मलजल कीचड़ से फॉस्फोरस की अल्ट्रासोनिक पुनर्प्राप्ति

जानने योग्य तथ्य

अल्ट्रासोनिक अवक्षेपण कैसे काम करता है?

अल्ट्रासोनिकेशन नाभिकन और क्रिस्टल वृद्धि को प्रभावित करता है; इस प्रक्रिया को सोनोक्रिस्टलीकरण कहते हैं।
पहला, अल्ट्रासाउंड के प्रयोग से नाभिकन की दर को प्रभावित किया जा सकता है, जिसमें द्रव विलयन से ठोस क्रिस्टल बनते हैं। उच्च शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड कैविटेशन उत्पन्न करता है, जिसमें द्रव माध्यम में निर्वात बुलबुले बढ़ते हैं और अंतःस्फोटित होते हैं। निर्वात बुलबुलों का अंतःस्फोट तंत्र में ऊर्जा प्रविष्ट करता है और क्रांतिक अतिरिक्त मुक्त ऊर्जा को कम करता है। इससे बीजन स्थलों का निर्माण और नाभिकन उच्च दर से तथा यथाशीघ्र शुरू होते हैं। कैविटेशन बुलबुले और विलयन के बीच के अंतरापृष्ठ पर विलेय अणु का आधा भाग विलायक द्वारा विलायकयोजित होता है, जबकि अणु की सतह का शेष आधा भाग कैविटेशन बुलबुले से ढका रहता है, जिससे विलायकयोजन की दर कम हो जाती है। विलेय अणु का पुनः घुलना रुक जाता है, जबकि विलयन में अणुओं का स्कंदन बढ़ जाता है।
दूसरा, सोनिकेशन क्रिस्टल वृद्धि को बढ़ावा देता है। अल्ट्रासोनिक मिश्रण द्रव्यमान अंतरण और अणुओं के समुच्चयन को बढ़ाकर क्रिस्टलों की वृद्धि को बढ़ावा देता है।
सोनिकेशन से प्राप्त परिणामों को सोनिकेशन के मोड द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है:
निरंतर सोनिकेशन:
विलयन का निरंतर अल्ट्रासोनिक उपचार अनेक नाभिकन स्थल उत्पन्न करता है, जिससे बड़ी संख्या में छोटे क्रिस्टल बनते हैं
स्पंदित सोनिकेशन:
स्पंदित / चक्रीय सोनिकेशन के प्रयोग से क्रिस्टल के आकार पर सटीक नियंत्रण संभव होता है
नाभिकन शुरू करने के लिए सोनिकेशन:
जब अल्ट्रासाउंड का प्रयोग केवल क्रिस्टलीकरण प्रक्रिया की शुरुआत के दौरान किया जाता है, तो सीमित संख्या में नाभिक बनते हैं, जिन्हें फिर बढ़ाकर बड़े आकार का किया जाता है।

क्रिस्टलीकरण के दौरान अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग करके क्रिस्टल संरचनाओं की वृद्धि दर, आकार और आकृति को प्रभावित और नियंत्रित किया जा सकता है। सोनिकेशन के विभिन्न विकल्प सोनोक्रिस्टलीकरण प्रक्रियाओं को सटीक रूप से नियंत्रित करने और दोहराने योग्य बनाते हैं।

