घरेलू सीवेज के शोधन हेतु एक्टिवेटेड कार्बन का उपयोग

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एक्टिवेटेड कार्बन, घरेलू सीवेज शोधन में व्यापक रूप से उपयोग में आने वाला एक अवशोषक है; इसके दो रूप होते हैं – दानेदार एवं पाउडर रूप। पाउडर एक्टिवेटेड कार्बन का उपयोग घरेलू एवं अंतरराष्ट्रीय स्तर पर जल शोधन हेतु लंबे समय से किया एक्टिवेटेड कार्बन बनाने हेतु आवश्यक कच्चे माल आसानी से उपलब्ध हैं; जैसे फलों के छिलके, लकड़ी, कचरा आदि। इनमें से फलों के छिलके एक्टिवेटेड कार्बन बनाने हेतु सबसे अच्छा विकल्प हैं। लेकिन संसाधनों, भंडारण एवं अन्य परिस्थितियों के कारण इनकी कीमत बहुत अधिक होती है। वर्तमान में हमारा देश, कचरे एवं अन्य अपशिष्ट पदार्थों का उपयोग करके एक्टिवेटेड कार्बन तैयार करने के तरीकों की खोज में लगा हुआ है। इसके लिए अखरोट के छिलके, बाँस, सिगरेट के ठूँठ आदि जैसे अपशिष्ट पदार्थों का उपयोग किया जा रहा है। नीचे, जीवन-अपशिष्ट जल के शोधन में एक्टिवेटेड कार्बन के उपयोग संबंधी विशेषताओं एवं लाभों पर कुछ बिंदुओं पर विश्लेषण किया गया है। 2. घरेलू सीवेज के शोधन में एक्टिवेटेड कार्बन तकनीक का महत्व: हमारे देश के आर्थिक विकास के साथ-साथ, जल संसाधनों की उपलब्धता एवं जनसंख्या वृद्धि के बीच अनुपात लगातार बिगड़ता जा रहा है। शहरी विकास के कारण पर्यावरण पर भी विभिन्न स्तरों पर प्रदूषण का प्रभाव पड़ रहा है; इनमें से जल संसाधनों का प्रदूषण सबसे गंभीर है। हमारे देश में वर्तमान में उपयोग की जा रही रासायनिक प्रसंस्करण विधियाँ, भौतिक संसाधन विधियाँ आदि पारंपरिक विधियों में उपयोग के दौरान विभिन्न स्तरों पर सीमाएँ मौजूद हैं। जैविक एक्टिवेटेड कार्बन द्वारा अवशोषण/शुद्धीकरण की तकनीक को संचालित करना आसान है; इसके प्रदर्शन भी उत्कृष्ट हैं, इसलिए इसका भविष्य उज्ज्वल है। पिछले कुछ वर्षों में हमारे देश में शहरी निर्माण की गति लगातार बढ़ रही है। इसके साथ ही, बड़ी मात्रा में अप्रसंस्कृत घरेलू अपशिष्ट जल सीधे ही जलमार्गों में छोड़ा जा रहा है, जिसके कारण जल प्रदूषण हो रहा है। आंकड़ों के अनुसार, वर्तमान में हमारे देश में शहरी क्षेत्रों से निकलने वाले सीवेज की मात्रा हर साल 5% की दर से बढ़ रही है। इसलिए, वर्तमान में इस सीवेज का उचित निपटान करना पर्यावरणीय समस्याओं को हल करने हेतु सबसे महत्वपूर्ण लक्ष्य है। पाउडर एक्टिवेटेड कार्बन आधारित शुद्धिकरण तकनीक का उपयोग पानी को शुद्ध करने हेतु 70 वर्षों से किया जा रहा है। अमेरिका में पहली बार क्लोरोफेन की वजह से उत्पन्न होने वाली दुर्गंध को दूर करने हेतु इस तकनीक का उपयोग किया गया। आज भी, पानी में मौजूद अशुद्धियों को दूर करने हेतु एक्टिवेटेड कार्बन आधारित शुद्धिकरण तकनीक ही सबसे प्रभावी तरीका मानी जाती है, एवं इसके परिणामों की कई जगहों पर प्रशंसा की गई है। 