अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में रासायनिक फास्फोरस निष्कासन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अन्य रसायनों के बीच, धातु लवण या चूना, प्राथमिक, माध्यमिक, या तृतीयक उपचार प्रक्रियाओं में जोड़ा जा सकता है (मुख्य चयन बिंदुओं के लिए, कृपया इस सार्वजनिक खाते पर "रासायनिक फास्फोरस हटाने वाले एजेंटों के प्रकार और मुख्य चयन बिंदु" लेख देखें; लेख के अंत में लिंक पर क्लिक करें)। हालाँकि, रासायनिक फास्फोरस निष्कासन की भी अपनी सीमाएँ हैं। उपचार की प्रभावशीलता और लागत में कमी सुनिश्चित करने के लिए अभिकर्मकों का उचित चयन और खुराक की सटीक गणना आवश्यक शर्तें हैं। यह आलेख जल उपचार पेशेवरों के लिए संदर्भ और व्यावहारिक मार्गदर्शन प्रदान करते हुए, आवेदन के दायरे, अभिकर्मक गुणों, प्रभावित करने वाले कारकों, प्रतिक्रिया तंत्र और रासायनिक फास्फोरस हटाने की खुराक को व्यवस्थित रूप से रेखांकित करता है।
I. रासायनिक फास्फोरस हटाने के लिए आवेदन का दायरा
रासायनिक फास्फोरस हटाने से अपशिष्ट जल में कुल फास्फोरस का केवल फॉस्फेट भाग (ऑर्थोफॉस्फेट) ही हटाया जा सकता है। प्रभावशाली फॉस्फेट आमतौर पर कुल फॉस्फोरस का 50% -80% होता है, जो आम तौर पर दो रूपों में मौजूद होता है: H₂PO₄⁻ और HPO₄²⁻, जिसमें पूर्व 8.3 से नीचे पीएच पर प्रमुख होता है। पॉलीफॉस्फेट धातु के लवण या चूने के साथ प्रतिक्रिया नहीं करते हैं; हालाँकि, जैविक उपचार के दौरान वे फॉस्फेट में परिवर्तित हो जाते हैं। कार्बनिक रूप से बंधे फॉस्फोरस आम तौर पर प्रभाव में कुल फॉस्फोरस का एक छोटा सा हिस्सा बनाते हैं। कोलाइडल और पार्टिकुलेट फॉस्फोरस को आमतौर पर ठोस तरल पृथक्करण के दौरान हटाया जा सकता है; घुलनशील कार्बनिक फास्फोरस उपचार के दौरान ऑर्थोफोस्फेट में परिवर्तित हो सकता है (यदि बायोडिग्रेडेबल है), और यदि बायोडिग्रेडेबल नहीं है, तो इसे अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र द्वारा हटाया नहीं जा सकता है।
द्वितीय. अभिकर्मक गुण और प्रभावित करने वाले कारक
1. अभिकर्मक गुण
रासायनिक फॉस्फोरस हटाने के लिए उपयोग किए जाने वाले अभिकर्मक आमतौर पर धातु लवण या चूना होते हैं। दो सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले धातु लवण एल्यूमीनियम सल्फेट (आमतौर पर फिटकिरी के रूप में जाना जाता है) और फेरिक क्लोराइड हैं। एल्युमिनियम सल्फेट के स्थान पर सोडियम एल्युमिनेट का भी उपयोग किया जा सकता है, लेकिन इसके मिलाने से अक्सर सिस्टम का पीएच काफी बढ़ जाता है। इसके अलावा, पॉलीएल्यूमिनियम क्लोराइड (पीएसी) के विभिन्न रूपों का उपयोग रासायनिक अवक्षेपण फॉस्फोरस हटाने के लिए भी किया जा सकता है। फॉस्फोरस हटाने के लिए फेरस सल्फेट और फेरस क्लोराइड का भी उपयोग किया जाता है; ये एजेंट आम तौर पर इस्पात निर्माण प्रक्रियाओं (अपशिष्ट जल का अचार बनाना) के उपोत्पाद के रूप में प्राप्त होते हैं। चूने की आपूर्ति आम तौर पर ठोस रूप में की जाती है, जिसमें मुख्य रूप से बुझा हुआ चूना (CaO) और हाइड्रेटेड चूना [Ca(OH)₂] शामिल हैं।
