ניצול הפוטנציאל של פחמן מופעל בהסרת הורמונים ממקורות מים

האיום הנסתר של הורמונים במים שלנו

זיהום מים התפתח הרבה מעבר לזיהומים גלויים וסדקים תעשייתיים.אחד ממזהמים המגוונים ביותר כיום מגיע הורמונים ותרכובות מרתיעות (EDCs) שמקורן בתרופות, מוצרי טיפול אישיים, הפליאוף החקלאי, ופסולת דלקתית אנושית מתקדמת, אפילו ברמות מעקב של חלקיקים לטריליון, יכול להפריע במערכות ההורמונליות של מחקר מסורתי וחיות בר-חיים מקושרת יש חשיפה כרונית לדגמיית (F17) של חומרים מסוכנים, בעיקר, עם חומרים אדמיניסטרולטיביים פעילים, עם חומרים אלו, אשר נועדו לשלוט בתאים אנושיים, בעיקר, עם חומרים של סרטן אורגניים (D) אשר נועדו לדלקתיים).

הבנת הכימיה של זיהום הורמונלי

הורמונים הם מולקולות אורגניות עם מבנים מורכבים טבעות וקבוצות פונקציונליות שהופכים אותם פעילים ביולוגית בריכוזים נמוכים להפליא.ההורמונים המזוהים ביותר במקורות מים כוללים:0estrone (E1), estradiol (E2), estriol (E3), ואת ethinyllyradiol (EE2)FLT:1LT, כמו גם ורנר כמו גם כמו גם כמו גם ו-rer כמו גם כמו גם כמו גם כמו גם כמו גם כמו טסטוסטרון כמו גם מסלולים אלה.

• (ב) [15] ,0) , ⁇ ⁇ : ⁇ : ⁇ 1 (ה) ,ההתרגשות אנושית של הורמונים טבעיים וסינטטיים ששרדו טיפול ביוב קונבנציונלי.
• (ב) ⁇ :0) ,(Agricultural Runoffure: FLT:1 Livestock Manure המכיל הורמונים טבעיים ממטבוליזם בעלי חיים.
• (ב) ,0) ,5 ,5 , 000 תרופות לא בשימוש שטף שירותים או לשטוף לתוך ניקוז.
• מקור:0 (בקיצור:0) ,001) ייצור תרופות ומוצרים לוואי של ייצור כימי.

ברגע בנהרות, אגמים או מי קרקעיים, הורמונים אלה נמשכים בשל הכדאיות הנמוכה שלהם בתנאים סביבתיים טיפוסיים.טבע השפהופילי שלהם מאפשר להם לצבור רקמות שומן של אורגניזמים מימיים, המוביל ל- biomagnification במעלה שרשרת המזון.עבור בריאות האדם, הדאגה העיקרית היא כרונית, רמה נמוכה באמצעות שתייה.

פחמן פעיל: ספרו של הטבע Reimagined

פחמן מופעל נגזר מחומרי מקור עשיר פחמן - שטח, קליפות קוקוס, עץ או אפונה - העובר הפעלה תרמית או כימית כדי ליצור מבנה ⁇ מאוד.חומר המתקבל יש שטח משטח פנימי עצום, בדרך כלל (FLT:0500 עד 1500 מ"ר לגרם FLT:1) משטח זה הוא מודבק עם קבוצות פונקציונליות כגון carboxyls, phenolsols, ו lacicols עם שילוב של כוחות כימיים ומולקולות עם ⁇ .

מכניזם של הורמון

מנגנון ההסרה הדומיננטי של הורמונים על פחמן מופעל הוא FLT:0adsorptionFLT:1.

1. כוחות וביטאל:0; כוחות ואגאלים: FLT:1 ואק אטרקציות בלתי אורכות בין פני השטח פחמן לבין מולקולה הורמון.כוחות אלה יעילים לתרכובות אורגניות לא קוטביות מעטות כמו סטרואידים.
2. (FLT:0) אינטראקציות ⁇ - ⁇ : FLT:1 טבעות ארומטיות במולקולות הורמון אינטראקציה עם מטוסים גרפיטי בלסילי של פחמן מופעל.זה חזק במיוחד עבור מבנים דמוי אסטרוגן המכיל טבעות בנזנסן.
3. (FLT:0) Hydrogen אגורה: FLT:1 hydroxyl (-OH) וקבוצות פחמן (C=O) הן פחמן והן הורמון יכול ליצור אג"ח מימן, שיפור המודעות להורמונים הקוטביים יותר.
4. (FLT:0) אינטראקציות אלקטרוניקה: 1FLT תלוי ב- pH המים ונקודת אפס מטען של פחמן, מינים הורמונליים מואשמים עשויים להימשך או להדחיק.אפקט זה יכול להיות מכוון על ידי שינוי הכימיה של פני האדמה של פחמן.

