Synergistic Enhancement of Coagulation and Settling in Congo Red Synthetic Wastewater Treatment Using Magnetic Coagulation: Combination of Polyaluminium Chloride, Pectin, and Iron Oxide Nanoparticles

जल प्रदूषण एक निरंतर वैश्विक चुनौती है, लेकिन बहुत कम प्रदूषक इतने दृश्य रूप से प्रभावशाली और रासायनिक रूप से जिद्दी होते हैं जितने कि 'कांगो रेड' (Congo red) नामक लाल रंग का डाई। कपड़ा उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला यह सिंथेटिक रंग प्राकृतिक रूप से टूटने का विरोध करता है, और जलमार्गों में बना रहता है जहाँ यह सूर्य के प्रकाश को रोकता है और जलीय जीवन को नुकसान पहुँचाता है। ऐसे पानी को साफ करने के लिए, इंजीनियर अक्सर 'कोआगुलेशन' (coagulation) नामक प्रक्रिया पर भरोसा करते हैं, जो गंदगी के लिए एक चुंबक की तरह कार्य करती है, जिससे सूक्ष्म निलंबित कणों को बड़े गुच्छों में खींचकर एक साथ लाया जाता है ताकि वे नीचे बैठ सकें। हालाँकि, पारंपरिक विधियाँ जो रासायनिक कोआगुलेंट्स (coagulants) का उपयोग करती हैं, अक्सर पीछे अवशेष धातुएँ छोड़ देती हैं, जहरीला कीचड़ (sludge) पैदा करती हैं, और उनकी बैठने की गति धीमी होती है जिससे प्रक्रिया अक्षम हो जाती है। एक स्वच्छ, तेज़ समाधान की खोज ने शोधकर्ताओं को प्राकृतिक पादप पॉलिमर और चुंबकीय नैनोकणों के संयोजन को तलाशने के लिए प्रेरित किया है, जिसका लक्ष्य पुरानी तकनीकों के पर्यावरणीय नुकसान के बिना सफाई की गति को बढ़ाना है।

हाल ही में एक अध्ययन में, परहांगन कैथोलिक यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं ने इस विशिष्ट समस्या से निपटने के लिए डिज़ाइन की गई एक तीन-भाग वाली प्रणाली की जांच की। उन्होंने एक मानक रासायनिक कोआगुलेंट से शुरुआत की जिसे 'पॉलीएल्युमीनियम क्लोराइड' कहा जाता है, जो डाई के कणों के विद्युत आवेशों को निष्प्रभावी कर देता है, जिससे उन्हें आपस में चिपकने में मदद मिलती है। इस प्रक्रिया में सुधार करने के लिए, उन्होंने 'पेक्टिन' (pectin) मिलाया, जो फलों के छिलकों में पाया जाने वाला एक प्राकृतिक पदार्थ है जो एक सेतु (bridge) के रूप में कार्य करता है, जिससे छोटे गुच्छों को बड़े, भारी ढांचों से जोड़ा जा सके। अंत में, उन्होंने आयरन ऑक्साइड नैनोकणों को पेश किया, जो सूक्ष्म चुंबकीय कण हैं जो गुच्छों के बढ़ने के लिए बीज के रूप में कार्य करते हैं। लक्ष्य यह देखना था कि क्या इन तीनों तत्वों को एक बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के तहत मिलाने से किसी भी अकेले घटक की तुलना में अधिक प्रभावी ढंग से और तेजी से डाई को हटाया जा सकता है।

टीम ने अपने दृष्टिकोण का परीक्षण कांगो रेड की 50 मिलीग्राम प्रति लीटर की सांद्रता वाले कृत्रिम अपशिष्ट जल का उपयोग करके किया। उन्होंने एक निश्चित मात्रा में रासायनिक कोआगुलेंट में पेक्टिन की सही मात्रा निर्धारित करने से शुरुआत की। उन्होंने पाया कि केवल 2 मिलीग्राम प्रति लीटर पेक्टिन मिलाने से डाई हटाने की दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि हुई, जिससे यह लगभग 57 प्रतिशत से बढ़कर लगभग 69 प्रतिशत हो गई। यह सुधार इसलिए हुआ क्योंकि पेक्टिन ने रासायनिक कोआगुलेंट द्वारा बनाए गए छोटे, ढीले गुच्छों को एक अधिक मजबूत नेटवर्क में बांधने में मदद की। हालाँकि, बहुत अधिक पेक्टिन मिलाने का विपरीत प्रभाव पड़ा, जिससे गुच्छे टूट गए और वे ठीक से नीचे नहीं बैठ सके, जिससे यह पुष्टि हुई कि एक सटीक संतुलन आवश्यक था।