2. अभिकर्मकों को प्रभावित करने वाले कारक
खुराक के अलावा, अपशिष्ट जल की गुणवत्ता विशेषताएँ, अभिकर्मक खुराक विधि, अभिकर्मक खुराक बिंदु स्थान, प्रतिक्रिया पीएच, फ्लोक्यूलेशन विधि, और अभिकर्मक खुराक के बाद प्रतिक्रिया समय सभी महत्वपूर्ण डिजाइन और संचालन कारक हैं। ये सभी कारक खुराक और फास्फोरस हटाने की दक्षता के बीच संबंध को प्रभावित करते हैं।
(1) अभिकर्मक मिश्रण
यह सुनिश्चित करने के लिए कि धातु आयन फॉस्फेट अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, अभिकर्मक खुराक बिंदु पर पर्याप्त मिश्रण आवश्यक है। मिश्रण की तीव्रता को आमतौर पर s⁻¹ की इकाइयों के साथ दर ग्रेडिएंट G द्वारा दर्शाया जाता है। तीव्र मिश्रण यह सुनिश्चित करता है कि प्रतिक्रिया सतह स्थल समय पर उजागर हों और प्रतिक्रिया में भाग लें; हालाँकि, कम मिश्रण तीव्रता के तहत, फॉस्फेट की भागीदारी के अभाव में कई धातु ऑक्साइड पहले उत्पन्न हो सकते हैं, इस प्रकार उनके आंतरिक ऑक्सीजन परमाणुओं को फॉस्फेट के साथ संयोजन करने से रोका जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप फॉस्फोरस हटाने की दक्षता कम हो जाती है।
वास्तविक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में, खुराक बिंदु पर मिश्रण की स्थिति आम तौर पर खराब होती है, जिसमें जी मान आमतौर पर 200 से 300 s⁻¹ तक होता है। इन उच्च -ऊर्जा मिश्रण स्थितियों के तहत, मिश्रण का समय आमतौर पर 10 से 30 सेकंड होता है। प्रारंभिक तीव्र प्रतिक्रिया कैनेटीक्स चरण के बाद, फॉस्फेट और आयरन धीमी प्रतिक्रिया कैनेटीक्स प्रक्रिया के माध्यम से प्रतिक्रिया करना जारी रख सकते हैं, जो घंटों या दिनों तक भी चल सकता है। यह धीमी प्रतिक्रिया नियंत्रित फॉस्फोरस हटाने की प्रक्रिया सक्रिय कीचड़ टैंकों में फिटकरी या फेरिक क्लोराइड जोड़ने के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, क्योंकि ऐसी प्रणालियों का ठोस अवधारण समय (एसआरटी) आमतौर पर दिनों में मापा जाता है।
(2) फ़्लोक्यूलेशन
खुराक बिंदु पर तेजी से मिश्रण करने के बाद, फ्लॉक्स के निर्माण को बढ़ावा देने के लिए हल्के मिश्रण की आवश्यकता होती है जो ठोस तरल पृथक्करण के माध्यम से व्यवस्थित या हटाया जा सकता है। यह प्रक्रिया कम प्रवाहित फास्फोरस सांद्रता की आवश्यकता को पूरा करने के लिए महत्वपूर्ण है। आम तौर पर, उपचार संरचना के भीतर अपशिष्ट जल का प्रवाह फ्लोक निर्माण के लिए पर्याप्त मिश्रण की स्थिति प्रदान करता है, लेकिन यदि फ्लोक्यूलेशन का समय अपर्याप्त है, या यदि ऐसी स्थितियां मौजूद हैं जो फ्लोक गठन को बाधित करती हैं (जैसे पंपिंग, वातन, आदि), तो फ्लोकुलेशन प्रक्रिया सीमित हो जाएगी।
(3) पीएच और क्षारीयता
रासायनिक उपचार में उच्चतम फॉस्फोरस हटाने की दक्षता आमतौर पर 5.5-7.0 की पीएच सीमा के भीतर होती है। जब पीएच 7 और 10 के बीच होता है, तो धातु हाइड्रॉक्साइड की सतह पर मजबूत नकारात्मक चार्ज और घुलनशील लौह हाइड्रॉक्साइड के गठन के कारण फॉस्फोरस हटाने की दक्षता कम हो जाती है। निम्न पीएच स्थितियों में, अवक्षेपक की घुलनशीलता कम हो जाती है; जबकि बेहद कम पीएच स्थितियों में, धातु हाइड्रॉक्साइड अवक्षेप का निर्माण सीमित होता है। एल्यूमीनियम सल्फेट और फेरिक क्लोराइड की फॉस्फोरस हटाने की दक्षता विभिन्न पीएच स्थितियों के तहत समान रुझान दिखाती है।
