खार्‍या पाण्यापासून गोडे पाणी

Category: Environment & Green Technology Published: Thursday, 20 October 2016

खार्‍या पाण्यापासून गोडे पाणी मिळविण्याचे नवे तंत्रज्ञान - प्रतिरसाकर्षण
पावसाचे पाणी शुद्ध असले तरी चातकासारखे ते आपल्याला वरच्यावर झेलून घेता येत नाही. ते जमिनीवर पडले की त्यात माती, सेंद्रिय पदार्थ व क्षार मिसळून ते दूषित होते. नदीनाल्यातील पाणी गढूळ असते व वापरण्यापूर्वी ते गाळून घ्यावे लागते. जमिनीखालचे पाणी स्वच्छ दिसले तरी त्यात क्षार विरघळलेले असतात. जलशुद्धीकरण व्यवस्थेत पाण्यातील क्षार वेगळे केले जात नाहीत. पाणी खारे असेल (उदा. समुद्राचे पाणी) तर ते आपणास पिण्यासाठी वापरता येत नाही.

खारे पाणी - समुद्राच्या पाण्यात एकूण विद्राव्य क्षार ३५००० मि. ग्रॅ./लि. एवढे असतात. त्यातील ३०००० मि. ग्रॅ./लि. मीठ किंवा सोडियम क्लोराईड असते. पिण्याच्या पाण्यासाठी विद्राव्य क्षार ५०० मि. ग्रॅ./लि.व क्लोराईड २०० मि. ग्रॅ./लि. पेक्षा कमी असणे इष्ट असते. त्यामुळे समुद्राचे पाणी त्यातील क्षार काढून टाकल्याखेरीज पिण्यायोग्य होऊ शकत नाही. समुद्रकाठच्या भागातील विहिरींच्या पाण्यात क्षारांचे प्रमाण ५००० ते १०००० मि. ग्रॅ./लि. आढळते. शेतीसाठी जास्त पाणी व खते वापरल्याने जमिनीतील क्षारांचे प्रमाण वाढून तेथील विहिरींचे पाणी पिण्यास वा शेतीसही निरुपयोगी होत आहे. अशा पाण्यात क्षारांचे प्रमाण २००० ते ५००० मि. ग्रॅ./लि. एवढे वाढलेले आढळते. 

खार्‍या पाण्यापासून गोडे पाणी मिळविणे ही अतिशय कठीण व खर्चिक गोष्ट आहे. पृथ्वीवर समुद्राच्या स्वरूपात पाण्याचा फार मोठा साठा आहे तरी ते पाणी खारे आहे. यामुळेच जहाजावरील लोकांची पाणीच पाणी चहूकडे, पिण्यास थेंबही नसे रे अशी स्थिती होते. पाण्याचे ऊर्ध्वपातन करून शुद्ध पाणी मिळविता येते. परंतु त्यासाठी प्रचंड खर्च व ऊर्जा लागते. आता ही किमया करणारे नसे तंत्रज्ञान विकसित झाले आहे. त्याचे नाव प्रतिरसाकर्षण किंवा रिव्हर्स ऑस्मॉसिस. 

रसाकर्षण - मनुक पाण्यात टाकली की ती थोड्या वेळात फुगते ही गोष्ट आपण अनुभवली असेल. पाणी मनुकेत शिरल्यामुळे असे झाले हे उघड आहे. मात्र साखरेच्या पाकात द्राक्ष टाकले तर ते आक्रसून जाते. असे का होते हे कोडे चटकन लक्षात येत नाही. द्राक्षातले पाणी पाकात शिरून द्राक्षाची मनुक होते. एके ठिकाणी पाणी बाहेरून आत तर दुसर्‍या ठिकाणी पाणी आतून बाहेर जाते. पाण्याच्या प्रवाहाची दिशा कशामुळे ठरते ? असा आपणास प्रश्न पडेल तर रसाकर्षण हे त्याचे उत्तर होय. द्राक्षाच्या सालीच्या आत व बाहेर पाण्याची घनता वेगळी असली की पाणी जास्त घनतेकडून कमी घनतेकडे वाहते. उंचावरचे पाणी खालच्या बाजूस वाहते तशीच ही क्रिया आहे. द्राक्षाची साल जास्त महत्वाची भूमिका बजावते. वनस्पतीची मुळे याच प्रकारची असतात. मुळातील पेशींमध्ये क्षाराचे प्रमाण जास्त असल्याने मातीतील पाणी मुळांमध्ये शोषले जाते. या क्रियेलाच रसाकर्षण असे म्हणतात. 
मुळांच्या वा द्राक्षाच्या सालींमधून क्षार आरपार जाऊ शकतात. मात्र साखरेसारखे मोठे रेणू जाऊ शकत नाहीत. त्यामुळे वनस्पती आवश्यक ते क्षार जमिनीतून शोषून घेऊ शकतात. खार्‍या पाण्यात क्षार असल्याने त्यांना प्रतिबंध करण्यासाठी अर्ध पारगम्य असणार्‍या क्षाररोधक पडद्याचा वापर करावा लागतो. 

