ভূমিকা
পলিমারিক ঝিল্লির তুলনায় তাদের যান্ত্রিক শক্তি, রাসায়নিক প্রতিরোধ, তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং দীর্ঘ পরিষেবা জীবনের জন্য সিরামিক ঝিল্লিগুলি জল এবং বর্জ্য জল চিকিত্সার জন্য একটি পছন্দের প্রযুক্তিতে পরিণত হয়েছে। কিন্তু যে কোনো ঝিল্লি প্রক্রিয়ার মতো, সিরামিক ঝিল্লি একটি ক্রমাগত সমস্যায় ভোগে: ফাউলিং, বিশেষ করে দ্রবীভূত এবং ম্যাক্রোমোলিকুলার জৈব পদার্থ যেমন হিউমিক অ্যাসিড, প্রোটিন এবং প্রাকৃতিক জৈব পদার্থ (NOM)। ফাউলিং পারমিট ফ্লাক্স কমায়, শক্তি খরচ বাড়ায় এবং ঝিল্লির আয়ু কমিয়ে দেয়।
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে আবির্ভূত হওয়ার আরও প্রতিশ্রুতিবদ্ধ সমাধানগুলির মধ্যে একটি হল ন্যানোবাবল (এবং মাইক্রো-ন্যানোবাবল, MNB) জেনারেটরের সাথে সিরামিক মেমব্রেন যুক্ত করা। এই সংমিশ্রণটি পরিস্রাবণের সময় ফাউলিং প্রতিরোধ করতে এবং ইতিমধ্যেই ফাউল করা ঝিল্লি পরিষ্কার করতে উভয়ই ব্যবহার করা হচ্ছে - এবং কিছু কনফিগারেশনে, ফিডওয়াটারেই জৈব দূষণকারীকে সক্রিয়ভাবে হ্রাস করতে।
Nanobubbles কি?
ন্যানোবাবল হল গ্যাসের বুদবুদগুলি প্রায় 100-200 ন্যানোমিটার থেকে কয়েক মাইক্রোমিটার ব্যাস - প্রচলিত বায়ুচলাচল দ্বারা উত্পাদিত বুদবুদের থেকে অনেক ছোট। তাদের আকারের কারণে, তারা সাধারণ বুদবুদ থেকে খুব আলাদা আচরণ করে:
- তারা দ্রুত ওঠা এবং পপ না.ন্যানোবাবলগুলির প্রায়-নিরপেক্ষ উচ্ছ্বাস থাকে এবং কয়েক সেকেন্ডের পরিবর্তে কয়েক দিন বা সপ্তাহের জন্য জলে ঝুলে থাকতে পারে।
- তারা একটি নেতিবাচক পৃষ্ঠ চার্জ বহন করে, যা তাদের জলে ঝুলে থাকা জৈব ফাউল্যান্ট এবং কণাগুলির সাথে শোষণ করতে এবং যোগাযোগ করতে সহায়তা করে।
- যখন তারা ভেঙে পড়ে, তখন তারা স্থানীয় শিয়ার ফোর্স তৈরি করে এবং কিছু ক্ষেত্রে, প্রতিক্রিয়াশীল অক্সিজেন প্রজাতি (ROS)যেমন হাইড্রোক্সিল র্যাডিকেল (•OH), যা জৈব অণু ভেঙ্গে সাহায্য করতে পারে।
- তারা নাটকীয়ভাবে গ্যাস- থেকে-তরল ভর স্থানান্তর দক্ষতা বৃদ্ধি করে, যা অনেক গুরুত্বপূর্ণ যখন জড়িত গ্যাস ওজোনের মত একটি শক্তিশালী অক্সিডেন্ট হয়।
ন্যানোবাবল জেনারেটরগুলি সাধারণত কয়েকটি প্রক্রিয়ার একটি ব্যবহার করে এই বুদবুদগুলি তৈরি করে: উচ্চ-শিয়ার রোটেশনাল/ভেনচুরি ডিভাইস, চাপযুক্ত দ্রবীভূত-গ্যাস রিলিজ (দ্রবীভূত বায়ু ফ্লোটেশনের মতো), বা অতিস্বনক গহ্বর। ব্যবহৃত গ্যাস হতে পারে সমতল বায়ু/অক্সিজেন, অথবা - আরো আক্রমনাত্মক চিকিৎসার জন্য - ওজোন।
কেন সিরামিক ঝিল্লি সঙ্গে Nanobubbles একত্রিত?
