалгуурыг хангасан эсвэл хангаагүйг батлах утга олдоогүй. Химийн хувирлын талаар илүү сайн тогтоосон мэдээлэл бий. Исэлдэлтийн N-деметилжилт нь эх будагч бодисоос Azure B, Azure A, Azure C, тионин гэсэн ойролцоо дарааллаар явагддаг бол ангижруулах нөхцөлд будагч бодис өнгөгүй лейкометилений хөх болж хувирдаг. Иймээс ангижруулсны дараа ус тунгалаг болсон нь бодис устсаны нотолгоо биш. Өнгө арилсан ч фенотиазины үндсэн бүтэц бүтэн хэвээр байж болно.

Усны организмд үзүүлэх хоруу чанар: нөхцөлтэй нь хамт авч үзэх хэмжсэн үзүүлэлтүүд

Метилений хөхийн экотоксик чанарыг стандарт аргаар судалсан мэдээлэл хомс бөгөөд сүүлийн үеийн үр дүн нь хуучны мэдээллийн сангийн зарим утгаас хэд хэдэн эрэмбээр зөрдөг. Доорх тоо бүрийг организмын зүйл, туршилтын хугацаа, хэмжсэн үзүүлэлттэй нь хамт авч үзэх шаардлагатай. Эдгээрийг орхиход л төөрөгдөл тархдаг.

Орчин үеийн судалгаанд хамгийн өндөр мэдрэг чанар усны бүүрэгт илэрсэн. 2023 онд хийсэн Daphnia magna-д үзүүлэх хорт нөлөөний судалгаанд 48 цагийн хөдөлгөөнгүй болох EC50 нь литр тутамд 61.5 микрограмм (0.062 mg/L), 24 цагийн LC50 нь 0.149 mg/L байсан бөгөөд литр тутамд 4.7 микрограммаас дээш үед физиологи, үржилд нөлөөлсөн гэж мэдээлжээ. Сүүлийн концентраци нь зохиогчдын статистик шинжилгээгээр нөлөө ажиглагдсан түвшин болохоос зохицуулалтын зориулалттай нөлөөгүй концентраци биш. Гэхдээ ерөнхий дүр зураг тодорхой: салаа сахалт хавч хэлбэртнүүд лабораторид зориуд нэмдэг ердийн концентрациас хавьгүй бага түвшинд хариу урвал үзүүлдэг.

Загасны өгөгдөл нь үр дүн нөхцөлөөс хамаардгийг харуулдаг. Цочмог болон дэд архаг туршилтад өртүүлсэн бүдүүн толгойт минноу загасны авгалдайн 96 цагийн LC50 нь 20 C-д 45 mg/L, 25 C-д 15 mg/L байв. Лабораторийн гэрэлтүүлэгтэй нөхцөлд долоо хоногийн архаг нөлөөний утгууд амьд үлдэх чадварын хувьд ойролцоогоор 2.1 mg/L, өсөлтийн хувьд 0.6 mg/L байжээ. Температур, гэрэл үр дүнг өөрчилсөн нь чухал, учир нь будагч бодисын өнгө өөрөө гэрлийн нэвтрэлтийг өөрчилдөг.

OECD-ийн аргачлалтай төстэй нэг цуврал туршилтад анхдагч үйлдвэрлэгчдийн үзүүлэлтүүд бага, нэг оронтой концентрациудын хүрээнд байв. 24-өөс 96 цагийн өртөлтөд Chlorella vulgaris-ийн EC50 ойролцоогоор 62-оос 5.4 mg/L хүртэл буурсан, харин Spirulina platensis-ийнх ойролцоогоор 5.8-аас 1.1 mg/L хүртэл буурчээ. Сүүлийнх нь эукариот замаг бус, цианобактери юм. Vibrio harveyi ашигласан далайн бактерийн богино хугацааны сорилоор задраагүй будагч бодисын 15 минутын биолюминесценцийн EC50 ойролцоогоор 18 mg/L гэж хэмжсэн. Энэ нь лагийн идэвх саатахыг бус, бактерийн цочмог хариу урвалыг илэрхийлнэ.

Нэг үр дүнд цэвэрлэгээний инженерүүд онцгой анхаарах хэрэгтэй. Аммиак исэлдүүлэгч бичил биетнүүдийн мэдрэг чанар маш их ялгаатай байжээ: Nitrosopumilus maritimus архейн аммиак исэлдүүлэх идэвх 0.010 mg/L-д ойролцоогоор 65 хувиар буурсан бол Nitrosococcus oceani бактерид ижил төстэй нөлөө үзүүлэхийн тулд ойролцоогоор 10 mg/L шаардлагатай байсан нь дарангуйлалтыг харьцуулсан туршилтаар тогтоогджээ. Эдгээр нь IC50 утга бус, дарангуйлалтын хувиар илэрхийлсэн ажиглалтууд юм. Гэсэн ч будагч бодис агуулсан аливаа хаягдал усанд нитрификацийн үйл явцыг хамгаалах шаардлагатайг харуулдаг.

