जल शोधन संयंत्र पानी को कैसे साफ़ करता है

जो पानी साफ़ दिखता है वह भी जानलेवा रोगाणु ढो सकता है, और जो गंदा दिखता है उसे ठीक करना घुले हुए आर्सेनिक वाले पानी से आसान हो सकता है। शोधन संयंत्र इसलिए बनता है क्योंकि कोई एक प्रक्रिया सब कुछ नहीं हटाती। यह असल में कई प्रक्रियाओं को ऐसे क्रम में सजाता है जहाँ हर प्रक्रिया वही संभालती है जो उससे पहले वाली छोड़ गई।

स्क्रीनिंग और पहली सफ़ाई

कच्चा पानी नदी, जलाशय या बोरवेल से आता है और रास्ते में जो कुछ उठाया वह साथ लाता है। पहली रुकावट यांत्रिक होती है: बार स्क्रीन पत्ते, प्लास्टिक और मछलियाँ रोकती हैं, और ग्रिट चेंबर बहाव को इतना धीमा कर देते हैं कि रेत व भारी गाद बैठ जाए जबकि हल्का कार्बनिक पदार्थ तैरता रहे।

यह चरण कुछ भी ख़तरनाक नहीं हटाता। इसका काम आगे के उपकरणों को बचाना है — पंप, फ़िल्टर और डोज़िंग सिस्टम सब कचरा मिलने पर जल्दी ख़राब होते हैं।

स्कंदन और ऊर्णन: छोटे कणों को बड़ा बनाना

पानी को धुँधला बनाने वाले कण ज़्यादातर चिकनी मिट्टी, गाद और कार्बनिक पदार्थ होते हैं, इतने बारीक कि हमेशा तैरते रह सकें। वे इसलिए तैरते रहते हैं क्योंकि उनकी सतह पर ऋणात्मक आवेश होता है और वे एक-दूसरे को दूर धकेलते हैं।

स्कंदन (coagulation) उस आवेश को उदासीन करता है। एक स्कंदक — आम तौर पर फिटकरी (एल्युमिनियम सल्फ़ेट), फ़ेरिक क्लोराइड या कोई पॉलिमर — पानी में डाला जाता है और तेज़ी से मिलाया जाता है। धक्का हटते ही कण पास आ सकते हैं।

ऊर्णन (flocculation) फिर उन्हें मौक़ा देता है। पानी को बड़े हौज़ों में पैडल से लगभग आधे घंटे तक धीरे-धीरे हिलाया जाता है। हल्का मिश्रण कणों को इतनी बार आमने-सामने लाता है कि वे जुड़कर दिखने लायक़ गुच्छे बना लें, जिन्हें फ़्लॉक कहते हैं — पर इतना तेज़ नहीं कि फ़्लॉक फिर टूट जाए। मात्रा का अंदाज़ा नहीं लगाया जाता: ऑपरेटर जार टेस्ट करते हैं, यानी छोटे नमूनों को अलग-अलग मात्रा पर शोधित करके देखते हैं कि उस दिन के कच्चे पानी के लिए सबसे अच्छा फ़्लॉक कौन-सी मात्रा देती है।

अवसादन और निस्पंदन

फ़्लॉक अलग-अलग कणों से कहीं भारी होता है, इसलिए बैठ जाता है। अवसादन हौज़ में पानी इतना धीमा चलता है — घंटों का ठहराव — कि फ़्लॉक तल पर बैठ जाए, जहाँ से उसे स्लज के रूप में खुरचकर निकाला जाता है। पानी की ज़्यादातर मैलापन यहीं निकल जाती है।

जो बचता है वह निस्पंदन में जाता है। रैपिड सैंड फ़िल्टर श्रेणीबद्ध रेत की तह होती है, अक्सर एंथ्रेसाइट की परत के ऊपर, जिससे पानी रिसता है। यह न बैठने वाला बारीक फ़्लॉक हटाता है, साथ ही क्रिप्टोस्पोरिडियम जैसे कई प्रोटोज़ोआ सिस्ट भी, जो रासायनिक विसंक्रमण से बच जाते हैं। फ़िल्टर काम करते-करते जाम होते हैं, इसलिए उन्हें समय-समय पर बैकवॉश किया जाता है — बहाव उलटकर तह को उठाकर साफ़ किया जाता है।

छोटे सिस्टम में इस्तेमाल होने वाले धीमे रेत फ़िल्टर अलग तरह से, आंशिक रूप से जैविक रूप से काम करते हैं: सतह पर बनी एक जीवित परत, श्मुत्ज़डेके, पानी के रिसने के साथ कार्बनिक पदार्थ और रोगाणु खा जाती है।