(4) सीओडीसीआर और एसएस
प्राथमिक उपचार चरण में धातु लवण जोड़ने की फॉस्फोरस हटाने की दक्षता अपशिष्ट जल की विशेषताओं से काफी प्रभावित होती है। कार्बनिक पदार्थ सामग्री और धातु लवण की फॉस्फोरस हटाने की दक्षता के बीच एक स्पष्ट संबंध है। जब CODcr 300-700 mg/L की सीमा में होता है, तो CODcr बढ़ने के साथ फॉस्फेट हटाने की दक्षता कम हो जाती है। कुल निलंबित ठोस (टीएसएस) पर अध्ययन से समान परिणाम प्राप्त हुए, यानी, टीएसएस एकाग्रता जितनी अधिक होगी, फॉस्फोरस हटाने की दक्षता उतनी ही कम होगी।
प्राथमिक उपचार चरण में फास्फोरस हटाने की दक्षता को कम करने के अलावा, उच्च कार्बनिक पदार्थ सामग्री सक्रिय कीचड़ रिएक्टरों में धातु लवण के फास्फोरस हटाने के प्रभाव को भी कमजोर करती है। लौह और एल्यूमीनियम आयन ह्यूमिक एसिड और फुल्विक एसिड जैसे कार्बनिक पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करके धातु आयनों और उनके खनिज ऑक्साइड से जुड़े अघुलनशील परिसरों का निर्माण कर सकते हैं, जिससे फॉस्फेट वर्षा के लिए आवश्यक प्रतिक्रिया स्थलों पर कब्जा या अवरुद्ध हो जाता है, जिससे रासायनिक फास्फोरस हटाने की दक्षता में कमी आती है। यही एक कारण है कि अक्सर वास्तविक परियोजनाओं में रासायनिक फास्फोरस हटाने के बाद को चुना जाता है।
तृतीय. अभिकर्मक प्रतिक्रिया तंत्र और अभिकर्मक चयन
फॉस्फोरस के साथ एल्यूमीनियम सल्फेट की प्रतिक्रिया नीचे दिखाई गई है।
पानी में क्षारीयता की उपस्थिति में, पानी में घुले फास्फोरस और बाइकार्बोनेट क्षारीयता के साथ फेरिक क्लोराइड की प्रतिक्रिया नीचे दिखाई गई है।
यदि पानी में क्षारीयता अपर्याप्त है, तो फेरिक क्लोराइड मिलाने से हाइड्रेटेड आयरन ऑक्साइड अवक्षेप बनेगा, जो फॉस्फोरस प्रतिक्रिया के लिए सतह सक्रिय साइट प्रदान करेगा। लौह नमक फॉस्फोरस निष्कासन तंत्र का मूल सिद्धांत यह है कि फॉस्फेट और लौह एक ऑक्सीजन परमाणु साझा कर सकते हैं, और उनकी बातचीत को निम्नलिखित सूत्र द्वारा दर्शाया जा सकता है (चार्ज इंगित नहीं किया गया है)।
जब अपशिष्ट जल में चूना मिलाया जाता है, तो चूना सबसे पहले पानी में बाइकार्बोनेट क्षारीयता के साथ प्रतिक्रिया करके कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃) बनाता है। जैसे ही सिस्टम का पीएच 10 से ऊपर बढ़ता है, अतिरिक्त कैल्शियम आयन फॉस्फेट के साथ प्रतिक्रिया करके हाइड्रॉक्सीपैटाइट [Ca₅(OH)(PO₄)₃] अवक्षेप बनाते हैं, जैसा कि नीचे दिखाया गया है।
उपरोक्त प्रतिक्रिया तंत्र से, यह देखा जा सकता है कि: (1) लौह लवण और चूना पानी की क्षारीयता से बहुत प्रभावित होते हैं; (2) चूना फास्फोरस हटाने से बड़ी मात्रा में कीचड़ पैदा होता है (मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड और कैल्शियम कार्बोनेट दोनों कीचड़ हैं)। यह एक कारण है कि वास्तविक परियोजनाओं में फॉस्फोरस हटाने के लिए अक्सर एल्यूमीनियम लवण को चुना जाता है।