प्रतिरसाकर्षण (रिव्हर्स ऑस्मॉसिस) - रसाकर्षणाच्या वरील गुणधर्माचा उपयोग करून मानवाने खार्‍या पाण्यापासून गोडे पाणी मिळविण्याची पद्धत विकसित केली आहे. विशिष्ट क्षाररोधक पडदा मध्ये ठेवून एका बाजूस खारे पाणी व दुसर्‍या बाजूस गोडे पाणी ठेवले तर रसाकर्षणाच्या तत्वानुसार गोडे पाणी क्षाररोधक पडद्यातून खार्‍या पाण्याकडे जाईल. आकृती १ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे मधल्या नळीत खारे पाणी असल्यास बाहेरचे खारे पाणी गोड्या पाण्यात शिरून नळीतील पाण्याची पातळी वाढेल. या पाण्याज्या उंचीलाच रसाकर्षण-दाब असे म्हणतात. नळीताल पाण्यावरील दट्ट्यावर या दाबापेक्षा जास्त दाब दिला (आकृती २ पहा) तर पाणी उलट दिशेने म्हणजे खार्‍या पाण्याकडून गोड्या पाण्याकडे ढकलले जाईल. यालाच प्रतिरसाकर्षण असे म्हणतात. पडद्यातून क्षार पलिकडे जाऊ शकत नाहीत. त्यामुळे काही खार्‍या पाण्याचे गोड्या पाण्यात रूपांतर होईल. खार्‍या पाण्याचा खारेपणा अधिक वाढेल व ते टाकून द्यावे लागेल. अशा रीतीने प्रतिरसाकर्षणाचा उपयोग करून खार्‍या पाण्याचे गोड्या पाण्यात रूपांतर केले जाते. 

वेगवेगळे पदार्थ रेणूंच्या आकारानुसार पाण्यातून काढून टाकण्यासाठी सूक्ष्म छिद्रे असणारे पडदे वापरले जातात. त्यांचे कार्य गाळण्याचे असल्याने त्यांना अतिसूक्ष्म गाळक म्हणतात. प्रतिरसाकर्षणाचे पडदे अशा अतिसूक्ष्म गाळकांपेक्षा फार निराळे असतात. त्यांना अर्धपारगम्य पडदे असे म्हणतात. 

संशोधन - १९५० साली अमेरिकेतील फ्लोरिडा युनिव्हर्सिटीच्या रीड, ब्रेंटन इ. शास्त्रज्ञांनी सेल्यूलोज अॅसिटेटचा पडदा तयार करून त्याने पाण्यातील क्षार अडविले जातात हे सिद्ध केले. त्यानंतर लगेच क्रॅलिफोर्निया युनिव्हर्सिटीतील लोएब व सोराईराजन यांनी असा पडदा तयार करण्याचे नवे तंत्र विकसित करून ४० ते ५० बार दाबाखाली दिवसाला दर चौ.मी. पडद्यातून ५०० ते १००० लिटर गोडे पाणी मिळविता येते हे दाखवून दिले. यावेळी ९५% क्षार पडद्यामुळे अडविले गेले. 

भारताला विस्तृत समुद्रकिनारा लाभला आहे. पाण्याचेही दुर्भिक्ष आहे. खार्‍या पाण्यावर संशोधन करण्यासाठी गुजराथमधील भावनगर येथे सेंट्न्ल सॉल्ट अॅण्ड मरीन इस्टिट्यूट स्थापन करण्यात आलेली आहे. प्रतिरसाकर्षण यंत्रणेवर तेथे संशोधन चालू आहे. सध्या विहिरीतील जास्त क्षार असलेल्या पाण्यापासून पिण्यायोग्य पाणी मिळविण्यात संस्थेला यश आले असून ग्रामीण भागातील पाण्याची समस्या त्यामुळे सुटणार आहे. नीरी, नागपूर येथेही सेल्यूलोज अॅसिटेटचा पडदा तयार करण्याचे तंत्रज्ञान विकसित झाले आहे. 

समुद्राच्या पाण्याचा रसाकर्षण दाब २० बार म्हणजे हवेच्या दाबाच्या २० पट असतो. शिवाय पाणी शुद्ध होत असताना खार्‍या पाण्याचा खारेपणा वाढत असल्याने रसाकर्षण दाबही वाढत जातो. त्यामुळे प्रतिरसाकर्षण यंत्रणा ६० ते ७० बार एवढ्या दाबावर चालवावी लागते. विहिरीच्या पाण्यातील क्षार काढण्यासाठी १५ ते ३० बार एवढा दाब पुरेसा होतो. क्षाररोधक पडदा नाजुक असल्याने प्रचंड दाबाखाली तो फाटू नये म्हणून त्याला आधारासाठी प्लॅस्टिकची जाळी वापरली जाते. प्रवाह मंद असल्याने खूप मोठा पृष्ठभाग वापरावा लागतो. यासाठी वेगवेगळया प्रकारचे पडदे वापरले जातात. 

