ऊर्जा और पर्यावरण

क्या पीने के पानी में समुद्री जल की कमी से पानी की कमी हो जाएगी?

क्या पीने के पानी में समुद्री जल की कमी से पानी की कमी हो जाएगी?


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आप मानें या न मानें, लेकिन दुनिया के कई हिस्सों में साफ, पीने योग्य मीठे पानी मिलने की समस्या बढ़ रही है। मानवीय गतिविधियों और जलवायु परिवर्तन के संयोजन के माध्यम से, कई भविष्यवाणी करते हैं कि एक गंभीर वैश्विक जल संकट जल्द ही हम पर होगा।

इस कारण से, शोधकर्ता कृत्रिम रूप से मीठे पानी को बनाने के लिए उपाय खोज रहे हैं। अलवणीकरण कहा जाता है, क्या खारे पानी को बदल सकते हैं, जैसे कि समुद्री जल, ताजे पानी में हम जिस समाधान की तलाश में हैं?

ताजा जल संकट क्या है?

हमारे "ब्लू प्लैनेट" को उपयुक्त नाम दिया गया है। मोटे तौर पर 70% इसकी सतह पानी में आच्छादित है, यह अकथनीय होगा कि पानी को दुनिया के कई हिस्सों में एक दुर्लभ संसाधन माना जा सकता है जो कि रेगिस्तान क्षेत्र भी नहीं हैं।

समस्या यह है कि इस पानी का अधिकांश हिस्सा समुद्री जल है, जो वास्तव में पीने योग्य नहीं है, क्योंकि यह सचमुच नमक के साथ संतृप्त है। पृथ्वी के पानी के, केवल चारों ओर 3% यह ताजा और पीने के लिए सुरक्षित है।

लेकिन, केवल चारों ओर 1% उपलब्ध ताजे पानी वास्तव में मानव उपयोग के लिए आसानी से सुलभ है। बाकी का अधिकांश हिस्सा ग्लेशियरों, बर्फ की टोपियों, पर्माफ्रॉस्ट, या जमीन में गहरे दबे होने के कारण बंद है।

इसका मतलब है कि केवल आसपास 0.007% पृथ्वी पर पानी वास्तव में हमारी बढ़ती वैश्विक आबादी द्वारा उपयोग के लिए उपलब्ध है। एक और समस्या यह है कि यह आसानी से सुलभ मीठे पानी को दुनिया भर में समान रूप से वितरित नहीं किया जाता है।

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चूंकि पीने का पानी पृथ्वी पर जीवन के लिए आवश्यक है, यह "पानी की कमी" में मौजूद स्थानों के लिए आदर्श नहीं है। लेकिन हम पानी का उपयोग भोजन, कपड़े बनाने, कंप्यूटर और कारों जैसी चीजों का निर्माण करने और स्वच्छता के लिए भी करते हैं, लेकिन कुछ चीजों के नाम।

यह मानव जीवन के सभी पहलुओं के लिए महत्वपूर्ण है।

नेशनल ज्योग्राफिक बताता है कि, "भूगोल, जलवायु, इंजीनियरिंग, विनियमन और संसाधनों के लिए प्रतिस्पर्धा के कारण, कुछ क्षेत्रों में ताजे पानी के साथ अपेक्षाकृत प्रवाह होता है, जबकि अन्य सूखे और दुर्बल प्रदूषण का सामना करते हैं। विकासशील देशों के अधिकांश हिस्सों में स्वच्छ पानी या तो है। मुश्किल से एक वस्तु या वस्तु जिसे प्राप्त करने के लिए श्रमसाध्य कार्य या महत्वपूर्ण मुद्रा की आवश्यकता होती है। "

एक और समस्या यह है कि ग्रह पर ताजे पानी की मात्रा अरबों वर्षों से अपेक्षाकृत स्थिर है।

वास्तव में, यह संभव है कि आपके पास, आपके जीवन के किसी बिंदु पर, पानी के अणुओं का प्रवेश होता है जो डायनासोर, जूलियस सीज़र या किसी अन्य ऐतिहासिक व्यक्ति द्वारा भी नशे में थे। एक उल्लेखनीय विचार।

