चिटोसन अपशिष्ट जल उपचार

परंपरागत जल उपचार प्रणालियों में, सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले फ्लोकुलेंट एल्यूमीनियम लवण और लौह लवण हैं। उपचारित जल में बचे हुए एल्यूमीनियम लवण मानव स्वास्थ्य के लिए हानिकारक होते हैं, और अवशिष्ट लौह लवण जल के रंग आदि को प्रभावित करते हैं। अधिकांश अपशिष्ट जल उपचार में, बड़ी मात्रा में गाद और गाद के निपटान में कठिनाई जैसी द्वितीयक प्रदूषण समस्याओं को दूर करना मुश्किल होता है। इसलिए, एल्यूमीनियम लवण और लौह लवण फ्लोकुलेंट के स्थान पर पर्यावरण को द्वितीयक प्रदूषण न पहुँचाने वाले प्राकृतिक उत्पाद की खोज आज सतत विकास रणनीतियों को लागू करने की आवश्यकता है। प्राकृतिक बहुलक फ्लोकुलेंट अपने प्रचुर कच्चे माल स्रोतों, कम कीमत, अच्छी चयनात्मकता, कम खुराक, सुरक्षा और गैर-विषाक्तता, और पूर्ण जैव अपघटन के कारण कई फ्लोकुलेंट में से बहुत ध्यान आकर्षित कर रहे हैं। दशकों के विकास के बाद, विभिन्न गुणों और उपयोगों वाले बड़ी संख्या में प्राकृतिक बहुलक फ्लोकुलेंट सामने आए हैं, जिनमें से स्टार्च, लिग्निन, चिटोसन और वनस्पति गोंद वर्तमान में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

काइटोसनगुण

चिटोसन एक सफेद, अक्रिस्टलीय, पारदर्शी, परतदार ठोस पदार्थ है, जो पानी में अघुलनशील लेकिन अम्ल में घुलनशील होता है। यह चिटिन का डीएसेटाइलेशन उत्पाद है। सामान्यतः, चिटोसन तब कहलाता है जब चिटिन में मौजूद एन-एसिटाइल समूह को 55% से अधिक हटा दिया जाता है। चिटिन जानवरों और कीड़ों के बाह्य कंकाल का मुख्य घटक है और सेलुलोज के बाद पृथ्वी पर दूसरा सबसे बड़ा प्राकृतिक कार्बनिक यौगिक है। एक फ्लोकुलेंट के रूप में, चिटोसन प्राकृतिक, गैर-विषाक्त और अपघटनीय है। चिटोसन की वृहद आणविक श्रृंखला पर कई हाइड्रॉक्सिल समूह, अमीनो समूह और कुछ एन-एसिटाइलएमिनो समूह वितरित होते हैं, जो अम्लीय विलयनों में उच्च आवेश घनत्व वाले धनायनिक पॉलीइलेक्ट्रोलाइट्स बना सकते हैं और हाइड्रोजन बंधों या आयनिक बंधों के माध्यम से जाल जैसी संरचनाएं भी बना सकते हैं। इस प्रकार, यह कई विषाक्त और हानिकारक भारी धातु आयनों को जटिल बनाकर हटा देता है। चिटोसन और इसके व्युत्पन्न पदार्थों का उपयोग न केवल वस्त्र, छपाई और रंगाई, कागज निर्माण, चिकित्सा, खाद्य, रसायन उद्योग, जीव विज्ञान और कृषि तथा अन्य कई क्षेत्रों में होता है, बल्कि जल उपचार में भी इसका व्यापक उपयोग है। इसका उपयोग अधिशोषक, फ्लोक्यूलेशन एजेंट, फफूंदनाशक, आयन एक्सचेंजर, झिल्ली निर्माण आदि के रूप में किया जा सकता है। जल आपूर्ति और जल उपचार में इसके अद्वितीय लाभों के कारण चिटोसन को अमेरिकी पर्यावरण संरक्षण एजेंसी द्वारा पेयजल शुद्धिकरण एजेंट के रूप में मान्यता प्राप्त है।