1. পরিস্রাবণের সময় ফাউলিং প্রতিরোধ
মাইক্রো এবং ন্যানো বুদবুদগুলি বিভিন্ন পরিস্রাবণ কৌশলগুলি জুড়ে ঝিল্লি পরিষ্কার করা রোধ এবং সাহায্যকারী ঝিল্লি পরিষ্কারের ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য কার্যকারিতা প্রদর্শন করেছে এবং ক্রসফ্লো পরিস্রাবণে, এই বুদবুদগুলির ব্যবহার ব্যাকওয়াশ করার পরে সিরামিক মেমব্রেন ফ্লাক্স 80% এ পুনরুদ্ধার করেছে।বুদবুদগুলি সাধারণত ফিড স্ট্রীমে প্রবর্তিত হয় বা ব্যাকওয়াশ চক্রের সময় ব্যবহার করা হয়, যেখানে তারা ঝিল্লির পৃষ্ঠকে ঘষে এবং জৈব ফাউল্যান্টের কেক স্তরকে একীভূত করার আগে ব্যাহত করতে সহায়তা করে।
2. উন্নত রাসায়নিক-অভ্যন্তরে-স্থান (সিআইপি) ওজোন দিয়ে পরিষ্কার করা
দ্রবীভূত এবং ম্যাক্রোমলিকুলার জৈব দ্বারা ফাউল করা সিরামিক ঝিল্লির সিআইপি পরিষ্কারের জন্য ন্যানোবাবল জেনারেশনের সাথে ওজোনকে একত্রিত করা সম্ভবত সবচেয়ে গবেষণা করা অ্যাপ্লিকেশন।ওজোন মাইক্রো-ন্যানো-বুদবুদ প্রযুক্তি কার্যকরভাবে ঝিল্লির পৃষ্ঠে ফাউল্যান্ট স্তরের গঠনকে আলগা করতে পারে, ফাউল্যান্টগুলির আনুগত্য হ্রাস করতে পারে এবং সিরামিক ঝিল্লিতে অ্যালুমিনা দ্বারা অনুঘটকের মাধ্যমে উত্পাদিত হাইড্রক্সিল র্যাডিকেলগুলি দূষিত ঝিল্লির গভীর পরিষ্কার করতে পারে৷ন্যানো বুদবুদগুলি ফাউল্যান্ট স্তরটিকে শারীরিকভাবে অপসারণ করার জন্য প্রয়োজনীয় শিয়ার বল প্রদান করে, একই সাথে প্রচলিত বুদবুদ বিস্তারের তুলনায় অনেক বেশি ওজোন ভর স্থানান্তর দক্ষতা অর্জন করে - যার অর্থ কম ওজোন গ্যাস নষ্ট হয় এবং এর বেশির ভাগই আসলে ফাউল্যান্টের সাথে বিক্রিয়া করে।
একটি সম্পর্কিত গবেষণা নির্মিতএকটি অভিনব ওজোন-ন্যানোবাবল জেনারেটর সিস্টেম যা সাধারণত রঞ্জক শিল্পে ব্যবহৃত একটি ফাউলড সিরামিক ঝিল্লি পরিষ্কার করার জন্য, এবং দেখতে পায় যে ঝিল্লির পৃষ্ঠের বৈশিষ্ট্যগুলি উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তিত হয়েছে, কম পৃষ্ঠের রুক্ষতা এবং ফাউল্যান্ট জমে যা পারমাণবিক বল মাইক্রোস্কোপি, স্ক্যানিং, মাইক্রোস্কোপি, এক্সফ্লুস্কোপি{1} এবং ইলেকট্রন দ্বারা নিশ্চিত করা হয়েছে। শক্তি-ডিসপারসিভ স্পেকট্রোস্কোপি।অবশিষ্ট ফাউল্যান্টের ফুরিয়ার-ট্রান্সফর্ম ইনফ্রারেড (FTIR) স্পেকট্রোস্কোপি বৈশিষ্ট্যযুক্ত জৈব স্বাক্ষর দেখিয়েছে - হাইড্রোজেন-বন্ধনযুক্ত গোষ্ঠী এবং অসম্পৃক্ত কার্বন-কার্বন বন্ধন - ওজোন ন্যানো বাবলগুলির সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, যা সহজভাবে বিচ্ছিন্ন করা কমপ্লেক্সগুলিকে ভেঙে দেয় অক্ষত
