تعارف
سیرامک جھلی پانی اور گندے پانی کے علاج کے لیے ایک ترجیحی ٹکنالوجی بن گئی ہے اپنی مکینیکل طاقت، کیمیائی مزاحمت، تھرمل استحکام، اور پولیمرک جھلیوں کے مقابلے میں طویل خدمت زندگی کی بدولت۔ لیکن کسی بھی جھلی کے عمل کی طرح، سیرامک جھلی ایک مستقل مسئلہ سے دوچار ہوتی ہے: فاؤلنگ، خاص طور پر تحلیل شدہ اور میکرو مالیکولر نامیاتی مادے جیسے ہیومک ایسڈ، پروٹین، اور قدرتی نامیاتی مادے (NOM) سے۔ فاؤلنگ پرمییٹ فلوکس کو کم کرتا ہے، توانائی کے اخراجات کو بڑھاتا ہے، اور جھلی کی زندگی کو کم کرتا ہے۔
حالیہ برسوں میں ابھرنے والے زیادہ امید افزا حلوں میں سے ایک سیرامک جھلیوں کو نانو ببل (اور مائکرو-نانو ببل، MNB) جنریٹرز کے ساتھ جوڑنا ہے۔ اس امتزاج کو فلٹریشن کے دوران گندگی کو روکنے اور ان جھلیوں کو صاف کرنے کے لیے استعمال کیا جا رہا ہے جو پہلے سے ہی خراب ہیں - اور کچھ کنفیگریشنز میں، فیڈ واٹر میں ہی نامیاتی آلودگیوں کو فعال طور پر کم کرنے کے لیے۔
Nanobubbles کیا ہیں؟
نینو بلبل گیس کے بلبلے ہیں جو تقریباً 100-200 نینو میٹر سے لے کر چند مائکرو میٹر قطر میں - روایتی ہوا کے ذریعے پیدا ہونے والے بلبلوں سے بہت چھوٹے ہیں۔ ان کے سائز کی وجہ سے، وہ عام بلبلوں سے بہت مختلف طریقے سے برتاؤ کرتے ہیں:
- وہ جلدی سے نہیں اٹھتے اور پاپ نہیں کرتے۔نینو بلبلوں کی غیرجانبداری کے قریب قریب-ہوتا ہے اور یہ سیکنڈوں کے بجائے دنوں یا ہفتوں تک پانی میں معلق رہ سکتے ہیں۔
- وہ منفی سطح کا چارج رکھتے ہیں۔، جو پانی میں معلق نامیاتی فولینٹس اور ذرات کو جذب کرنے اور ان کے ساتھ تعامل کرنے میں مدد کرتا ہے۔
- جب وہ گرتے ہیں، تو وہ مقامی قینچ والی قوتیں پیدا کرتے ہیں اور بعض صورتوں میں، رد عمل آکسیجن پرجاتیوں (ROS)جیسے ہائیڈروکسیل ریڈیکلز (•OH)، جو نامیاتی مالیکیولز کو توڑنے میں مدد کر سکتے ہیں۔
- یہ ڈرامائی طور پر گیس-سے- مائع بڑے پیمانے پر منتقلی کی کارکردگی کو بڑھاتے ہیں۔، جو اس وقت بہت اہمیت رکھتا ہے جب شامل گیس اوزون کی طرح ایک مضبوط آکسیڈینٹ ہو۔
نینو ببل جنریٹر عام طور پر چند میکانزم میں سے کسی ایک کا استعمال کرتے ہوئے یہ بلبلے تیار کرتے ہیں: ہائی-شیئر گھومنے والے/وینٹوری ڈیوائسز، پریشرائزڈ ڈسلوڈ-گیس ریلیز (گذشت شدہ ہوا کے فلوٹیشن کی طرح)، یا الٹراسونک کیویٹیشن۔ استعمال ہونے والی گیس سادہ ہوا/آکسیجن ہو سکتی ہے، یا زیادہ جارحانہ علاج کے لیے - اوزون ہو سکتی ہے۔
سیرامک جھلیوں کے ساتھ نانو بلبلز کیوں جوڑیں؟
1. فلٹریشن کے دوران فولنگ کی روک تھام
مائیکرو اور نینو بلبلوں نے مختلف فلٹریشن تکنیکوں میں جھلیوں کی صفائی کو روکنے اور مدد کرنے میں قابل ذکر افادیت کا مظاہرہ کیا ہے، اور کراس فلو فلٹریشن میں، ان بلبلوں کے استعمال نے بیک واشنگ کے بعد سیرامک جھلی کے بہاؤ کو 80 فیصد تک بحال کیا۔بلبلوں کو عام طور پر فیڈ اسٹریم میں متعارف کرایا جاتا ہے یا بیک واش سائیکل کے دوران استعمال کیا جاتا ہے، جہاں وہ جھلی کی سطح کو کھرچنے میں مدد کرتے ہیں اور اس کے مضبوط ہونے سے پہلے نامیاتی فولینٹس کی کیک کی تہہ میں خلل ڈالتے ہیں۔
