Experimental and Theoretical Investigation of Chemical Oxygen Demand Reduction in Industrial Petroleum Wastewater Using Electrocoagulation

हर दिन, रिफाइनरियां और औद्योगिक संयंत्र भारी मात्रा में ऐसा पानी बाहर निकालते हैं जो उन साफ धाराओं जैसा बिल्कुल नहीं दिखता जिन्हें हम जानते हैं। यह अपशिष्ट जल अक्सर तेल, निलंबित गंदगी और अदृश्य रासायनिक प्रदूषकों से भरा होता है जो इसे पर्यावरण में वापस छोड़ने के लिए खतरनाक बनाता है। सबसे कठिन समस्याओं में से एक 'केमिकल ऑक्सीजन डिमांड' (रासायनिक ऑक्सीजन मांग) नामक माप है, जो अनिवार्य रूप से यह गिनता है कि पानी के भीतर मौजूद सभी जैविक कचरे को तोड़ने के लिए कितने ऑक्सीजन की आवश्यकता होगी। यदि यह संख्या बहुत अधिक है, तो यह पानी मछलियों का दम घोंट सकता है और पारिस्थितिक तंत्र को नष्ट कर सकता है। एक अन्य दृश्य समस्या टर्बिडिटी (मैलापन) है, जो पानी के छोटे तैरते कणों के कारण इसके धुंधलेपन का माप है। इस पानी को साफ करना कठिन है क्योंकि तेल और गंदगी अक्सर स्थिर, सूक्ष्म इमल्शन (emulsions) बना लेते हैं जो अपने आप नीचे बैठने से इनकार कर देते हैं। पारंपरिक तरीकों में बड़ी मात्रा में रासायनिक जमावट एजेंटों (coagulants) को डालना शामिल है, जो महंगे हो सकते हैं और अपने स्वयं के कचरे की समस्याएं पैदा कर सकते हैं। वैज्ञानिक लंबे समय से इन प्रदूषकों को एक साथ गुच्छे बनाने के लिए मजबूर करने का एक स्वच्छ, अधिक कुशल तरीका खोज रहे थे ताकि उन्हें हटाया जा सके।

एक हालिया अध्ययन में, ईरान के यासूज विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने इस समस्या को हल करने के लिए 'इलेक्ट्रोकोगुलेशन' (electrocoagulation) नामक विधि का पता लगाया। बोतलों से रसायन डालने के बजाय, यह तकनीक सफाई एजेंटों को सीधे अपशिष्ट जल के भीतर उत्पन्न करने के लिए बिजली का उपयोग करती है। कल्पना कीजिए कि एक टैंक है जो गंदे पानी से भरा है और उसमें दो धातु की प्लेटें डूबी हुई हैं। जब विद्युत धारा चालू की जाती है, तो एल्युमीनियम से बनी धनात्मक प्लेट धीरे-धीरे घुलने लगती है। जैसे-जैसे यह घुलती है, यह पानी में एल्युमीनियम आयनों को छोड़ती है। ये आयन तुरंत पानी के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और एक चिपचिपे, जेल जैसे पदार्थ का निर्माण करते हैं जिसे एल्युमीनियम हाइड्रोक्साइड कहा जाता है। यह जेल एक सूक्ष्म जाल की तरह कार्य करता है, जो तैरते हुए तेल के बूंदों और गंदगी के कणों को पकड़ लेता है। साथ ही, ऋणात्मक प्लेट हाइड्रोजन गैस के छोटे बुलबुले पैदा करती है। ये बुलबुले पानी के माध्यम से ऊपर उठते हैं, गंदगी और तेल के गुच्छों से जुड़ जाते हैं, और उन्हें सतह तक ले जाते हैं जहाँ उन्हें निकाला जा सकता है। यह प्रक्रिया तीन मुख्य कारकों के बीच एक नाजुक संतुलन पर निर्भर करती है: विद्युत धारा कितनी मजबूत है, पानी कितना अम्लीय या क्षारीय है, और बिजली कितनी देर तक लागू की जाती है।