इसके बाद, शोधकर्ताओं ने चुंबकीय नैनोकणों को पेश किया, जिसमें दो अलग-अलग प्रकारों: मैग्नेटाइट (magnetite) और हेमेटाइट (hematite) का परीक्षण किया गया। उन्होंने पाया कि दोनों प्रकार के नैनोकणों में से किसी भी एक का 20 मिलीग्राम प्रति लीटर खुराक डालने से परिणामों में नाटकीय सुधार हुआ। इस खुराक के साथ, सिस्टम ने मैग्नेटाइट का उपयोग करने पर 83.2 प्रतिशत और हेमेटाइट का उपयोग करने पर 81.3 प्रतिशत डाई को हटा दिया। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि चुंबकीय कणों की उपस्थिति ने गुच्छों के बैठने के लिए आवश्यक समय को काफी कम कर दिया। जबकि पारंपरिक विधियों में बहुत अधिक समय लग सकता है, यह चुंबकीय प्रणाली लगभग 20 मिनट में एक स्थिर अवस्था तक पहुँच गई। नैनोकणों ने गुच्छों के भीतर भारी लंगर (anchors) के रूप में कार्य किया, जिससे वे चुंबकीय क्षेत्र के खिंचाव के तहत तेजी से डूबने के लिए पर्याप्त सघन बन गए।

बाहरी चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति ने भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाई। शोधकर्ताओं ने शून्य से लेकर 250 मिलीटेस्ला तक के क्षेत्रों का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि 170 मिलीटेस्ला तक क्षेत्र की शक्ति बढ़ाने से हटाने की दक्षता में सुधार हुआ, लेकिन उस बिंदु से अधिक क्षेत्र की शक्ति बढ़ाने पर प्रदर्शन में थोड़ी गिरावट आई। यह सुझाव देता है कि जबकि एक चुंबकीय खिंचाव सहायक होता है, अत्यधिक शक्तिशाली क्षेत्र चुंबकीय कणों को बहुत तेज़ी से एक साथ खींच सकता है, जिससे वे उन डाई कणों से अलग हो जाते हैं जिन्हें उन्हें नीचे ले जाना होता है। इष्टतम सेटिंग की पहचान 170 मिलीटेस्ला पर की गई थी, जहाँ चुंबकीय बल गुच्छों के नाजुक निर्माण को बाधित किए बिना उनके बैठने की प्रक्रिया को तेज करने के लिए पर्याप्त मजबूत था।

यह समझने के लिए कि ये घटक वास्तव में एक साथ कैसे काम करते हैं, टीम ने उन्नत इमेजिंग और रासायनिक विश्लेषण का उपयोग करके परिणामी कीचड़ (sludge) की भौतिक संरचना की जांच की। उन्होंने देखा कि तीनों घटकों के साथ बना कीचड़, केवल रासायनिक कोआगुलेंट से बने कीचड़ की तुलना में बहुत अधिक सघन और सघन (compact) था। छवियों ने दिखाया कि चुंबकीय नैनोकण गुच्छों के भीतर समाहित थे, जिससे कम अंतराल के साथ एक अधिक तंग संरचना बनी। रासायनिक विश्लेषण ने पुष्टि की कि पेक्टिन केवल अन्य सामग्रियों के बगल में नहीं बैठा था, बल्कि उनके साथ रासायनिक रूप से परस्पर क्रिया कर रहा था, जिससे एक हाइब्रिड नेटवर्क बन रहा था जो डाई को सुरक्षित रूप से थामे रखता है। अध्ययन ने इस विचार को भी खारिज कर दिया कि कोई भी एकल घटक अकेले यह काम कर सकता है; रासायनिक कोआगुलेंट के बिना, प्राकृतिक पेक्टिन और चुंबकीय कणों का डाई पर लगभग कोई प्रभाव नहीं पड़ा।

निष्कर्ष बताते हैं कि यह तीन-भाग वाली रणनीति डाई युक्त अपशिष्ट जल को अधिक कुशलता से उपचारित करने का एक आशाजनक तरीका है। रासायनिक कोआगुलेंट की एक छोटी मात्रा, प्राकृतिक पेक्टिन की एक विशिष्ट खुराक और एक मध्यम चुंबकीय क्षेत्र के तहत चुंबकीय नैनोकणों की सटीक मात्रा का उपयोग करके, शोधकर्ता सामान्य समय के एक अंश में उच्च निष्कासन दर प्राप्त करने में सफल रहे। अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि यह सहक्रियात्मक (synergistic) दृष्टिकोण न केवल पानी को तेजी से साफ करता है, बल्कि अधिक सघन, प्रबंधनीय कीचड़ भी उत्पन्न करता है, जिससे उस कचरे की मात्रा कम हो जाती है जिसे संभालने की आवश्यकता होती है। हालांकि परिणाम प्रयोगशाला सेटिंग में कृत्रिम अपशिष्ट जल के लिए विशिष्ट हैं, यह कार्य प्राकृतिक पॉलिमर और चुंबकीय बलों की संयुक्त शक्ति पर आधारित अधिक टिकाऊ और तीव्र जल उपचार विधियों की ओर एक व्यवहार्य मार्ग प्रदर्शित करता है।