2. بہتر کیمیکل-ان-جگہ (سی آئی پی) اوزون کے ساتھ صفائی
شاید سب سے زیادہ تحقیق شدہ ایپلی کیشن اوزون کو نینو ببل جنریشن کے ساتھ ملا کر سیرامک جھلیوں کی سی آئی پی کی صفائی کے لیے ہے جو تحلیل شدہ اور میکرو مالیکولر آرگینکس کے ذریعے خراب ہوتی ہے۔اوزون مائیکرو-نینو-ٹیکنالوجی جھلی کی سطح پر فولینٹ کی تہہ کی ساخت کو مؤثر طریقے سے ڈھیلی کر سکتی ہے، فولینٹ کے چپکنے کو کم کر سکتی ہے، اور سیرامک جھلی میں ایلومینا کے ذریعے کیٹالیسس کے ذریعے پیدا ہونے والے ہائیڈروکسیل ریڈیکلز آلودہ جھلی کی گہری صفائی حاصل کر سکتے ہیں۔نینو بلبلز فاؤلنٹ پرت کو جسمانی طور پر خارج کرنے کے لیے درکار قینچ کی قوت فراہم کرتے ہیں، جبکہ اس کے ساتھ ساتھ روایتی ببل ڈفیوژن - سے کہیں زیادہ اوزون ماس ٹرانسفر کی کارکردگی حاصل کرتے ہیں یعنی کم اوزون گیس ضائع ہوتی ہے اور اس کا زیادہ حصہ دراصل فاؤلنٹ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے۔
ایک متعلقہ مطالعہ بنایا گیا۔ایک اوزون-نانو ببل جنریٹر سسٹم جو عام طور پر رنگنے کی صنعت میں استعمال ہونے والی گندی سیرامک جھلی کو صاف کرتا ہے، اور پتہ چلا کہ جھلی کی سطح کی خصوصیات نمایاں طور پر تبدیل ہو گئی ہیں، سطح کی کھردری اور فولانٹ جمع کم ہونے کے ساتھ، جیسا کہ ایٹم فورس مائکروسکوپی، سکیننگ مائکروسکوپی، سکیننگ مائکروسکوپی، ایکس فلوسکوپی{{}} توانائی-منتشر سپیکٹروسکوپی۔بقایا فاولنٹ کی فوئیرر-ٹرانسفارم انفراریڈ (FTIR) سپیکٹروسکوپی نے خصوصیت کے نامیاتی دستخط دکھائے - ہائیڈروجن-بانڈڈ گروپس اور غیر سیر شدہ کاربن-کاربن بانڈز - اوزون نینو بلبلوں کے ساتھ مطابقت رکھتے ہیں جو ان کو توڑتے ہیں برقرار
3. کم قیمت کے متبادل کے طور پر ہوا/آکسیجن نینو بلبلز-
ہر درخواست کو اوزون کی ضرورت نہیں ہوتی۔غادیم خانی وغیرہ۔ پائلٹ- اور بینچ-پیمانے کی تحقیقات دونوں میں ہوا کے نینو بلبلوں کا استعمال کرتے ہوئے سیرامک جھلی کے چھیدوں کی کامیاب انکلاگنگ کا مظاہرہ کیا، پرمییٹ فلوکس کو اس کی اصل اقدار پر بحال کیا۔ایک تجربے میں،ہیومک ایسڈ نے 6 گھنٹے کے اندر سیرامک جھلی کو مکمل طور پر بند کر دیا، بہاؤ کو تقریباً صفر تک کم کر دیا، لیکن جب گندی جھلی کو نینو ببل پانی سے کھلایا گیا تو، ابتدائی بہاؤ 2 گھنٹے کے اندر بحال ہو گیا - ایک اثر آزاد ریڈیکلز کے ذریعے نامیاتی مادے کے ٹوٹنے سے منسوب ہوا جو نینوببلز کے طور پر پیدا ہوئے۔اس سے پتہ چلتا ہے کہ اوزون جیسے مضبوط آکسیڈینٹ کے بغیر بھی، نینو بلبلوں کے جسمانی طور پر گرنے سے کافی مقامی ری ایکٹو انواع پیدا ہو سکتی ہیں تاکہ جذب شدہ نامیاتی اشیاء کو کم کرنے میں مدد مل سکے۔
ایئر نینو بلبلز پرکشش ہیں کیونکہ وہ سائٹ پر اوزون کی پیداوار کے سرمائے اور حفاظتی اخراجات سے بچتے ہیں، یہ چھوٹے ٹریٹمنٹ پلانٹس یا صنعتوں جیسے ڈیری پروسیسنگ کے لیے ایک زیادہ قابل رسائی آپشن بناتے ہیں، جہاں نینو بلبلوں کو بہاؤ کو بہتر بنانے اور فلٹریشن کے وقت کو کم کرنے کے لیے بھی دکھایا گیا ہے۔
4. بہاو جھلی کے عمل کے لئے پری علاج
