The Lincoln Memorial Reflecting Pool is treated with ‘nanobubbles’. What are they and how do they work?
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लिंकन मेमोरियल रिफ्लेक्टिंग पूल का उपचार ‘नैनोबबल’ से किया जाता है। ये क्या हैं और ये कैसे काम करते हैं?

The Lincoln Memorial Reflecting Pool is treated with ‘nanobubbles’. What are they and how do they work?

Vince Craig, Professor, Materials Physics, Australian National University Noura Alzaidan, PhD Candidate, Materials Physics, Australian National University

Nanobubbles are invisible, mysteriously stable, a thousand times thinner than a human hair, and surprisingly versatile.

नैनोबबल अदृश्य, रहस्यमय ढंग से स्थिर, मानव बाल से हज़ार गुना पतले और आश्चर्यजनक रूप से बहुउपयोगी होते हैं।

As the United States approaches 250th birthday celebrations on July 4, Washington DC’s monuments, statues and fountains are being prepared to put on a show.

चूंकि संयुक्त राज्य अमेरिका 4 जुलाई को अपने 250वें जन्मदिन समारोह की ओर बढ़ रहा है, इसलिए वाशिंगटन डीसी के स्मारकों, मूर्तियों और फव्वारों को एक शो के लिए तैयार किया जा रहा है।

However, renovations of the Lincoln Memorial Reflecting Pool haven’t gone to plan.

हालांकि, लिंकन मेमोरियल रिफ्लेक्टिंग पूल का नवीनीकरण योजना के अनुसार नहीं हुआ।

Soon after the renovations were complete, an algal bloom turned the pool’s water a slimy green. Officials are in a hurry to address the issue and, among other treatments, deployed ozone nanobubble technology to clean the water.

नवीनीकरण पूरा होने के तुरंत बाद, शैवाल प्रस्फुटन ने पूल के पानी को चिपचिपा हरा कर दिया। अधिकारी इस समस्या का समाधान करने में जल्दी में हैं और अन्य उपचारों के बीच, पानी को साफ करने के लिए ओजोन नैनोबबल तकनीक तैनात की है।

But what are nanobubbles and why would they be used to address an algal bloom?

लेकिन नैनोबबल क्या होते हैं और शैवाल प्रस्फुटन का समाधान करने के लिए इनका उपयोग क्यों किया जाएगा?

What are nanobubbles?

नैनोबबल क्या होते हैं?

Nanobubbles, also known as ultrafine bubbles, are gas-filled bubbles with diameters typically around 100 nanometres. That makes each nanobubble about one thousandth of the thickness of a human hair.

नैनोबबल, जिन्हें अल्ट्राफाइन बबल्स भी कहा जाता है, गैस से भरे बुलबुले होते हैं जिनका व्यास आमतौर पर 100 नैनोमीटर के आसपास होता है। इसका मतलब है कि प्रत्येक नैनोबबल मानव बाल की मोटाई का लगभग एक हजारवाँ हिस्सा होता है।

When deployed with specialised equipment that injects gases like air, ozone or oxygen into water, nanobubbles occur in enormous numbers – typically around 10 billion nanobubbles for each teaspoon of water. Despite their huge numbers, solutions of nanobubbles look and feel just like water.

जब विशेष उपकरणों का उपयोग करके हवा, ओजोन या ऑक्सीजन जैसी गैसों को पानी में इंजेक्ट किया जाता है, तो नैनोबबल भारी संख्या में उत्पन्न होते हैं – आमतौर पर पानी के प्रत्येक चम्मच के लिए लगभग 10 अरब नैनोबबल्स। उनकी बड़ी संख्या के बावजूद, नैनोबबल्स के घोल दिखने और महसूस करने में बिल्कुल पानी जैसे लगते हैं।

Looking at a glass of water with nanobubbles, you would not know they’re there. Yet they have remarkable properties that are used in a number of technologies, including water treatment.

नैनोबबल्स वाले पानी के गिलास को देखकर, आपको पता नहीं चलेगा कि वे वहाँ हैं। फिर भी उनमें उल्लेखनीय गुण होते हैं जिनका उपयोग कई तकनीकों में किया जाता है, जिसमें जल उपचार शामिल है।

Nanobubbles are surprisingly stable

नैनोबबल आश्चर्यजनक रूप से स्थिर होते हैं

A fundamental rule is that the pressure inside a bubble – any bubble – is always greater than its surroundings. And the smaller the bubble, the greater the pressure within the bubble.

एक मूलभूत नियम यह है कि किसी भी बुलबुले के अंदर का दबाव हमेशा उसके आस-पास के वातावरण से अधिक होता है। और बुलबुला जितना छोटा होगा, उसके भीतर का दबाव उतना ही अधिक होगा।

A typical nanobubble can have an internal pressure as high as 15 atmospheres. That’s the same pressure a diver experiences during a deep dive to a depth of 150 metres.