पिछले कुछ दशकों में वैश्विक तापमान में वृद्धि भी चरम मौसम की घटनाओं की संभावना को बढ़ाती दिखाई देती है, जिसमें दुनिया के अतिसंवेदनशील क्षेत्रों में सूखा भी शामिल है। प्रभावित क्षेत्रों के लिए, पानी की कमी एक बहुत ही गंभीर समस्या है।

हर साल बढ़ती आबादी के साथ, और कृषि या डिस्पोजेबल उपभोक्ता वस्तुओं जैसी चीजों के लिए पहले से ही घट रही पानी की आपूर्ति के अति प्रयोग से, दुनिया के कुछ हिस्सों को एक बहुत ही वास्तविक "मीठे पानी के संकट" का सामना करना पड़ रहा है।

लेकिन मानव जाति कुछ और नहीं बल्कि सरल है। क्या हम इस संकट के प्रभाव को सीमित करने के लिए अपनी तकनीक का उपयोग कर सकते हैं? शायद मीठे पानी भी "बनाएँ"?

चलो पता करते हैं।

क्या समुद्र से खारा पानी पीना सुरक्षित है?

संक्षिप्त उत्तर निश्चित रूप से है, नहीं। खारा पानी पीना, समुद्री पानी की तरह, इंसानों (और कई अन्य जीवों) के लिए घातक हो सकता है।

समुद्री जल, जैसा कि हम जानते हैं कि आप अधिक से अधिक जागरूक हैं, में बहुत अधिक लवण हैं। जब आप इसे पीते हैं, तो आप दोनों पानी में (जो अच्छा है) ले रहे हैं, लेकिन ये लवण भी।

जब आप नमक की थोड़ी मात्रा का आनंद ले सकते हैं, तो समुद्री जल में सामग्री आपके शरीर की तुलना में काफी अधिक हो सकती है।

आपके शरीर की कोशिकाएं सोडियम क्लोराइड (टेबल सॉल्ट) पर निर्भर करती हैं, मुख्य रूप से इसकी सोडियम सामग्री, शरीर के रासायनिक संतुलन और प्रतिक्रियाओं को बनाए रखने के लिए। लेकिन यह बहुत अधिक घातक हो सकता है।

ऐसा इसलिए है क्योंकि आपके गुर्दे, विशेष रूप से नेफ्रॉन, केवल मूत्र कर सकते हैं जो समुद्री जल की तुलना में कम खारा है। इसका मतलब यह है कि यदि आप विशेष रूप से समुद्री जल पीते हैं, तो नमक को पतला करने के लिए अधिक पानी लगेगा और इसे पीने से प्राप्त होने वाले पानी की तुलना में इसे बाहर निकालें।

दूसरे शब्दों में, आपको शुद्ध जल हानि होगी। इस कारण से, आप अंततः निर्जलीकरण से मर जाएंगे (और समय के साथ तेजी से प्यासे हो जाएंगे) यदि आपके पानी का एकमात्र स्रोत समुद्री जल था।

इस कारण से, आपको कभी भी महत्वपूर्ण मात्रा में समुद्री पानी नहीं पीना चाहिए।

अलवणीकृत जल के क्या तरीके हैं?

मीठे पानी के रूप में पृथ्वी के कुल उपलब्ध पानी के इतने कम प्रतिशत के साथ, आप आश्चर्यचकित हो सकते हैं कि क्या कोई ऐसा तरीका है जिससे हम समुद्र की तरह पृथ्वी पर अन्य जल स्रोतों के विशाल जलाशय का दोहन कर सकते हैं। जैसा कि यह पता चला है कि हम, बहुत प्रयास और खर्च के साथ कर सकते हैं।

वर्तमान में, अलवणीकरण के कम से कम तीन मुख्य तरीके हैं:

  • थर्मल डिसेलिनेशन (आसवन)।
  • विद्युत अलवणीकरण।
  • दबाव अलवणीकरण (रिवर्स ऑस्मोसिस)।

थर्मल विलवणीकरण, उर्फ आसवन, तीनों में से सबसे पुराना है और वास्तव में हजारों वर्षों से उपयोग में है। खारे पानी को उबाला जाता है, फिर भाप को ठंडा किया जाता है और ताजे पानी के रूप में गाढ़ा किया जाता है, जिससे गर्म पानी में नमक के क्रिस्टल पीछे रह जाते हैं।