سیرامک جھلیوں کو سخت جھلیوں جیسے نینو فلٹریشن (NF) سے پہلے علاج کے ایک قدم کے طور پر بھی استعمال کیا جا رہا ہے، اور نینو ببل/اوزون{0}}مدد سے چلنے والے طریقے بہتر کر سکتے ہیں کہ یہ پریٹریٹمنٹ کتنی اچھی طرح سے کام کرتا ہے۔ پینے کے-پانی-پلانٹ کی پیداوار کے گندے پانی کے ایک مطالعہ میں،ایک ہائبرڈ سیرامک جھلی – نینو فلٹریشن کے عمل نے تحلیل شدہ نامیاتی کاربن کے لیے 95.60%، UV254 کے لیے 98.55% (خوشبودار نامیاتی مواد کے لیے ایک پراکسی)، چالکتا کے لیے 34.50%، اور کیلشیم کی بہتری کے لیے 50.71% کی اوسط شرح 95.60% حاصل کی۔ 1.40%، 16.37%، اور 10.36% بالترتیب اسٹینڈ اسٹون نینو فلٹریشن پر۔ سیرامک میمبرین پریٹریٹمنٹ نے آلودگی کے ارتکاز کی ایک رینج میں نیچے کی طرف NF جھلی کی ناقابل واپسی فاؤلنگ کو بھی کم کیا، اور الیکٹران مائکروسکوپی کی اسکیننگ نے اس بات کی تصدیق کی کہ اس pretreatment نے NF جھلی کی سطح پر فاؤلنگ کو کم کیا۔
الگ سے، سیرامک نینو فلٹریشن جھلیوں سے پہلے روایتی مائیکرو فلٹریشن/الٹرا فلٹریشن پری ٹریٹمنٹ کی ضرورت کو کم کرنے کے طریقے کے طور پر اوزون پر مبنی سطح کی فلشنگ کو تلاش کیا گیا ہے۔ نینو فلٹریشن سے پہلے ملٹی-میڈیا فلٹریشن، مائیکرو فلٹریشن، یا الٹرا فلٹریشن کا استعمال کرتے ہوئے روایتی پری ٹریٹمنٹ اہم سرمائے کی لاگت، فزیکل فٹ پرنٹ اور سسٹم کی پیچیدگی میں اضافہ کرتی ہے، اس لیے فلٹریشن-بیسڈ پری ٹریٹمنٹ کو اوزون سے تبدیل کرنا-کی بنیاد پر عمل لاگت کو کم کرنے کا ایک پرکشش طریقہ ہے اور خاص طور پر پانی کے نشانات کو دوبارہ ترتیب دینے میں۔
5. براہ راست نامیاتی آلودگی کا انحطاط
جھلیوں کی صفائی کے علاوہ، مائیکرو-نانو ببل سسٹمز کا اپنے طور پر ایک اعلی درجے کی آکسیڈیشن-ملحقہ ٹیکنالوجی کے طور پر تیزی سے مطالعہ کیا جا رہا ہے۔گندے پانی کے علاج کے ایک مطالعے میں، ایک اضافی آکسیڈیشن کے عمل کے ساتھ ہائیڈرو ڈائنامک کاویٹیشن جنریٹر کو ملانے سے 90 منٹ کے دوران کل نامیاتی کاربن کو ہٹانے کی کارکردگی 40.01 فیصد تک بڑھ گئی، جب کہ اکیلے کاویٹیشن جنریٹر کا استعمال کرتے ہوئے صرف 14.61 فیصد کے مقابلے میں۔ اسٹینڈ اسٹون علاج کے طور پر۔
ایک عام نظام کیسے کام کرتا ہے۔
ایک مشترکہ نانو ببل – سیرامک جھلی کے نظام میں عام طور پر شامل ہیں:
- گیس کی فراہمی- محیطی ہوا، آکسیجن، یا اوزون-سائٹ پر پیدا ہوتا ہے۔
- نینو ببل جنریٹر- ایک وینچری، قینچ-پمپ، یا پریشرائزڈ-تحلیل یونٹ جو گیس کو نینو بلبلوں کے طور پر پانی میں داخل کرتا ہے۔
- رابطہ/رد عمل کا مرحلہ- نانو ببل- افزودہ پانی کو یا تو مسلسل جھلی فیڈ اسٹریم میں پلایا جاتا ہے، یا وقتاً فوقتاً بیک واش/سی آئی پی سائیکلوں میں استعمال کیا جاتا ہے۔
- سرامک جھلی ماڈیول- عام طور پر ایلومینا، زرکونیا، یا ٹائٹینیا-بیسڈ ٹیوبلر یا فلیٹ-شیٹ عناصر، جو کراس فلو یا ڈیڈ-اینڈ موڈ میں چلتے ہیں۔
- نگرانی- فلوکس اور ٹرانس میمبرن پریشر کو ٹریک کیا جاتا ہے تاکہ یہ تعین کیا جا سکے کہ کب ایک نینو ببل-مدد شدہ صفائی سائیکل کی ضرورت ہے۔
مشترکہ نقطہ نظر کے فوائد
- اعلی بہاؤ کی وصولیصفائی کے بعد، اکثر سخت کیمیائی صفائی کے ایجنٹوں کے بغیر.
