कोएग्युलेशन प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले कारक (9 नवंबर – प्रतिदिन एक प्रश्न का उत्तर)

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कल के “दैनिक एक प्रश्न” का पहला प्रश्न: 1. कोएगुलेशन प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले कारकों में निम्नलिखित में से कौन-सा शामिल नहीं है? ( ) ए. जल-ऊर्जा संबंधी परिस्थितियाँ, बी. pH मान, सी. अम्लता, डी. क्षारता।
सही उत्तर है – सी. अम्लता। कई लोगों ने उत्तर “ए. जल-ऊर्जा संबंधी परिस्थितियाँ” दिया। इसके बारे में जानकारी देने हेतु, मैंने एक शैक्षणिक दस्तावेज़ ढूँढकर आप सभी के साथ साझा किया है।
**कोएगुलेशन प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक:**
1. जल-तापमान का प्रभाव: जल-तापमान, कोएगुलेशन प्रक्रिया पर काफी प्रभाव डालता है। चाहे जल-तापमान बहुत अधिक हो या बहुत कम, दोनों ही स्थितियाँ कोएगुलेशन प्रक्रिया के लिए हानिकारक हैं। कोएगुलेशन हेतु सबसे उपयुक्त जल-तापमान 20–30°C के बीच है। जब पानी का तापमान कम होता है, तो फ्लोकीकरण की प्रक्रिया धीमी हो जाती है; इसके कारण बनने वाले कण छोटे हो जाते हैं, और फ्लोकीकरण का प्रभाव कम हो जाता है। इसके कारण हैं: ① क्योंकि अकार्बनिक लवणों के द्वारा होने वाली हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया ऊष्मा-अवशोषक प्रक्रिया है; इसलिए पानी का तापमान कम होने पर हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया धीमी हो जाती है, जिससे कोलॉइडल कणों का स्थिरता-भंग होना कठिन ह ②जब पानी का तापमान कम होता है, तो पानी की चिपचिपाहट बढ़ जाती है। इसके कारण कोलॉइडल कणों की गति में बाधा आती है, जिससे कोलॉइडल कणों के बीच प्रभावी टक्करें एवं संघनन प्रक्रिया प्रभावित होती है। ③जब पानी का तापमान कम होता है, तो पानी में मौजूद कोलॉइडल कणों की ब्राउनियन गति कम हो जाती है; इससे अस्थिर हो चुके कोलॉइडल कणों का एक साथ जुड़ना कठिन हो जाता है। जब पानी का तापमान बहुत अधिक होता है, तो संघनन प्रक्रिया भी कमजोर हो जाती है। ऐसा मुख्य रूप से इसलिए होता है, क्योंकि उच्च तापमान में संघनक पदार्थों की जल-अपघटन प्रक्रिया तेज हो जाती है; इस कारण बनने वाले फ्लोकों में जल-संयोजन बढ़ जाता है, और वे आसानी से नीचे नहीं गिर पाते। ； सीवेज शोधन के दौरान, बड़ी मात्रा में सीलेज उत्पन्न होता है; इसमें पानी की मात्रा अधिक होती है, इसलिए इसे संसाधित करना कठिन होता है। 2. पानी के pH मान का प्रभाव: पानी का pH मान, कोएग्युलेशन प्रक्रिया पर बहुत ही महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है; यह प्रभाव मुख्य रूप से दो तरीकों से होता है। एक ओर, पानी का pH मान सीधे उसमें मौजूद कोलॉइडल कणों के सतही आवेश एवं विभव से संबंधित होता है। विभिन्न pH मानों पर कोलॉइडल कणों के सतही आवेश एवं विभव अलग-अलग होते हैं; इसलिए उन्हें एकत्र करने हेतु आवश्यक रसायनों की मात्रा भी