ગટરના કાદવમાંથી અલ્ટ્રાસોનિક પદ્ધતિથી ફોસ્ફરસની પુનઃપ્રાપ્તિ

જાણવા યોગ્ય તથ્યો

અલ્ટ્રાસોનિક અવક્ષેપણ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે?

અલ્ટ્રાસોનિકેશન કેન્દ્રક રચના અને સ્ફટિકવૃદ્ધિને અસર કરે છે; આ પ્રક્રિયાને સોનોક્રિસ્ટલાઇઝેશન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
સૌપ્રથમ, અલ્ટ્રાસાઉન્ડના ઉપયોગથી કેન્દ્રક રચનાના દરને પ્રભાવિત કરી શકાય છે, જેમાં પ્રવાહી દ્રાવણમાંથી ઘન સ્ફટિકો રચાય છે. ઉચ્ચ શક્તિનું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ કેવિટેશન ઉત્પન્ન કરે છે, જેમાં પ્રવાહી માધ્યમમાં નિર્વાત પરપોટાઓની વૃદ્ધિ અને અંતઃસ્ફોટ થાય છે. નિર્વાત પરપોટાઓનો અંતઃસ્ફોટ પ્રણાલીમાં ઊર્જા દાખલ કરે છે અને નિર્ણાયક વધારાની મુક્ત ઊર્જા ઘટાડે છે. પરિણામે, બીજાંકુરણ બિંદુઓ અને કેન્દ્રક રચનાનો પ્રારંભ ઊંચા દરે અને સૌથી વહેલા સમયે થાય છે. કેવિટેશન પરપોટા અને દ્રાવણ વચ્ચેના આંતરપૃષ્ઠ પર દ્રાવ્યના અણુનો અડધો ભાગ દ્રાવક દ્વારા દ્રાવકયોજિત થાય છે, જ્યારે અણુની સપાટીના બીજા અડધા ભાગને કેવિટેશન પરપોટો આવરી લે છે, જેથી દ્રાવકયોજનનો દર ઘટે છે. દ્રાવ્યના અણુનું પુનઃદ્રાવણ અટકે છે, જ્યારે દ્રાવણમાં અણુઓનું સ્કંદન વધે છે.
બીજું, સોનિકેશન સ્ફટિકવૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપે છે. અલ્ટ્રાસોનિક મિશ્રણ દળ સ્થાનાંતરણ અને અણુઓના એકત્રીકરણને વધારીને સ્ફટિકોની વૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપે છે.
સોનિકેશન દ્વારા પ્રાપ્ત પરિણામોને સોનિકેશનની કાર્યપદ્ધતિ દ્વારા નિયંત્રિત કરી શકાય છે:
સતત સોનિકેશન:
દ્રાવણની સતત અલ્ટ્રાસોનિક પ્રક્રિયાથી કેન્દ્રક રચનાનાં ઘણાં સ્થાનો ઉત્પન્ન થાય છે, જેથી મોટી સંખ્યામાં નાના સ્ફટિકો રચાય છે
સ્પંદિત સોનિકેશન:
સ્પંદિત / ચક્રીય સોનિકેશનના ઉપયોગથી સ્ફટિકના કદ પર ચોક્કસ નિયંત્રણ રાખી શકાય છે
કેન્દ્રક રચનાનો પ્રારંભ કરવા માટે સોનિકેશન:
જ્યારે સ્ફટિકીકરણની પ્રક્રિયાની શરૂઆત દરમિયાન જ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે મર્યાદિત સંખ્યામાં કેન્દ્રકો રચાય છે, જે પછી મોટા કદ સુધી વૃદ્ધિ પામે છે.

સ્ફટિકીકરણ દરમિયાન અલ્ટ્રાસોનિકેશનનો ઉપયોગ કરીને સ્ફટિકીય સંરચનાઓના વૃદ્ધિદર, કદ અને આકારને પ્રભાવિત અને નિયંત્રિત કરી શકાય છે. સોનિકેશનના વિવિધ વિકલ્પો સોનોક્રિસ્ટલાઇઝેશન પ્રક્રિયાઓને ચોકસાઈથી નિયંત્રિત કરી શકાય તેવી અને પુનરાવર્તિત કરી શકાય તેવી બનાવે છે.