आवेदनकाइटोसनजल उपचार में

(1) जल निकाय में निलंबित ठोस पदार्थों को हटाना। प्राकृतिक जल में, मिट्टी के जीवाणु आदि की उपस्थिति के कारण यह एक ऋणात्मक आवेशित कोलाइड प्रणाली बन जाता है। एक लंबी श्रृंखला वाले धनायनिक बहुलक के रूप में, चिटोसन विद्युत उदासीनीकरण और जमाव तथा अधिशोषण और सेतु निर्माण के दोहरे कार्य कर सकता है, और निलंबित पदार्थों पर इसका प्रबल जमाव प्रभाव होता है। फ्लोकुलेंट के रूप में पारंपरिक फिटकरी और पॉलीएक्रिलामाइड की तुलना में, चिटोसन का स्पष्टीकरण प्रभाव बेहतर होता है। रविद एट अल. ने चिटोसन के पीएच मान 5-9 होने पर एकल काओलिन जल वितरण के फ्लोकुलेशन उपचार के प्रभाव का अध्ययन किया और पाया कि फ्लोकुलेशन पीएच मान से बहुत प्रभावित होता है, और मैलापन हटाने का प्रभावी पीएच मान 7.0-7.5 था। 1 मिलीग्राम/लीटर फ्लोकुलेंट पर, मैलापन हटाने की दर 90% से अधिक होती है, और उत्पादित फ्लोक्स मोटे और तेजी से घुलते हैं, और कुल फ्लोकुलेशन अवसादन समय 1 घंटे से अधिक नहीं होता है; लेकिन जब pH मान घटता या बढ़ता है, तो फ्लोकुलेशन दक्षता कम हो जाती है, जिससे पता चलता है कि केवल एक बहुत ही संकीर्ण pH सीमा में ही चिटोसन, काओलिन कणों के साथ अच्छा पॉलीमराइजेशन कर सकता है। कुछ अध्ययनों में पाया गया है कि जब फ्लोकुलेटेड बेंटोनाइट सस्पेंशन को चिटोसन के साथ उपचारित किया जाता है, तो उपयुक्त pH मान सीमा विस्तृत होती है। इसलिए, जब गंदे पानी में काओलिन जैसे कण मौजूद हों, तो पॉलीमराइजेशन को बेहतर बनाने के लिए एक स्कोएगुलेंट के रूप में बेंटोनाइट की उचित मात्रा मिलाना आवश्यक है।काइटोसनकणों पर। बाद में, रविद एट अल. ने पाया कि

यदि काओलिन या टाइटेनियम डाइऑक्साइड के निलंबन में ह्यूमस मौजूद हो, तो चिटोसन के साथ इसका जमाव और अवक्षेपण आसानी से हो जाता है, क्योंकि ऋणात्मक आवेशित ह्यूमस कणों की सतह से जुड़ा होता है, और ह्यूमस पीएच मान को समायोजित करने में सहायक होता है। चिटोसन ने विभिन्न मैलापन और क्षारीयता वाले प्राकृतिक जल निकायों के लिए भी बेहतर जमाव गुण प्रदर्शित किए।

(2) जल निकाय से शैवाल और जीवाणुओं को हटाना। हाल के वर्षों में, विदेशों में कुछ लोगों ने शैवाल और जीवाणुओं जैसे जैविक कोलाइड प्रणालियों पर चिटोसन के अधिशोषण और जमाव का अध्ययन करना शुरू कर दिया है। चिटोसन ताजे पानी के शैवाल, जैसे स्पिरुलिना, ऑसिलेटर शैवाल, क्लोरेला और नीले-हरे शैवाल पर हटाने का प्रभाव दिखाता है। अध्ययनों से पता चला है कि ताजे पानी के शैवाल के लिए, pH 7 पर निष्कासन सर्वोत्तम होता है; समुद्री शैवाल के लिए, pH कम होता है। चिटोसन की उचित मात्रा जल निकाय में शैवाल की सांद्रता पर निर्भर करती है। शैवाल की सांद्रता जितनी अधिक होगी, चिटोसन की उतनी ही अधिक मात्रा की आवश्यकता होगी, और चिटोसन की मात्रा में वृद्धि जमाव और अवक्षेपण को तेजी से बढ़ाती है। जल की मैलापन से शैवाल निष्कासन को मापा जा सकता है। जब pH मान 7 होता है, तो 5 मिलीग्राम/लीटर की मात्रा उपयुक्त होती है।काइटोसनयह पानी में मौजूद 90% तक मैलापन को दूर कर सकता है, और शैवाल की सांद्रता जितनी अधिक होगी, फ्लोक के कण उतने ही मोटे होंगे और अवसादन का प्रदर्शन उतना ही बेहतर होगा।

