Comparative Study of Removal of Organic Pollutant from Waste Water by Using Advance Oxidation Techniques

हर दिन, खाद्य प्रसंस्करण संयंत्र भारी मात्रा में अपशिष्ट जल उत्पन्न करते हैं, जो वसा, प्रोटीन और कार्बोहाइड्रेट जैसे कार्बनिक पदार्थों से युक्त एक तरल मिश्रण है। यह बहिःस्राव अक्सर निलंबित ठोस पदार्थों से भरा होता है और इसमें रासायनिक और जैविक ऑक्सीजन की उच्च मांग होती है, जिसका अर्थ है कि यह तेजी से ऑक्सीजन का उपभोग करता है और यदि इसे बिना उपचार के छोड़ा गया, तो यह जलीय जीवन का दम घोंट सकता है। हालांकि पारंपरिक सफाई विधियां मौजूद हैं, लेकिन वे अक्सर उन जिद्दी, जटिल कार्बनिक यौगिकों को तोड़ने में संघर्ष करती हैं जो प्राकृतिक अपघटन का विरोध करते हैं। इस समस्या को हल करने के लिए, वैज्ञानिक उन्नत ऑक्सीकरण तकनीकों की ओर मुड़ते हैं, जो अत्यधिक प्रतिक्रियाशील प्रजातियों, विशेष रूप से हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स (hydroxyl radicals) को बनाने पर निर्भर उपचारों का एक वर्ग है, जो प्रदूषकों पर हमला करने और उन्हें तब तक विघटित करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं जब तक कि वे हानिरहित गैसों और पानी में परिवर्तित न हो जाएं। इन विधियों के बीच, फोटोकैटलिसिस (photocatalysis) और फोटो-ओजोनेशन (photo-ozonation) आशाजनक उपकरण के रूप में उभरे हैं, फिर भी प्रत्येक की अपनी सीमाएं हैं: एक पानी के धुंधलेपन के कारण प्रकाश को अवरुद्ध करने से बाधित हो सकता है, जबकि दूसरे को आवश्यक ओजोन उत्पन्न करने के लिए महत्वपूर्ण ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

एमआईटी एकेडमी ऑफ इंजीनियरिंग के शोधकर्ताओं ने इन दोनों दृष्टिकोणों की सीधे तुलना करने के लिए एक अध्ययन किया, जिसमें भारत के पुणे (डी) के पास अलेंडी से एकत्र किए गए वास्तविक अपशिष्ट जल का उपयोग किया गया। उनका लक्ष्य केवल यह देखना नहीं था कि क्या ये विधियां काम करती हैं, बल्कि यह निर्धारित करना था कि विशिष्ट, समायोज्य स्थितियों के तहत कौन सा बेहतर प्रदर्शन करता है। उन्होंने उपचार के बाद कितना कार्बनिक प्रदूषण बचा रहा, इसका माप लेकर, रासायनिक और जैविक ऑक्सीजन की मांग में परिवर्तन को ट्रैक करके पानी का परीक्षण किया। टीम ने चार प्रमुख कारकों को व्यवस्थित रूप से बदला: उपचार की अवधि, जोड़े गए उत्प्रेरक (catalyst) सामग्री की मात्रा, पानी की अम्लता या क्षारीयता, और मिश्रण को हिलाने (stirring) की गति। इन लीवरों को समायोजित करके, उन्होंने प्रदूषकों के विनाश को अधिकतम करने और कचरे एवं ऊर्जा के उपयोग को न्यूनतम करने के सटीक संयोजन को खोजने का प्रयास किया।