Зохицуулалтын мэдээлэл хязгаарлагдмал. Метилений хөхөд зориулсан ЕХ-ны усны орчны аюулын баталгаажсан нэгдсэн ангилал эсвэл ECHA-гийн нийтэд нээлттэй PNEC-ийг баталж чадсангүй. Тус бодис ECHA-гийн бүртгэлд байдаг боловч тэр нэг тоон утга хавсаргагдаагүй тул холимог уусгагчийн аюулгүй ажиллагааны мэдээллийн хуудаснаас PNEC хуулж авч болохгүй. Үндэсний зохицуулалтын жишээ болгон, Шинэ Зеланд энэ будагч бодисыг Aquatic Chronic 3, H412 буюу усны организмд удаан үргэлжлэх хорт нөлөөтэй гэж ангилдаг. Энэ нь хэрэгтэй мэдээлэл боловч Европын ангилал биш.

Загвар бохирдуулагчийн судалгааны бүтээлүүд яагаад өртөлтийн өгөгдөл биш вэ

Метилений хөх практик шалтгаанаар адсорбц болон фотокатализын сэтгүүлүүдэд давамгайлдаг. Хямд, тод өнгөтэй, шингэрүүлсэн усан уусмалын шинжилгээнд ашигладаг спектрофотометрийн аргаар хянахад хялбар, хүчтэй адсорбцлогддог. Түүнчлэн фотокаталитик гадаргууг шалгах ISO 10678 стандартын хүрээнд албан ёсны туршилтад хэрэглэгдэж ирсэн түүхтэй. ISO туршилтын судалгааны бүтээлүүд өөрсдөө адсорбц, будагч бодисын цэвэршилт, pH, гэрлийн эх үүсвэр, диффуз ихээхэн алдаа үүсгэдгийг анхааруулдаг бөгөөд лаборатори хооронд үр дүнг давтан гаргах алдаа ойролцоогоор 30 хувь байдаг. Хэрэглэхэд тохиромжтой байна гэдэг нь бодит нөхцөлийг төлөөлнө гэсэн үг биш.

Будгийн хаягдал усны ерөнхий тоонууд энэ төөрөгдлийг улам нэмэгдүүлдэг. Будах үйлдвэрийн хаягдал усны тухай өргөн ишлэгддэг тоймд нийт будагч бодисын концентраци ойролцоогоор 10-аас 250 mg/L гэж мэдээлсэн. Гэхдээ энэ нь химийн олон төрлийн будагч бодисыг хамарсан тул метилений хөхийн концентраци гэж хэзээ ч ишилж болохгүй. Яг энэ будагч бодисын бодит хэмжилтүүд хавьгүй бага байдаг. Өмнөд Африкийн нэхмэлийн үйлдвэрийн бохир усны судалгаанд зохиогчид туршилтын зорилгоор дээжид будагч бодис нэмж 30 mg/L болгохоос өмнө оролтын усанд ойролцоогоор 2.3 mg/L, гаралтын усанд 3.2 mg/L байсныг тогтоожээ. Харин Пхукетэд авсан батик будгийн зайлах усны дээжид спектрофотометр болон HPLC-ээр баталгаажуулсан ойролцоогоор 3.6 mg/L агуулагдаж байв. Эдгээр нэг оронтой утгууд нь зайлуулах судалгаанд түгээмэл хэрэглэдэг 30-аас 50 mg/L эхний концентрациас нэг эрэмбээр бага юм.

Энэ төрлийн судалгааг унших дүрэм нь: мэдээлсэн зайлуулалтын хувь нь дурдсан эхний концентраци дахь лабораторийн туршилтын бодист үзүүлсэн гүйцэтгэлийг илэрхийлдэг. Өртөлтийг тогтооход химийн хэлбэрүүдийг ялган тодорхойлсон дээжлэлтийн өгөгдөл шаардлагатай. Холбогдох аналитик аргын лавлахууд тайлагнасан үр дүнд энэ ялгааг хэрхэн тодорхой хадгалахыг авч үздэг.

Цэвэрлэгээ: зайлуулсан гэж дүгнэхээсээ өмнө хэмжсэн үзүүлэлтээ нэрлэ

Цэвэрлэгээний гурван бүлэг арга будагч бодисыг зайлуулдаг бөгөөд тус бүр нь амжилтаа хэтрүүлэн үнэлэх өвөрмөц хэлбэртэй.