अलग-अलग होती है। ； दूसरी ओर, पानी का pH मान, कोएगुलेंटों के जल-विघटन प्रक्रम पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। विभिन्न कोएगुलेंटों के लिए उनके जल-विघटन हेतु आवश्यक pH मान अलग-अलग होते हैं; इसलिए, पानी का pH मान, कोएगुलेंट के प्रकार के आधार पर कोएगुलेशन प्रक्रिया पर भी अलग-अलग प्रभाव डालता है। हमारी कंपनी में, पॉलीएल्यूमिनियम क्लोराइड का उपयोग करके अशुद्धियों को हटाने हेतु उपयुक्त pH मान 5 से 9 के बीच होता है। 3. पानी की क्षारता पर प्रभाव: जब कोएगुलेंट को मूल जल में मिलाया जाता है, तो जल-अपघटन अभिक्रिया होती है। इस अभिक्रिया के दौरान पानी की क्षारता कम हो जाती है; खासकर अकार्बनिक लवणों वाले कोएगुलेंटों के कारण क्षारता और अधिक कम हो जाती है। जब मूल जल में क्षारता बहुत कम होती है, तो कोएगुलेंट डालने से जल में मौजूद क्षारता कम हो जाती है, जिससे जल का pH मान घट जाता है। यदि जल का pH मान कोएगुलेंट के लिए उपयुक्त pH सीमा से बाहर चला जाता है, तो इससे कोएगुलेशन प्रक्रिया पर गंभीर प्रभाव पड़ता है। जब कच्चे पानी में क्षारता कम होती है, या कोएगुलेंट की मात्रा अधिक होती है, तो कोएगुलेशन प्रक्रिया को बेहतर बनाने हेतु आमतौर पर चूना जैसे क्षारीय पदार्थों को मिलाने की आवश्यकता होती है। 4. जल में अशुद्धि कणों की सांद्रता का प्रभाव: जल में अशुद्धि कणों की सांद्रता, संघनन प्रक्रिया पर सीधा प्रभाव डालती है। जब अशुद्धि कणों की सांद्रता कम होती है, तो कणों के बीच टकराव की संभावना कम हो जाती है, जिससे संघनन प्रक्रिया कम प्रभावी हो जाती है। यदि घनत्व बहुत अधिक हो, तो पॉलीप्रोपिलीन एमाइड जैसे उच्च-आणविक वजन वाले फ्लोकुलेंटों का उपयोग करके मूल जल की गंदगी को एक निश्चित स्तर तक कम करना आवश्यक है; उसके बाद ही सामान्य शोधन प्रक्रिया हेतु कोएग्युलेंटों का उप 5. जल में ऑर्गेनिक प्रदूषकों का प्रभाव: जल में मौजूद ऑर्गेनिक पदार्थ, कोलॉइडों की सुरक्षा में मदद करते हैं। दरअसल, जल में घुलनशील ऑर्गेनिक अणु, कोलॉइड कणों की सतह पर चिपक जाते हैं; ऐसे में कोलॉइड कणों की सतह पर एक ऑर्गेनिक परत बन जाती है, जिससे कोलॉइड कण सुरक्षित रहते हैं। इसके कारण कोलॉइड कणों के आपस में टकरने की संभावना कम हो जाती है, एवं कोएग्युलेंटों का कोलॉइड कणों को एक साथ जोड़ने का कार्य भी कठिन हो जाता है। इसलिए, ऑर्गेनिक पदार्थों की उपस्थिति में कोलॉइड कणों को एक साथ जोड़ने हेतु अधिक मात्रा में कोएग्युलेंट की आवश्यकता होती है। प्री-ऑक्सीडेंट के रूप में पोटैशियम परमैंगनेट, ओज़ोन, क्लोरीन आदि का उपयोग किया जा सकता है; लेकिन इस बात पर ध्यान देना आवश्यक है कि क्या इनसे कोई विषाक्त अपचय उत्पन्न होता है या नही 6. कोएगुलेंटों के प्रकार एवं उनकी मात्रा का प्रभाव: चूँकि विभिन्न प्रकार के कोएगुलेंटों की जल-विघटन संबंधी विशेषताएँ एवं उनका उपयोग करने हेतु आवश्यक जल-गुणवत्ता अलग-अलग होती है, इसलिए मूल जल की गुणवत्ता के आधार