अध्ययन से पता चला कि समय दोनों विधियों के लिए एक महत्वपूर्ण कारक है। जैसे-जैसे उपचार की अवधि बढ़ी, कार्बनिक प्रदूषकों को हटाने की दक्षता में निरंतर सुधार हुआ। ऐसा इसलिए हुआ क्योंकि पानी जितनी अधिक अवधि तक उपचार के संपर्क में रहा, प्रतिक्रियाशील रेडिकल्स को प्रदूषक अणुओं से टकराने और उन्हें नष्ट करने के उतने ही अधिक अवसर मिले। हालांकि, शोधकर्ताओं ने पाया कि केवल अधिक उत्प्रेरक सामग्री जोड़ने से हमेशा बेहतर परिणाम नहीं मिलते हैं। जब उन्होंने ठोस उत्प्रेरक की मात्रा एक ग्राम से बढ़ाकर तीन ग्राम की, तो सक्रिय स्थलों की उपलब्धता बढ़ने के कारण सफाई दक्षता में वृद्धि हुई। फिर भी, खुराक को चार ग्राम तक बढ़ाने से प्रदर्शन गिर गया। इस उच्च सांद्रता पर, पानी बहुत अधिक धुंधला हो गया, जिससे प्रकाश उत्प्रेरक को सक्रिय करने के लिए गहराई तक प्रवेश करने में असमर्थ रहा, जिससे प्रक्रिया प्रभावी रूप से बाधित हो गई।

पानी की अम्लता ने भी निर्णायक भूमिका निभाई। प्रयोगों ने दिखाया कि छह का तटस्थ pH प्रदूषकों को तोड़ने के लिए सबसे प्रभावी वातावरण प्रदान करता है। अधिक अम्लीय या क्षारीय स्थितियों में, उत्प्रेरक की सतह या प्रदूषकों की प्रकृति इस तरह बदल जाती है जो आवश्यक रासायनिक अंतःक्रियाओं को प्रतिकर्षित करती है, जिससे सफाई की प्रक्रिया धीमी हो जाती है। इसी तरह, मंथन (agitation) की गति भी महत्वपूर्ण थी। मिश्रण को 700 चक्कर प्रति मिनट (rpm) की गति से हिलाने से प्रक्रिया अनुकूलित हुई, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि उत्प्रेरक समान रूप से वितरित हो और ओजोन गैस कुशलतापूर्वक पानी में घुल जाए। इस सीमा से तेज मंथन से कोई अतिरिक्त लाभ नहीं हुआ और वास्तव में इसने दक्षता को कम कर दिया, जो संभवतः प्रतिक्रिया के नाजुक संतुलन को बाधित करने के कारण हुआ।

दोनों तकनीकों की आमने-सामने तुलना करने पर, फोटो-ओजोनेशन विधि ने फोटोकैटलिसिस की तुलना में लगातार बेहतर प्रदर्शन किया। ओजोन और प्रकाश के संयोजन ने हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स की अधिक शक्तिशाली लहर उत्पन्न की, जिससे प्रदूषकों की उच्च निष्कासन दर प्राप्त हुई। इन उन्नत ऑक्सीकरण तकनीकों की तुलना करने की समग्र कार्यप्रणाली के माध्यम से, शोधकर्ताओं ने 90% दक्षता के साथ एक टिकाऊ दृष्टिकोण प्राप्त किया। शोधकर्ताओं ने अपने परिणामों को मॉडल करने के लिए सांख्यिकीय सॉफ्टवेयर का उपयोग किया, जिससे ऐसे समीकरण बनाए गए जो उनके द्वारा परीक्षण किए गए चरों के आधार पर उनके प्रयोगों के परिणाम की सटीक भविष्यवाणी करते हैं। मॉडल ने पुष्टि की कि फोटो-ओजोनेशन इस प्रकार के विशिष्ट औद्योगिक अपशिष्ट के लिए बेहतर विधि है, जो कठिन कार्बनिक यौगिकों को तोड़ने के लिए अधिक मजबूत समाधान प्रदान करती है। यह कार्य इस बात पर प्रकाश डालता है कि हालांकि उन्नत ऑक्सीकरण एक शक्तिशाली उपकरण है, इसकी सफलता पूरी तरह से उपचारित किए जा रहे पानी की अनूठी विशेषताओं के अनुरूप परिचालन मापदंडों को सूक्ष्म रूप से ट्यून करने पर निर्भर करती है।