अल्ट्रासोनिक कैविटेशन

जब उच्च तीव्रता वाला अल्ट्रासाउंड किसी द्रव माध्यम से होकर गुजरता है, तो उच्च दाब (संपीड़न) और निम्न दाब (विरलन) की तरंगें बारी-बारी से द्रव में संचरित होती हैं। जब द्रव से होकर गुजरने वाली अल्ट्रासोनिक तरंग के कारण उत्पन्न ऋणात्मक दाब पर्याप्त बड़ा होता है, तो द्रव के अणुओं के बीच की दूरी, द्रव को अखंड बनाए रखने के लिए आवश्यक न्यूनतम आणविक दूरी से अधिक हो जाती है और फिर द्रव की निरंतरता टूट जाती है, जिससे निर्वात बुलबुले या रिक्तियाँ बनती हैं। इन निर्वात बुलबुलों को कैविटेशन बुलबुले भी कहा जाता है।
उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों, जैसे मिश्रण, परिक्षेपण, पिसाई, निष्कर्षण आदि में प्रयुक्त कैविटेशन बुलबुले इस मान से अधिक अल्ट्रासाउंड तीव्रताओं पर उत्पन्न होते हैं: 10 Wcm². कैविटेशन बुलबुले कई ध्वनिक निम्न-दाब / उच्च-दाब चक्रों के दौरान बढ़ते रहते हैं, जब तक कि वे ऐसे आकार तक नहीं पहुँच जाते जहाँ वे और अधिक ऊर्जा अवशोषित नहीं कर सकते। जब कोई कैविटेशन बुलबुला अपने अधिकतम आकार तक पहुँच जाता है, तो वह संपीड़न चक्र के दौरान तीव्रता से अंतःस्फोटित होता है। किसी क्षणिक कैविटेशन बुलबुले के तीव्र पतन से अत्यधिक तापमान और दाब, दाब और तापमान के अत्यधिक अंतर तथा द्रव जेट जैसी चरम स्थितियाँ उत्पन्न होती हैं। ये बल अल्ट्रासोनिक अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले रासायनिक और यांत्रिक प्रभावों का स्रोत हैं। पतन करते प्रत्येक बुलबुले को एक सूक्ष्म रिएक्टर माना जा सकता है, जिसमें कई हज़ार डिग्री का तापमान और एक हज़ार वायुमंडल से अधिक दाब तात्कालिक रूप से उत्पन्न होते हैं [Suslick et al 1986].

अल्ट्रासोनिक निष्कर्षण ध्वनिक कैविटेशन और उसके जलगतिकीय अपरूपण बलों पर आधारित है

फॉस्फोरस

फॉस्फोरस एक आवश्यक, गैर-पुनरुत्पादनीय संसाधन है और विशेषज्ञ पहले से ही अनुमान लगा रहे हैं कि लगभग 20 वर्षों में विश्व “फॉस्फोरस के चरम बिंदु” पर पहुँच जाएगा, अर्थात वह समय जिसके बाद आपूर्ति बढ़ी हुई माँग को पूरा नहीं कर पाएगी। यूरोपीय आयोग ने पहले ही फॉस्फोरस को एक महत्त्वपूर्ण कच्चे माल के रूप में वर्गीकृत किया है।
सीवेज कीचड़ का उपयोग अक्सर खेतों में फैलाए जाने वाले उर्वरक के रूप में किया जाता है। हालाँकि, चूँकि सीवेज कीचड़ में मूल्यवान फॉस्फेट के साथ-साथ हानिकारक भारी धातुएँ और कार्बनिक प्रदूषक भी होते हैं, इसलिए जर्मनी जैसे कई देश कानून के माध्यम से उर्वरक के रूप में इस्तेमाल किए जा सकने वाले सीवेज कीचड़ की मात्रा को सीमित करते हैं। जर्मनी जैसे कई देशों में उर्वरकों के लिए कड़े नियम हैं, जो भारी धातुओं से होने वाले संदूषण को सख्ती से सीमित करते हैं। चूँकि फॉस्फोरस एक सीमित संसाधन है, इसलिए 2017 का जर्मन सीवेज कीचड़ विनियमन सीवेज उपचार संयंत्र संचालकों के लिए फॉस्फेट का पुनर्चक्रण अनिवार्य करता है।
फॉस्फोरस को अपशिष्ट जल, सीवेज कीचड़ तथा सीवेज कीचड़ के भस्मीकरण से प्राप्त राख से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है।