ההתפלגות גודל של FLT:0 (FLT:1) היא גם קריטית. מיקרופוחיות (פחות מ 2 nm) הן אידיאליות ללכידת מולקולות הורמון קטנות, בעוד mesopores (2-50 nm) להקל על דיפוזיה וגישה אל פני השטח הפנימי.

סוגים של פחמן בשימוש לטיפול במים

צורות פיזיות שונות של פחמן מופעלות מופרסות בהתאם ליישום:

• <חזק>Powdered Carbon (PAC): חלקיקים (בדרך כלל <0 מ"מ) הוסיף כמגרש ישירות למים.זה מציע שטח חיצוני גבוה וקנטינות מהירות, מה שהופך אותו מתאים לטיפול אצווה או מינון חירום. PAC הוא לעתים קרובות הוסר על ידי סיפלציה או סינון לאחר השימוש.
• (FLT:0)Granular הפעיל פחמן (GAC): ibFLT:1 דגנים Irregular (0.2-5 מ"מ) ארוז לתוך מסננים קבועים של מים עובר דרך המיטה, ומודעות מתרחשת מעל זמן מגע של 10-30 דקות. GAC הוא הצורה הנפוצה ביותר בכורים מים עירוניים ופילטרים של שימוש.
• (FLT:0)Extruded מופעל פחמן:FreaLT:1 אגן Cylindrical נוצר על ידי אבקה מחייבת ועיצוב.אלה מספקים ירידה בלחץ נמוך וכוח מכני גבוה, המשמש בעיקר תהליכים תעשייתיים רצופים.
• (FLT:0)Impregated Carbon:03FLT:1) פחמן מטופל עם כימיקלים (למשל, כסף, יוד או חומצות) כדי לשפר אינטראקציות ספציפיות.

עדויות למחקר ויישומים מלאים

יעילותו של פחמן מופעל להסרת הורמון היא היטב בסקירה עמיתים בספרות.מחקר ציוני על ידי <חזק>Westerhoff et al. (2005) הוכיחו כי GAC סינון בזמן מגע של 10 דקות מושג > 90% של הסרת EE2 ו- E2 מ-Suped River.

ב-[[1624]], העיר של [[המאה ה-[[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] ב[[1924]], [[

ביצועים השוואתיים עם טכנולוגיות אחרות

בעוד שתהליכי חמצון מתקדמים (AOPs) כמו אוזון ו-UV / H2O2 יכולים גם להשפיל הורמונים, הם לעתים קרובות לייצר טרנספורמציה על ידי תוצרי לוואי אשר הרעילות שלהם אינה מובנת לחלוטין. membrane filation (nanofiltration ו- osmosis הפוכה) מציעה דחייה מעולה, אך דורש לחץ גבוה ואנרגיה.

Technology	Removal Efficiency (EE2)	Energy Cost	Byproducts
GAC Fixed Bed	85–95%	Low	None
PAC in Membrane Bioreactor	>95%	Moderate	Minimal
Ozonation	70–90%	High	May form bromate & other DBPs
Nanofiltration	90–99%	High	Concentrated brine

גורמים המשפיעים על הפחתת הורמון הורמונלי

ביצועים אמיתיים של מסנני פחמן מופעלים אינם אחידים.מספר פרמטרים איכותיים של מים ותנאים תפעוליים יכולים לשפר או לעכב מודעות:

חומר אורגני מפוכח (DOM)

באופן טבעי תרכובות אורגניות במים להתחרות עם מולקולות הורמון עבור אתרים מודעות. חומצות הומוריות ו fulvic, נוכח ברוב המים פני השטח, יכול לכבוש מיקרו-פוחיות ולהקטין את היכולת הזמין עבור הורמונים. Pre-טיפול להסרת DOM (למשל, coagulation, flocculation) לפני מגע פחמן הוא לעתים הכרחי כדי לשמר ביצועים פחמן.

pH וכוח Ionic

המטען על פני השטח פחמן ומולקולה הורמון משתנה עם pH. at pH נייטרלי, estradiol הוא במידה רבה לא טעון, כך אינטראקציות לא קוטביות לשלוט. ב pH גבוה (מעל pKa של הקבוצה פנולית, בערך 10.4), estradiol הופך להיות טעון שלילי, ו אלקטרוסטטי ממשטח פחמן טעון דומה יכול להפחית.