અલ્ટ્રાસોનિક કેવિટેશન

જ્યારે ઉચ્ચ તીવ્રતાનું અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પ્રવાહી માધ્યમમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે પ્રવાહીમાં ઉચ્ચ દબાણના (સંકોચન) અને નીચા દબાણના (વિરલન) તરંગો વારાફરતી પસાર થાય છે. જ્યારે પ્રવાહીમાંથી પસાર થતા અલ્ટ્રાસોનિક તરંગને કારણે ઉત્પન્ન થતું ઋણ દબાણ પૂરતું મોટું હોય છે, ત્યારે પ્રવાહીના અણુઓ વચ્ચેનું અંતર પ્રવાહીને અખંડ રાખવા માટે જરૂરી લઘુતમ આણ્વિક અંતર કરતાં વધી જાય છે, અને ત્યારબાદ પ્રવાહીનું સાતત્ય તૂટે છે, જેથી નિર્વાત પરપોટા અથવા પોલાણો રચાય છે. તે નિર્વાત પરપોટાઓને કેવિટેશન પરપોટા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે.
મિશ્રણ, વિક્ષેપણ, પીસવાની પ્રક્રિયા, નિષ્કર્ષણ વગેરે જેવા પાવર અલ્ટ્રાસોનિક અનુપ્રયોગો માટે ઉપયોગમાં લેવાતા કેવિટેશન પરપોટા ઉત્પન્ન થાય ત્યારે અલ્ટ્રાસાઉન્ડની તીવ્રતા આ મૂલ્યથી વધુ હોય છે: 10 Wcm². પોલાણના પરપોટા અનેક ધ્વનિજન્ય ઓછા દબાણ / ઊંચા દબાણના ચક્રો દરમિયાન વધતા રહે છે, જ્યાં સુધી તેઓ એવા કદ સુધી ન પહોંચે કે ત્યારબાદ વધુ ઊર્જા શોષી ન શકે. જ્યારે પોલાણનો પરપોટો તેના મહત્તમ કદ સુધી પહોંચે છે, ત્યારે સંકોચન ચક્ર દરમિયાન તે પ્રચંડ રીતે અંદરની તરફ ધસી પડીને ફાટે છે. ક્ષણિક પોલાણના પરપોટાના આ પ્રચંડ પતનથી અત્યંત ઊંચાં તાપમાન અને દબાણ, દબાણ અને તાપમાનના અત્યંત મોટા તફાવતો તથા પ્રવાહીના જેટ જેવા આત્યંતિક સંજોગો સર્જાય છે. આ બળો અલ્ટ્રાસોનિક ઉપયોગોમાં વપરાતી રાસાયણિક અને યાંત્રિક અસરોનો સ્રોત છે. અંદરની તરફ ધસી પડીને ફાટતા દરેક પરપોટાને સૂક્ષ્મ રિએક્ટર તરીકે ગણી શકાય છે, જેમાં અનેક હજાર ડિગ્રીનું તાપમાન અને એક હજાર વાતાવરણ કરતાં વધુ દબાણ તત્કાળ સર્જાય છે [Suslick et al 1986].

અલ્ટ્રાસોનિક નિષ્કર્ષણ ધ્વનિજન્ય પોલાણ અને તેનાથી ઉત્પન્ન થતાં પ્રવાહીગતિક કતરણ બળો પર આધારિત છે

ફોસ્ફરસ

ફોસ્ફરસ એક આવશ્યક, પુનઃઉત્પન્ન ન થઈ શકે એવો સંસાધન છે અને નિષ્ણાતો પહેલેથી જ આગાહી કરે છે કે વિશ્વ આશરે 20 વર્ષમાં “ફોસ્ફરસની ટોચ” પર પહોંચશે, એટલે કે એવો સમય આવશે કે ત્યારથી પુરવઠો વધેલી માંગને પૂરી કરી શકશે નહીં. યુરોપિયન કમિશને ફોસ્ફરસને પહેલેથી જ અતિમહત્ત્વના કાચા માલ તરીકે વર્ગીકૃત કર્યો છે.
ગટરના કાદવનો ખેતરોમાં પાથરીને ખાતર તરીકે ઘણી વાર ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. જોકે, ગટરના કાદવમાં મૂલ્યવાન ફોસ્ફેટ ઉપરાંત હાનિકારક ભારે ધાતુઓ અને કાર્બનિક પ્રદૂષકો પણ હોવાથી, જર્મની જેવા ઘણા દેશો કાયદા દ્વારા ખાતર તરીકે વાપરી શકાય તેવા ગટરના કાદવના જથ્થા પર મર્યાદા મૂકે છે. જર્મની જેવા ઘણા દેશોમાં ખાતર અંગેના કડક નિયમો છે, જે ભારે ધાતુઓથી થતા દૂષણને સખત રીતે મર્યાદિત કરે છે. ફોસ્ફરસ એક મર્યાદિત સંસાધન હોવાથી, 2017ના જર્મન ગટર કાદવ નિયમન મુજબ ગટર શુદ્ધિકરણ સંયંત્રોના સંચાલકોએ ફોસ્ફેટનું પુનઃચક્રણ કરવું જરૂરી છે.
ગંદા પાણી, ગટરના કાદવ તેમજ ભસ્મીકૃત ગટરના કાદવની રાખમાંથી ફોસ્ફરસ પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે.

