Electrochemical Post-Treatment of Constructed Wetland Effluent for Enhanced Ketoprofen Removal and Toxicity Reduction

जल उपचार संयंत्र हमारे सीवेज को साफ करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, लेकिन वे एक अलग युग के लिए बनाए गए थे। वे कचरे के बड़े हिस्से—मानव मल, खाद्य अवशेष और जैविक पदार्थों—को हटाने में उत्कृष्ट हैं, लेकिन वे उन जटिल, सिंथेटिक रसायनों के साथ संघर्ष करते हैं जिन्हें हम हर दिन नाली में बहा देते हैं। इनमें फार्मास्यूटिकल्स (औषधियाँ) शामिल हैं, जिन्हें मानव शरीर के भीतर बीमारी से लड़ने के लिए शक्तिशाली और स्थायी बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। दुर्भाग्य से, यही स्थायित्व यह सुनिश्चित करता है कि वे पारंपरिक फिल्टरों से बचकर निकल जाएं और नदियों और झीलों में पहुंच जाएं, जहाँ वे जलीय जीवन को नुकसान पहुंचा सकते हैं और संभावित रूप से हमारी खाद्य आपूर्ति में प्रवेश कर सकते हैं। ऐसी ही एक दवा केटोप्रोफेन (ketoprofen) है, जो अपशिष्ट जल में अक्सर पाया जाने वाला एक सामान्य दर्द निवारक है। क्योंकि मानक उपचार विधियां इसे पूरी तरह से तोड़ने में सक्षम नहीं हैं, इसलिए वैज्ञानिक इस बात के तरीके खोज रहे हैं कि संयंत्र से निकलने के बाद पानी को कैसे 'पॉलिश' किया जाए, ताकि इन अदृश्य खतरों को पर्यावरण तक पहुँचने से पहले हटाया जा सके।

प्रकृति के पास पानी को साफ करने का अपना तरीका है। निर्मित आर्द्रभूमि (constructed wetlands) मानव निर्मित प्रणालियाँ हैं जो प्राकृतिक दलदलों की नकल करती हैं, जो प्रदूषकों को छानने के लिए पौधों, मिट्टी और सूक्ष्म जीवन का उपयोग करती हैं। वे सौम्य, टिकाऊ और कई प्रदूषकों को हटाने में प्रभावी हैं, लेकिन कभी-कभी उनमें सबसे जिद्दी रासायनिक संरचनाओं को नष्ट करने की शक्ति की कमी होती है। इस समस्या को हल करने के लिए, शोधकर्ताओं ने इन प्रकृति-आधारित प्रणालियों को उन्नत तकनीकों के साथ जोड़ना शुरू कर दिया है जो जटिल अणुओं को चीरने में सक्षम शक्तिशाली, अल्पकालिक रासायनिक एजेंट उत्पन्न करने के लिए बिजली और प्रकाश का उपयोग करती हैं। यह दृष्टिकोण दोनों दुनियाओं के सर्वश्रेष्ठ को जोड़ता है: एक आर्द्रभूमि का व्यापक, कम ऊर्जा वाला फिल्ट्रेशन और उसके बाद एक सटीक, उच्च-ऊर्जा फिनिश।

ब्राजील में शोधकर्ताओं की एक टीम ने केंपो ग्रांडे (Campo Grande) के एक उपचार संयंत्र से प्राप्त वास्तविक अपशिष्ट जल का उपयोग करके इस हाइब्रिड रणनीति का परीक्षण करने का निर्णय लिया। उन्होंने केटोप्रोफेन पर ध्यान केंद्रित किया, जो एक ऐसी दवा है जो पानी में पाई गई थी लेकिन पूरी तरह से समाप्त नहीं हुई थी। सबसे पहले, उन्होंने अपशिष्ट जल को एक पायलट-स्केल वर्टिकल फ्लो कंस्ट्रक्टेड वेटलैंड (vertical flow constructed wetland) से गुजारा। यह प्रणाली, जो पानी को छानने के लिए बजरी और पौधों का उपयोग करती है, दवा के एक महत्वपूर्ण हिस्से को सफलतापूर्वक हटा दी, लेकिन एक खतरनाक मात्रा शेष रह गई। पानी साफ तो हुआ था, लेकिन इतना साफ नहीं था कि पारिस्थितिकी तंत्र के लिए सुरक्षित माना जा सके। शोधकर्ताओं ने फिर इस आंशिक रूप से उपचारित पानी को दो अलग-अलग इलेक्ट्रोकेमिकल (विद्युत-रासायनिक) विधियों का उपयोग करके दूसरे चरण के उपचार के अधीन किया।