טמפרטורה

אדסנסציה היא בדרך כלל אקסותרמית.טמפרטורות גבוהות יותר יכולות להפחית את יכולת שיווי המשקל, אם כי ההשפעה היא צנועה עבור טווח הטמפרטורה הממוקד של רוב מי השתייה.באקלים טרופי, טמפרטורה מוגברת בתוספת עומס גבוה של DOM עשוי לקצר באופן משמעותי את חיי המיטה פחמן.

זמן מגע במיטה ריקה (EBCT)

המים ארוכים יותר נשארים במגע עם הפחמן, יותר זמן למולקולות הורמון כדי לטבול באתרי הפודיקה הפנימיים. EBCT טיפוסי עבור טווח הסרת הורמונים בין 10 ל -30 דקות במסננים GAC. הגדלת EBCT מעבר ל -20 דקות מניבה החזרות אבל עשוי להיות נחוץ לתנאי לא-אידאלי או כאשר מטפלים בתרכובות מאתגרות יותר כמו טסטוסטרון.

חידוש ודיספוסל של פחמן

פחמן מופעל אינו ניתן להפרדה לאחר השימוש.פחמן רווי יכול להיות regenerated תרמי על ידי חימום 800-900 מעלות צלזיוס תחת אוויר מבוקרת desorb או pyrolyze את המודעות אורגנים של המוחות.פח יכול להחזיר 80-95% של מודעות מקוריות שלה, אם כי מבנה פומר עשוי לקלקל לאחר מחזורים מרובים.

גבולות ואתגרים מתקדמים

למרות היתרונות הרבים שלה, פחמן מופעל אינו כדור כסף.

• (FLT:0)תחרות מעמיתים משותפים: אנדרט 1 במים עם חומר אורגני רקע גבוה, הסרת הורמון יכולה לרדת ל 50–70%, הדורש נפח פחמן גדול יותר או החלפת תכופה יותר.
• (FLT:0) אלקטרוניקה מופעלת היא לא אלקטרוניקה; היא מסירת את כל התרכובות האורגניות הקיימות, מה שמוביל למיצוי מהיר אם המים מכילים ריכוזים גבוהים של אורגנים אחרים.
• (FLT:0) הסרת הורמונים מוחלטים: FLT:1 באופן קיצוני או הורמונים קטנים (למשל, מטבוליטים אנדרוגן) עשויים לפרוץ מוקדם יותר בשל רגישות אדפטית חלשה יותר.
• (FLT:0) צמיחה ביולוגית: FLT:1 פילטרים GAC יכול להיות מקוטב על ידי חיידקים, אשר עשוי לפגום קצת הורמונים אבל גם לייצר רזה כי קרישה כי קרישה טרום-כלור או לאחר chlorination לעתים קרובות צריך לשמור על היגיינה.
• (FLT:0)Cost of virgin Carbon:FLT:1) פחמן מופעל באיכות גבוהה המיוצר מפגזי קוקוס או עץ יכול להיות יקר (1,500- €- € 3,500 לטון).

כיוונים עתידיים: Next-Generation Carbon Adsorbents

המחקר רודף שינויים באופן פעיל כדי להתגבר על המגבלות הנוכחיות:

פחמן מעודי

על ידי grafting amine, thiol, או קבוצות cyclodextrin על פני השטח פחמן, מדענים יכולים ליצור אתרי מחייב סלקטיבית מותאם סטרואידים אסטרוגן.לדוגמה, מלכודות פחמן פונקציונליות למחצה לוכדים מולקולות היעד בתוך הציפוי שלה בעוד דוח חומר אורגני גדול יותר. בדיקות ראשוני הראו > 99% של EE2 בריכוזים סביבתיים רלוונטי, עם תחרות מינימלית של DOM.

פחם משותף

שילוב פחמן עם תחמוצות מתכת (למשל, תחמוצת ברזל להתאוששות מגנטית) או להטביע אותו בתוך מלמברנס פולימרי מציע יתרונות תהליך. PAC מגנטי יכול להיות מופרד ו regenerated יותר בקלות, בעוד פחמן-מטמסטרציה אולטרה-מטמברנס לספק סינון ומודעות בו זמנית בשלב אחד.

