જળ શુદ્ધિકરણ માટેની નવીન પ્રણાલી: પીઈસીએફસી

  ડિસ્કવરી-ડો. વિહારી છાયા

- તે સૌર ઉર્જાથી સંચાલિત ટેકનોલોજી પર આધારિત છે.  તે પાણીના પુરવઠામાંથી પ્રદૂષકો તો દૂર કરે છે, પરંતુ સાથે સાથે તે પ્રક્રિયા દરમિયાન વિદ્યુત પણ ઉત્પન્ન કરે છે

અ તિવૃષ્ટિથી થયેલા જળબંબાકાર કે પૂર હોનારતથી ફરી વળેલા જળરાશિથી ઘેરાયેલ લોકોને રાહત કાર્ય પેટે પીવાનું પાણી પુરું પાડવું પડે છે. ચારે બાજુ પાણીના લોઢ ઉછળતા હોય પણ તેમાંથી એક ટીપું પાણી પીવું જોખમી હોય છે કારણ કે તે પાણી પીવા લાયક નથી હોતુ. 

પૃથ્વી પર કુદરતે જે પાણી આપ્યું છે તેનો ૯૭ ટકા જથ્થો તો સમુદ્રો અને મહાસાગરોમાં છે. તે પી શકાતું નથી. જ્યારે બાકીના ત્રણ ટકા પાણી પીવા લાયક તો હોય છે પરંતુ તે ૩ ટકામાંથી બે ટકા કરતાં વધુ ધ્રુવ પ્રદેશોમાં અને હિમાલય જેવા ઊંચા પર્વતો પર બરફ રૂપે જામેલું છે. ફક્ત ૦.૬૫ ટકા પાણી જ પ્રવાહી રુપે છે. આ ૦.૬૫ ટકા પાણીનો લગભગ ૯૯ ટકા જેટલો ભાગ તો ભૂગર્ભ જળ છે. આ પીવાલાયક પાણીનો ૧.૨ ટકા જેટલો નાનકડો જથ્થો નદી, તળાવ, સરોવરોમાં છે. આ નાનકડો જથ્થો પણ પ્રદૂષિત થતો રહે છે. તેથી પીવાનું શુદ્ધ પાણી વધુને વધુ મૂલ્યવાન બનતું જાય છે.

પીવાના પાણીમાં જે અશુદ્ધીઓ હોય છે તે રાસાયણિક અને જૈવિક એમ બે પ્રકારની હોય છે. રાસાયણિક અશુદ્ધિઓમાં પાણીમાં નહીં ઓગળેલી અને ઓગળેલી એમ બે પ્રકારની અશુદ્ધિઓ હોય છે. કુવાઓ અને બોર ખૂબ ઊંડા જતા તેમાંથી જે પાણી મળે છે તેમાં પાણીમાં ઓગાળેલી અશુદ્ધિઓનું પ્રમાણ અત્યંત ઊંચું હોય છે. તેને ટૂંકમાં ટી.ડી.એસ. કહે છે. તેનું પુરૂનામ 'ટોટલી ડીઝોલ્વ્ડ સોલ્ટ્સ' છે. તેની માત્રા ૫૦૦થી વધુ ન હોવી જોઇએ તેમ છતાં બોરના પાણીમાં તેની માત્રા પાંચસોથી ઘણી વધારે, તેનાથી ત્રણ ગણી, પાંચ ગણી કે તેથી પણ વધારે માલુમ પડે છે. આવું પાણી પીવા લાયક ન ગણાય તેમ છતાં આપણે પીવું પડે છે. આવી અશુદ્ધિ દૂર કરવા આયન વિનિમય પદ્ધતિ અને રિવર્સ ઓસ્મોસિસ પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરતા ઉપકરણો વપરાય છે.

જૈવિક અશુદ્ધિઓ બેક્ટેરિયા જેવા સૂક્ષ્મ જીવો રૂપે રહેલી હોય છે. તેને દૂર કરવા પાણીને ઉકાળવાની રીત, અલ્ટ્રાવાયોલેટની રીત, ઓઝોનેશનની રીત, એક્ટિવેટેડ કાર્બન આધારિત એન્ડોક્રાઇન ડીસરપ્ટિન્ગની રીત, આર.ઓ. (રિવર્સ ઓસ્મોસિસ)ની રીત છે. આ દરેક રીતમાં ઊર્જાનો વપરાશ ઘણો થાય છે અને તે ખર્ચાળ પણ છે.

જેમ જેમ પાણીની ગુણવત્તાના ધોરણો વધતા જાય છે, તેમ તેમ પરંપરાગત જળ શુદ્ધિકરણ પદ્ધતિઓ સામે પ્રતિરોધક એવા પ્રદૂષકોને અસરકારક રીતે દૂર કરી શકે તેવી પ્રક્રિયાઓ વિકસાવવાનું ખૂબ જ મહત્ત્વનું બનતુ જાય છે.