ફોસ્ફેટ

ફોસ્ફેટ એક અકાર્બનિક રસાયણ છે, જે ફોસ્ફોરિક એસિડનું લવણ છે. કૃષિ અને ઉદ્યોગમાં ઉપયોગ માટે ફોસ્ફરસ મેળવવા અકાર્બનિક ફોસ્ફેટનું ખનન કરવામાં આવે છે. કાર્બનિક રસાયણશાસ્ત્રમાં ફોસ્ફેટ અથવા ઓર્ગેનોફોસ્ફેટ એ ફોસ્ફોરિક એસિડનું એસ્ટર છે.
phosphorous નામને phosphorus તત્ત્વ (રાસાયણિક સંકેત P) સાથે ગૂંચવશો નહીં. આ બે અલગ બાબતો છે. નાઇટ્રોજન સમૂહનું બહુમૂલ્યક અધાતુ તત્ત્વ ફોસ્ફરસ સામાન્ય રીતે અકાર્બનિક ફોસ્ફેટ ખડકોમાં જોવા મળે છે.
કાર્બનિક ફોસ્ફેટ જૈવરસાયણશાસ્ત્ર અને જૈવભૂરાસાયણશાસ્ત્રમાં મહત્ત્વપૂર્ણ છે.
ફોસ્ફેટ એ PO₄^3- આયનનું નામ છે. બીજી તરફ, ફોસ્ફોરસ એસિડ એ ત્રિપ્રોટિક એસિડ H3PO3નું નામ છે. આ 3 H⁺ આયન અને એક ફોસ્ફાઇટ (PO₃^3-) આયનનું સંયોજન છે.
ફોસ્ફરસ એ રાસાયણિક તત્ત્વ છે, જેનો સંકેત P અને પરમાણુ ક્રમાંક 15 છે. ફોસ્ફરસનાં સંયોજનોનો વિસ્ફોટકો, ચેતાતંત્ર પર અસર કરતા રાસાયણિક એજન્ટો, ઘર્ષણથી સળગતી દીવાસળીઓ, ફટાકડા, જંતુનાશકો, ટૂથપેસ્ટ અને ડિટર્જન્ટમાં પણ વ્યાપક ઉપયોગ થાય છે.

સ્ટ્રુવાઇટ

સ્ટ્રુવાઇટ, જેને મેગ્નેશિયમ એમોનિયમ ફોસ્ફેટ (MAP) પણ કહેવામાં આવે છે, તે એક ફોસ્ફેટ ખનિજ છે અને તેનું રાસાયણિક સૂત્ર છે NH₄MgPO₄·6H₂O. સ્ટ્રુવાઇટ ઓર્થોરોમ્બિક પ્રણાલીમાં સફેદથી પીળાશ પડતા અથવા કથ્થાઈ છાંટવાળા સફેદ પિરામિડ આકારના સ્ફટિકો તરીકે અથવા પાતળી તકતી જેવા સ્વરૂપોમાં સ્ફટિકીકરણ પામે છે. સ્ટ્રુવાઇટ નરમ ખનિજ હોવાથી તેની મોહ્સ કઠિનતા 1.5 થી 2 અને તેનું વિશિષ્ટ ગુરુત્વ ઓછું, એટલે કે 1.7 હોય છે. તટસ્થ અને આલ્કલાઇન પરિસ્થિતિઓમાં સ્ટ્રુવાઇટ ભાગ્યે જ દ્રાવ્ય હોય છે, પરંતુ તેને એસિડમાં સરળતાથી ઓગાળી શકાય છે. ગંદા પાણીમાં મેગ્નેશિયમ, એમોનિયા અને ફોસ્ફેટનો મોલીય ગુણોત્તર (1:1:1) હોય ત્યારે સ્ટ્રુવાઇટના સ્ફટિકો બને છે. આ ત્રણેય તત્ત્વો – મેગ્નેશિયમ, એમોનિયા અને ફોસ્ફેટ – સામાન્ય રીતે ગંદા પાણીમાં હાજર હોય છે: મેગ્નેશિયમ મુખ્યત્વે માટી, દરિયાના પાણી અને પીવાના પાણીમાંથી આવે છે, ગંદા પાણીમાં રહેલા યુરિયાના વિઘટનથી એમોનિયા ઉત્પન્ન થાય છે, અને ખોરાક, સાબુ તથા ડિટર્જન્ટમાંથી ફોસ્ફેટ ગંદા પાણીમાં આવે છે. આ ત્રણેય તત્ત્વોની હાજરીમાં, વધુ ઊંચાં pH મૂલ્યો, વધુ ઊંચી વિદ્યુતવાહકતા, નીચાં તાપમાનો અને મેગ્નેશિયમ, એમોનિયા તથા ફોસ્ફેટની વધુ ઊંચી સાંદ્રતાઓ પર સ્ટ્રુવાઇટ બનવાની શક્યતા વધુ હોય છે. ગંદા પાણીના પ્રવાહોમાંથી સ્ટ્રુવાઇટના રૂપમાં ફોસ્ફરસની પુનઃપ્રાપ્તિ અને આ પોષક તત્ત્વોને કૃષિ માટે ખાતર તરીકે પુનઃચક્રિત કરવાની પદ્ધતિ આશાસ્પદ છે.
સ્ટ્રુવાઇટ કૃષિમાં વપરાતું મૂલ્યવાન, ધીમે ધીમે પોષક તત્ત્વો મુક્ત કરતું ખનિજ ખાતર છે, જેના ફાયદાઓમાં દાણાદાર સ્વરૂપ, ઉપયોગમાં સરળતા અને ગંધરહિતતા સામેલ છે.