פחם (BAC)

ביופילים מבוגרים על GAC יכולים ביודמית הורמונים, להאריך את חיי השירות של פחמן. במערכות BAC, פחמן פועל הן כמודעות ומדיום תמיכה עבור ⁇ . גישה היברידית זו הראו תוצאות מבטיחות לטיפול בשפכים עירוניים, עם יעילות הורמונלית נשמרה מעל 90% במשך יותר מ -200 ימים של פעילות רציפה.

הוראות יישום מעשי

עבור כלי מים ומפעילים תעשייתיים בהתחשב פחמן מופעל להסרת הורמונים, השלבים הבאים מומלץ:

1. (FLT:0) ,Conduct a full water Characterization: ⁇ F1) מדד לא רק הורמונים יעד אלא גם pH, DOM, קשיחות וזעזועים כדי לצפות אפקטים תחרותיים.
2. (FLT:0)Perform ספסל או בדיקות טייס: ההרחבה 1 (RSCT) השתמש בבדיקות טורות בקנה מידה קטן (RSSCT) כדי להעריך עקומות פורצות דרך ושיעורי השימוש בפחמן בתנאים ספציפיים לאתר.
3. (FLT:0Select את סוג הפחמן הנכון:FLT:1 עבור זיהום עונתי או זמני, PAC עשוי להיות גמיש יותר עבור טיפול קבוע, מיטות קבוע GAC הם בדרך כלל יותר יעיל עלות.
4. (FLT:0)Monitor פריצת דרך באופן קבוע: FLT:1חיישנים עבור פחמן אורגני מוחלט (TOC) או קליט UV ב 254m יכול לשמש כפרמטרים חלופיים להטענת הורמון.מדת ישירה של פעילות אסטרוגן באמצעות ביוסאות (למשל, כן / Y East Estrogen Screen) מומלץ עבור יישומים קריטיים.
5. (FLT:0)Plan for regeneration orהחלפה:FreaLT:1) לקבוע לוח זמנים המבוסס על נפח טיפול ומטרות איכות יעילות.התחדשות עבור GAC טיפול במים לשתייה בדרך כלל נע בין 6 ל 18 חודשים.

מסקנה: חסיד של Multi-Barrier Protection

פחמן מופעל עומד כאחד הטכנולוגיות המגוון ביותר ומיד מבוזרות לצמצום ריכוזי הורמונים במים.השיא המוכיח שלו ביותר ממאה שנות טיפול במים, בשילוב עם התקדמות מודרנית בכימיה והנדסת תהליכים, הופך אותו לבחירה מצוינת עבור כלי רכב המבקשים להתמודד עם האתגר ההולך וגובר של זיהום אווירי פחמן, בעוד לא ללא מגבלות - במיוחד השקעה של חומר אורגני וצורך עבור חידוש תקופתי - הם יכולים להיות ברורים יותר, כמו גם תהליכים סביבתיים מופעלים, כמו גם לחץ על ידי מערכת הגנה יעילה יותר, ללא ספק, כמו גם על ידי פיתוח, כמו גם על ידי מערכת הגנה יעילה יותר, לחץ אנושי, ללא ספק, כמו גם על ידי מערכת אבטחה גבוהה יותר, כמו גם על ידי פיתוח, ללא מגבלות, כמו גם על ידי מערכת אבטחה גבוהה יותר, ללא מגבלות, כמו גם על ידי פיתוח, לחץ אנושי, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא מגבלות, ללא הגבלת זמן, לחץ אנושי, ללא הגבלת זמן, כולל, כולל, ללא מגבלות, כולל, כולל, ללא הגבלת זמן, לחץ על ידי פיתוח יעיל יותר של תרופות מתקדמות, כולל, כולל, ללא מגבלות, ללא מגבלות, כולל, כולל, כולל, לחץ על פני כדור הארץ, כמו גם על ידי פיתוח, לחץ על ידי פיתוח יעיל יותר, לחץ

מקור:0 (ב) 1

• (ב) EPA: Endocrine Disruption Research)
• (ב) [15] , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (ב) ,0)Koh et al. (2008) - הסרת אסטרוגנים בטיפול במים באמצעות פחמן מופעל 1FLT:1