सूक्ष्मदर्शी से किए गए परीक्षण से पता चला कि फ्लोकुलेशन और अवसादन द्वारा हटाई गई शैवालें केवल एकत्रित और आपस में चिपकी हुई थीं, और अभी भी अक्षुण्ण और सक्रिय अवस्था में थीं। चूंकि चिटोसन पानी में मौजूद जीवों पर कोई नकारात्मक प्रभाव नहीं डालता है, इसलिए उपचारित पानी का उपयोग अन्य सिंथेटिक फ्लोकुलेंट्स के विपरीत, मीठे पानी की मत्स्य पालन के लिए किया जा सकता है। जीवाणुओं पर चिटोसन की निष्कासन प्रक्रिया अपेक्षाकृत जटिल है। चिटोसन के साथ एस्चेरिचिया कोलाई के फ्लोकुलेशन का अध्ययन करने पर पाया गया कि असंतुलित ब्रिजिंग तंत्र फ्लोकुलेशन प्रणाली का मुख्य तंत्र है, और चिटोसन कोशिका मलबे पर हाइड्रोजन बंध बनाता है। एक अन्य अध्ययन से पता चला कि ई. कोलाई के चिटोसन फ्लोकुलेशन की दक्षता न केवल डाइइलेक्ट्रिक की आवेश क्षमता पर बल्कि उसके हाइड्रोलिक आयाम पर भी निर्भर करती है।

(3) अवशिष्ट एल्युमीनियम को हटाकर पेयजल को शुद्ध करना। नल के पानी के उपचार में एल्युमीनियम लवण और पॉलीएल्युमीनियम फ्लोकुलेंट का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, लेकिन एल्युमीनियम लवण फ्लोकुलेंट के उपयोग से पेयजल में एल्युमीनियम की मात्रा बढ़ सकती है। पेयजल में अवशिष्ट एल्युमीनियम मानव स्वास्थ्य के लिए गंभीर खतरा है। हालांकि चिटोसन में भी जल अवशेष की समस्या होती है, लेकिन यह एक प्राकृतिक गैर-विषाक्त क्षारीय एमिनोपॉलीसेकेराइड होने के कारण, इसका अवशेष मानव शरीर को नुकसान नहीं पहुंचाता है और इसे बाद की उपचार प्रक्रिया में हटाया जा सकता है। इसके अलावा, चिटोसन और पॉलीएल्युमीनियम क्लोराइड जैसे अकार्बनिक फ्लोकुलेंट के संयुक्त उपयोग से अवशिष्ट एल्युमीनियम की मात्रा कम हो सकती है। इसलिए, पेयजल उपचार में चिटोसन के वे लाभ हैं जिन्हें अन्य सिंथेटिक कार्बनिक बहुलक फ्लोकुलेंट प्रतिस्थापित नहीं कर सकते।

अपशिष्ट जल उपचार में चिटोसन का अनुप्रयोग

(1) धातु आयनों को हटाएँ। आणविक श्रृंखलाकाइटोसनऔर इसके व्युत्पन्न पदार्थों में बड़ी संख्या में अमीनो समूह और हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं, इसलिए यह कई धातु आयनों पर चेलेटिंग प्रभाव डालता है और विलयन में भारी धातु आयनों को प्रभावी ढंग से सोख या ग्रहण कर सकता है। कैथरीन ए. ईडेन और अन्य के अध्ययनों से पता चला है कि चिटोसन की Pb2+ और Cr3+ (चिटोसन की इकाई में) के लिए सोखने की क्षमता क्रमशः 0.2 mmol/g और 0.25 mmol/g तक पहुँचती है, और इसकी सोखने की क्षमता प्रबल होती है। झांग टिंगआन एट अल. ने फ्लोक्यूलेशन द्वारा तांबे को हटाने के लिए डीएसेटिलेटेड चिटोसन का उपयोग किया। परिणामों से पता चला कि जब pH मान 8.0 था और जल के नमूने में तांबे के आयनों की द्रव्यमान सांद्रता 100 mg/L से कम थी, तो तांबे को हटाने की दर 99% से अधिक थी; द्रव्यमान सांद्रता 400 mg/L है, और अवशिष्ट तरल में तांबे के आयनों की द्रव्यमान सांद्रता अभी भी राष्ट्रीय अपशिष्ट जल निर्वहन मानक को पूरा करती है। एक अन्य प्रयोग से यह सिद्ध हुआ कि जब pH = 5.0 और अधिशोषण समय 2 घंटे था, तो अधिशोषण रासायनिक निकल चढ़ाने वाले अपशिष्ट तरल में चिटोसन से Ni2+ को हटाने की दर 72.25% तक पहुंच सकती है।

