नगरीय सीवेज अवमल से फॉस्फोरस की पुनर्प्राप्ति के विभिन्न समाधान

फॉस्फोरस एक अत्यंत महत्वपूर्ण खनिज संसाधन है, जिसकी प्राकृतिक आपूर्ति तेजी से घट रही है। इसलिए, जर्मन सरकार ने एक अध्यादेश द्वारा यह अनिवार्य किया है कि 2029 से सीवेज अवमल में मौजूद फॉस्फोरस का अधिकांश भाग पुनर्प्राप्त किया जाना चाहिए। उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड का उपयोग नगरीय सीवेज अवमल से फॉस्फोरस की पुनर्प्राप्ति को तीव्र करने के विभिन्न विकल्प प्रदान करता है।

सीवेज अवमल उपचार संयंत्र और फॉस्फोरस का पुनर्चक्रण

फॉस्फोरस एक अत्यंत महत्वपूर्ण तत्व है, जिसका व्यापक उपयोग उर्वरक के रूप में और विशिष्ट रसायन तथा औषधि उद्योग में कच्चे माल के रूप में किया जाता है। इसके उपलब्ध संसाधनों के तेजी से घटने के कारण, जर्मन सरकार ने एक कानून लागू किया है, जिसके तहत सभी नगरीय अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों को नगरीय सीवेज अवमल से फॉस्फोरस की पुनर्प्राप्ति के लिए उपाय करने होंगे। उच्च-प्रदर्शन अल्ट्रासाउंड का उपयोग उपचार के विभिन्न विकल्प प्रदान करता है, जो फॉस्फोरस की पुनर्प्राप्ति की दक्षता को काफी बढ़ाते हैं।

अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र अवमल के पाचन और फॉस्फोरस जैसे पोषक तत्वों की पुनर्प्राप्ति में सुधार के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग करते हैं।

फॉस्फोरस की बेहतर पुनर्प्राप्ति के लिए सीवेज अवमल का अल्ट्रासोनिक विघटन

शक्तिशाली अल्ट्रासाउंड तरंगों से सीवेज कीचड़ को विकिरणित करने पर उसमें उपस्थित जैवभार का विघटन बेहतर होता है, यह स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया जा चुका है। अनेक शोध अध्ययनों ने अपशिष्ट सक्रिय कीचड़ के अल्ट्रासोनिक उपचार के लाभ दिखाए हैं और जर्मनी के नगरपालिका अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में विभिन्न औद्योगिक अल्ट्रासाउंड प्रणालियाँ चल रही हैं।
सीवेज कीचड़ में उपस्थित सब्सट्रेटों के अल्ट्रासोनिक पूर्वोपचार से अवायवीय पाचन प्रक्रियाओं पर कई लाभकारी प्रभाव पड़ते हैं। इन लाभों में कणों का आकार घटाना, जल-अपघटन की दर बढ़ाना और हाइड्रॉलिक प्रतिधारण समय कम करना शामिल हैं।
उच्च-तीव्रता / निम्न-आवृत्ति वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों से उत्पन्न कैविटेशनजनित अपरूपण बल कीचड़ के फ्लॉक की आकारिकी और कीचड़ की सूक्ष्मजीवी संरचना को तोड़ते हैं।
Nguyen की शोध टीम ने अपने अध्ययनों में प्रदर्शित किया “कि अल्ट्रासाउंड का उपयोग जैवभार के कणों का आकार घटाने में बहुत प्रभावी है, जिससे अल्ट्रासोनिक विकिरण के संपर्क की अवधि और तीव्रता के अनुपात में कणों का औसत आकार घटकर >78.78% हो जाता है। इससे संकेत मिला कि सोनिकेशन समय और फ्लॉक कणों के आकार के बीच व्युत्क्रम संबंध के आधार पर कीचड़ के कण विघटित हुए और उनका आकार घटा। यह अनुप्रयोग अत्यधिक प्रभावी रहा, जबकि उपचार से पहले कीचड़ के फ्लॉक के अवलोकन से पता चला था कि वे घने और अत्यंत सघन थे तथा अन्य घटकों के साथ-साथ सघन कोर वाले अनेक उपखंडों, कोशिका समूहों, जीवाणु कॉलोनियों, प्रोटोजोआ और तंतुमय जीवाणुओं से बने थे। बहिःस्राव के विश्लेषण से पता चलता है कि अल्ट्रासोनिक प्रक्रिया ने सभी आकारों के कीचड़ फ्लॉक की संरचनात्मक अखंडता को काफी हद तक भंग कर दिया। इष्टतम उपचार परिस्थितियों में फ्लॉक के टुकड़ों का आकार घटकर ≤6.5 μm जितना छोटा हो गया और 20 kHz की निम्न अल्ट्रासाउंड आवृत्ति पर 5–10 min के अल्ट्रासोनिक उपचार के बाद वे कीचड़ की स्लरी में घुल गए।” (Nguyen et al., 2015)
कुशलतापूर्वक विघटित सीवेज कीचड़, अर्थात सोनिकेशन से उपचारित कीचड़, में पृथक्करण गुण काफी बेहतर होते हैं, जिससे जैवभार और जेल-जैसे अंशों तथा पानी से फॉस्फोरस-समृद्ध अंशों को हटाना संभव होता है। अल्ट्रासोनिक कैविटेशन सीवेज कीचड़ में जैवभार की कोशिकीय संरचनाओं को तोड़ता है और बाद में उसे तीन अंशों में अलग करना आसान बनाता है: (i) सेलुलोज-समृद्ध रेशे, (ii) पोषक तत्वों से समृद्ध जेल और (iii) आसानी से किण्वित होने वाला द्रव। कीचड़ के इन तीन अंशों का आगे प्रसंस्करण किया जा सकता है, जैसे फॉस्फोरस की पुनर्प्राप्ति, भारी धातुओं को हटाना आदि।