एक विशिष्ट नैनोबबल का आंतरिक दबाव 15 वायुमंडल तक हो सकता है। यह वही दबाव है जिसका अनुभव 150 मीटर की गहराई पर गोता लगाने वाले (डाइवर) को होता है।

How much a gas can dissolve into a given liquid increases with pressure. Because of this, you’d expect that nanobubbles, once produced, should rapidly dissolve in much less than a second. However, research has shown that nanobubbles can last for hours, days and even weeks.

कोई गैस किसी दिए गए तरल में कितनी घुल सकती है, यह दबाव के साथ बढ़ता है। इसके कारण, आप उम्मीद करेंगे कि नैनोबबल, एक बार बनने के बाद, एक सेकंड से भी कम समय में तेजी से घुल जाने चाहिए। हालांकि, शोध ने दिखाया है कि नैनोबबल घंटों, दिनों और यहां तक ​​कि हफ्तों तक रह सकते हैं।

Why nanobubbles are so surprisingly stable remains a mystery and the subject of much research. But their strange longevity is also what makes them very useful, because nanobubbles can be produced, stored and used before they disappear.

नैनोबबल इतने आश्चर्यजनक रूप से स्थिर क्यों होते हैं, यह एक रहस्य बना हुआ है और बहुत अधिक शोध का विषय है। लेकिन उनकी अजीब दीर्घायु भी उन्हें बहुत उपयोगी बनाती है, क्योंकि नैनोबबल गायब होने से पहले उत्पादित, संग्रहीत और उपयोग किए जा सकते हैं।

Nanobubbles last a long time

नैनोबबल लंबे समय तक टिकते हैं

The small size of nanobubbles provides other advantages too. Small bubbles have very little buoyancy, allowing them to remain in solution for a long time. In comparison, larger bubbles rise quickly to the surface and burst. You can see this at the beach when a wave breaks – the bubbles that form the whitewater typically disappear in less than ten seconds.

नैनोबबल्स का छोटा आकार अन्य लाभ भी प्रदान करता है। छोटे बुलबुले में उत्प्लावन बल बहुत कम होता है, जिससे वे लंबे समय तक विलयन में बने रह सकते हैं। तुलना में, बड़े बुलबुले जल्दी से सतह पर उठते हैं और फट जाते हैं। आप यह समुद्र तट पर देख सकते हैं जब कोई लहर टूटती है – सफेद पानी में बनने वाले बुलबुले आमतौर पर दस सेकंड से भी कम समय में गायब हो जाते हैं।

If you need to dissolve a lot of gas into solution, this long residence time is very important – it prevents the gas from being lost to the atmosphere, and as we already noted, the high internal pressure of the nanobubbles increases gas solubility.

यदि आपको घोल में बहुत अधिक गैस घोलाने की आवश्यकता है, तो यह लंबा निवास समय बहुत महत्वपूर्ण है – यह गैस को वायुमंडल में खोने से रोकता है, और जैसा कि हमने पहले ही बताया, नैनोबबल का उच्च आंतरिक दबाव गैस की घुलनशीलता बढ़ाता है।

Another advantage – because nanobubbles are so tiny, they have a very large surface area. In many industries, such as mineral processing or waste-water treatment, the surface area of larger bubbles is used to collect materials dispersed in a liquid. A process known as froth flotation is used to purify millions of tons of minerals in Australia each year.

एक और लाभ यह है कि नैनोबुलबुले इतने छोटे होते हैं कि उनका पृष्ठीय क्षेत्रफल बहुत बड़ा होता है। कई उद्योगों में, जैसे खनिज प्रसंस्करण या अपशिष्ट जल उपचार में, बड़े बुलबुलों के पृष्ठीय क्षेत्रफल का उपयोग तरल में बिखरे पदार्थों को इकट्ठा करने के लिए किया जाता है। झाग उत्प्लावन (froth flotation) नामक एक प्रक्रिया का उपयोग हर साल ऑस्ट्रेलिया में लाखों टन खनिजों को शुद्ध करने के लिए किया जाता है।

Similarly, the surfaces of nanobubbles can be used as highly effective, environmentally friendly cleaning agents, replacing the use of detergents such as soap.

इसी तरह, नैनोबबल की सतहों का उपयोग अत्यधिक प्रभावी और पर्यावरण के अनुकूल सफाई एजेंट के रूप में किया जा सकता है, जो साबुन जैसे डिटर्जेंट के उपयोग को प्रतिस्थापित कर सकते हैं।

As you can see, nanobubbles have a diverse range of applications. Oxygen nanobubbles even increase yields when nanobubble water is used on crops and in fish farms, possibly by concentrating nutrients.

जैसा कि आप देख सकते हैं, नैनोबबल्स के विविध प्रकार के अनुप्रयोग हैं। ऑक्सीजन नैनोबबल्स उपज भी बढ़ाते हैं जब नैनोबबल पानी का उपयोग फसलों और मछली फार्मों पर किया जाता है, संभवतः पोषक तत्वों को केंद्रित करके।

How do nanobubbles keep algae at bay?

नैनोबबल शैवाल को कैसे दूर रखते हैं?