3. एक्टिवेटेड कार्बन की कार्यप्रणाली: पानी में मौजूद अशुद्धियों को एक्टिवेटेड कार्बन द्वारा अवशोषित करने की प्रक्रिया काफी जटिल है। इसमें आयनों के आकर्षण, आणविक बल (वैन डर वाल्स बल) एवं रासायनिक बलों का संयुक्त प्रभाव शामिल है। इसके अलावा, एक्टिवेटेड कार्बन की गुणवत्ता में होने वाले अंतरों के कारण भी उसकी अवशोषण क्षमता में भिन्नता आती है। एक्टिवेटेड कार्बन अवशोषण विधि, एक्टिवेटेड कार्बन के छिद्रयुक्त स्वभाव का उपयोग करके पानी में मौजूद एक या अधिक अशुद्धियों को एक्टिवेटेड कार्बन की सतह पर अवशोषित करके हटाने की विधि है। जैसे कि पानी में मौजूद कार्बनिक पदार्थ, कोलॉइडल कण, सूक्ष्मजीव, अतिरिक्त क्लोरीन, दुर्गंध आदि को हटाना। अवशोषण, तेज़ गति से होने वाले विसरण एवं धीमी गति से होने वाले विसरण इन दोनों प्रक्रियाओं से मिलकर होता है। तेज़ गति से होने वाले विसरण के कारण कुछ ही घंटों में 60% से 80% तक अवशोषण हो सकता है; यह वह प्रक्रिया है जिसमें विलयन अणु, कार्बन अणुओं की संरचना में मौजूद बड़े छिद्रों के माध्यम से आसानी से फैल जाते हैं। लेकिन जब विलयन अणु उन बड़े छिद्रों से जुड़े छोटे छिद्रों में प्रवेश करते हैं, तो छोटे छिद्रों के कारण उन्हें बहुत अधिक प्रतिरोध का सामना करना पड़ता है, जिसके कारण विसरण धीमा हो जाता है। एक्टिवेटेड कार्बन की अवशोषण क्षमता, न केवल उसके सतही क्षेत्रफल से संबंधित होती है, बल्कि उसके सूक्ष्म छिद्रों की संरचना से भी घनिष्ठ रूप से जुड़ी होती है। बड़े छिद्र, विलयनकारी अणुओं को फैलने हेतु मार्ग प्रदान करते हैं; इससे वे सूक्ष्म छिद्रों में पहुँचकर अवशोषित हो जाते हैं। अतः, विलयनकारी अणुओं के अवशोषण पर मुख्य रूप से बड़े छिद्रों का ही प्रभाव पड़ता है। जल में न केवल छोटे आकार के कार्बनिक यौगिक होते हैं, बल्कि विभिन्न प्रकार के बड़े आकार के कार्बनिक यौगिक भी होते हैं। छिद्रों का क्षेत्रफल, जल की सतही क्षेत्रफल का 95% से अधिक होता है। अवशोषण की मात्रा, इन छिद्रों पर ही निर्भर है। इसलिए, घरेलू सीवेज के शोधन की प्रक्रिया में, विभिन्न प्रकार के अवशोषक पदार्थों की आवश्यकताओं को पूरा करने हेतु उपयुक्त एक्टिवेटेड कार्बन का चयन करना आवश्यक है। विलयनकारी अणुओं का अवशोषण मुख्य रूप से आणविक बलों, अर्थात् वैन डर वाल्स बलों के कारण होता है। विभिन्न प्रकार के एक्टिवेटेड कार्बन में छिद्रों का व्यास एवं उनका वितरण