ब्राइन

ब्राइन पानी में नमक (आमतौर पर सोडियम क्लोराइड या कैल्शियम क्लोराइड) का उच्च सांद्रण घोल है। विविध संदर्भों में, ब्राइन लगभग 3.5% (समुद्री जल की एक विशिष्ट सांद्रता, खाद्य पदार्थों को चमकाने के लिए उपयोग किए जाने वाले घोलों के निचले सिरे पर) से लेकर लगभग 26% (एक विशिष्ट संतृप्त घोल, तापमान पर निर्भर करता है) तक नमक के घोल को संदर्भित कर सकता है।) जमीन के खारे पानी के वाष्पीकरण के कारण स्वाभाविक रूप से ब्राइन बनता है लेकिन यह सोडियम क्लोराइड के खनन में भी उत्पन्न होता है। ब्राइन का उपयोग खाद्य प्रसंस्करण और खाना पकाने (अचार और ब्राइनिंग) के लिए, सड़कों और अन्य संरचनाओं को डी-आइसिंग करने के लिए और कई तकनीकी प्रक्रियाओं में किया जाता है। यह कई औद्योगिक प्रक्रियाओं का उप-उत्पाद भी है, जैसे अलवणीकरण, इसलिए इसे उचित निपटान या आगे उपयोग (ताजे पानी की वसूली) के लिए अपशिष्ट जल उपचार की आवश्यकता होती है।

प्रकृति में
ब्राइन प्रकृति में कई तरह से तैयार किए जाते हैं। वाष्पीकरण के माध्यम से समुद्री जल के संशोधन के परिणामस्वरूप अवशिष्ट तरल पदार्थ में लवण की सांद्रता होती है, एक विशिष्ट भूगर्भिक जमा जिसे इवेपोराइट कहा जाता है, विभिन्न भंग आयनों के रूप में खनिजों की संतृप्ति अवस्थाओं तक पहुँचते हैं, सामान्यतः जिप्सम और सेंधा नमक। इस तरह के नमक के जमाव को पानी में घोलने से ब्राइन भी बन सकता है। जैसे-जैसे समुद्री जल जमता है, घुले हुए आयन विलयन में बने रहते हैं, जिसके परिणामस्वरूप क्रायोजेनिक ब्राइन नामक द्रव बनता है। गठन के समय, ये क्रायोजेनिक ब्राइन समुद्री जल के ठंडे तापमान की तुलना में परिभाषा के अनुसार ठंडे होते हैं और ब्रिनिकल नामक एक विशेषता का उत्पादन कर सकते हैं, जहां ठंडी ब्राइन उतरती है, जिससे आसपास के समुद्री जल को जम जाता है।

खारे पानी के झरनों के रूप में सतह पर निकलने वाली नमकीन को "लिक" या "सलाइन" के रूप में जाना जाता है। विशिष्ट घटकों (जैसे हैलाइट, एनहाइड्राइट, कार्बोनेट्स, जिप्सम, फ्लोराइड लवण, कार्बनिक हलाइड्स और सल्फेट-लवण) के संदर्भ में और एकाग्रता स्तर के संबंध में भूजल में घुलित ठोस पदार्थों की सामग्री पृथ्वी पर एक स्थान से दूसरे स्थान पर अत्यधिक भिन्न होती है। कुल घुलित ठोस (टीडीएस) के आधार पर भूजल के कई वर्गीकरणों में से एक का उपयोग करते हुए, ब्राइन वह पानी है जिसमें 100,000 मिलीग्राम/एल टीडीएस से अधिक होता है। ब्राइन सामान्यतः अच्छी तरह से पूरा करने के संचालन के दौरान उत्पन्न होता है, विशेष रूप से एक कुएं के हाइड्रोलिक फ्रेक्चरिंग के बाद।

कुलिनरी
ब्राइन खाद्य प्रसंस्करण और खाना पकाने में एक आम प्रतिनिधि है। ब्राइनिंग का उपयोग भोजन को संरक्षित या सीज़न करने के लिए किया जाता है। अचार बनाने के नाम से जानी जाने वाली प्रक्रिया में सब्जियों, पनीर और फलों पर ब्राइनिंग लगाया जा सकता है। मांस और मछली को सामान्यतः कम समय के लिए नमकीन पानी में डुबोया जाता है, मैरिनेशन के रूप में, इसकी कोमलता और स्वाद को बढ़ाने या शेल्फ अवधि को बढ़ाने के लिए।

