Skolvatn frá urðunarstöðum, sem einkennist af flókinni samsetningu og háum styrk mengunarefna, er talið ein af erfiðustu tegundum skólps til að meðhöndla. Undanfarin ár hefur himnuaðskilnaðartækni verið beitt í auknum mæli til háþróaðrar meðferðar á sigvatni. Meðal þeirra hafa nanósíunarhimnur (NF) sýnt ótrúlega frammistöðu vegna mikillar höfnunar þeirra á lífrænum efnasamböndum og tvígildum eða fjölgildum söltum. Hins vegar eru himnufrumur og stífla enn mikilvæg áskorun fyrir stöðugan-langtíma starfsemi. Sóun dregur ekki aðeins úr himnuflæði og eykur rekstrarþrýsting heldur hækkar einnig endurnýjunarkostnaður og orkunotkun, sem hefur bein áhrif á efnahagslega hagkvæmni og sjálfbærni. Hefðbundnar rannsóknir hafa aðallega beinst að stórsæjum rekstrarbreytum eins og þrýstingi, hitastigi og pH, á meðan ör-skilningur á samhengi lífrænna sameindabygginga og óhreinindahegðunar er enn takmarkaður. Til að bregðast við þessu hafa vísindamenn kynnt skammtafræðilegar breytur og QSAR líkön til að kanna gróðursetningaraðferðir á sameindakvarða, sem gefur nýjar leiðir til að spá fyrir um og stjórna himnufótrunum.
Hvað varðar aðferðafræði beindist rannsóknin að fleygðum NF8040 himnum frá skolvatnshreinsistöð í Shanghai. ICP greining staðfesti að fouling var fyrst og fremst af völdum Ca²⁺ og Fe³⁺ jónaútfellingar. Aðsogs- og storkutilraunir voru gerðar með því að nota 15 dæmigerð lífræn litarefni sem fyrirmynd mengunarefna í CaCl₂ og FeCl₃ kerfum til að ákvarða skilvirkni í fjarlægingu. Niðurstöðurnar gáfu til kynna að FeCl₃ kerfið sýndi marktækt meiri skilvirkni lífræns flutnings en CaCl₂ kerfið (meðalfjarlæging: 45,94% á móti 5,50%), með áberandi mun á einstökum sameindum, sem bendir til þess að áhrif lífrænnar uppbyggingar á gróður er mismunandi eftir ólífrænum jónabakgrunni. Skammtaefnafræðilegir útreikningar voru gerðir fyrir 45 sameindafæribreytur, þar á meðal sameindaorku, staðbundnar hleðslur og HOMO/LUMO orku, og QSAR líkön voru sett upp með því að nota skreflega aðhvarf til að skýra áhrif sameindabyggingar á skilvirkni fjarlægingar og gróðurþáttar. Líkönin voru fullgilt með innri kross{10}}fullgildingu, ytri sannprófun og Y-slembivalsprófum, sem sýndu góðan stöðugleika og forspárhæfni. Nánar tiltekið, í CaCl₂ kerfinu, var ELUMO (lægsta óupptekna sameindaorka) skilgreind sem lykilþátturinn sem hefur áhrif á skilvirkni lífrænna flutnings, en í FeCl₃ kerfinu var EB3LYP (heildarsameindaorka, sem endurspeglar sameindastærð) ríkjandi þátturinn. Alls greindust 219 lífræn efnasambönd í sigvatninu, allt frá litlum sameindum (td 1,4-díetýl-2-píperasínóni) til stórra lífrænna-ólífrænna fléttna (td tetrakósametýl-sýklódódekasíloxan). Þessar sameindir reyndust hættara við útfellingu og stíflu þegar þær hafa samskipti við Ca²⁺, sem hefur marktæk áhrif á himnuflæði og endingartíma.
Byggt á þessum niðurstöðum geta QSAR líkön spáð fyrir um hegðun mismunandi lífrænna mengunarefna við gróðursetningarskilyrði, útvegað tæki til að meta líftíma himna og breyta nálguninni frá hvarfgjarnri „hreinsun eftir gróðursetningu“ yfir í fyrirbyggjandi „fyrirbyggjandi forvarnir“. Með því að bera kennsl á sameindaeiginleikana sem hafa tilhneigingu til víxlverkunar við Ca²⁺ og Fe³⁺ er hægt að miða við framtíðarhimnuhönnun með yfirborðsvirkni, vatnssækinni húðun eða breytingum gegn-fótsveiflu. Að auki getur það að samþætta storku- eða aðsogsmeðferðaraðferðir fyrir-meðhöndlun dregið úr innkomu lífrænna efnasambanda sem eru í mikilli-hættu inn í himnukerfið, sem dregur úr gróðursetningu við upptökin. Frekari sameining af skammtaefnafræðilegum breytum og skynjaragögnum á netinu gæti gert kleift að þróa kraftmikla forspárkerfi, auðvelda skynsamlega, aðlögunarhæfa notkun NF himna og stuðla að nákvæmri,-kolefnisstjórnun á sigvatnsmeðferðarkerfum.
Í stuttu máli, nanósíunarhimnur eru ekki aðeins undir áhrifum af hefðbundnum rekstrarbreytum heldur er hún einnig nátengd lífrænum sameindabyggingum og lykiljónum eins og Ca²⁺ og Fe³⁺. Samþætting skammtaefnafræðilegra breytna og QSAR líkans veitir innsýn í framlag flókinna lífrænna mengunarefna til gróðursetningar og býður upp á vísindalegan grunn fyrir fínstillingu himnuefnis, rekstrarstjórnun og skynsamlegri stjórn. Þessi nálgun opnar ný sjónarhorn fyrir sjálfbæra og nákvæma meðhöndlun á sigvatni í urðun.