अल्ट्रासोनिक रूप से तीव्र किया गया फॉस्फोरस का आर्द्र-रासायनिक अवक्षेपण

अल्ट्रासोनिकेशन एक सुप्रसिद्ध तकनीक है, जिसका उपयोग रसायन विज्ञान में लंबे समय से खनिजों, कणों और क्रिस्टलों के सफल तथा प्रभावकारी अवक्षेपण के लिए किया जाता रहा है। सीवेज कीचड़ से फॉस्फोरस की पुनर्प्राप्ति के लिए स्ट्रूवाइट के अवक्षेपण को बढ़ावा देने और उसमें तेजी लाने हेतु सोनिकेशन का उपयोग किया जाता है। स्ट्रूवाइट (मैग्नीशियम अमोनियम फॉस्फेट) एक फॉस्फेट खनिज है जिसका सूत्र है NH₄MgPO₄·6H₂ O, जो अपशिष्ट कीचड़ से बंधित रूप में फॉस्फोरस हटाने का एक सरल समाधान प्रदान करता है।
स्ट्रूवाइट के क्रिस्टलीकरण / अवक्षेपण की प्रक्रिया के दौरान, आयन PO₄^3-, NH₄⁺ और Mg²⁺ स्ट्रूवाइट अवक्षेपण के कारण द्रव अवस्था से तब तक हटते रहते हैं, जब तक अभिक्रिया साम्यावस्था तक नहीं पहुँच जाती।

सूअर पालन के बहिःस्रावों से अवक्षेपित स्ट्रूवाइट क्रिस्टल।
(चित्र और अध्ययन: ©Kim et al. 2017)

जब स्ट्रूवाइट अवक्षेपण प्रक्रिया से पहले कीचड़ के पूर्वोपचार के रूप में अल्ट्रासोनिकेशन का उपयोग किया जाता है, तो अल्ट्रासोनिक रूप से उत्पन्न कैविटेशन आणविक स्तर पर संपूर्ण मिश्रण सुनिश्चित करता है और क्रिस्टल वृद्धि के लिए सक्रिय सतह क्षेत्र प्रदान करता है। बाह्यकोशिकीय और अंतःकोशिकीय पदार्थों के घुलनशील बनने की दर में वृद्धि से स्ट्रूवाइट अवक्षेपण को और लाभ मिलता है, क्योंकि इससे निम्न आयनों की जैवउपलब्धता बढ़ती है: NH₄⁺ और PO₄^3- आयन। सोनिकेशन उपचार से स्लरी में द्रव्यमान स्थानांतरण सुगम होता है, जो अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के कारण होता है।
सोनिकेशन का उपयोग हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण द्रव पर भी किया जा सकता है, जहाँ अल्ट्रासोनिक-सहायता प्राप्त निष्कर्षण और अवक्षेपण द्वारा हाइड्रोथर्मल कार्बनीकरण द्रव से फॉस्फोरस को स्ट्रुवाइट के रूप में पुनर्चक्रित किया जाता है।
सीवेज कीचड़ से फॉस्फोरस की पुनर्प्राप्ति के लिए बड़े पैमाने पर स्ट्रुवाइट अवक्षेपण के बारे में और पढ़ें!