१. सूक्ष्म धागे - हे धागे केसापेक्षा बारीक असून आतून पोकळ असतात. धाग्याबाहेर खारेे पाणी तर आत गोडे पाणी असते. सेल्यूलोज अॅसिटेटशिवाय पॉलिव्हिनॉईल अल्कोहोल व पॉलिअमाईड यांचे ते पडदे बनविलेले असतात. 

२. सपाट पडदा वा गुंडाळी पडदा - सपाट पडदा व आधारासाठी प्लॅस्टिकची जाळी यांचे एकाआड एक थर देऊन सपाट वा गुंडाळी स्वरूपात याची रचना केलेली असते. आकृती ३ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे खारे पाणी, गोडे पाणी व अतिखारे पाणी यांचे नळ असतात. 

३. नळीच्या स्वरूपात - १२ मि. मी. ते २५ मि. मी.व्यासाच्या नळयांच्या स्वरूपात पडदे तयार करण्यात येतात. अशा प्रकारची रचना गढूळ पाण्यासाठी जास्त उपयुक्त असते. कारण पाण्याचा ब्रवाह सोडून या नळया स्वच्छ करता येतात. अर्थात येथे पृष्ठभाग छोटा असल्याने फार कमी गोडे पाणी मिळू शकते. 

पूर्व प्रक्रिया - प्रतिरसाकर्षणयंत्रणेच्या संकल्पनेसाठी रसायनशास्त्र व सूक्ष्म जीवशास्त्र याचबरोबर पडद्यावर साठणारे क्षारांचे थर वा जिवाणूंमुळे पडद्यावर होणारी कुजण्याची क्रिया यांचे चांगले ज्ञान असावे लागते. पाण्याचा गढूळपणा, त्यात विरघळलेले वायू, तापमान, पी. एच्. क्लोरीन, क्षारांचे प्रमाण व पडद्याची गाळणक्षमता यांची माहिती असावी लागते. या माहितीवरून पाण्यावर प्रथम कोणत्या प्रक्रिया करणे आवश्यक आहे ते ठरविता येते. पाणी गाळणे, वायुवीजन, रेझिन थरातून गाळणे या प्रक्रिया केल्यास प्रतिरसाकर्षणाचे कार्य व्यवस्थित चालते आणि पडद्याची हानी होत नाही. पडद्यावर क्रॅल्शियम कार्बोनेटचा थर बसू नये म्हणून आम्ल व आवश्यक भासल्यास फॉस्फेट मिसळले जाते. प्रतिरसाकर्षणासाठी वापरावयाच्या खार्‍या पाण्याचे गुणधर्म खालीलप्रमाणे असावेत. 

लोह ०.१ मि. ग्रॅ. / लि. पेक्षा कमी
मँगेनीज ०.०५ मि. ग्रॅ. / लि. पेक्षा कमी
क्लोरीन ०.१ मि. ग्रॅ. / लि. पेक्षा कमी
गढूळपणा अजिबात नसावा. (गाळणे आवश्यक)


गोडे पाणी कमी असणार्‍या मध्यपूर्वेतील देशांमध्ये प्रतिरसाकर्षणाच्या तत्वावर चालणार्‍या मोठ्या यंत्रणा उभारण्यात आल्या असून तेथे समुद्राच्या पाण्यापासून गोडे पाणी बनविण्यात येते. प्रतिरसाकर्षणाचे भविष्याकाळातील महत्व ओळखून अनेक परदेशी कंपन्या यात संशोधन करीत असून त्या असे तंत्रज्ञान पुरविण्यास तयार झाल्या आहेत. भारतानेही यात पुढाकार घेणे आवश्यक आहे. 

इतर उपयोग - प्रतिरसाकर्षणाचा उपयोग आता विविध क्षेत्रात होऊ लागला आहे. उद्योगधंद्यातून व कारखान्यातून बाहेर पडणार्‍या सांडपाण्यातील दूषित द्रव्ये वेगळी करून पाणी शुद्ध करणे या तंत्रज्ञानाने शक्य झाल्याने प्रदूषण टाळून पाण्याचा पुनर्वापर करता येऊ लागला आहे. औषध निर्मिती, फळांचे रस, मद्यार्क, दूध आणि इतर अन्नप्रक्रिया केंद्रामध्येही या तंत्रज्ञानाचा वाढता उपयोग होऊ लागला आहे. प्रतिरसाकर्षण हे मानवाला एक नवीन वरदानच लाभले आहे.