- کیمیائی کھپت میں کمی- خاص طور پر قیمتی ہے جہاں اوزون نینو بلبلز تیزاب/کاسٹک کی صفائی کرنے والے کیمیکلز کو تبدیل یا کم کرتے ہیں۔
- آکسیڈینٹس کی بڑے پیمانے پر منتقلی، لہذا اسی صفائی کے اثر کو حاصل کرنے کے لئے کم اوزون یا ہوا کی ضرورت ہے۔
- توسیعی جھلی کی عمرجارحانہ کیمیکل یا مکینیکل صفائی کے مقابلے میں نرم، زیادہ یکساں صفائی کی وجہ سے۔
- پری ٹریٹمنٹ فٹ پرنٹ سکڑنے کا امکانجب NF یا RO جیسی سخت جھلیوں سے آگے استعمال کیا جاتا ہے۔
حدود اور کھلے سوالات
امید افزا نتائج کے باوجود، محققین نے کچھ خلا کو نوٹ کیا:
فاؤلنگ کنٹرول پر بلبلے کے سائز اور ارتکاز کا اثر ابھی تک پوری طرح سے نہیں سمجھا گیا ہے، اور بہترین آپریٹنگ پیرامیٹرز سسٹم- اور فولانٹ-مخصوص ہو سکتے ہیں۔
اوزون نانو ببل سسٹمز کو احتیاط سے مواد کی مطابقت کی جانچ پڑتال، آف-گیس مینجمنٹ، اور اوزون کے زہریلے ہونے کے پیش نظر حفاظتی کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔
زیادہ تر شائع شدہ نتائج بینچ- یا پائلٹ-اسکیل اسٹڈیز سے آتے ہیں۔ بڑے-پیمانے پر، طویل-آپریشنل ڈیٹا اب بھی محدود ہے۔
کارکردگی کا بہت زیادہ انحصار آرگینک فوولنٹ کی نوعیت پر ہوتا ہے (مثال کے طور پر، ہیومک ایسڈ بمقابلہ پروٹین بمقابلہ مصنوعی رنگ)، لہذا نتائج ہمیشہ ایپلی کیشنز میں عام نہیں ہوتے۔
نتیجہ
سیرامک جھلیوں کے ساتھ نانو ببل جنریٹرز کا جوڑا پانی اور گندے پانی کے علاج کے لیے فاؤلنگ کنٹرول میں زیادہ عملی پیشرفت کی نمائندگی کرتا ہے۔ چاہے فلٹریشن کے دوران گندگی کی روک تھام کے لیے استعمال کیا جائے، اوزون-زیادہ CIP صفائی، یا نینو فلٹریشن سے پہلے علاج کے طور پر، ٹیکنالوجی نینو بلبلز کی منفرد طبیعیات کا فائدہ اٹھاتی ہے - طویل استحکام، اعلی سطحی رد عمل، اور موثر گیس کی منتقلی - تاکہ کیمیکل کے استعمال کو کم کیا جا سکے، فلو کی زندگی کو بحال کیا جا سکے۔ جیسا کہ بنیادی میکانزم بہتر طور پر نمایاں ہو جاتے ہیں، اس امتزاج کو پینے کے پانی کی صفائی، صنعتی گندے پانی کی صفائی، اور پانی کے دوبارہ استعمال کی ایپلی کیشنز میں وسیع تر اپنانے کا امکان ہے۔