(2) खाद्य अपशिष्ट जल जैसे उच्च प्रोटीन सामग्री वाले अपशिष्ट जल का उपचार करें। खाद्य प्रसंस्करण के दौरान, बड़ी मात्रा में निलंबित ठोस पदार्थों वाला अपशिष्ट जल निकलता है। चिटोसन अणु में एमाइड समूह, अमीनो समूह और हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं। अमीनो समूह के प्रोटोनन के साथ, यह धनायनिक पॉलीइलेक्ट्रोलाइट की भूमिका निभाता है, जो न केवल भारी धातुओं पर चेलेटिंग प्रभाव डालता है, बल्कि पानी में ऋणात्मक रूप से आवेशित महीन कणों को प्रभावी ढंग से जमा और अवशोषित भी कर सकता है। चिटिन और चिटोसन प्रोटीन, अमीनो एसिड, फैटी एसिड आदि के साथ हाइड्रोजन बॉन्डिंग द्वारा कॉम्प्लेक्स बना सकते हैं। फांग झिमिन एट अल. ने इसका उपयोग किया।काइटोसनसमुद्री भोजन प्रसंस्करण अपशिष्ट जल से प्रोटीन की पुनर्प्राप्ति के लिए एल्यूमीनियम सल्फेट, फेरिक सल्फेट और पॉलीप्रोपाइलीन थैलामाइड जैसे फ्लोकुलेंट का उपयोग किया जाता है। इससे उच्च प्रोटीन पुनर्प्राप्ति दर और उच्च प्रकाश पारगम्यता प्राप्त की जा सकती है। चिटोसन स्वयं विषैला नहीं है और इससे कोई द्वितीयक प्रदूषण नहीं होता, इसलिए इसका उपयोग खाद्य प्रसंस्करण संयंत्रों के अपशिष्ट जल में प्रोटीन और स्टार्च जैसे उपयोगी पदार्थों को पुनर्चक्रित करने और उनका पुन: उपयोग करने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि पशुओं के चारे में मिलाकर।

(3) छपाई और रंगाई अपशिष्ट जल का उपचार। छपाई और रंगाई अपशिष्ट जल से तात्पर्य कपास, ऊन, रासायनिक रेशे और अन्य वस्त्र उत्पादों से पूर्व-उपचार, रंगाई, छपाई और परिष्करण की प्रक्रिया में निकलने वाले अपशिष्ट जल से है। इसमें आमतौर पर लवण, कार्बनिक सर्फेक्टेंट और रंग आदि होते हैं, जिनमें जटिल घटक, उच्च रंग और उच्च सीओडी होता है, और यह ऑक्सीकरण-रोधी और जैव-अपघटन-रोधी गुणों के साथ विकसित होता है, जो मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण के लिए अत्यंत हानिकारक है। चिटोसन में अमीनो समूह और हाइड्रॉक्सिल समूह होते हैं, और रंगों पर इसका प्रबल अधिशोषण प्रभाव होता है, जिसमें भौतिक अधिशोषण, रासायनिक अधिशोषण और आयन विनिमय अधिशोषण शामिल हैं, जो मुख्य रूप से हाइड्रोजन बंधन, स्थिरवैद्युत आकर्षण, आयन विनिमय, वैन डेर वाल्स बल, जल-विरोधक अंतःक्रिया आदि के माध्यम से होता है। साथ ही, चिटोसन की आणविक संरचना में बड़ी संख्या में प्राथमिक अमीनो समूह होते हैं, जो समन्वय बंधों के माध्यम से एक उत्कृष्ट बहुलक चेलेटिंग एजेंट बनाते हैं, जो अपशिष्ट जल में रंगों को एकत्रित कर सकता है, और यह गैर-विषाक्त है और द्वितीयक प्रदूषण उत्पन्न नहीं करता है।