क्लोरीन उत्पादन
एलिमेंटल क्लोरीन ब्राइन (NaCl सॉल्यूशन) के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा निर्मित किया जा सकता है। इस प्रक्रिया से सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) और हाइड्रोजन गैस (H2) भी उत्पन्न होती है। प्रतिक्रिया समीकरण निम्नानुसार हैं:


 * कैथोड: 2 H+ + 2 e- -> H2 ↑
 * एनोड: 2 Cl- -> Cl2 ↑ + 2 e-
 * समग्र प्रक्रिया: 2 NaCl + 2 H2O -> Cl2 + H2 + 2 NaOH

प्रशीतन द्रव
तापीय ऊर्जा के परिवहन के लिए बड़े प्रशीतन प्रतिष्ठानों में ब्राइन को द्वितीयक द्रव के रूप में उपयोग किया जाता है। सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली ब्राइन सस्ती कैल्शियम क्लोराइड और सोडियम क्लोराइड पर आधारित हैं। इसका उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि पानी में नमक मिलाने से घोल का हिमीकरण तापमान कम हो जाता है और सामग्री की अपेक्षाकृत कम लागत के लिए ऊष्मा परिवहन दक्षता को बहुत बढ़ाया जा सकता है। वजन के अनुसार 23.3% NaCl की सान्द्रता पर NaCl ब्राइन के लिए प्राप्य निम्नतम हिमांक बिंदु −21.1 C है। इसे यूटेक्टिक पॉइंट कहते हैं।

उनके संक्षारक गुणों के कारण नमक-आधारित ब्राइन को इथाइलीन ग्लाइकॉल जैसे कार्बनिक तरल पदार्थों से बदल दिया गया है।

सोडियम क्लोराइड ब्राइन स्प्रे का इस्तेमाल मछली पकड़ने के कुछ जहाजों पर मछलियों को जमाने के लिए किया जाता है। नमकीन तापमान सामान्यतः -5 F होता है। एयर ब्लास्ट फ्रीजिंग तापमान --31 F या उससे कम है। ब्राइन के उच्च तापमान को देखते हुए, एयर ब्लास्ट फ्रीजिंग पर सिस्टम दक्षता अधिक हो सकती है। उच्च-मूल्य वाली मछली सामान्यतः नमकीन के लिए व्यावहारिक तापमान सीमा से नीचे बहुत कम तापमान पर जमाई जाती है।

जल मृदुकरण और शोधन
आयन विनिमय तकनीक से युक्त जल मृदुकरण और जल शोधन प्रणाली में ब्राइन सहायक एजेंट है। डिशवॉशर नमक के रूप में सोडियम क्लोराइड का उपयोग करने वाले घरेलू डिशवॉशर सबसे आम उदाहरण हैं। नमकीन शुद्धिकरण प्रक्रिया में ही सम्मिलित नहीं है, लेकिन इसका उपयोग चक्रीय आधार पर आयन-एक्सचेंज राल के पुनर्जनन के लिए किया जाता है। उपचारित किया जा रहा पानी राल कंटेनर के माध्यम से तब तक बहता है जब तक कि राल समाप्त न हो जाए और पानी वांछित स्तर तक शुद्ध न हो जाए। इसके बाद संचित ठोस पदार्थों को हटाने के लिए राल बिस्तर को क्रमिक रूप से बैकवॉश करके राल को पुनर्जीवित किया जाता है, प्रतिस्थापन आयनों के एक केंद्रित समाधान के साथ राल से हटाए गए आयनों को फ्लश किया जाता है, और राल से फ्लशिंग समाधान को धोया जाता है। उपचार के बाद, उपचारित पानी से कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों से संतृप्त आयन-विनिमय राल मोती, 6-12% NaCl युक्त ब्राइन में भिगोने से पुन: उत्पन्न होते हैं। ब्राइन से सोडियम आयन मोतियों पर कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों की जगह लेते हैं।

डी-आइसिंग
कम तापमान में, सड़कों पर जमने वाले तापमान को डी-आइस या कम करने के लिए नमकीन घोल का उपयोग किया जा सकता है।