हालांकि, इस विधि को प्राप्त करने के लिए ऊर्जा में एक महत्वपूर्ण निवेश की आवश्यकता होती है। स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के अनुसार, अधिक आधुनिक विधियाँ, "पानी के उबलते तापमान को कम करने के लिए विभिन्न तकनीकों जैसे निम्न-दबाव वाहिकाओं का उपयोग करें और इस प्रकार अलवणीकरण के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा को कम करें।"

विलवणीकरण के इस रूप का व्यापक रूप से मध्य पूर्व जैसे स्थानों में उपयोग किया जाता है, जहां आसानी से प्रचुर मात्रा में हाइड्रोकार्बन संसाधन ईंधन की लागत को कम करने में मदद करते हैं। थर्मल डिसेलिनेशन तीन प्रमुख, बड़े पैमाने पर थर्मल प्रक्रियाओं से मिलकर बनता है।

य़े हैं:

  • मल्टीस्टेज फ़्लैश आसवन (MSF)।
  • बहु-प्रभाव आसवन (MED)।
  • वाष्प संपीड़न आसवन (वीसीडी)।

एक और थर्मल विधि भी मौजूद है; सौर आसवन, यह आमतौर पर बहुत कम उत्पादन दरों के लिए उपयोग किया जाता है। यह आमतौर पर खाने के लिए नमक का उत्पादन करने के लिए भी उपयोग किया जाता है, उथले पूल में समुद्री जल रखकर और मीठे पानी के प्राकृतिक रूप से वाष्पित होने की प्रतीक्षा करते हुए - समुद्री नमक को पीछे छोड़ते हुए।

समुद्री जल से नमक निकालने का एक अन्य तरीका यह है कि नमक को अलग करने के लिए एक झिल्ली का उपयोग किया जाए। यह विद्युत प्रवाह या दबाव का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।

फिर, इन विधियों का उपयोग मुख्य रूप से संयुक्त राज्य अमेरिका जैसे ऊर्जा के प्रचुर स्रोतों वाले स्थानों में किया जाता है।

विद्युत अलवणीकरण, झिल्ली आधारित विलवणीकरण का एक उदाहरण, नमक और पानी के अणुओं को अलग करने के लिए विद्युत प्रवाह का उपयोग करता है। इस विधि के साथ, एक विद्युत प्रवाह एक चुनिंदा पारगम्य झिल्ली के साथ नमक ले जाने वाले आयनों को चलाता है।

एक चुनिंदा पारगम्य झिल्ली वह है जो कुछ अणुओं को दूसरों के बहिष्करण से गुजरने की अनुमति देती है। विभिन्न अनुसंधान और औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए सिंथेटिक या पॉलिमरिक झिल्ली बनाई गई हैं।

दो प्रमुख विद्युत झिल्ली विलवणीकरण विधियाँ हैं:

  • इलेक्ट्रोडायलिसिस (ईडी)।
  • इलेक्ट्रोडायलिसिस रिवर्सल (EDR)।

अलवणीकरण के इन दोनों तरीकों को पानी के स्रोत की नमक सामग्री के आधार पर प्राप्त करने के लिए अलग-अलग मात्रा में ऊर्जा की आवश्यकता होती है। जबकि कम नमक सांद्रता के साथ उपयोग के लिए उपयुक्त है, यह समुद्री जल पर उपयोग के लिए बहुत अधिक ऊर्जा-गहन है।

विपरीत परासरण अलवणीकरण का एक और रूप है जो चयनात्मक रूप से पारगम्य झिल्ली के माध्यम से पानी को चलाने के लिए दबाव का उपयोग करता है। यह प्रक्रिया, दूसरों की तरह, नमक को घोल से अलग करती है।

विद्युत-चालित विलवणीकरण के समान ही, बड़े पैमाने पर रिवर्स ऑस्मोसिस के लिए आवश्यक ऊर्जा की मात्रा पानी की प्रारंभिक नमक सामग्री पर निर्भर करती है। समुद्री जल के लिए, आवश्यक ऊर्जा का मतलब है कि यह ज्यादातर स्थितियों में आर्थिक रूप से व्यवहार्य नहीं है।

विलवणीकरण के सबसे सामान्य रूप के रूप में, यह इस प्रक्रिया को और अधिक विस्तार से देखने लायक हो सकता है।

रिवर्स ऑस्मोसिस क्या है और रिवर्स ऑस्मोसिस काम करता है?

