Hóa chất tổng hợp có mặt trong cuộc sống hiện đại – trong thuốc, mỹ phẩm và quần áo của chúng ta – nhưng điều gì sẽ xảy ra với chúng khi chúng đi vào nguồn cung cấp nước đô thị của chúng ta?
Bởi vì những hóa chất này ngoài tầm mắt, ngoài ý nghĩ, chúng tôi cho rằng chúng không thể gây hại cho chúng ta sau khi chúng ta xả chúng xuống bồn rửa chén. Tuy nhiên, hầu hết các cơ sở hạ tầng xử lý nước đều không được thiết kế để loại bỏ các hóa chất hữu cơ tổng hợp như các hóa chất có trong opioid, các sản phẩm chăm sóc cá nhân và dược phẩm.
Do đó, nồng độ dấu vết của các hóa chất đó có mặt trong nước thải: nước thải từ các nhà máy xử lý vào các hồ, sông và suối. Mặc dù được tìm thấy ở nồng độ cực nhỏ, chỉ là nanogram hoặc microgram, độc tính không được hiểu rõ trong cơ thể con người và hệ sinh thái.
Trong thời gian lũ quét, hệ thống xử lý nước có thể trở nên quá tải, cho phép nước thải chưa qua xử lý và hóa chất gia dụng chảy vào các tuyến đường thủy địa phương. Nguồn
Nhà cung cấp hình ảnh: Sarah Bird / Michigan Tech
Tệ hơn nữa, chúng ta thậm chí còn biết ít hơn về tác động lên sức khỏe con người và hệ sinh thái của các sản phẩm phụ được tạo ra trong quá trình xử lý nước oxy hóa tiên tiến; hàng ngàn sản phẩm phụ hóa học có thể được tạo ra chỉ trong vài phút.
Do đó, điều quan trọng là các nhà khoa học và nhà quản lý nhà máy xử lý hiểu các cơ chế mà các sản phẩm phụ hóa học được tạo ra trong quá trình xử lý. Daisuke Minakata, trợ lý giáo sư về kỹ thuật dân dụng và môi trường tại Đại học Công nghệ Michigan, cùng với các đồng tác giả Divya Kamath và Stephen Mezyk, đã tìm cách hiểu những cơ chế đó bằng cách sử dụng acetone như một trường hợp thử nghiệm.
Các tác giả được xây dựng dựa trên một nghiên cứu thử nghiệm năm 1999 về các đường phản ứng acetone trong quá trình điều trị, sử dụng tính toán cơ học lượng tử để dự đoán các sản phẩm phụ hóa học xảy ra khi axeton tan trong quá trình oxy hóa tiên tiến.
Kết quả của họ được công bố trong bài viết, “Làm sáng tỏ các đường phản ứng tiểu học và động học của suy thoái Acetone Hydroxyl Radical gây ra trong quá trình oxy hóa pha nước cao cấp”, trên tạp chí Khoa học môi trường và công nghệ , được xuất bản bởi Hiệp hội hóa học Mỹ.
Mô hình suy thoái
Theo tiêu chuẩn hóa học, axeton có cấu trúc đơn giản. Điều này làm cho nó lý tưởng để mô hình hóa các con đường phản ứng – vô số cách mà một hóa chất có thể phân hủy thành các gốc tự do và các sản phẩm phụ – để dự đoán các sản phẩm phụ và các gốc tự do hình thành.
Minakata nói: “Khi chúng tôi xử lý nước bằng cách sử dụng quá trình oxy hóa hóa học tiên tiến, các chất oxy hóa này phá hủy các hợp chất hữu cơ đích nhưng tạo ra các sản phẩm phụ. “Một số sản phẩm phụ có thể độc hại nhiều hơn hợp chất gốc của chúng. Chúng ta cần hiểu các cơ chế cơ bản về cách sản phẩm phụ được tạo ra và sau đó chúng ta có thể dự đoán những gì được sản xuất từ nhiều hóa chất khác. về công việc tính toán. “
Nhóm nghiên cứu của Minakata đã so sánh kết quả dự đoán của mô hình với 10 sản phẩm phụ được quan sát trong nghiên cứu thực nghiệm năm 1999 và kết quả của mô hình theo dõi chính xác với các đường phản ứng quan sát được.
Quá trình oxy hóa tiên tiến là một cách rất hiệu quả và quan trọng để xử lý nước và nước thải, vì vậy việc sử dụng nó không nên ngưng. Nhiều cộng đồng ở các vùng khô cằn đang cạn kiệt nước và phải tái sử dụng nước thải đã qua xử lý – một quá trình được gọi là tái sử dụng có thể uống trực tiếp. Nếu hóa chất hữu cơ tổng hợp và các sản phẩm phụ bị oxy hóa của chúng không được lấy ra khỏi nước, thì người và động vật sẽ tiêu thụ chúng.
Trong khu vực Great Lakes, các cộng đồng thượng lưu xả nước thải vào hồ và sông. Những người sống ở hạ nguồn sử dụng nước đó; và các quy trình xử lý thông thường hiện có không loại bỏ tất cả các hóa chất hữu cơ một cách hiệu quả. Quá trình oxy hóa tiên tiến có thể nhắm mục tiêu hiệu quả các hóa chất hữu cơ cụ thể để loại bỏ chúng khỏi nước. Mô hình hóa các con đường phản ứng là rất quan trọng để giúp các nhà quản lý xử lý nước hiểu cách tốt nhất để sử dụng con dao như trước đây.
Một hạn chế của công việc là mô hình chỉ áp dụng cho các chất gây ô nhiễm hữu cơ có cấu trúc đơn giản như axeton, chứ không phải là nhiều quá trình phân hủy hóa học. Hóa chất hữu cơ có cấu trúc cực kỳ phức tạp, và chúng ta thiếu khả năng tính toán để tính toán các đường phản ứng. Nhóm của Minakata đã sử dụng siêu máy tính siêu hạng tại Michigan Tech. Superior bối rối trên con đường acetone với hàng trăm phép tính – một số trong số đó có thể mất hơn một tuần.
Phản ứng hóa học xung quanh
Hiểu được cơ chế hình thành sản phẩm phụ hóa học không chỉ quan trọng đối với xử lý nước; nó cũng thúc đẩy những gì chúng ta biết về phản ứng hóa học trong khí quyển và bên trong cơ thể chúng ta.
“Bên trong một giọt nước trong một đám mây, cùng một phản ứng cực đoan đang diễn ra,” Minakata nói. “Trong cơ thể chúng ta, các loài ôxy phản ứng làm tổn thương tế bào người. Nếu bạn uống nhiều rượu, hoặc nếu bạn có quá nhiều ánh nắng, bạn tạo ra các gốc tự do. Các gốc tự do đó làm tổn thương tế bào của bạn và có thể tạo ra các tế bào ung thư. là phổ biến trong các ngành khác nhau. Chúng tôi sử dụng hóa học của các gốc tự do để tiêu diệt hóa chất độc hại ”
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/06/180627160505.htm