क्षेत्र अलग-अलग होता है; इसलिए अलग-अलग प्रकार के एक्टिवेटेड कार्बन, विभिन्न घुलनशील अणुओं को अलग-अलग तरह से आकर्षित करने में सक्षम होते हैं। भौतिक अधिशोषण, विलयनकारी पदार्थ की सक्रिय कार्बन के प्रति आकर्षण शक्ति, विलयनकारी पदार्थ की घुलनशीलता, विलयनकारी पदार्थ के अणुओं का आकार, सक्रिय कार्बन के छिद्रों का वितरण, सतह क्षेत्र आदि जैसे कारकों पर निर्भर है। 4. घरेलू सीवेज के शुद्धिकरण हेतु एक्टिवेटेड कार्बन तकनीक का उपयोग
4.1. घरेलू सीवेज के शुद्धिकरण हेतु एक्टिवेटेड कार्बन तकनीक की विशेषताएँ
एक्टिवेटेड कार्बन में कई प्रकार की अवशोषण प्रक्रियाएँ होती हैं; जैसे – फिक्स्ड बेड, कॉन्टैक्ट अवशोषण, मोबाइल बेड, एवं फ्लोइंग बेड। पाउडर एक्टिवेटेड कार्बन में केवल “संपर्क अवशोषण” ही एकमात्र अवशोषण तरीका है; यही इसकी विशेषता है। जीवन-अपशिष्ट जल के शोधन हेतु, पाउडर एक्टिवेटेड कार्बन का उपयोग जल की गुणवत्ता के आधार पर किया जाता है। ऐसी स्थितियों में यह बहुत ही प्रभावी साबित होता है, खासकर उन मामलों में जहाँ अपशिष्ट जल की गुणवत्ता में बहुत अधिक बदलाव होता है। साथ ही, पाउडर एक्टिवेटेड कार्बन का उपयोग विभिन्न आवश्यकताओं के अनुसार सूखे रूप में या गीले रूप में भी किया जा सकता है। गीले रूप में इसका उपयोग रोजमर्रा की सीवेज समस्याओं को हल करने हेतु किया जा सकता है, जबकि सूखे रूप में इसका उपयोग सीवेज संबंधी आपातकालीन स साथ ही, मूल जल की गुणवत्ता के आधार पर, खासकर जल में मौजूद कार्बनिक पदार्थों के आणविक द्रव्यमानों के आधार पर ही पाउडर एक्टिवेटेड कार्बन का प्रकार निर्धारित किया जाना चाहिए। जीवन-अपशिष्ट जल के आपातकालीन उपचार में, सेडिमेंटेशन टैंक से पहले ही मूल जल में एक्टिवेटेड कार्बन मिलाया जा सकता है; इससे वह अपशिष्ट पदार्थ एक्टिवेटेड कार्बन से अच्छी तरह संपर्क कर पाता है। जब एक्टिवेटेड कार्बन अपशिष्ट पदार्थों को अवशोषित कर लेता है, तो उन्हें अवक्षेपण के माध्यम से हटाया ज पाउडर रूप में उपलब्ध एक्टिवेटेड कार्बन का उपयोग यूरोप, अमेरिका आदि देशों में शहरी सीवेज शोधन हेतु व्यापक रूप से किया जाता है। 1980 के दशक की शुरुआत में अमेरिका में प्रतिवर्ष घरेलू सीवेज शोधन हेतु लगभग 2.6×105 टन ऐसा एक्टिवेटेड कार्बन उपयोग में आता था, एवं यह मात्रा हर साल बढ़ती ही जा रही है। हमारे देश ने 20वीं शताब्दी के 60 के दशक के अंत में जल शोधन में गंध एवं दुर्गंध हटाने संबंधी समस्याओं पर ध्यान देना शुरू किया। पाउडर एक्टिवेटेड कार्बन का उपयोग शंघाई, हेफेई, हार्बिन, गुआंगझोउ जैसे शहरों में घरेलू अपशिष्ट जल के शोधन हेतु किया गया है। पिछले कुछ वर्षों