निस्पंदन और विसंक्रमण एक-दूसरे के विकल्प नहीं हैं। क्लोरीन उन जीवों के आगे कमज़ोर पड़ता है जो कणों के भीतर छिपे हों — और वही कण निस्पंदन पहले हटा देता है।

विसंक्रमण, और क्लोरीन पानी में क्यों बना रहता है

निस्पंदन ज़्यादातर रोगाणु हटाता है, सब नहीं। विसंक्रमण वह चरण है जो पानी को सूक्ष्मजैविक रूप से सुरक्षित बनाता है, और पिछली सदी में जलजनित बीमारियों की गिरावट का सबसे बड़ा श्रेय इसी को जाता है।

• क्लोरीन — गैस, हाइपोक्लोराइट या ब्लीचिंग पाउडर के रूप में — सबसे ज़्यादा इस्तेमाल होता है। यह सस्ता है, बैक्टीरिया व वायरस पर असरदार है, और सबसे अहम, यह एक अवशेष छोड़ता है: थोड़ी-सी मात्रा जो किलोमीटरों पाइप में पानी के साथ बनी रहती है और वितरण नेटवर्क में रिसाव व बैक-साइफ़नेज से होने वाले संदूषण से बचाती है। जो संयंत्र विसंक्रमण तो बढ़िया करे पर बिना अवशेष के पानी भेजे, उसने आधा काम ही किया।
• ओज़ोन ज़्यादा तेज़ ऑक्सीकारक है और स्वाद व गंध भी सुधारता है, पर अवशेष नहीं छोड़ता, इसलिए आम तौर पर इसके साथ थोड़ी क्लोरीन दी जाती है।
• पराबैंगनी प्रकाश बिना रसायन डाले सूक्ष्मजीवों का डीएनए तोड़ देता है और क्लोरीन-प्रतिरोधी प्रोटोज़ोआ पर बहुत असरदार है, पर यह भी अवशेष नहीं छोड़ता और इसके लिए पानी इतना साफ़ चाहिए कि रोशनी भीतर तक पहुँचे।

क्लोरीन की एक क़ीमत है। यह प्राकृतिक कार्बनिक पदार्थ से क्रिया करके विसंक्रमण उपोत्पाद जैसे ट्राइहैलोमीथेन बनाता है, जिन पर दीर्घकालिक स्वास्थ्य जोखिम के चलते नियम लागू हैं। इस संतुलन को साधना — पर्याप्त विसंक्रमण, पर उपोत्पाद कम — आधुनिक संयंत्र डिज़ाइन का बड़ा हिस्सा है, और यही एक वजह है कि कार्बनिक पदार्थ शुरू में ही हटाना ज़रूरी है।

पारंपरिक संयंत्र से आगे

स्कंदन, अवसादन, निस्पंदन और क्लोरीनीकरण कणों व रोगाणुओं को संभालते हैं। घुले हुए प्रदूषकों के लिए वे बहुत कम करते हैं, और दुनिया की पानी की समस्या का बड़ा हिस्सा घुला हुआ ही है।

• सक्रियित कार्बन कार्बनिक रसायन, कीटनाशक और स्वाद-गंध वाले यौगिक सोख लेता है।
• आयन विनिमय अनचाहे घुले आयनों को हानिरहित आयनों से बदल देता है, और कठोरता व नाइट्रेट के लिए इस्तेमाल होता है।
• झिल्ली प्रक्रियाएँ छिद्र के आकार से छानती हैं: अल्ट्राफ़िल्ट्रेशन कण व बैक्टीरिया रोकता है, नैनोफ़िल्ट्रेशन द्विसंयोजी आयनों तक पहुँचता है, और रिवर्स ऑस्मोसिस पानी को उसके परासरण दाब के विरुद्ध झिल्ली से धकेलता है, लगभग सारे घुले लवण रोक देता है। आरओ ही समुद्री और खारे भूजल को पीने लायक़ बनाता है — असली ऊर्जा लागत पर, और एक गाढ़े ब्राइन के साथ जिसका ज़िम्मेदारी से निपटान करना पड़ता है।
• विशिष्ट उपचार विशिष्ट ख़तरों के लिए होते हैं — भूजल में फ़्लोराइड और आर्सेनिक, दोनों भारत के कई हिस्सों में गंभीर जन-स्वास्थ्य समस्या, जिनके लिए सामान्य संयंत्र नहीं बल्कि लक्षित अधिशोषण या अवक्षेपण प्रक्रियाएँ चाहिए।

