Использование метода динамического рассеяния света для оценки эффективности разделения взвешенных и коллоидных частиц речных вод фильтрацией и центрифугированием

Abstract

Актуальность исследования обусловлена необходимостью контроля полноты разделения взвешенных и коллоидных частиц при использовании методов фильтрации и центрифугирования в ходе анализа химического состава речных вод. Цель: проверить и оценить возможность использования метода динамического рассеяния света для контроля эффективности сепарации взвешенных и коллоидных частиц речных вод фильтрацией и центрифугированием. Объекты: воды рек юга Дальнего Востока РФ с различным уровнем антропогенной нагрузки и ландшафтной структурой водосборов, что ведет к заметным вариациям содержания взвеси и концентрации растворенных, коллоидных и взвешенных форм химических элементов в речных водах. Методы: измерение интенсивности (I) динамического рассеяния света, расчет интенсивности на частицах с определенным размером при помощи прибора Photocor COMPACT Z в нефильтрованных пробах речных вод, а также в фильтратах через капсульные и мембранные фильтры с различной степенью кольматирования и в центрифугатах, полученных при различных режимах. Одновременно определяли содержание суммы взвешенных и крупно-коллоидных частиц в исходных пробах речных вод гравиметрически после фильтрации через мембранные фильтры с размером пор 0,45 мкм. Результаты. Величина интенсивности динамического рассеяния света в нефильтрованных речных водах демонстрирует значимую линейную зависимость от содержания взвеси в интервале 5-150 мг/л, определенной гравиметрически. В фильтратах через мембранный или капсульный фильтр 0,45 мкм интенсивность динамическое рассеяние света не зависит от содержания взвеси в исходных пробах. Анализ распределения интенсивности динамического рассеяния света в зависимости от размера частиц её вызывающих в нефильтрованных пробах и в фильтратах подтверждает относительно близкую эффективность удаления частиц крупнее 0,45 мкм как при фильтрации через мембранный или капсульный фильтры, так и при центрифугировании в течение 30` при 4500 об/мин. Метод динамического рассеяния света позволяет охарактеризовать эффективность сепарации взвешенных и крупно-коллоидных частиц в речных водах от тонких коллоидов и растворенных форм при использовании мембранных и капсульных фильтров, а также центрифугирования. Таким образом, появляется возможность контролировать процессы кольматирования фильтров и выбирать оптимальные методы для разделения взвешенных и коллоидных частиц при химическом анализе речных вод

The relevance of the study is stipulated by the need to control the completeness and accuracy of separation of suspended and colloidal particles using filtration and centrifugation methods during the analysis of chemical composition of river waters. The main aim: to test and evaluate the possibility of using the method of dynamic light scattering to monitor the effectiveness of separation of suspended and colloidal particles of river waters by filtration and centrifugation. Objects: waters of typical rivers of the south of the Russian Far East with different levels of anthropogenic load and landscape structure of watersheds, which leads to obvious variations in the concentration levels of dissolved, colloidal and suspended forms of chemical elements in rivers, as well as to different content and grain size composition of suspended matter. Methods: measurement of the dynamic light scattering intensity, including its size distribution, using the Photocor COMPACT Z device in unfiltered samples of river waters, as well as in the filtrates through capsule and membrane filters with varying degrees of clogging, and in the supernatants obtained under various conditions. At the same time, the sum content of suspended and coarse-colloidal particles in the initial samples of river waters was determined gravimetrically after filtration through membrane filters with a pore size of 0,45 μm. Results. The dynamic light scattering intensity in unfiltered river waters demonstrates a significant linear dependence on the suspension content in the range of 5-150 mg/l, determined gravimetrically. In filtrates via a membrane or capsule filter of 0,45 μm, the dynamic light scattering intensity does not depend on suspension content in the unfiltered samples. Analysis of the size distribution of dynamic light scattering intensity in the unfiltered samples, and in the filtrates confirms the removal efficiency of particles larger than 0,45 μm both at the filtration through membrane or capsule filters, and at the centrifugation for 30' at 4500 rpm. The dynamic light scattering allows characterizing the efficiency of separation of suspended and coarse-colloidal particles in river waters from thin colloids and dissolved forms using membrane and capsule filters, as well as centrifugation. Thus, it becomes possible to control the processes of filters clogging and choose the optimal method for separation of suspended and colloidal particles at chemical analysis of river waters.