चतुर्थ. रसायन की खुराक
धातु लवण की खुराक को आमतौर पर घुलनशील फास्फोरस (पिन) के प्रति मोल जोड़े गए धातु (मी) के मोल की संख्या के रूप में व्यक्त किया जाता है। "स्टोइकोमेट्रिक खुराक" से तात्पर्य हटाए गए फॉस्फोरस के प्रत्येक मोल के लिए 1.0 मोल धातु जोड़ने से है (यानी, मी/पिन {{4%)), जो फॉस्फेट अवक्षेप बनाने के लिए फॉस्फोरस के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए धातु नमक (एल्यूमीनियम नमक या लौह नमक) के लिए आवश्यक दाढ़ अनुपात पर आधारित है। जैसे-जैसे धातु लवण की खुराक बढ़ती है, फास्फोरस हटाने की दर में सुधार होता है और प्रवाहित फास्फोरस की सांद्रता कम हो जाती है। हालाँकि, जब खुराक एक निश्चित स्तर तक बढ़ जाती है, तो खुराक को और बढ़ाने से वृद्धिशील निष्कासन प्रभाव धीरे-धीरे कमजोर हो जाता है।
जब फेरिक क्लोराइड की खुराक मी/पिन=1.5~2.0 तक पहुंच जाती है, तो यह 80%~98% घुलनशील फास्फोरस को हटा सकता है। बहुत कम प्रवाहित कुल फॉस्फोरस सांद्रता (उदाहरण के लिए, 0.10 मिलीग्राम/लीटर से नीचे) प्राप्त करने के लिए, मी/पिन=6~7 के साथ उच्च खुराक अनुपात की आवश्यकता होती है।
एल्यूमीनियम सल्फेट का खुराक अनुपात फेरिक क्लोराइड के समान है, लेकिन हटाने की दर कम है, 75% और 95% के बीच। समान फॉस्फोरस निष्कासन दक्षता प्राप्त करने के लिए पीएसी या सोडियम एल्यूमिनेट का उपयोग करने के लिए और भी अधिक खुराक की आवश्यकता होती है।
उपरोक्त खुराक की जानकारी से, यह देखा जा सकता है कि फेरिक लवण में फॉस्फोरस हटाने की क्षमता सबसे अधिक होती है, लेकिन जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, फेरिक लवण क्षारीयता से बहुत प्रभावित होते हैं। पीएसी में फॉस्फोरस हटाने की क्षमता सबसे कम है, यहां तक कि एल्यूमीनियम सल्फेट से भी कम। यह कुछ लोगों के इस विचार का खंडन करता है कि पीएसी, "पॉलीएल्युमिनियम" होने के कारण गैर-पॉलीमर एल्युमीनियम सल्फेट की तुलना में फॉस्फोरस हटाने का प्रभाव अधिक होना चाहिए।
निष्कर्ष
रासायनिक फास्फोरस निष्कासन, अपशिष्ट जल उपचार में एक महत्वपूर्ण विधि के रूप में, न केवल अभिकर्मक के प्रकार और खुराक पर निर्भर करता है, बल्कि अपशिष्ट जल की गुणवत्ता, पीएच, क्षारीयता, मिश्रण और फ्लोक्यूलेशन स्थितियों पर भी निर्भर करता है। उपयुक्त धातु लवण या चूने का चयन करना, वैज्ञानिक रूप से खुराक की गणना करना और प्रक्रिया अनुकूलन के साथ संयोजन करना, कीचड़ उत्पादन और परिचालन लागत को नियंत्रित करते हुए कुशल फॉस्फोरस निष्कासन सुनिश्चित कर सकता है। प्रतिक्रिया तंत्र को समझकर और अभिकर्मकों के कारकों को प्रभावित करके, अपशिष्ट जल उपचार इंजीनियर स्थिर प्रवाह फास्फोरस नियंत्रण प्राप्त कर सकते हैं और विभिन्न उपचार चरणों में रासायनिक फास्फोरस हटाने की तकनीक को लचीले ढंग से लागू कर सकते हैं, जिससे शहरी जल पर्यावरण संरक्षण के लिए ठोस समर्थन मिलता है।