पहली विधि, जिसे इलेक्ट्रो-फेंटन (electro-Fenton) कहा जाता है, एक रासायनिक प्रतिक्रिया पैदा करने के लिए विद्युत धारा का उपयोग करती है जो हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स (hydroxyl radicals) बनाती है। ये अत्यधिक प्रतिक्रियाशील कण हैं जो कार्बनिक प्रदूषकों पर हमला करते हैं और उन्हें तोड़ देते हैं। दूसरी विधि, फोटो-इलेक्ट्रो-फेंटन (photoelectro-Fenton), प्रक्रिया में पराबैंगनी (ultraviolet) प्रकाश की एक परत जोड़ती है। यह प्रकाश प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक रसायनों को पुनर्जीवित करने में मदद करता है और सफाई के लिए और भी अधिक रेडिकल्स का उत्पादन करता है। टीम ने आर्द्रभूमि से आने वाले पानी पर दोनों विधियों का परीक्षण किया, जिसमें उन्होंने विद्युत धारा की शक्ति, मिश्रण में डाले गए आयरन (लोहे) की मात्रा, और आयरन तथा एक सहायक रसायन साइट्रेट (citrate) के अनुपात को सावधानीपूर्वक समायोजित किया। उन्होंने इन कारकों के सही संयोजन को खोजने के लिए एक सांख्यिकीय दृष्टिकोण का उपयोग किया, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि वे केवल अनुमान न लगाएं बल्कि व्यवस्थित रूप से सबसे कुशल सेटिंग्स की खोज करें।

परिणाम आश्चर्यजनक थे। जब वेटलैंड के बाद फोटो-इलेक्ट्रो-फेंटन उपचार किया गया, तो इस प्रणाली ने केटोप्रोफेन के 99 प्रतिशत से अधिक को हटा दिया। इसने केवल दवा को छिपाया नहीं; बल्कि इसने इसे सरल, हानिरहित घटकों में तोड़ दिया, जिससे पानी में मौजूद लगभग आधे कार्बनिक पदार्थों का खनिजीकरण (mineralization) हो गया। पानी भी काफी स्पष्ट हो गया, जिसमें टर्बिडिटी (मैलापन) और प्रदूषण के अन्य मापदंडों में बड़ी कमी आई। महत्वपूर्ण रूप से, शोधकर्ताओं ने परीक्षण किया कि क्या यह उपचारित पानी वास्तव में जीवित चीजों के लिए सुरक्षित था। उन्होंने ज़ेब्राफिश भ्रूण, ब्राइन श्रिम्प (brine shrimp) और सलाद के बीजों को इस पानी के संपर्क में रखा। परिणामों ने विषाक्तता में भारी गिरावट दिखाई। जो पानी मछली के भ्रूण के लिए तीव्र रूप से विषाक्त था, वह अब केवल मामूली रूप से विषाक्त रह गया था, और झींगों के लिए खतरा पूरी तरह से समाप्त हो गया। सलाद के बीज उपचारित पानी में भी उतने ही अच्छे से बढ़े जितने कि साफ पानी में, जिससे यह सिद्ध हुआ कि इस प्रक्रिया ने पीछे कोई हानिकारक अवशेष नहीं छोड़ा है।

अध्ययन ने इन प्रणालियों को चलाने के लिए आवश्यक लागत और ऊर्जा पर भी विचार किया। हालांकि दोनों इलेक्ट्रोकेमिकल विधियां अच्छी तरह से काम करती थीं, लेकिन प्रकाश का उपयोग करने वाली विधि अधिक कुशल थी। इसने नष्ट किए गए कार्बनिक पदार्थ के प्रति ग्राम के हिसाब से काफी कम ऊर्जा का उपयोग करके प्रदूषण की समान मात्रा को हटाया। यह सुझाव देता है कि एक प्राकृतिक आर्द्रभूमि को प्रकाश-सहायता प्राप्त इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया के साथ जोड़ना एक संतुलित समाधान प्रदान करता है: यह जिद्दी फार्मास्यूटिकल्स को साफ करने के लिए पर्याप्त शक्तिशाली है, विषाक्त उपोत्पाद बनाने से बचने के लिए पर्याप्त सौम्य है, और वास्तविक दुनिया के उपयोग के लिए एक व्यवहार्य विकल्प होने के लिए पर्याप्त कुशल है। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि पहले प्रकृति को भारी काम करने देने और फिर एक लक्षित तकनीकी बढ़ावा का उपयोग करने से, हम अपने पानी को पहले से कहीं अधिक पूर्णता से साफ कर सकते हैं, जिससे आधुनिक चिकित्सा के स्थायी प्रभावों से पारिस्थितिकी तंत्र की रक्षा की जा सकती है।