शोधकर्ताओं ने इस औद्योगिक पेट्रोलियम अपशिष्ट जल को यथासंभव प्रभावी ढंग से साफ करने के लिए इन तीन कारकों के सटीक संयोजन को खोजने का प्रयास किया। उन्होंने बीस अलग-अलग परिदृश्यों का परीक्षण करने के लिए एक परिष्कृत सांख्यिकीय दृष्टिकोण का उपयोग किया, जिसमें करंट डेंसिटी (धारा घनत्व), पीएच (pH) स्तर और उपचार के समय को बदला गया। उन्होंने ऐसे अपशिष्ट जल से शुरुआत की जिसका केमिकल ऑक्सीजन डिमांड 16.5 ग्राम प्रति लीटर था और टर्बिडिटी लगभग 231 यूनिट थी, जो अत्यधिक प्रदूषित होने का संकेत देती है। जैसे-जैसे उन्होंने अपने प्रयोग चलाए, उन्होंने देखा कि यह प्रक्रिया तब सबसे अच्छा काम करती है जब पानी तटस्थ (neutral) के करीब होता है और उपचार का समय एल्युमीनियम जेल को बनने देने और बुलबुलों को अपना काम करने देने के लिए पर्याप्त होता है। उन्होंने पाया कि विद्युत धारा वह इंजन थी जो इस प्रक्रिया को चला रही थी; उच्च करंट अधिक एल्युमीनियम को घोलता है और अधिक बुलबुले बनाता है, जिससे आम तौर पर बेहतर सफाई होती है। हालांकि, उन्होंने ध्यान दिया कि करंट को बहुत अधिक बढ़ाना हमेशा सही उत्तर नहीं था, क्योंकि इससे ऊर्जा बर्बाद होती थी और धातु की प्लेटों का उपभोग तेजी से होता था, बिना पानी को और बेहतर तरीके से साफ किए।

उनके जांच के परिणाम चौंकाने वाले थे। उनके द्वारा पहचाने गए सर्वोत्तम परिस्थितियों के तहत, इलेक्ट्रोकोगुलेशन प्रक्रिया ने केमिकल ऑक्सीजन डिमांड का 93 प्रतिशत और टर्बिडिटी का 96.5 प्रतिशत हटा दिया। इसका मतलब है कि उपचार टैंक से निकला पानी लगभग साफ दिखाई देता है और रासायनिक रूप से बहुत सुरक्षित है। टीम ने अपने विद्युत तरीके की तुलना पॉलीएल्युमीनियम क्लोराइड नामक एक सामान्य जमावट एजेंट (coagulant) का उपयोग करने वाले पारंपरिक रासायनिक दृष्टिकोण से की। जबकि रासायनिक विधि लगभग 75 प्रतिशत धुंधलेपन को हटा सकती थी, विद्युत पद्धति ने काफी बेहतर प्रदर्शन किया। यहाँ तक कि जब उन्होंने इन दोनों विधियों को मिलाने की कोशिश की, तो सुधार केवल मामूली था, जिससे पता चलता है कि विद्युत प्रक्रिया अकेले ही अत्यधिक प्रभावी थी और अतिरिक्त रसायन जोड़ने की आवश्यकता को कम कर सकती है। अध्ययन ने पुष्टि की कि प्रदूषकों को हटाने की प्रक्रिया विभिन्न तंत्रों के संयोजन के माध्यम से हुई: एल्युमीनियम जेल ने गंदगी के कणों के विद्युत आवेशों को निष्प्रभावी कर दिया, जिससे वे आपस में चिपक गए, जबकि ऊपर उठते बुलबुलों ने भारी गुच्छों को ऊपर उठाया।

इन उच्च सफलता दरों के बावजूद, शोधकर्ता सावधानीपूर्वक यह स्पष्ट करने में भी संकोच नहीं करते कि यह हर समस्या को तुरंत हल करने वाला कोई जादुई समाधान नहीं है। उन्होंने उल्लेख किया कि धातु की प्लेटों पर अंततः सामग्री की एक परत जम सकती है जो उन्हें कुशलता से काम करने से रोकती है, जिसे 'पैसिवेशन' (passivation) नामक घटना कहा जाता है, जिसके लिए वास्तविक दुनिया के कारखाने के परिवेश में रखरखाव या सफाई की आवश्यकता होगी। उन्होंने इस बात पर भी जोर दिया कि हालांकि प्रयोगशाला के परिणाम उत्कृष्ट थे, लेकिन इस प्रणाली को बड़े पैमाने पर चलाने के लिए ऊर्जा लागत और इलेक्ट्रोड बदलने की गणना सावधानीपूर्वक करनी होगी। अध्ययन ने यह दावा नहीं किया कि इसने औद्योगिक अपशिष्ट जल की पूरी समस्या को हल कर दिया है, लेकिन इसने इस बात के पुख्ता सबूत दिए कि इलेक्ट्रोकोगुलेशन एक शक्तिशाली, व्यवहार्य उपकरण है। यह दिखाकर कि बिजली कठोर रसायनों की आवश्यकता को प्रतिस्थापित या कम कर सकती है, यह कार्य उन उद्योगों के लिए एक आशाजनक मार्ग प्रदान करता है जो अपने पानी को अधिक स्थायी रूप से साफ करने की तलाश में हैं। निष्कर्ष बताते हैं कि सही सेटिंग्स के साथ, यह विधि अत्यधिक प्रदूषित औद्योगिक अपवाह को ऐसे पानी में बदल सकती है जो काफी हद तक स्वच्छ और पर्यावरण के लिए सुरक्षित है।