फॉस्फेट

फॉस्फेट एक अकार्बनिक रसायन है, जो फॉस्फोरिक अम्ल का लवण होता है। कृषि और उद्योग में उपयोग के लिए फॉस्फोरस प्राप्त करने हेतु अकार्बनिक फॉस्फेट का खनन किया जाता है। कार्बनिक रसायन विज्ञान में फॉस्फेट, या ऑर्गेनोफॉस्फेट, फॉस्फोरिक अम्ल का एस्टर होता है।
phosphorous नाम को फॉस्फोरस तत्व (phosphorus, रासायनिक प्रतीक P) के साथ भ्रमित न करें। ये दो अलग-अलग चीज़ें हैं। नाइट्रोजन समूह का बहुसंयोजी अधातु फॉस्फोरस सामान्यतः अकार्बनिक फॉस्फेट चट्टानों में पाया जाता है।
कार्बनिक फॉस्फेट जैव रसायन और जैवभूरसायन में महत्त्वपूर्ण हैं।
फॉस्फेट इस आयन का नाम है: PO₄^3-. दूसरी ओर, फॉस्फोरस अम्ल त्रिप्रोटिक अम्ल H3PO3 का नाम है। यह 3 H⁺ आयनों और एक फॉस्फाइट (PO₃^3-) आयन का संयोजन है।
फॉस्फोरस वह रासायनिक तत्व है जिसका प्रतीक P और परमाणु क्रमांक 15 है। फॉस्फोरस यौगिकों का व्यापक उपयोग विस्फोटकों, तंत्रिका एजेंटों, घर्षण माचिसों, आतिशबाज़ी, कीटनाशकों, टूथपेस्ट और डिटर्जेंट में भी किया जाता है।

स्ट्रुवाइट

स्ट्रुवाइट, जिसे मैग्नीशियम अमोनियम फॉस्फेट (MAP) भी कहा जाता है, एक फॉस्फेट खनिज है, जिसका रासायनिक सूत्र है NH₄MgPO₄·6H₂O. स्ट्रुवाइट ऑर्थोरोम्बिक तंत्र में सफेद से पीलेपन वाले या भूरेपन वाले सफेद पिरामिडाकार क्रिस्टलों के रूप में अथवा पट्टिका जैसे रूपों में क्रिस्टलीकृत होता है। एक नरम खनिज होने के कारण, स्ट्रुवाइट की मोह्स कठोरता 1.5 से 2 और इसका विशिष्ट गुरुत्व कम, 1.7 होता है। उदासीन और क्षारीय परिस्थितियों में स्ट्रुवाइट बहुत कम घुलनशील होता है, लेकिन अम्ल में आसानी से घुल सकता है। स्ट्रुवाइट क्रिस्टल तब बनते हैं जब अपशिष्ट जल में मैग्नीशियम, अमोनिया और फॉस्फेट का मोल अनुपात (1:1:1) होता है। ये तीनों तत्व – मैग्नीशियम, अमोनिया और फॉस्फेट – सामान्यतः अपशिष्ट जल में मौजूद होते हैं: मैग्नीशियम मुख्यतः मिट्टी, समुद्री जल और पेयजल से आता है, अमोनिया अपशिष्ट जल में यूरिया के विघटन से बनता है, और फॉस्फेट भोजन, साबुन तथा डिटर्जेंट से अपशिष्ट जल में आता है। इन तीनों तत्वों की उपस्थिति में, उच्चतर pH मानों, उच्चतर विद्युत चालकता, निम्नतर तापमानों तथा मैग्नीशियम, अमोनिया और फॉस्फेट की उच्चतर सांद्रताओं पर स्ट्रुवाइट बनने की संभावना अधिक होती है। अपशिष्ट जल की धाराओं से स्ट्रुवाइट के रूप में फॉस्फोरस की पुनर्प्राप्ति और इन पोषक तत्वों का कृषि के लिए उर्वरक के रूप में पुनर्चक्रण एक आशाजनक उपाय है।
स्ट्रुवाइट कृषि में उपयोग किया जाने वाला एक मूल्यवान, धीमी गति से पोषक तत्व छोड़ने वाला खनिज उर्वरक है, जिसके लाभों में दानेदार, उपयोग में आसान और गंधरहित होना शामिल है।