पर ही उपयुक्त कोएगुलेंट चुनना आवश्यक है। अकार्बनिक लवणीय संघनकों के लिए, ऐसी संरचना आवश्यक होती है जो द्विविद्युत-स्तरों को प्रभावी ढंग से संपीड़ित कर सके, या तीव्र विद्युत-संतुलन पैदा कर सके। जबकि कार्बनिक उच्च-आणविक-वजन वाले संघनकों के लिए, उचित मात्रा में कार्यकारी समूह एवं बहुलक संरचना, तथा उच्च आणविक-वजन आवश्यक होता है। मेरे संस्थान में कोएगुलेंट के रूप में पॉलीहाइड्रेटेड एल्यूमिनियम क्लोराइड का उपयोग किया जाता है, जबकि सह-कोएगुलेंट के आम तौर पर, कोएग्युलेंट की मात्रा बढ़ने के साथ ही कोएग्युलेशन की प्रक्रिया में सुधार होता है। लेकिन जब कोएग्युलेंट की मात्रा एक निश्चित स्तर तक पहुँच जाती है, तो कोएग्युलेशन की प्रक्रिया अपने चरम पर पहुँच जाती है। इसके बाद यदि कोएग्युलेंट की मात्रा और बढ़ाई जाती है, तो कोएग्युलेशन की प्रक्रिया में गिरावट आ जाती है। सैद्धांतिक रूप से, सर्वोत्तम मात्रा वह होती है जिससे कोएगुलेशन-अवक्षेपण के बाद पानी की घुलनशीलता न्यूनतम हो जाए, एवं कोलॉइडल टाइट्रेशन आवेश एवं ζ-विभव दोनों 0 के बराबर हो जाएं। लेकिन लागत को ध्यान में रखते हुए, वास्तविक उत्पादन में सर्वोत्तम कोएगुलेंट की मात्रा ऐसी ही होती है, जिससे पानी की गुणवत्ता **मानकों के अनुरूप रहे, एवं कोएगुलेंट की आवश्यक मात्रा भी कम से कम रहे। 7. कोएगुलेंट डालने की विधि का प्रभाव: कोएगुलेंट डालने की दो विधियाँ हैं – सूखे रूप में डालना एवं गीले रूप में डालना। चूँकि ठोस कोएग्युलेंटों एवं तरल कोएग्युलेंटों, या फिर विभिन्न सांद्रताओं वाले तरल कोएग्युलेंटों में, डबल इलेक्ट्रोनिक लेयर को संपीड़ित करने या विद्युत-आवेशों को संतुलित करने की क्षमता अलग-अलग होती है; इसलिए पानी में मिलाने के बाद प्राप्त होने वाला कोएग्युलेशन प्रभाव भी अलग-अलग होता है। यदि कोएग्युलेंट के अलावा अन्य सहायक पदार्थ भी मिलाए जाएं, तो विभिन्न पदार्थों को मिलाने का क्रम कोएग्युलेशन प्रक्रिया पर बहुत ही प्रभाव डालता है। इसलिए, उपयुक्त मिलान विधि एवं क्रम निर्धारित करने हेतु परीक्षणों एवं वास्तविक उत्पादन प्रक्रियाओं का उपयोग आवश्यक है। 8. जल-संबंधी परिस्थितियों का प्रभाव: कोएगुलेंट मिलाने के बाद, कोएगुलेशन प्रक्रिया दो चरणों में होती है – तेज़ मिश्रण एवं फ्लोकीकरण अभिक्रिया। लेकिन वास्तविक जल-शोधन प्रक्रिया में ये दोनों चरण आपस में जुड़े हुए होते हैं; इसलिए जल-संबंधी परिस्थितियों में भी निरंतरता आवश्यक है। चूँकि पानी में कोएगुलेंट मिलने के बाद इसकी जल-अपघटन संरचना में तेजी से परिवर्तन हो सकता है, इसलिए तेज मिश्रण प्रक्रिया के दौरान कोएगुलेंट को मूल पानी में तेजी से एवं समान रूप से फैलाना आवश्यक होता है। ऐसा करने से कोएगुलेंट पानी में समान रूप से अपघटित होकर कोलॉइडल कणों को एक साथ जोड़ देता है। तेज मिश्रण हेतु तेज एवं प्रभावी जलीय/यांत्रिक मिश्रण प्रक्रिया आवश्यक होती है, एवं यह प्रक्रिया कम समय में ही पूरी होनी चाहिए। अब फ्लोकुलेशन