Адсорбц болон биосорбц нь будагч бодисыг уснаас нүүрстөрөгч, шавар, биомасс эсвэл лаг зэрэг хатуу биет рүү шилжүүлдэг. Хязгаарлалт нь химийн өөрчлөлт бус, фаз хоорондын шилжилт юм. Ашигласан сорбентыг устгах эсвэл найдвартай аргаар зайлуулаагүй л бол будагч бодис хэвээр оршино. Энэ үйл явц буцах боломжтойг баримтжуулсан: нэг ультрафильтрацийн судалгаанд эхний үед адсорбцын ачаар бараг бүрэн барьж үлдээсэн бөгөөд дараа нь pH-ийг бууруулж десорбц явуулан будагч бодисыг буцаан гаргаж авчээ. Өөр нэг мембраны туршилтаар адсорбцын байрлалууд ханасны дараа барьж үлдээх хувь ойролцоогоор 20 хувиас бараг 2 хувь хүртэл огцом буурсан. Эхний дээжүүд мембраны бус, сорбентын үйлчлэлийг хэмжсэн байжээ.

Исэлдэлт хромофорыг устгадаг ч өнгө арилсан нь эрдэсжилт явагдсан гэсэн үг биш. 10-аас 30 mg/L уусмалын Фентоны исэлдэлтээр pH 2-оос 3 нөхцөлд нэг цагийн дотор будагч бодисын 98-аас дээш хувийг зайлуулсан боловч химийн хүчилтөрөгчийн хэрэгцээ ердөө ойролцоогоор 81 хувиар буурчээ. Озонжуулалтаар pH 12-д 12 минутын дотор үзэгдэх өнгө бүрэн арилсан, харин COD ойролцоогоор 65 хувиар буурсан байна. Энэ хоёр тооны зөрүү нь Azure завсрын нэгдлүүд болон дутуу исэлдэлтийн бүтээгдэхүүнүүд үлдэж байгааг илэрхийлдэг. Өнгө арилгах, задрал, COD бууруулах, эрдэсжилт нь дөрвөн өөр үзүүлэлт тул хооронд нь орлуулан хэрэглэж огт болохгүй.

Хяналттай оролтын уусмалын нөхцөлд мембран будагч бодисыг өндөр хувиар барьж үлдээж чаддаг. Үүний нэг жишээ нь лабораторийн нанофильтрацийн туршилтаар 100 mg/L оролтын уусмалаас ойролцоогоор 99.8 хувийг зайлуулсан явдал юм. Гэхдээ мембран нь цаашид зохицуулах шаардлагатай өтгөрсөн урсгал үүсгэдэг бөгөөд ашиглалтын эхний үед үйлчлэл нь зарим талаар адсорбцод тулгуурлаж байж болно. Үйлдвэрлэлийн бүрэн хэмжээний баталгаажуулалт нь хяналттай оролтын уусмалын туршилтын үр дүнгээс тусдаа нотлох шаардлагатай зүйл юм.

Лабораторийн болон туршилтын байгууламжийн ажлын хувьд үүнээс гарах практик үр дагавар тодорхой. Цэвэрлэх байгууламж биологийн аргаар задлах байх гэсэн таамгаар шингэрүүлсэн хөх уусмалыг бохирын шугам руу асгахын оронд будагч бодисын хаягдлыг тусгаарлаж, шошголох хэрэгтэй. Лагт сорбцлогдох магадлал өндөр боловч устах нь баталгаагүй. Сав, тусгаарлалт, зайлуулалтын практик алхмуудыг лабораторийн хаягдалтай харьцах зааварт тайлбарласан. Энэтхэгийн нэхмэлийн үйлдвэрийн хаягдал усны 150 PCU хязгаар зэрэг хаягдал усны өнгөний дүрмүүд метилений хөхийн концентрацийг бус, ажиглагдах өнгийг зохицуулдаг. Тиймээс холимог бохир усанд өнгөний нэгжийг mg/L болгон хөрвүүлэх нийтлэг арга байхгүй.

Бодитой хураангуйг нэг догол мөрөөр багтааж болно. Метилений хөх хүчтэй сорбцлогддог, нэмэлт хүчин зүйлгүй үед фотолиз нь удаан явагддаг, биологийн задралын талаарх стандарт дүгнэлт олдоогүй, алга болохын оронд Azure төрлийн нэгдлүүд эсвэл өнгөгүй ангижирсан хэлбэр болж хувирдаг. Зарим усны организмд 0.1 mg/L-ээс бага концентрацид хортой байхад бусад нь хэдэн арван mg/L-ийг тэсвэрлэдэг. Хэмжилт хийсэн цөөн хаягдал усанд нэг оронтой mg/L түвшинд илэрсэн бөгөөд зөвхөн хэмжсэн үзүүлэлтийг нарийн тодорхойлсон үед л сорбц эсвэл исэлдэлтээр зайлуулсан гэж хэлж болно. Бусад бүх зүйл бол бодит орчны дээжээр шалгуулахаа хүлээж буй, бодис зориуд нэмсэн колбо төдий юм.