अपशिष्ट जल
ब्राइन कई औद्योगिक प्रक्रियाओं का प्रतिफल है, जैसे अलवणीकरण, पावर प्लांट शीतलन टॉवर, तेल और प्राकृतिक गैस निष्कर्षण से उत्पादित पानी, एसिड माइन या एसिड रॉक ड्रेनेज, रिवर्स ऑस्मोसिस रिजेक्ट, क्लोर-क्षार अपशिष्ट जल उपचार, लुगदी और पेपर मिल प्रवाह, और खाद्य और पेय प्रसंस्करण से अपशिष्ट प्रवाह। तनु लवणों के साथ, इसमें प्रीट्रीटमेंट और सफाई रसायनों के अवशेष, उनकी प्रतिक्रिया उपोत्पाद और जंग के कारण भारी धातुएं सम्मिलित हो सकती हैं।

नमक के संक्षारक और तलछट बनाने वाले प्रभावों और उसमें घुले हुए अन्य रसायनों की विषाक्तता दोनों के कारण अपशिष्ट जल एक महत्वपूर्ण पर्यावरणीय खतरा पैदा कर सकता है।

अलवणीकरण संयंत्रों और कूलिंग टावरों से अप्रदूषित ब्राइन को समुद्र में लौटाया जा सकता है। पर्यावरणीय प्रभाव को सीमित करने के लिए, इसे पानी की एक और धारा से पतला किया जा सकता है, जैसे अपशिष्ट जल उपचार या बिजली संयंत्र का बहिर्वाह। चूँकि नमकीन समुद्र के पानी से भारी होता है और समुद्र तल पर जमा हो जाता है, इसके लिए उचित प्रसार सुनिश्चित करने के तरीकों की आवश्यकता होती है, जैसे कि सीवरेज में पानी के नीचे डिफ्यूज़र स्थापित करना। अन्य तरीकों में वाष्पीकरण तालाबों में सुखाने, बहुत गहरे कुओं को इंजेक्ट करना, और सिंचाई, डी-आइसिंग या धूल नियंत्रण उद्देश्यों के लिए ब्राइन का भंडारण और पुन: उपयोग करना सम्मिलित है।

प्रदूषित ब्राइन के उपचार के लिए तकनीकों में झिल्ली निस्पंदन प्रक्रियाएं सम्मिलित हैं, जैसे रिवर्स ऑस्मोसिस और फॉरवर्ड ऑस्मोसिस; आयन एक्सचेंज प्रक्रियाएं जैसे इलेक्ट्रोडायलिसिस या कमजोर एसिड कटियन एक्सचेंज; या वाष्पीकरण प्रक्रियाएं, जैसे थर्मल ब्राइन कंसंट्रेटर्स और क्रिस्टलाइज़र जो यांत्रिक वाष्प पुनर्संपीड़न और भाप को नियोजित करते हैं। ओस्मोटिकली असिस्टेड रिवर्स ऑस्मोसिस और संबंधित प्रक्रियाओं को नियोजित करते हुए मेम्ब्रेन ब्राइन कंसंट्रेशन के लिए नए तरीके, जीरो लिक्विड डिस्चार्ज सिस्टम (जेडएलडी) के हिस्से के रूप में जमीन हासिल करना शुरू कर रहे हैं।

रचना और शुद्धि
ब्राइन में Na+ और Cl− आयनों का केंद्रित समाधान होता है। सोडियम क्लोराइड अपने आप में पानी में मौजूद नहीं है: यह पूरी तरह से आयनीकृत है। विभिन्न ब्राइनों में पाए जाने वाले अन्य उद्धरणों में K+, Mg2+, Ca2+, और Sr2+ सम्मिलित हैं। बाद के तीन समस्याग्रस्त हैं क्योंकि वे स्केल बनाते हैं और वे साबुन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। क्लोराइड के अलावा, ब्राइन में कभी-कभी Br− और I− और, सबसे अधिक समस्या होती है।

शुद्धिकरण के चरणों में प्रायः जिप्सम (CaSO4) के साथ ठोस मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड को अवक्षेपित करने के लिए कैल्शियम ऑक्साइड को सम्मिलित करना सम्मिलित होता है, जिसे छानने से हटाया जा सकता है। भिन्नात्मक क्रिस्टलीकरण द्वारा और अधिक शुद्धिकरण प्राप्त किया जाता है। परिणामस्वरूप शुद्ध नमक को वाष्पित नमक या वैक्यूम नमक कहा जाता है।

यह भी देखें

 * - खारे पानी से  पदार्थ निकालना
 * - समुद्री बर्फ का निर्माण
 * ब्राइन पूल - समुद्र के तल पर उच्च लवणता के अनॉक्सिक पॉकेट