(4) कीचड़ से जल निकासी में अनुप्रयोग। वर्तमान में, शहरी सीवेज उपचार संयंत्रों का विशाल बहुमत कीचड़ के उपचार के लिए कैटायनिक पॉलीएक्रिलामाइड का उपयोग करता है। व्यवहार में यह देखा गया है कि इस एजेंट का अच्छा फ्लोक्यूलेशन प्रभाव होता है और कीचड़ से जल निकासी आसान होती है, लेकिन इसका अवशेष, विशेष रूप से एक्रिलामाइड मोनोमर, एक प्रबल कैंसरकारक है। इसलिए, इसके प्रतिस्थापन की खोज करना एक बहुत ही महत्वपूर्ण कार्य है। चिटोसन एक अच्छा कीचड़ कंडीशनर है, जो सक्रिय कीचड़ बैक्टीरिया माइसेल्स के निर्माण में मदद करता है, जो घोल में नकारात्मक रूप से आवेशित निलंबित पदार्थ और कार्बनिक पदार्थ को एकत्रित कर सकता है, और सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया की उपचार दक्षता में सुधार कर सकता है। अध्ययनों से पता चला है कि पॉलीएल्यूमिनम क्लोराइड/चिटोसन मिश्रित फ्लोक्यूलेंट न केवल कीचड़ कंडीशनिंग में स्पष्ट प्रभाव दिखाता है, बल्कि एकल पीएसी या चिटोसन के उपयोग की तुलना में, कीचड़ का विशिष्ट प्रतिरोध पहले निम्नतम बिंदु पर पहुंचता है, और निस्पंदन दर अधिक होती है। यह तेज़ है और एक बेहतर कंडीशनर है; इसके अतिरिक्त, तीन प्रकार के कार्बोक्सीमिथाइल चिटोसन (एन-कार्बोक्सीमिथाइल चिटोसन, एन, ओ-कार्बोक्सीमिथाइल चिटोसन और ओ-कार्बोक्सीमिथाइल चिटोसन) का उपयोग फ्लोकुलेंट के रूप में किया गया। कीचड़ के जल निकासी प्रदर्शन पर इनका परीक्षण किया गया और पाया गया कि बने हुए फ्लोक्स मजबूत थे और आसानी से नहीं टूटते थे, जो दर्शाता है कि कीचड़ के जल निकासी पर फ्लोकुलेंट का प्रभाव सामान्य फ्लोकुलेंट की तुलना में काफी बेहतर था।

काइटोसनचिटोसन और इसके व्युत्पन्न संसाधन संपन्न, प्राकृतिक, गैर-विषाक्त, अपघटनीय और साथ ही विविध गुणों से युक्त होते हैं। ये पर्यावरण के अनुकूल जल उपचार एजेंट हैं। इसका कच्चा माल, चिटिन, पृथ्वी पर दूसरा सबसे बड़ा प्राकृतिक कार्बनिक यौगिक है। इसलिए, हाल के वर्षों में जल उपचार में चिटोसन के विकास में उल्लेखनीय वृद्धि देखी गई है। कचरे को संसाधन में बदलने वाले एक प्राकृतिक बहुलक के रूप में, चिटोसन को कई क्षेत्रों में उपयोग में लाया गया है, लेकिन घरेलू उत्पादों के प्रदर्शन और अनुप्रयोग में अभी भी अन्य विकसित देशों की तुलना में कुछ कमी है। चिटोसन और इसके व्युत्पन्न, विशेष रूप से उत्कृष्ट संश्लेषण गुणों वाले संशोधित चिटोसन पर शोध के गहन होने के साथ, इसका अनुप्रयोग मूल्य लगातार बढ़ रहा है। जल उपचार में चिटोसन की अनुप्रयोग तकनीक की खोज और व्यापक अनुप्रयोग क्षेत्र वाले पर्यावरण के अनुकूल चिटोसन व्युत्पन्न उत्पादों का विकास व्यापक बाजार मूल्य और अनुप्रयोग संभावनाओं को जन्म देगा।

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