सीवेज शोधन प्राथमिकताएँ उलट देता है। पहले से ठीक-ठाक पानी को पीने लायक़ बनाने के बजाय यह छोड़ने से पहले भारी कार्बनिक व पोषक भार हटाता है। प्राथमिक उपचार ठोस बैठाता है; द्वितीयक उपचार जैविक होता है, जिसमें सक्रियित स्लज टैंक या ट्रिकलिंग फ़िल्टर के सूक्ष्मजीव घुला कार्बनिक पदार्थ खा जाते हैं; तृतीयक उपचार नाइट्रोजन व फ़ॉस्फ़ोरस हटाता है, जो वरना जलाशयों में शैवाल की बाढ़ ला देते। अब तो निकास को अक्सर इतना शोधित किया जाता है कि सिंचाई व उद्योग में दोबारा इस्तेमाल हो सके — पानी की कमी वाले शहर उसी दिशा में जा रहे हैं।

विद्यार्थियों और शोधकर्ताओं के लिए क्यों मायने रखता है

जल शोधन ऐसा व्यावहारिक विज्ञान है जिसका मानवीय असर तक रास्ता असामान्य रूप से छोटा है: संपर्क समय या स्कंदक मात्रा पर लिया गया डिज़ाइन फ़ैसला किसी ज़िले के दस्त-रोग के आँकड़ों में दिखता है। यह क्षेत्र पर्यावरण रसायन, सूक्ष्मजीव विज्ञान, तरल यांत्रिकी और प्रक्रिया इंजीनियरिंग को एक साथ खींचता है, और इसके खुले सवाल तात्कालिक हैं — दवाओं के अवशेष व माइक्रोप्लास्टिक जैसे उभरते प्रदूषक जिन्हें हटाने के लिए पारंपरिक संयंत्र बने ही नहीं थे, ऊर्जा-कुशल विलवणीकरण, छोटे समुदायों के लिए विकेंद्रित शोधन, और अपशिष्ट जल से पोषक तत्व व ऊर्जा फेंकने के बजाय वापस पाना। पीयर-रिव्यूड साहित्य का अनुसरण करके ही पर्यावरण विज्ञान व इंजीनियरिंग के छात्र लगातार बदलती शोधन तकनीकों, निगरानी विधियों और मानकों के साथ बने रहते हैं।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

जल शोधन के मुख्य चरण कौन-से हैं?

पारंपरिक शोधन में स्क्रीनिंग, स्कंदन, ऊर्णन, अवसादन, निस्पंदन और विसंक्रमण इसी क्रम में चलते हैं। हर चरण वही निशाना बनाता है जो पिछला छोड़ जाता है: स्कंदन बारीक कणों को बैठने लायक़ बनाता है, निस्पंदन जो नहीं बैठा उसे पकड़ता है, और विसंक्रमण बचे रोगाणुओं को मारता है।

पीने के पानी में क्लोरीन क्यों मिलाई जाती है?

क्लोरीन बैक्टीरिया व वायरस मारती है और, ओज़ोन या यूवी से अलग, एक अवशिष्ट मात्रा छोड़ जाती है जो वितरण नेटवर्क में सफ़र के दौरान पानी की रक्षा करती है। अवशेष न हो तो संयंत्र और नल के बीच पाइप के रिसाव से घुसा संदूषण बिना रुके फैल जाएगा।

स्कंदन और ऊर्णन में क्या अंतर है?

स्कंदन में फिटकरी जैसा रसायन तेज़ी से मिलाया जाता है ताकि वह विद्युत आवेश उदासीन हो जो बारीक कणों को दूर रखता है। ऊर्णन उसके बाद की धीमी हलचल है, जो उदासीन हुए कणों को टकराने और बैठने लायक़ गुच्छों — फ़्लॉक — में बढ़ने का समय देती है।

क्या जल शोधन घुले हुए लवण हटा सकता है?

पारंपरिक तरीक़ों से नहीं — अवसादन और रेत निस्पंदन कणों पर काम करते हैं, घुले आयनों पर नहीं। लवण हटाने के लिए रिवर्स ऑस्मोसिस, नैनोफ़िल्ट्रेशन, आयन विनिमय या आसवन चाहिए, इसीलिए विलवणीकरण संयंत्र सामान्य नगरीय शोधन संयंत्र से काफ़ी अलग बनते और चलते हैं।