Green algae, such as the type found in the Lincoln Memorial Reflecting Pool, thrive in still or slow-flowing water with abundant sunlight.

ग्रीन शैवाल, जैसे कि लिंकन मेमोरियल रिफ्लेक्टिंग पूल में पाए जाने वाले प्रकार, प्रचुर सूर्य के प्रकाश और स्थिर या धीमी गति से बहने वाले पानी में पनपते हैं।

In water treatment, nanobubbles are used primarily to oxygenate water. This promotes the growth of aerobic bacteria which consume organic nutrients, outcompeting the algae and promoting a healthy aquatic environment.

जल उपचार में, नैनोबबल का उपयोग मुख्य रूप से पानी में ऑक्सीजन पहुँचाने के लिए किया जाता है। यह एरोबिक बैक्टीरिया के विकास को बढ़ावा देता है जो कार्बनिक पोषक तत्वों का उपभोग करते हैं, जिससे शैवाल को प्रतिस्पर्धा मिलती है और एक स्वस्थ जलीय वातावरण को बढ़ावा मिलता है।

Nanobubbles can also be used to deliver ozone gas, which is a highly reactive, toxic gas composed of three oxygen atoms. Ozone plays an essential role in the stratosphere in shielding Earth from ultraviolet rays, but it plays a very different role in water treatment.

नैनोबबल का उपयोग ओजोन गैस देने के लिए भी किया जा सकता है, जो तीन ऑक्सीजन परमाणुओं से बना एक अत्यधिक प्रतिक्रियाशील, विषैला गैस है। ओजोन की समताप मंडल में पराबैंगनी किरणों से पृथ्वी को बचाने में महत्वपूर्ण भूमिका होती है, लेकिन यह जल उपचार में बहुत अलग भूमिका निभाता है।

Ozone reacts with organic materials in water and will therefore break down and kill the algae and nutrients. However, ozone nanobubbles also attack and kill the favourable aerobic bacteria.

ओजोन पानी में कार्बनिक पदार्थों के साथ प्रतिक्रिया करता है और इसलिए शैवाल और पोषक तत्वों को तोड़कर मार देगा। हालांकि, ओजोन नैनोबबल अनुकूल एरोबिक बैक्टीरिया पर भी हमला करते हैं और उन्हें मारते हैं।

The strong action of ozone nanobubble treatment is highly suitable for the treatment of heavily contaminated water – for example, if it contains animal waste.

ओजोन नैनोबबल उपचार की मजबूत क्रिया अत्यधिक दूषित पानी के उपचार के लिए उपयुक्त है – उदाहरण के लिए, यदि इसमें पशु अपशिष्ट हो।

In the case of the Lincoln Memorial, ozone nanobubbles can quickly resolve an algal bloom, but that comes at the cost of removing aerobic bacteria which could naturally keep the algae in check.

लिंकन मेमोरियल के मामले में, ओजोन नैनोबबल तेजी से शैवाल प्रस्फुटन (algal bloom) को हल कर सकते हैं, लेकिन इसकी कीमत एरोबिक बैक्टीरिया को हटाने पर चुकानी पड़ती है जो स्वाभाविक रूप से शैवाल को नियंत्रण में रख सकते थे।

This would then make the pool susceptible to later algal blooms if measures are not taken to prevent a reoccurrence, such as preventing the build-up of nutrients the algae depend on.

इससे पूल बाद में शैवाल प्रस्फुटन के प्रति संवेदनशील हो जाएगा यदि पुनरावृत्ति को रोकने के लिए उपाय नहीं किए जाते हैं, जैसे कि पोषक तत्वों के जमाव को रोकना जिन पर शैवाल निर्भर करते हैं।

The Reflecting Pool at the heart of Washington, DC is now set to be drained again to remedy the rapidly peeling new coating and the algae bloom. It remains to be seen what colour the water will end up being in time for July 4, and whether authorities will switch to oxygen nanobubbles to promote a healthier ecosystem in the water.

वाशिंगटन डीसी के केंद्र में रिफ्लेक्टिंग पूल को अब तेजी से उखड़ रहे नए कोटिंग और शैवाल प्रस्फुटन को ठीक करने के लिए फिर से खाली किया जाना है। यह देखना बाकी है कि 4 जुलाई तक पानी का रंग क्या होगा, और क्या अधिकारियों को पानी में एक स्वस्थ पारिस्थितिकी तंत्र को बढ़ावा देने के लिए ऑक्सीजन नैनोबबल पर स्विच करना होगा।

Vince Craig has previously received funding from the Australian Research Council.

विंस क्रेग को पहले ऑस्ट्रेलियाई रिसर्च काउंसिल से फंडिंग मिली है।

Noura Alzaidan receives funding from The Public Authority for Applied Education and Training (PAAET) in Kuwait.

नौरा अलज़ैदान को कुवैत में द पब्लिक अथॉरिटी फॉर एप्लाइड एजुकेशन एंड ट्रेनिंग (PAAET) से फंडिंग मिलती है।