بحث حول تطبيق MGDA-3NA في معالجة المياه

1- مقدمة

مع التطور السريع للتصنيع والتحضر ، أصبح تلوث المياه خطيرًا بشكل متزايد ، لا سيما الضرر الناجم عن أيونات المعادن الثقيلة ، وتحجيم الكالسيوم والمغنيسيوم ، والملوثات العضوية على المسطحات المائية. تعاني طرق معالجة المياه التقليدية مثل الترسيب الكيميائي والتبادل الأيوني وفصل الأغشية من الكفاءة المنخفضة والتكاليف المرتفعة والتلوث الثانوي. في ظل هذه الخلفية ، أصبحت عوامل مخلبية صديقة للبيئة ، نظرًا لكفاءتها العالية وقابليتها للتحلل البيولوجي ، نقطة ساخنة للبحث. MGDA-3NA (ملح ثلاثي الصوديوم حمض الخليك ميثيل جليسين) ، كعامل مخلب أخضر جديد ، يعرض آفاق تطبيق واسعة في معالجة المياه نظرًا لقدرته الممتازة على تعقيد أيونات المعادن ، وقابلية التحلل البيولوجي ، والود البيئي.

2. الخصائص الكيميائية لل MGDA-3NA

MGDA-3NA هو عامل مخلب حمض أمينوكربوكسيلي مع الصيغة الكيميائية * * C7H8NNa3O6 * *. يحتوي تركيبه الجزيئي على ثلاث مجموعات من الأحماض الكربوكسيلية ومجموعة أمينية واحدة ، قادرة على تشكيل مجمعات مستقرة وقابلة للذوبان في الماء مع أيونات معدنية من خلال التنسيق متعدد المستويات. وتشمل ميزاته:

قدرة مخلبية عالية: ثابت تعقيده للأيونات المعدنية مثل Ca² ⁺ و Mg² ⁺ و Fe³ ⁺ و Cu² ⁺ و Pb² ⁺ أعلى بكثير من العوامل المخلبية التقليدية مثل EDTA و NTA.

التحلل البيولوجي: في اختبار OECD 301B القياسي ، يتحلل أكثر من 80 ٪ في غضون 28 يومًا ، وهو أعلى بكثير من EDTA (وهو غير قابل للتحلل تقريبًا).

مقاومة درجات الحرارة العالية والقدرة على التكيف مع درجة الحموضة الواسعة: تظل مستقرة ضمن نطاق درجة الحموضة من 2-12 ، مما يجعلها مناسبة لمعالجة مياه الصرف الحمضية أو القلوية.

3. التطبيقات الرئيسية لل MGDA-3NA في معالجة المياه

3.1 إزالة المعادن الثقيلة من مياه الصرف الصناعي

يعد تلوث المعادن الثقيلة مشكلة رئيسية في مياه الصرف الصحي الناتجة عن صناعات مثل الطلاء الكهربائي والتعدين وتصنيع البطاريات. يمكن لـ MGDA-3NA تحويل أيونات المعادن الثقيلة الحرة (مثل Cd² ⁺ و Hg² ⁺ و Ni² ⁺) إلى مجمعات قابلة للذوبان من خلال عملية إزالة معدن ثقيل ، والتي يمكن إزالتها بعد ذلك من خلال الترسيب أو فصل الأغشية. فمثلا:

معالجة مياه الصرف الصحي بالكهرباء: يمكن أن تؤدي إضافة MGDA-3NA (0.5-2 جم / لتر) إلى تحقيق معدل إزالة أيونات النحاس بأكثر من 95 ٪ وتقليل حجم الحمأة بنسبة 30 ٪.

مقارنة بـ EDTA ، فإن MGDA-3NA أكثر كفاءة في الجرعات المنخفضة ، ويمكن أن تتحلل المخلفات لاحقًا من خلال المعالجة البيولوجية ، مما يمنع التراكم البيئي على المدى الطويل.