હવે એક નવી પદ્ધતિ આવી છે. આ પદ્ધતિમાં એક કાંકરે બે પક્ષી મરે તેવી છે. તે સૌર ઉર્જાથી સંચાલિત ટેકનોલોજી પર આધારિત છે.  તે પાણીના પુરવઠામાંથી પ્રદૂષકો તો દૂર કરે છે, પરંતુ સાથે સાથે તે પ્રક્રિયા દરમિયાન વિદ્યુત પણ ઉત્પન્ન કરે છે. ખાબોચીયા થી માંડી ઘરની પાણીની ટાંકી અને ઔદ્યોગિક અથવા સ્યુએજ નિકાલનું શુદ્ધિકરણ વધારે સસ્તું અને વધારે પર્યાવરણ તરફી થઈ શકશે. નિષ્ણાતોના મતે આ પદ્ધતિ વિકાસશીલ દેશો માટે આશીર્વાદરૂપ પુરવાર થાય એમ છે. આ પદ્ધતિનું નામ 'ફોટો ઇલેક્ટ્રોકેટલીટીક ફ્યુઅલ સેલ: પી.ઇ.સી.એફ.સી.' કહે છે. આ પદ્ધતિ સ્કોટલેન્ડની  યુનિવર્સિટીના વિજ્ઞાાનીઓએ વિકસાવેલ છે. જુદા જુદા વિષયના વિજ્ઞાાનીઓના સહિયારા પ્રયાસથી આ એક નવી નેનો ટેક્નોલોજી વિકસાવવામાં આવેલ છે જે પાણીની રાસાયણિક અને જૈવિક એમ બન્ને પ્રકારની અશુદ્ધિઓ દૂર કરવામાં મદદરૂપ થાય છે.

આ ટેકનોલોજીના કેન્દ્રમાં 'ફોટોકેટેલીસ્ટ' છે તેને પ્રકાશીય ઉદ્વીપક કહી શકાય. ઉદ્વીપકનુ કાર્ય અમુક રાસાયણિક પ્રક્રિયાને મદદ કરવાનું છે. તે રાસાયણિક પ્રક્રિયાની ઝડપ વધારે છે પરંતુ પોતે યથાવત રહે છે. અહીં દ્રશ્ય પ્રકાશથી અજવાળતા ફોટો કેટલીસ્ટ મુખ્ય ભાગ ભજવે છે. તે જટિલ પ્રદૂષકોનું વિઘટન કરી તેનું બિનહાનિકારક નીપજમાં પરિવર્તન કરે છે.  સાથે સાથે આ પ્રક્રિયામાં વીજ પ્રવાહ પણ ઉત્પન્ન કરે છે. કેટેલીસ્ટ એવો સપાટીનો વિસ્તાર પૂરો પાડે છે જેના પર પ્રદૂષકોના અણુ શોષાય જાય છે અને તેમાંથી ઇલેક્ટ્રોન ખેચીને તેનો ઓક્સિજન સાથે સંયોજન કરે છે. જેને ઓક્સિડેશન કહે છે. આમ ધન વિદ્યુત ભારીત થયેલ છિદ્રો કેટાલિસ્ટ સપાટી પર સ્થાનાંતરિત થાય છે જ્યાં તેઓ સીધા જ કાર્બનિક પ્રદૂષકનુ ઓક્સિડેશન કરે છે. ઉદ્વીપક એટલે કે 'કેટલીસ્ટ' પર જે વીજ વિનિમય પ્રક્રિયા થાય છે તેનાથી ઇલેક્ટ્રોન વીજ પ્રવાહ રચે છે. આ વીજ પ્રવાહને માપી શકાય છે. તેની સાથે સાથે પ્રદૂષકોમાં ઘટ આવે છે. આ રીતે દ્રશ્ય પ્રકાશની હાજરીમાં થતી પ્રક્રિયામાં પ્રદૂષકો ઘટતા જાય છે અને સાથે વીજપ્રવાહ ઉત્પન્ન થતો જાય છે. આ વીજ પ્રવાહ તેના સાધનોને ઊર્જા પૂરી પાડે છે જે બહારના વીજ પરિપથમાં વહે છે અને તેને આનુસંગિક ઉપકરણો જેવા કે પંપ, કંટ્રોલર રીમોટ ઇલેક્ટ્રોનિક સાધનો વગેરેને ચલાવે છે.

આમ તો ફોટોકેટેલીસીસ એટલે કે પ્રકાશીય ઉદ્વીપનની  ઘણા વખતથી જાણકારી હતી કે તેના થકી કાર્બનિક પ્રદૂષકોનું ઓક્સિડેશન કરવાની ક્ષમતા છે. અત્રે એ યાદ રહે કે જૈવિક પ્રદૂષકો કાર્બનિક હોય છે. તેનુ ઓક્સિજન સાથે રાસાયણિક જોડાણ થાય તેને ઓક્સિડેશન કહે છે. આ કામ તે પારજાંબલી પ્રકાશથી અજવાળાએલા નેનો પરિમાણ ધરાવતી એટલે કે સૂક્ષ્મ પરિમાણ ધરાવતી ઉદ્વીપક  સપાટીઓ પર વીજ વિનિમય દ્વારા થાય છે. આ નવી પદ્ધતિ જેને પી.ઇ.સી.એફ.સી. કહે છે તેમાં ધાતુના ઓકસાઇડ (અર્ધવાહક) આધારિત ઉદ્વીપક હોય છે. અને તેના પર સૂર્ય પ્રકાશ પડતો હોય ત્યારે કાર્ય કરે છે. તેની સાથે વધારામાં ઇલેક્ટ્રો કેમિકલ સેલ જોડાયેલ છે તેના થકી પ્રદૂષકો ના ઘટાડાના દરમાં ઝડપ આવે છે.