3. নিম্ন-খরচের বিকল্প হিসাবে বায়ু/অক্সিজেন ন্যানোবাবলস
প্রতিটি অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ওজোন প্রয়োজন হয় না।গাদিমখানি প্রমুখ। পাইলট- এবং বেঞ্চ-স্কেল তদন্তে বায়ু ন্যানো বুদবুদ ব্যবহার করে সিরামিক ঝিল্লির ছিদ্রগুলিকে সফলভাবে খুলে ফেলার প্রমাণ দিয়েছে, পারমিট ফ্লাক্সকে এর আসল মানগুলিতে পুনরুদ্ধার করেছে।এক পরীক্ষায়,হিউমিক অ্যাসিড একটি সিরামিক ঝিল্লিকে 6 ঘন্টার মধ্যে সম্পূর্ণরূপে আটকে দেয়, যা ফ্লাক্সকে প্রায় শূন্যে কমিয়ে দেয়, কিন্তু যখন ফাউল করা ঝিল্লিকে ন্যানোবাবল জল খাওয়ানো হয়, তখন প্রাথমিক ফ্লাক্সটি 2 ঘন্টার মধ্যে পুনরুদ্ধার করা হয় - একটি প্রভাব যা মুক্ত র্যাডিকেলগুলির দ্বারা জৈব পদার্থের ভাঙ্গনের জন্য দায়ী ন্যানোবব্লাস হিসাবে উৎপন্ন হয়এটি পরামর্শ দেয় যে এমনকি ওজোনের মতো শক্তিশালী অক্সিডেন্ট ছাড়াও, ন্যানো বুদবুদগুলির শারীরিক পতন পর্যাপ্ত স্থানীয় প্রতিক্রিয়াশীল প্রজাতি তৈরি করতে পারে যাতে শোষিত জৈবকে হ্রাস করতে সহায়তা করে।
এয়ার ন্যানো বুদবুদগুলি আকর্ষণীয় কারণ তারা সাইটের ওজোন তৈরির মূলধন এবং নিরাপত্তা খরচ- এড়িয়ে যায়, যা এগুলিকে ছোট ট্রিটমেন্ট প্ল্যান্ট বা দুগ্ধ প্রক্রিয়াকরণের মতো শিল্পের জন্য আরও অ্যাক্সেসযোগ্য বিকল্প করে তোলে, যেখানে ন্যানো বুদবুদগুলি প্রবাহকে উন্নত করতে এবং পরিস্রাবণ সময় কমাতেও দেখানো হয়েছে৷
4. ডাউনস্ট্রিম মেমব্রেন প্রসেসের জন্য প্রিট্রিটমেন্ট
ন্যানোফিল্ট্রেশন (NF), এবং ন্যানোবাবল/ওজোন{0}}সহায়ক পন্থাগুলি সেই প্রিট্রিটমেন্ট কতটা ভালভাবে কাজ করে তা উন্নত করতে পারে এমন ন্যানোফিল্ট্রেশনের মতো শক্ত ঝিল্লির আগে সিরামিক ঝিল্লিগুলি একটি প্রিট্রিটমেন্ট পদক্ষেপ হিসাবেও ব্যবহৃত হচ্ছে। পানীয়-জল-উদ্ভিদের বর্জ্য জলের একটি গবেষণায়,একটি হাইব্রিড সিরামিক মেমব্রেন–ন্যানোফিল্ট্রেশন প্রক্রিয়া দ্রবীভূত জৈব কার্বনের জন্য গড় অপসারণের হার 95.60%, UV254 এর জন্য 98.55% (সুগন্ধযুক্ত জৈব সামগ্রীর জন্য একটি প্রক্সি), পরিবাহিতার জন্য 34.50%, এবং ক্যালসিয়ামের উন্নতির জন্য 50.71% {5}% {0}, 4. স্বতন্ত্র ন্যানোফিল্ট্রেশনের উপরে যথাক্রমে 1.40%, 16.37% এবং 10.36%। সিরামিক মেমব্রেন প্রিট্রিটমেন্ট এছাড়াও দূষণকারী ঘনত্বের একটি পরিসীমা জুড়ে ডাউনস্ট্রিম এনএফ মেমব্রেনের অপরিবর্তনীয় ফাউলিং কমিয়েছে এবং ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি স্ক্যান করা নিশ্চিত করেছে যে এই প্রিট্রিটমেন্ট এনএফ মেমব্রেন পৃষ্ঠে ফাউলিং কমিয়েছে।