में, हमारे देश में पाउडर एक्टिवेटेड कार्बन संबंधी अनुसंधान एवं इसके उपयोग के क्षेत्र में ज्ञान में लगातार वृद्धि हुई है। हार्बिन आर्किटेक्चरल यूनिवर्सिटी, टोंगजी यूनिवर्सिटी आदि ने एक्टिवेटेड कार्बन पर गहन अनुसंधान किया है, एवं कई उपयोगी परिणाम प्राप्त किए हैं। चूँकि पाउडर रूप में उपलब्ध एक्टिवेटेड कार्बन को उपयोग में लाना आसान है, इसके लिए आवश्यक उपकरणों पर कम लागत आती है; साथ ही इसकी कीमत भी कम होती है। इसके अलावा, यह घुलनशील अणुओं को तेज़ गति से अवशोषित कर लेता है। इन्हीं कारणों से यह पुराने संयंत्रों के पुनर्निर्माण हेतु अधिक उपयुक्त है। इससे लागत बचत होती है, भवन का क्षेत्रफल भी कम हो जाता है, एवं अल्पकालिक या अचानक होने वाले जल-प्रदूषण की स्थितियों में भी यह प्रभ 4.2. जैविक एक्टिवेटेड कार्बन तकनीक का उपयोग
एक्टिवेटेड कार्बन, अपनी उत्कृष्ट अवशोषण क्षमता के कारण, घरेलू अपशिष्ट जल के शोधन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इसकी विशिष्ट आणविक संरचना, उच्च सतही क्षेत्रफल, तेज अम्ल/क्षारों के प्रति प्रतिरोधकता, तथा उच्च तापमान/दबाव के प्रति प्रतिरोधकता जैसे गुणों के कारण यह बहुत ही महत्वपूर्ण है। घरेलू अपशिष्ट जल के शोधन में इसकी भूमिका लगातार बढ़ती जा रही है। लेकिन एक्टिवेटेड कार्बन में भी सोखने की क्षमता जल्दी ही संतृप्त हो जाना, एवं पुनर्निर्माण हेतु उच्च लागत जैसी कई समस्याएँ हैं। इन समस्याओं को प्रभावी ढंग से हल करने हेतु, लोगों ने जैव-अपघटन प्रक्रिया के सिद्धांतों को एक्टिवेटेड कार्बन की सोखने की क्षमता से जोड़कर “जैव-एक्टिवेटेड कार्बन” तकनीक विकसित की। बायो-एक्टिवेटेड कार्बन शुद्धिकरण तकनीक में जैव-अपघटन एवं एक्टिवेटेड कार्बन द्वारा अवशोषण दोनों प्रक्रियाएँ शामिल हैं। इससे न केवल एक्टिवेटेड कार्बन की संतृप्तता बढ़ती है, बल्कि उसकी अवशोषण क्षमता भी बेहतर हो जाती है; इसी कारण यह तकनीक बहुत ही महत्वपूर्ण मानी जाती है। वर्तमान में दुनिया भर की कई कंपनियों ने इस नई तकनीक को अपना लिया है; इनमें हमारे देश की कुछ कंपनियाँ भी शामिल हैं। इनमें यूरोप एवं अमेरिका की कंपनियाँ सबसे आगे हैं। 5. निष्कर्ष: सामाजिक-आर्थिक विकास के कारण शहरों में सीवेज की मात्रा में लगातार वृद्धि हो रही है; इसलिए एक्टिवेटेड कार्बन तकनीक में भी लगातार सुधार एवं नवाचार आवश्यक है। वर्तमान में हमारे देश में एक्टिवेटेड कार्बन तकनीक का उपयोग घरेलू सीवेज के शोधन हेतु किया जा रहा है, एवं इस तकनीक में भी लगातार सुधार हो रहा है। उम्मीद है कि यह लेख, घरेलू सीवेज के शोधन हेतु उद्यमों को मार्गदर्शन प्रदान करेगा।