सीवेज कीचड़ से फॉस्फोरस मुक्त करने के लिए सोनो-फेंटन

Gong et al. (2015) के अध्ययन ने सीवेज कीचड़ के विघटन के लिए संयुक्त अल्ट्रासाउंड–फेंटन (जिसे सोनो-फेंटन भी कहा जाता है) पूर्व-उपचार की दक्षता प्रदर्शित की। अल्ट्रासाउंड–फेंटन उपचार के प्रयोग से कार्बन, नाइट्रोजन और फॉस्फोरस के मुक्त होने में उल्लेखनीय वृद्धि हुई। केवल फेंटन उपचार की तुलना में सोनो-फेंटन उपचार से कुल नाइट्रोजन (N) और फॉस्फोरस (P) क्रमशः 1.7 और 2.2 गुना हो गए। स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के आधार पर, सोनो-फेंटन उपचार के बाद कीचड़ में कणों का आकार काफी छोटा और सूक्ष्मसंरचना अधिक ढीली पाई गई। इलेक्ट्रॉन स्पिन अनुनाद का उपयोग करने पर, उच्चतम OH• संकेत तीव्रता फेंटन उपचार में 568.7 से बढ़कर सोनो-फेंटन उपचार के बाद 1106.3 हो गई। इससे प्रदर्शित हुआ कि सोनो-फेंटन उपचार कीचड़ का विघटन प्रेरित करता है और कार्बनिक कार्बन, नाइट्रोजन तथा फॉस्फोरस के मुक्त होने में उल्लेखनीय सुधार करता है।

अल्ट्रासोनिक रूप से तीव्र किए गए सूक्ष्मजीवी ईंधन सेल

सीवेज कीचड़ का अल्ट्रासोनिक पूर्व-उपचार कीचड़ मैट्रिक्स से विभिन्न कार्बनिक यौगिकों के घुलनशील होने को बढ़ावा देता है, जिससे बाद में सूक्ष्मजीवी इलेक्ट्रोहाइड्रोजेनेसिस तेज होता है।
More और Ghangrekar (2010) सूक्ष्मजीवी ईंधन सेल पर सोनिकेशन पूर्व-उपचार के लाभकारी प्रभावों का कारण बढ़ी हुई एंजाइमी गतिविधियों और कोशिकाबाह्य प्रोटीन, पॉलीसैकराइड तथा एंजाइमों की उपलब्धता को मानते हैं। ये पदार्थ अल्ट्रासोनिक सोनोपोरेशन और कोशिका विघटन द्वारा कीचड़ के फ्लॉक की भीतरी परतों से बाहरी परतों में मुक्त होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप सब्सट्रेट उपयोग दक्षता में सुधार होता है। सूक्ष्मजीवी ईंधन सेल से विद्युत प्राप्ति में सुधार के लिए बैक्टीरिया की किसी कोशिकाबाह्य ठोस पदार्थ तक इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित करने की क्षमता में सुधार आवश्यक है। यह कोशिकाबाह्य इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण कोशिका की सतह और ठोस सतह के बीच सीधे संपर्क से या तथाकथित बहिर्जात और अंतर्जात मध्यस्थों के माध्यम से अप्रत्यक्ष रूप से हो सकता है। बैक्टीरिया और इलेक्ट्रोड की सतह के बीच सीधे इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण के लिए इलेक्ट्रॉन को कोशिका की बाहरी झिल्ली तक पहुँचना चाहिए। यह घटना इनोकुलम को दिए गए अल्ट्रासोनिक पूर्व-उपचार के कारण हुई हो सकती है, जब आपूर्ति की गई विशिष्ट ऊर्जा पर्याप्त थी; इस प्रकार अधिक कूलॉम्बिक दक्षता को बढ़ावा मिला।
कीचड़ के उपचार के लिए अल्ट्रासोनिक रूप से तीव्र की गई सूक्ष्मजीवी विद्युत-अपघटन प्रक्रिया को बाद की किण्वन प्रक्रियाओं के साथ जोड़ा जा सकता है।