আলাদাভাবে, সিরামিক ন্যানোফিল্ট্রেশন ঝিল্লির আগে প্রচলিত মাইক্রোফিল্ট্রেশন/আল্ট্রাফিল্ট্রেশন প্রিট্রিটমেন্টের প্রয়োজনীয়তা কমানোর উপায় হিসেবে ওজোন ভিত্তিক সারফেস ফ্লাশিংকে অন্বেষণ করা হয়েছে। ন্যানোফিল্ট্রেশনের আগে মাল্টি-মিডিয়া পরিস্রাবণ, মাইক্রোফিল্ট্রেশন, বা আল্ট্রাফিল্ট্রেশন ব্যবহার করে প্রচলিত প্রিট্রিটেশন উল্লেখযোগ্য মূলধন খরচ, শারীরিক ফুটপ্রিন্ট এবং সিস্টেম জটিলতা যোগ করে, তাই ফিল্টারেশন-ওজোন ভিত্তিক প্রিট্রিটমেন্ট প্রতিস্থাপন করা-বিশেষ করে ওয়াটারপ্রিন্টে খরচ কমানোর একটি আকর্ষণীয় উপায় এবং ফুটপ্রিন্ট পুনর্নির্মাণ।
5. সরাসরি জৈব দূষণকারী অবক্ষয়
ঝিল্লি পরিষ্কারের বাইরে, মাইক্রো-ন্যানোবাবল সিস্টেমগুলি তাদের নিজস্ব অধিকারে একটি উন্নত অক্সিডেশন-সংলগ্ন প্রযুক্তি হিসাবে ক্রমবর্ধমানভাবে অধ্যয়ন করা হচ্ছে৷একটি বর্জ্য জল চিকিত্সা গবেষণায়, একটি অতিরিক্ত অক্সিডেশন প্রক্রিয়ার সাথে একটি হাইড্রোডাইনামিক ক্যাভিটেশন জেনারেটরকে একত্রিত করে 90 মিনিটের মধ্যে মোট জৈব কার্বন অপসারণের দক্ষতা 40.01% বেড়েছে, শুধুমাত্র ক্যাভিটেশন জেনারেটর ব্যবহার করে মাত্র 14.61% এর তুলনায়। এটি চিত্রিত করে যে প্রায়শই ন্যানোব্রাবল প্রক্রিয়ার তুলনায় ন্যানোব্রাবল প্রক্রিয়ার সবচেয়ে ভাল কাজ করে। একটি স্বতন্ত্র চিকিত্সা হিসাবে।
কিভাবে একটি সাধারণ সিস্টেম কাজ করে
একটি সম্মিলিত ন্যানোবাবল-সিরামিক মেমব্রেন সিস্টেম সাধারণত অন্তর্ভুক্ত করে:
- গ্যাস সরবরাহ- পরিবেষ্টিত বায়ু, অক্সিজেন, বা ওজোন -সাইটে উৎপন্ন হয়৷
- ন্যানোবাবল জেনারেটর- একটি ভেঞ্চুরি, শিয়ার-পাম্প, বা চাপযুক্ত-দ্রবীন ইউনিট যা ন্যানো বুদবুদ হিসাবে গ্যাসকে পানিতে প্রবেশ করায়।
- যোগাযোগ/প্রতিক্রিয়া পর্যায়- ন্যানোবাবল-সমৃদ্ধ জল হয় অবিচ্ছিন্নভাবে মেমব্রেন ফিড স্ট্রীমে খাওয়ানো হয়, অথবা পর্যায়ক্রমিক ব্যাকওয়াশ/সিআইপি চক্রে ব্যবহৃত হয়।
- সিরামিক ঝিল্লি মডিউল- সাধারণত অ্যালুমিনা, জিরকোনিয়া, বা টাইটানিয়া-ভিত্তিক টিউবুলার বা সমতল-শীট উপাদান, ক্রসফ্লো বা মৃত-এন্ড মোডে পরিচালিত হয়।
- মনিটরিং- ফ্লাক্স এবং ট্রান্সমেমব্রেন চাপ ট্র্যাক করা হয় কখন একটি ন্যানোবাবল-সহায়ক পরিচ্ছন্নতার চক্রের প্রয়োজন হয়।