3.2 المقياس وتثبيط التآكل

في تعميم أنظمة مياه التبريد ومياه الغلايات ، تشكل أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم بسهولة مقياس كربونات أو كبريتات. MGDA-3NA يحقق تثبيط النطاق الديناميكي عن طريق مخلب Ca² ⁺ / Mg² ⁺ ومنع نمو التنوي البلوري:

البيانات التجريبية: عند 80 درجة مئوية وتركيز Ca² ⁺ 500 مجم / لتر ، 10 مجم / لتر من MGDA-3NA قلل من التحجيم بنسبة 90 ٪.

التأثير التآزري: يؤدي الجمع بين حمض البولي أكريليك (PAA) إلى زيادة تثبيط النطاق وإطالة عمر المعدات.

3.3 المنظفات والطباعة والصباغة معالجة مياه الصرف الصحي

المنظفات phosphorus-containing التقليدية يمكن أن يؤدي بسهولة إلى التخثث من المسطحات المائية. MGDA-3NA ، كعامل مخلب خالية من الفوسفور ، يمكن أن تحل محل STPP (ترايبوليفوسفيت الصوديوم):

إزالة اللون من الطباعة والصباغة مياه الصرف الصحي: المجمع الذي شكلته MGDA-3NA و Fe² ⁺ يحفز HO₂ لإنتاج جذور الهيدروكسيل ، والأصباغ آزو المهينة (مثل رد الفعل الأسود 5) مع كفاءة إزالة اللون تتجاوز 85 ٪.

سمية بيولوجية منخفضة: منتجات تحللها أقل سمية بكثير للكائنات الحية الدقيقة المائية من NTA.

3.4 معالجة التربة ومعالجة مياه الصرف الصحي المشعة

ترشيح التربة: يمكن لحلول MGDA-3NA استخراج Cd و Pb من التربة الملوثة ، بكفاءة استخراج 20 ٪ -40 ٪ أعلى من حمض الستريك.

معالجة النفايات النووية: تتمتع MGDA-3NA بقدرة مخلبية قوية للمعادن المشعة مثل اليورانيوم (UO ² ⁺) والبلوتونيوم (Pu⁴ ⁺) ، مما يقلل من هجرتها إلى البيئة.

4. تحليل الفوائد البيئية والاقتصادية

الفوائد البيئية: يحتوي MGDA-3NA على LD50 (جرعة فموية في الفئران) تبلغ > 2000 مجم / كجم ، مما يجعلها مادة منخفضة السمية. منتجات تحللها هي ثاني أكسيد الكربون والماء.

مقارنة التكلفة: على الرغم من أن سعر الوحدة أعلى قليلاً من سعر EDTA ، إلا أن استخدامه ينخفض بنسبة 30 ٪ -50 ٪ ، مما يؤدي إلى انخفاض تكاليف العلاج الإجمالية.

5. التحديات والآفاق

حاليًا ، يقتصر الترويج لـ MGDA-3NA على:

1 - قد تتداخل التركيزات العالية مع المعالجة الكيميائية الحيوية اللاحقة ؛

2. عدم كفاية كفاءة عملية إزالة معدن ثقيل لبعض المعادن الأرضية النادرة (مثل La ⁺).

تتضمن اتجاهات البحث المستقبلية التعديل لتعزيز الانتقائية ، وتطوير التركيبات المعقدة ، وتحسين معلمات العملية.

6- خاتمة

أصبحت MGDA-3NA مادة كيميائية رئيسية في صناعة معالجة المياه نظرًا لكفاءتها العالية وصداقتها للبيئة ووظائفها المتعددة. مع تشديد اللوائح البيئية وتطوير الكيمياء الخضراء ، فإن تطبيقه في معالجة مياه الصرف الصحي من المعادن الثقيلة وأنظمة المياه المتداولة ومعالجة التربة سيتوسع بشكل أكبر ، مما يوفر الدعم الفني الرئيسي للتنمية المستدامة.