सीवेज कीचड़ का सोनो-विद्युतरासायनिक उपचार

विद्युत स्कंदन एक सरल प्रक्रिया है, जिसे अपशिष्ट जल पर आसानी से लागू किया जा सकता है और जो बड़ी मात्राओं का कुशल तथा किफायती उपचार संभव बनाती है। अल्ट्रासोनिकेशन इलेक्ट्रोडों पर निष्क्रियकारी परतों का निर्माण रोककर विद्युत स्कंदन प्रक्रियाओं की मुख्य कमी को दूर करने में मदद करता है। समय के साथ इलेक्ट्रोड की सतह पर बनने वाली निष्क्रिय परतें विद्युत स्कंदन प्रणालियों की दक्षता को बहुत कम कर देती हैं। अल्ट्रासाउंड संचालन के दौरान इन निष्क्रियकारी परतों को लगातार हटाने का एक आसान तरीका है, जबकि साथ ही सोनिकेशन विद्युत स्कंदन प्रणालियों की प्रसंस्करण क्षमता बढ़ाता है। अल्ट्रासोनिक तरंगें इलेक्ट्रोड की सतह पर बने अवसादों को तोड़ती हैं और कैविटेशन के दौरान विलयन के भीतर उच्च दाब वाले बिंदु बनाकर प्रदूषकों को हटाने के लिए बड़ी मात्रा में मूलक प्रजातियाँ उत्पन्न करती हैं। विद्युत स्कंदन को अल्ट्रासाउंड के साथ संयोजित करने पर, कैविटेशन या सूक्ष्म प्रवाह द्वारा इलेक्ट्रोड पर नई सतहें बनने के कारण, द्रव्यमान स्थानांतरण दरों में वृद्धि से वितरण परत की मोटाई में कमी और अधिक हो जाती है। विद्युत स्कंदन की तुलना में सोनो-विद्युत स्कंदन में स्कंदक बनने की मात्रा बढ़ती है, और अत्यधिक मिश्रण तथा मुक्त मूलकों के निर्माण से होने वाले ऑक्सीकरण द्वारा ऊर्णन बढ़ता है; इसलिए सबसे कम समय में वांछित दक्षता प्राप्त करना संभव है।
(Moradi et al., 2021)

सोनो-विद्युत रसायन और सोनो-विद्युत स्कंदन के लाभ

“सोनो-विद्युत रसायन में अल्ट्रासोनिक ऊर्जा को एक विद्युत रासायनिक प्रणाली के साथ संयोजित किया जाता है, जिससे कई लाभ मिलते हैं। इनमें इलेक्ट्रोड की सतह से गैस के बुलबुले हटाना, विलयन से गैस निकालना, नर्न्स्ट विसरण परत को बाधित करना, द्विस्तर के आर-पार विद्युत सक्रिय प्रजातियों के द्रव्यमान परिवहन को बढ़ाना तथा इलेक्ट्रोड की सतह को सक्रिय और साफ करना शामिल हैं। विद्युत रसायन में इन लाभों से प्रक्रिया की दक्षताओं (इलेक्ट्रोड और धारा दक्षताओं) में सुधार होता है, विद्युत रासायनिक दरें और प्राप्तियाँ बढ़ती हैं, सेल वोल्टेज और इलेक्ट्रोड अतिविभव घटते हैं, विद्युत निक्षेपित पदार्थों की कठोरता, गुणवत्ता, सरंध्रता और मोटाई में सुधार होता है तथा इलेक्ट्रोड पर मैल जमने और इलेक्ट्रोड की सतह पर गैस निकलने का दमन होता है।” (Foroughi et al., 2021)
सोनो-विद्युत रासायनिक उपकरणों और उनके अनुप्रयोगों के बारे में और पढ़ें!

सीवेज कीचड़ के उपचार के लिए औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रणालियाँ

Hielscher Ultrasonics की उच्च प्रदर्शन वाली प्रणालियाँ अपशिष्ट जल और सीवेज कीचड़ उपचार संयंत्रों में भरोसेमंद ढंग से काम करती हैं। Hielscher की अल्ट्रासोनिक प्रणालियाँ 20kHz पर उच्च शक्ति वाला अल्ट्रासाउंड प्रदान करती हैं, जो तीव्र ध्वनिक कैविटेशन उत्पन्न करता है। हमारे उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासोनिक उपचार के प्रभावों में कोशिका विघटन और विखंडन, उच्च द्रव्यमान स्थानांतरण, विसंक्रमण, बहुलकों का अपघटन, एंजाइमों का मुक्त होना और कीचड़ का समांगीकरण शामिल हैं। उच्च तीव्रता वाला सोनिकेशन ऑक्सीकारक मूलकों के निर्माण और नाभिकन स्थलों की संख्या बढ़ाकर उपचार की दक्षता में सुधार करता है, जिससे बेहतर स्कंदन और ऊर्णन सुनिश्चित होता है। इन तीव्र अल्ट्रासोनिक कैविटेशन बलों और उनके प्रभावों का भरोसेमंद तथा निरंतर उत्पादन, सीवेज कीचड़ से ऊर्जा और पोषक तत्वों की प्राप्ति में सुधार के लिए विभिन्न अनुप्रयोगों में हमारे शक्तिशाली अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरों को एकीकृत करना संभव बनाता है।