সম্মিলিত পদ্ধতির সুবিধা
- উচ্চতর প্রবাহ পুনরুদ্ধারপরিষ্কার করার পরে, প্রায়শই কঠোর রাসায়নিক পরিষ্কারের এজেন্ট ছাড়াই।
- রাসায়নিক ব্যবহার হ্রাস- বিশেষ করে মূল্যবান যেখানে ওজোন ন্যানো বুদবুদগুলি অ্যাসিড/কস্টিক পরিষ্কারের রাসায়নিকের ব্যবহার প্রতিস্থাপন বা হ্রাস করে।
- অক্সিডেন্টের ভাল ভর স্থানান্তর, তাই একই পরিচ্ছন্নতার প্রভাব অর্জনের জন্য কম ওজোন বা বায়ু প্রয়োজন।
- বর্ধিত ঝিল্লি জীবনকালআক্রমনাত্মক রাসায়নিক বা যান্ত্রিক পরিষ্কারের তুলনায় মৃদু, আরও অভিন্ন পরিষ্কারের কারণে।
- প্রিট্রিটমেন্ট পদচিহ্ন সঙ্কুচিত হওয়ার সম্ভাবনাযখন NF বা RO এর মতো শক্ত ঝিল্লির আগে ব্যবহার করা হয়।
সীমাবদ্ধতা এবং খোলা প্রশ্ন
প্রতিশ্রুতিশীল ফলাফল সত্ত্বেও, গবেষকরা কিছু ফাঁক নোট করেছেন:
ফাউলিং নিয়ন্ত্রণে বুদবুদের আকার এবং ঘনত্বের প্রভাব এখনও সম্পূর্ণরূপে বোঝা যায় নি, এবং সর্বোত্তম অপারেটিং প্যারামিটারগুলি সিস্টেম- এবং ফাউল্যান্ট-নির্দিষ্ট হতে পারে।
ওজোন ন্যানোবাবল সিস্টেমগুলির জন্য সতর্কতামূলক উপাদান সামঞ্জস্য পরীক্ষা, অফ-গ্যাস ব্যবস্থাপনা, এবং ওজোনের বিষাক্ততার কারণে নিরাপত্তা নিয়ন্ত্রণ প্রয়োজন।
সর্বাধিক প্রকাশিত ফলাফল বেঞ্চ- বা পাইলট-স্কেল অধ্যয়ন থেকে আসে; বড়-স্কেল, দীর্ঘ-অপারেশনাল ডেটা এখনও সীমিত।
কর্মক্ষমতা জৈব ফাউল্যান্টের প্রকৃতির উপর অনেক বেশি নির্ভর করে (যেমন, হিউমিক অ্যাসিড বনাম প্রোটিন বনাম সিন্থেটিক রঞ্জক), তাই ফলাফলগুলি সর্বদা অ্যাপ্লিকেশন জুড়ে সাধারণীকরণ করে না।
উপসংহার
সিরামিক ঝিল্লির সাথে ন্যানোবাবল জেনারেটরগুলির জোড়া জল এবং বর্জ্য জল চিকিত্সার জন্য ফাউলিং নিয়ন্ত্রণে আরও বাস্তব অগ্রগতির প্রতিনিধিত্ব করে। পরিস্রাবণের সময় ফাউল প্রতিরোধের জন্য ব্যবহার করা হোক না কেন, ওজোন-উন্নত সিআইপি পরিষ্কারের জন্য, বা ন্যানোফিল্ট্রেশনের আগে প্রিট্রিটমেন্ট হিসাবে, প্রযুক্তিটি ন্যানোবাবলের অনন্য পদার্থবিদ্যার ব্যবহার - দীর্ঘ স্থিতিশীলতা, উচ্চ পৃষ্ঠের প্রতিক্রিয়াশীলতা, এবং দক্ষ গ্যাস স্থানান্তর - যাতে রাসায়নিকের ব্যবহার কমাতে, ফ্লুকে প্রসারিত করতে এবং পরিষেবার আয়ু বাড়ানোর জন্য। অন্তর্নিহিত প্রক্রিয়াগুলি আরও ভাল বৈশিষ্ট্যযুক্ত হয়ে উঠলে, এই সংমিশ্রণটি পানীয় জলের চিকিত্সা, শিল্প বর্জ্য জল চিকিত্সা এবং জল পুনঃব্যবহারের অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে বিস্তৃত গ্রহণের সম্ভাবনা রয়েছে।