આ પ્રક્રિયામાં એક મહત્વપૂર્ણ પાસું છે એ અર્ધવાહક (સેમિકન્ડક્ટર)ની પસંદગી છે જેનો ઉપયોગ ફોટોકેટાલિસ્ટ તરીકે થાય છે.  પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતા  આ સામગ્રી ઉપર આધારિત છે.TiO2 તેની ઊંચી સ્થિરતા અને ઓછી પર્યાવરણીય અસરોને કારણે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતું ફોટોકેટાલિસ્ટ છે.TiO2 સિવાય અન્ય અર્ધવાહકો (સેમિકન્ડક્ટરો)નું પણ પી.ઇ.સી. એફ.સી. પ્રણાલીમાં વ્યાપકપણે પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું છે. જો કે, દરેકની પોતાની ચોક્કસ મર્યાદા હોય છે.

આ પ્રક્રિયાનો સફળતાપૂર્વક ઉપયોગ હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે પણ કરવામાં આવ્યો છે. ઉત્પાદિત છિદ્રોનો ઉપયોગ એનોડ પર પ્રદૂષકોને ઓક્સિડાઇઝ કરવા માટે થાય છે, જ્યારે કેથોડ પરના ઇલેક્ટ્રોનનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે થાય છે. આ હાઇડ્રોજનનો ઇંધણ તરીકે ઉપયોગ થઈ શકે છે.

બીજી જે પાણીમાંની અશુદ્ધિઓ દૂર કરવાની રીતો છે તે ઘણી ઊર્જા વાપરે છે અને પર્યાવરણને પણ પ્રતિકૂળ છે. અત્યંત ખર્ચાળ પણ છે. જળ શુદ્ધિકરણ પ્રક્રિયાઓ વિકસાવતી વખતે ઉર્જા કાર્યક્ષમતા અને પ્રક્રિયા માટે કેટલો ખર્ચ થાય છે તે પણ નિર્ણાયક ભૂમિકા ભજવે છે. મોટા પાયે આ પ્રક્રિયાઓનો અમલ ત્યારે જ થઈ શકે છે જો તે આર્થિક રીતે ઓછી ખર્ચાળ હોય તો.

વિવિધ પરિસ્થિતિઓ હેઠળ વિવિધ પ્રદૂષકો માટે ફોટોઇલેક્ટ્રોકેટાલિસિસના ઉપયોગનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે ઘણું સંશોધન કરવામાં આવ્યું છે. પ્રક્રિયાના ખર્ચને વધુ ઘટાડવા માટે સસ્તા અને નવીન ફોટોકેટાલિસ્ટ્સના વિકાસ પર પણ સંશોધન થઇ રહેલ છે.

ફોટો ઇલેક્ટ્રોકેટલીટીક ફ્યુઅલ સેલ પી.ઇ.સી.એફ.સી પ્રક્રિયા ઉપર આધારીત રિએક્ટરની રૂપરેખાંકનો વિકસાવવામાં આવ્યા છે. અને આ વિષયમાં વિવિધ દીશામાં સંશોધન કાર્ય ચાલી રહેલ છે કારણ કે પી.ઇ.સી.એફ.સી રિએક્ટર ડિઝાઇન કરતી વખતે કેટલાક ચલોને ધ્યાનમાં લેવાની જરૂર રહે છે.  રિએક્ટરની અંદર જટિલ જોડાણોની સંરચનાને કારણે આવા રિએક્ટરનું 'ઑપ્ટિમાઇઝેશન' સિમ્યુલેશન સોફ્ટવેરનો ઉપયોગ કરીને થાય છે.

અલબત્ત હજુ સુધી આ સાધનનો વ્યવહારમાં ઉપયોગ ખાસ થયો નથી તેથી ખબર નથી કે લાંબે ગાળે તેમાં યાંત્રિક ખરાબી થાય છે કે નહીં અને ઉદ્વીપકનો ક્ષય થાય છે કે નહીં . પરંતુ ભવિષ્યમાં માત્ર ફોટો ઇલેક્ટ્રોકેટલીટીક ફ્યુઅલ સેલ ટેકનોલોજી મોટા પાયે જળ શુદ્ધિકરણ માટે પર્યાપ્ત ન પણ થાય તો પણ કોઇ  મલ્ટી સ્ટેજ પ્રણાલીનો ભાગ ચોક્કસ હોઈ શકે.

From:gujratsamachar.com

http://www.epapergujaratsamachar.com/nd/gsnews2.php?pageid=GUJARAT_SHA_20220518_8