An Effective Polyamine-Based Coagulation–Flocculation Approach for Cyanide and Color Removal from Steelmaking Wastewater

इस्पात आधुनिक सभ्यता का कंकाल है, वह सामग्री जो हमारे शहरों को रूप देती है और हमारी नदियों पर पुल बनाती है। फिर भी, लौह अयस्क से इस धातु को बनाने की प्रक्रिया एक प्यासी और गंदी प्रक्रिया है। उत्पादित होने वाले प्रत्येक टन स्टील के लिए, उद्योग पानी की विशाल मात्रा का उपभोग करता है, जो अंततः पर्यावरण में वापस छोड़े जाने से पहले खतरनाक रसायनों से दूषित हो जाता है। इन प्रदूषकों में सबसे घातक पदार्थों में से एक साइनाइड है, जो एक ऐसा पदार्थ है जो बहुत कम मात्रा में भी जीवित चीजों के लिए घातक हो सकता है। जब स्टील प्लांट इस जहर से युक्त पानी को छोड़ते हैं, तो यह नदियों, भूजल और उन पारिस्थितिक तंत्रों के लिए गंभीर खतरा पैदा करता है जो उन पर निर्भर हैं। इंजीनियरों और वैज्ञानिकों के लिए चुनौती लंबे समय से इस तरीके को खोजने की रही है जिससे बिना नई समस्याएं पैदा किए या बहुत अधिक खर्च किए, इस विषाक्तता को पानी से कुशलतापूर्वक हटाया जा सके।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने भारत के एक प्रमुख स्टील प्लांट से आने वाले पानी पर ध्यान केंद्रित करके इस समस्या का समाधान किया। यह अपशिष्ट जल एक धुंधला, गहरा तरल था, जो निलंबित ठोस पदार्थों और लोहे के कणों से भारी भरा हुआ था, जिससे इसे एक गहरा, अस्वाभाविक रंग मिला था। अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि इसमें मुक्त साइनाइड की उच्च सांद्रता थी, जो 13.2 पार्ट्स प्रति मिलियन (ppm) मापी गई, जो विसर्जन के लिए निर्धारित सख्त सुरक्षा सीमाओं से कहीं अधिक है। टीम ने इस पानी को साफ करने के लिए रासायनिक ऑक्सीकरण और एक विशिष्ट प्रकार के पॉलीमर-आधारित उपचार के संयोजन का उपयोग किया। उनका लक्ष्य न केवल जहर को हटाना था, बल्कि इसे इस तरह से करना था जो प्रयोगशाला के बजाय एक वास्तविक कारखाने में उपयोग करने के लिए पर्याप्त सरल हो।

उनके द्वारा विकसित प्रक्रिया एक रासायनिक परिवर्तन के साथ शुरू होती है। पानी को साफ करने से पहले, जहरीले साइनाइड को कम खतरनाक बनाया जाना चाहिए। शोधकर्ताओं ने कॉपर सल्फेट मिलाया, जो एक उत्प्रेरक (कैटेलिस्ट) के रूप में कार्य करता है ताकि प्रतिक्रिया तेज हो सके, जिसके बाद सोडियम मेटाबिसल्फाइट मिलाया गया। हवा में मौजूद ऑक्सीजन की उपस्थिति में, ये रसायन मिलकर घातक साइनाइड को सायानेट (cyanate) में बदल देते हैं, जो कि एक बहुत कम विषैला रूप है। फिर उन्होंने फेरस सल्फेट मिलाया ताकि उन लोहे-आधारित यौगिकों को आपस में जोड़ने में मदद मिल सके जो अन्य साइनाइड अणुओं को थामे हुए थे, जिससे वे ठोस कणों में बदल गए जिन्हें हटाया जा सके। इस प्रारंभिक चरण ने पानी को मुख्य सफाई प्रक्रिया: जमाव (कोआगुलेशन) और फ्लोकुलेशन के लिए तैयार किया।

सफाई के चरण को समझने के लिए, पानी की कल्पना एक भीड़भाड़ वाले कमरे के रूप में करें जहाँ गंदगी के छोटे, अदृश्य कण तैर रहे हैं, जो नीचे बैठने से इनकार कर रहे हैं क्योंकि वे सभी एक-दूसरे को प्रतिकर्षित (repel) करते हैं। शोधकर्ताओं ने इन गतिशीलताओं को बदलने के लिए पॉलीमाइन कोगुलेन्ट नामक एक विशेष रसायन पेश किया। इस कोगुलेन्ट को एक चिपचिपे जाल के रूप में सोचें जो इन प्रतिकर्षक कणों को पकड़ने के लिए हाथ बढ़ाता है, उनके आवेश (चार्ज) को उदासीन करता है और उन्हें एक साथ चिपकने के लिए मजबूर करता है। एक बार जब कण छोटे समूहों में गुच्छे बन जाते हैं, तो एक दूसरा रसायन, एक एनियोनिक फ्लोकुलेंट (anionic flocculant) जोड़ा जाता है। यह एक पुल की तरह कार्य करता है, जो छोटे गुच्छों को बहुत बड़े, भारी गोलों में जोड़ता है जिन्हें 'फ्लॉक्स' (flocs) कहा जाता है। ये भारी गोले इतने बड़े होते हैं कि वे निलंबित नहीं रह सकते, इसलिए वे टैंक के तल में तेजी से डूब जाते हैं, जिससे पीछे साफ पानी बच जाता है।

शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए कि कौन सा आकार सबसे अच्छा काम करता है, इस पॉलीमाइन कोगुलेन्ट के चार अलग-अलग संस्करणों का परीक्षण किया। उन्होंने एक सीधे, रैखिक (linear) शृंखला की तुलना तीन अलग-अलग प्रकार की शाखित (branched), पेड़ जैसी संरचनाओं से की। परिणाम स्पष्ट थे: सीधा, रैखिक पॉलीमर, शाखित वाले पॉलीमर की तुलना में काफी बेहतर प्रदर्शन करता है। रैखिक आकार ने इसे पूरी तरह से फैलने की अनुमति दी, जिससे पानी में दूर तक पहुँचने और तैरते कणों को पकड़ने की इसकी क्षमता बहुत बेहतर हो गई। यह मजबूत, बड़े गुच्छे बना सकता था जो तेजी से बैठते थे और अधिक प्रदूषकों को फँसा लेते थे। इसके विपरीत, शाखित संस्करण थोड़े उलझे हुए थे, जिससे उनके लिए प्रभावी ढंग से बातचीत करना कठिन हो गया।

सबसे अच्छा प्रदर्शन करने वाले रैखिक पॉलीमर का उपयोग करते हुए, टीम ने उल्लेखनीय परिणाम प्राप्त किए। उन्होंने पानी से शुरुआत की जो अत्यधिक रंगीन और विषैला था, और उपचार के बाद, साइनाइड का स्तर 13.2 पार्ट्स प्रति मिलियन से गिरकर केवल 0.2 पार्ट्स प्रति मिलियन रह गया। यह 98.5% की निष्कासन दक्षता को दर्शाता है, जो पानी को सुरक्षित विसर्जन सीमाओं के भीतर ले आता है। साथ ही, पानी का धुंधला, गहरा रंग गायब हो गया, जो 7350 इकाइयों से घटकर केवल 90 रह गया, यानी रंग में 98.8% की कमी आई। पानी इतना साफ हो गया कि निलंबित ठोस पदार्थ और लोहे के कण लगभग पूरी तरह से गायब हो गए।

अध्ययन प्रयोगशाला के बेंच तक ही सीमित नहीं रहा। शोधकर्ताओं ने अपने निष्कर्षों को एक बड़े पैमाने पर लागू किया, जिससे यह पता चला कि एक वास्तविक स्टील प्लांट में, जो अपशिष्ट जल के भारी प्रवाह को संभाल रहा है, यह प्रक्रिया कैसे काम करेगी। उन्होंने गणना की कि 20,000 लीटर प्रति घंटा पानी संसाधित करने वाले संयंत्र के लिए, आवश्यक रसायनों की मात्रा प्रबंधनीय होगी और आवश्यक उपकरण उन मानक तकनीकों के होंगे जो अधिकांश जल उपचार सुविधाओं में पाई जाती हैं। इसका अर्थ है कि इस पद्धति के लिए महंगी, हाई-टेक मशीनरी या जटिल संचालन प्रक्रियाओं की आवश्यकता नहीं है। यह साधारण मिश्रण टैंकों और व्यावसायिक रूप से उपलब्ध रसायनों पर निर्भर करती है, जो उन उद्योगों के लिए एक व्यावहारिक और लागत प्रभावी समाधान बनाती है जिन्हें अपने पानी को पर्यावरण में छोड़ने से पहले साफ करने की आवश्यकता होती है।

यह कार्य जल उपचार में एक महत्वपूर्ण सबक को उजागर करता है: सफाई करने वाले रसायन का भौतिक आकार उसके रासायनिक संगठन जितना ही महत्वपूर्ण होता है। एक शाखित पॉलीमर के बजाय रैखिक पॉलीमर को चुनकर, शोधकर्ताओं ने दक्षता के एक ऐसे स्तर को अनलॉक किया जिसने उन्हें विष और रंग दोनों को एक साथ हटाने की अनुमति दी। यह दृष्टिकोण स्टील निर्माताओं के लिए ठंडा करने या सफाई के लिए अपने पानी को पुनर्चक्रित (recycle) करने, या आसपास के पारिस्थितिकी तंत्र को नुकसान पहुँचाए बिना इसे सुरक्षित रूप से पर्यावरण में छोड़ने का एक सीधा मार्ग प्रदान करता है। यह सिद्ध करता है कि कभी-कभी, एक जटिल औद्योगिक समस्या के सबसे प्रभावी समाधान के लिए अधिक जटिल मशीन की नहीं, बल्कि इस बात की बेहतर समझ की आवश्यकता होती है कि सरल अणु उस गंदगी के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं जिसे उन्हें साफ करना है।