Synergistic Coagulation-Adsorption of Methyl Orange Dye Using DCD-F Resin and PAC-AC-CP Composite: Mechanisms and Techno-Economic Performance
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि DCD-F रेसिन और एक PAC-AC-CP कंपोजिट का उपयोग करने वाला एक एकीकृत जमावट-अधिशोषण (coagulation-adsorption) तंत्र, चार्ज न्यूट्रलाइजेशन, अधिशोषण और फ्लोक्यूलेशन के सहक्रियात्मक तंत्रों के माध्यम से 99% मिथाइल ऑरेंज डाई निष्कासन प्राप्त करता है, जबकि 0.5429 USD/m³ की उपचार लागत पर आर्थिक व्यवहार्यता बनाए रखता है।
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हर साल, दुनिया की फैक्ट्रियां पर्यावरण में 360 अरब घन मीटर से अधिक अपशिष्ट जल (वेस्टवॉटर) बहा देती हैं, एक ऐसा आयतन जो नदियों और महासागरों के स्वास्थ्य के लिए खतरा पैदा करता है। इस मिश्रण में सबसे जिद्दी प्रदूषकों में से एक कपड़ा उद्योग द्वारा उपयोग किए जाने वाले सिंथेटिक रंग (डाई) हैं। ये रंगीन रसायन, जिन्हें अक्सर कपड़ों पर रंग फीका पड़ने से रोकने के लिए डिज़ाइन किया जाता है, पानी में टूटने के प्रति भी उतने ही प्रतिरोधी होते हैं। जब इन्हें बिना उपचार के छोड़ा जाता है, तो ये जलीय पौधों तक सूरज की रोशनी पहुँचने से रोकते हैं, पारिस्थितिक तंत्र को बाधित करते हैं, और इनमें ऐसे जहरीले उप-उत्पाद हो सकते हैं जो मानव स्वास्थ्य को नुकसान पहुँचाते हैं। मलेशिया में, जहाँ कपड़ा उद्योग एक प्रमुख आर्थिक चालक है, यह चुनौती गंभीर है; इन फैक्ट्रियों से निकलने वाले अपशिष्ट जल में अक्सर एक गहरा, स्थायी रंग होता है जो सुरक्षित निर्वहन के लिए कानूनी सीमाओं से कहीं अधिक होता है। इस पानी को साफ करने के पारंपरिक तरीके, जैसे कि जैविक उपचार या मेम्ब्रेन फिल्ट्रेशन, धीमे, महंगे या अवरुद्ध होने के प्रति संवेदनशील हो सकते हैं, जिससे इंजीनियर एक अधिक कुशल समाधान की तलाश में रहते हैं।
मलेशिया और जापान के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया दृष्टिकोण विकसित किया है जो दो अलग-अलग सफाई क्रियाओं को एक एकल, सुव्यवस्थित प्रक्रिया में जोड़ता है। केवल एक रसायन पर निर्भर रहने के बजाय जो सारा काम कर सके, उन्होंने एक विशिष्ट प्रकार के रेजिन को तीन अलग-अलग घटकों से बनी एक मिश्रित सामग्री के साथ मिलाया। पहला घटक, जो डायसाइएंडियामाइड और फॉर्मलडिहाइड से प्राप्त रेजिन है, नकारात्मक रूप से आवेशित (नेगेटिवली चार्ज) डाई अणुओं के लिए एक चुंबक की तरह कार्य करता है, उनके विद्युत आवेश को निष्प्रभावी करता है और उन्हें आपस में गुच्छे बनाने के लिए प्रेरित करता है। दूसरा घटक पॉलीएल्युमिनियम क्लोराइड, सक्रिय कार्बन (एक्टिवेटेड कार्बन) और एक धनायनिक बहुलक (केटायनिक पॉलीमर) का मिश्रण है। यह मिश्रण तालमेल में काम करता है: एल्युमिनियम साल्ट बड़े गुच्छे बनाने में मदद करता है, कार्बन एक स्पंज की तरह काम करता है ताकि बचे हुए डाई कणों को पकड़ सके, और पॉलीमर इन गुच्छों को भारी, बैठने योग्य द्रव्यमान (सेटल करने योग्य मास) में बांधने में मदद करता है। प्रयोगशाला सेटिंग में इस संयोजन का परीक्षण करके, शोधकर्ताओं का लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह तालमेल इन सामग्रियों में से किसी एक को अकेले उपयोग करने की तुलना में डाई को अधिक प्रभावी ढंग से हटा सकता है।
शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में कपड़ा अपशिष्ट जल का एक कृत्रिम संस्करण बनाया, जिसमें वास्तविक फैक्ट्रियों में पाई जाने वाली स्थितियों की नकल करने के लिए पानी को स्टार्च, नमक और मिथाइल ऑरेंज नामक एक विशिष्ट नारंगी डाई के साथ मिलाया गया। उन्होंने मिश्रण में रेजिन की मात्रा और मिश्रण को हिलाने की गति को समायोजित करके शुरुआत की, जिससे वह "स्वीट स्पॉट" मिल सके जहाँ सफाई सबसे अच्छी तरह से काम करती है। उन्होंने पाया कि 120 पीपीएम (पार्ट्स पर मिलियन) रेजिन और 250 पीपीएम मिश्रित सामग्री जोड़ने से, 180 चक्कर प्रति मिनट की गति से तेजी से हिलाते हुए, सबसे नाटकीय परिणाम मिले। इन परिस्थितियों में, प्रणाली ने 99 प्रतिशत डाई को हटा दिया। पानी, जो 1,600 यूनिट से अधिक की गहरी रंग तीव्रता के साथ शुरू हुआ था, केवल 9 यूनिट के रंग मान के साथ लगभग पारदर्शी तरल में बदल गया। यह अंतिम परिणाम मलेशियाई नियमों द्वारा औद्योगिक निर्वहन के लिए निर्धारित सख्त सीमाओं से काफी नीचे था, जिससे यह सिद्ध हुआ कि पानी पर्यावरण में वापस छोड़ने के लिए सुरक्षित था।
यह समझने के लिए कि यह कैसे हुआ, टीम ने पानी में होने वाले भौतिक परिवर्तनों का बारीकी से अध्ययन किया। उन्होंने देखा कि उपचार ने बड़े, खुरदरे और छिद्रपूर्ण गुच्छों, या 'फ्लॉक्स' (flocs) का निर्माण किया, जो इतने भारी थे कि जल्दी से डूब सकें। ये गुच्छे चिकने गोले नहीं थे बल्कि अनियमित समुच्चय (एग्रीगेट्स) थे जिन्होंने अपनी संरचना के भीतर डाई को फँसा लिया था। रासायनिक विश्लेषण से पता चला कि उपचार एजेंटों ने डाई अणुओं के साथ सीधे संपर्क किया, जिससे ऐसे बंधन बने जिन्होंने उन्हें अपनी जगह पर थामे रखा। उपचार से पहले, पानी में मौजूद सूक्ष्म कणों पर एक नकारात्मक विद्युत आवेश था, जिसने उन्हें एक-दूसरे को प्रतिकर्षित रखने और स्वतंत्र रूप से तैरने में मदद की। उपचार के बाद, यह आवेश बदलकर थोड़ा सकारात्मक हो गया, जिससे पुष्टि हुई कि रेजिन और एल्युमिनियम साल्ट ने सफलतापूर्वक प्रतिकर्षण को निष्प्रभावी कर दिया था, जिससे कणों को आपस में टकराने और जुड़ने की अनुमति मिली। इस हटाने की प्रक्रिया की गति एक विशिष्ट गणितीय पैटर्न से मेल खाती है जिसे 'स्यूडो-सेकंड-ऑर्डर मॉडल' कहा जाता है, जो यह सुझाव देता है कि सफाई की दर केवल समय के बीतने पर नहीं, बल्कि डाई और उपचार एजेंटों के बीच की अंतःक्रिया पर अत्यधिक निर्भर थी।
प्रयोगशाला के परिणामों से परे, शोधकर्ताओं ने गणना की कि क्या यह विधि औद्योगिक स्तर पर काम कर सकती है। उन्होंने 1,000 घन मीटर पानी का प्रतिदिन उपचार करने वाले संयंत्र का मॉडल तैयार किया, जिसमें रसायनों की लागत, पानी को मिलाने के लिए आवश्यक बिजली, संयंत्र चलाने के लिए श्रम और उपकरण के रखरखाव को शामिल किया गया। उनके विश्लेषण ने अनुमान लगाया कि एक घन मीटर अपशिष्ट जल को उपचारित करने की कुल लागत लगभग 0.54 अमेरिकी डॉलर होगी। यह आंकड़ा वर्तमान में उपयोग की जा रही अधिक जटिल मेम्ब्रेन फिल्ट्रेशन प्रणालियों या अन्य उन्नत उपचार तकनीकों की लागत से काफी कम है। अध्ययन बताता है कि चार्ज न्यूट्रलाइजेशन, अधिशोषण (एडजॉर्प्शन) और कणों के भौतिक फंसने को जोड़कर, यह एकीकृत प्रणाली कपड़ा अपशिष्ट जल को साफ करने के लिए एक व्यावहारिक और किफायती मार्ग प्रदान करती है, बशर्ते कि पूर्ण-स्तरीय कार्यान्वयन से पहले इसे वास्तविक दुनिया के निरंतर-प्रवाह (कंटीन्यूअस-फ्लो) सेटिंग में मान्य किया जाए।
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