• सीवेज कीचड़ का अल्ट्रासोनिक विखंडन
• अल्ट्रासाउंड द्वारा तीव्र किया गया अवायवीय पाचन
• मूल्यवान पोषक तत्वों (फॉस्फोरस, नाइट्रोजन, मैग्नीशियम, कैल्शियम, पोटैशियम आदि) की पुनर्प्राप्ति
• भारी धातुओं जैसे संदूषकों को हटाना

विभिन्न आकारों के प्रवाह-पार रिएक्टरों वाले अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर उपलब्ध कराने वाले Hielscher Ultrasonics के पास आपकी सीवेज कीचड़ उपचार सुविधा के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक अपशिष्ट जल और कीचड़ उपचार प्रणालियाँ हैं।
मॉड्यूलर डिज़ाइन कई अल्ट्रासोनिक इकाइयों को समानांतर रूप से आसानी से स्थापित करने की सुविधा देता है, जिससे किसी भी मात्रा का भरोसेमंद और कुशल उपचार संभव होता है।
Hielscher की उच्च शक्ति / उच्च प्रसंस्करण क्षमता वाली अल्ट्रासोनिक प्रणालियाँ सीवेज कीचड़ में मौजूद जैवभार के उपचार की दक्षता और प्राप्ति बढ़ाती हैं।
हमारे सभी अल्ट्रासोनिकेटरों में उपकरण को उसके स्थान पर ही साफ़ करने की सुविधा (CIP) उपलब्ध है।
कठिन उपचारों के लिए उपयुक्त: सीवेज कीचड़ में अक्सर उच्च सेलुलोज़ सामग्री वाले रेशेदार पदार्थ होते हैं, जिनका विघटन कठिन होता है। Hielscher Ultrasonics के औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 200µm तक के आयामों पर आसानी से निरंतर 24/7 संचालन किया जा सकता है। इससे भी उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोट्रोड उपलब्ध हैं। ऐसे उच्च आयाम सेलुलोज़ और लिग्निन की कोशिकीय संरचना तथा अन्य पदार्थों की मजबूत कोशिका भित्तियों को विघटित करने का एक प्रभावी तरीका हैं। हमारे प्रवाह सेल रिएक्टरों का अनुकूलित डिज़ाइन आदर्श प्रवाह प्रतिरूप और उनमें डाले गए कीचड़ का एकसमान, कुशल अल्ट्रासोनिक उपचार सुनिश्चित करता है।

हम सीवेज कीचड़ संयंत्रों के सिस्टम इंटीग्रेटरों और इंजीनियरों के साथ काम करते हैं

उच्च प्रदर्शन वाली अल्ट्रासोनिक मॉड्यूलर इकाइयों के निर्माता और सिस्टम निर्माता के रूप में, Hielscher Ultrasonics सिस्टम इंटीग्रेटरों के साथ काम करता है। अपशिष्ट जल और सीवेज कीचड़ उपचार संयंत्रों के अधिकांश संचालक ऐसे सिस्टम इंटीग्रेटरों के साथ काम करते हैं, जिन्हें इस प्रकार के शोधन संयंत्रों के डिज़ाइन और स्वचालन का व्यापक अनुभव होता है। हमारे डिज़ाइन इंजीनियरों और तकनीकी इंजीनियरों की टीम लक्षित कीचड़ आयतन के लिए इष्टतम अल्ट्रासोनिक विन्यास की अनुशंसा करती है और सिस्टम की विस्तृत जानकारी, CAD ड्रॉइंग, स्थापना सेवा तथा संचालन प्रशिक्षण प्रदान करती है। इससे सीवेज उपचार संयंत्रों में उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासाउंड का एकीकरण रचनात्मक और लक्ष्य केंद्रित तरीके से किया जा सकता है। यदि आप बेहतर कीचड़ उपचार के लिए हमारे अल्ट्रासोनिक प्रोसेसरों को एकीकृत करने में रुचि रखते हैं, तो कृपया हमसे संपर्क करें!

नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:

Hielscher के अल्ट्रासोनिक सीवेज कीचड़ उपचार सिस्टमों, स्थापना विकल्पों और तकनीकी जानकारी के बारे में अधिक विवरण पाने के लिए अभी हमसे संपर्क करें!