चरण शुरू हो जाता है। इस चरण में, पहले से ही अस्थिर हो चुके कोलॉइडल कणों को विपरीत दिशा में एवं समान दिशा में फ्लोकुलेशन के माध्यम से धीरे-धीरे बड़े आकार के फ्लोक्यूलों में बदलना होता है; ताकि उनकी अवक्षेपण क्षमता बेहतर हो सके। इसलिए, फ्लोकुलेशन चरण में मिश्रण की गति एवं जलप्रवाह की गति को धीरे-धीरे कम करना आवश्यक है, ताकि पहले से ही बन चुके फ्लोक्यूल टूट न जाएं, एवं कोएग्युलेशन/अवक्षेपण प्रक्रिया प्रभावित न हो। साथ ही, चूँकि फ्लोकीकरण प्रक्रिया एक धीमी गति से होने वाली प्रक्रिया है, इसलिए यदि कोएगुलेशन प्रक्रिया के बाद फ्लोकों का आकार पर्याप्त रूप से बढ़ना आवश्यक है ताकि उन्हें अवक्षेपण द्वारा हटाया जा सके, तो फ्लोकीकरण हेतु पर्याप्त समय आवश्यक है। लेकिन यदि कोएगुलेशन प्रक्रिया के बाद एयर फ्लोटेशन या सीधे फिल्टरिंग विधि का उपयोग किया जाए, तो प्रतिक्रिया समय को **कम किया जा सकता है**। अम्लता की अवधारणा: रसायन विज्ञान में, अम्लता (या न्यूट्रलाइजेशन मान, एसिड वैल्यू) से तात्पर्य 1 ग्राम रासायनिक पदार्थ को न्यूट्रलाइज करने हेतु आवश्यक क्षारीय पदार्थ – हाइड्रोक्साइड ऑफ कैल्शियम (KOH) – की मात्रा से है। एसिड वैल्यू, किसी यौगिक (जैसे फैटी एसिड) या मिश्रण में मौजूद मुक्त कार्बोक्सिलिक अम्ल समूहों की संख्या को मापने हेतु उपयोग में आने वाला एक मापदंड है। विशिष्ट मापन प्रक्रिया में, जिसमें घटकों की मात्रा ज्ञात होती है, उस नमूने को कार्बनिक विलायक में घोला जाता है; फिर इसे ज्ञात सांद्रता वाले क्षारीय पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड घोल से टाइट्रेट किया जाता है। रंग-संकेतक के रूप में फेनोल्फ्थेलीन घोल का उपयोग किया जाता है। एसिड वैल्यू को वसा के खराब होने की मात्रा का संकेतक माना जा सकता है। एसिडिटी मान की इकाई: (KOH) / (mg/g)। अम्लता, पानी में मौजूद उन पदार्थों की कुल मात्रा को दर्शाती है, जो मजबूत क्षारों के साथ अभिक्रिया कर सकते हैं; इनमें अकार्बनिक अम्ल, कार्बनिक अम्ल, मजबूत अम्लों एवं कमजोर क्षारों के लवण आदि शामिल है अम्लता का मान जितना अधिक होता है, उतनी ही अधिक अम्लता वह घोल में होती है। क्षारता की अवधारणा: क्षारता, पानी में प्रोटॉनों को अवशोषित करने की क्षमता को दर्शाती है। इसे आमतौर पर पानी में मौजूद उन पदार्थों की कुल मात्रा से मापा जाता है, जो मजबूत अम्लों के साथ अभिक्रिया कर सकते हैं। पानी में क्षारता मुख्य रूप से बाइकार्बोनेट, कार्बोनेट एवं हाइड्रॉक्साइडों की उपस्थिति के कारण उत्पन्न होती है। बोरेट, फॉस्फेट एवं सिलिकेट भी कुछ हद तक क्षारता उत्पन्न करते हैं। अपशिष्ट जल एवं अन्य जटिल जल-प्रणालियों में, कार्बनिक क्षार, धातुओं के जल-अपघटनीय लवण आदि भी मौजूद होते हैं; ये सभी क्षारता के घटक हैं। ऐसी स्थितियों में, क्षारता पानी का एक समग्र सूचक बन जाती है; यह उन सभी पदार्थों का योग है जिन्हें शक्तिशाली अम्लों द्वारा टाइट्रेट किया जा सकता है।