जैसा कि पहले उल्लेख किया गया है, रिवर्स ऑस्मोसिस अलवणीकरण की एक प्रक्रिया है जो एक झिल्ली के माध्यम से पानी के अणुओं को सचमुच धक्का देने के लिए दबाव का उपयोग करती है। नियमित रूप से निस्पंदन के विपरीत (जहां कुछ अशुद्धियों को आकार द्वारा बाहर रखा गया है), रिवर्स ऑस्मोसिस में एक झिल्ली भर में विलायक प्रसार शामिल है जो केवल पानी से गुजरने की अनुमति देता है।

नियमित रूप से परासरण में निम्न विलेय सांद्रता (उच्च जल क्षमता) के क्षेत्र से उच्च विलेय सांद्रता (कम पानी की क्षमता) के एक संतुलन की प्राकृतिक गति शामिल है जब तक कि संतुलन प्राप्त नहीं हो जाता है। रिवर्स ऑस्मोसिस में, जैसा कि नाम से पता चलता है, पानी को ऑस्मोसिस के दौरान विलायक के प्राकृतिक प्रवाह को उलटने के लिए दबाव डालकर फ़ीड पानी (जैसे समुद्री जल) की एक उच्च विलेय सांद्रता से निकाला जाता है।

दबाव के अलावा, रिवर्स ऑस्मोसिस प्रक्रिया के मुख्य घटकों में से एक चुनिंदा पारगम्य झिल्ली का उपयोग है।

यह झिल्ली कुछ कणों को इसके माध्यम से जाने की अनुमति देती है, मुख्य रूप से पानी, विलेय (नमक जैसे) और अन्य दूषित पदार्थों को पीछे छोड़ती है। रिवर्स ऑस्मोसिस में, इस उद्देश्य के लिए एक पतली फिल्म समग्र झिल्ली (टीएफसी या टीएफएम) कार्यरत है।

इन झिल्लियों का निर्माण मुख्य रूप से जल शोधन और विलवणीकरण प्रणालियों के लिए किया जाता है। उनके पास कुछ गुण भी हैं जो उन्हें कुछ बैटरी और ईंधन कोशिकाओं में उपयोग के लिए उपयोगी बनाते हैं।

इन झिल्लियों का निर्माण आम तौर पर दो या अधिक सामग्रियों की परतों से किया जाता है। प्रोफेसर सिडनी लोएब और श्रीनिवास सौरीराजन द्वारा विकसित, अर्ध-पारगम्य अनिसोट्रोपिक झिल्ली आमतौर पर पॉलीमाइड्स से बने होते हैं।

इस सामग्री में कुछ बहुत ही उपयोगी गुण हैं, जिसमें पानी के लिए इसकी आत्मीयता और कुछ घुलित अशुद्धियों जैसे नमक आयनों और अन्य छोटे अणुओं के लिए इसकी सापेक्ष अभेद्यता शामिल है।

विशिष्ट रिवर्स ऑस्मोसिस सिस्टम में, उच्च दबाव में, फीडवाटर, झिल्ली के एक केंद्रित सर्पिल पैटर्न के माध्यम से बहता है जो केंद्र में एक उत्पाद पानी की नली में पानी इकट्ठा करने से पहले वैकल्पिक रूप से पानी और दूषित पदार्थों को अलग करता है। अधिकतम दक्षता के लिए, कई झिल्ली इकाइयां श्रृंखला में जुड़ी हुई हैं।

क्या पीने के पानी की मदद से समुद्री जल को पानी की कमी में बदल दिया जा सकता है?

संक्षेप में, हाँ। लेकिन यह एक महत्वपूर्ण लागत पर आता है।

उच्च गुणवत्ता वाले मीठे पानी की घटती उपलब्धता के साथ, अधिक से अधिक समुदाय खारे पानी और खारे पानी से पीने योग्य पानी का उत्पादन करने के लिए अलवणीकरण की ओर बढ़ रहे हैं। मौजूदा समाधान पानी निकालने और नमक सामग्री के पीछे छोड़ने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।

साइट-विशिष्ट सीमाओं और आवश्यकताओं के आधार पर वर्तमान तकनीकों के फायदे और नुकसान दोनों हैं। जबकि कुछ विधियां आशाजनक हैं, ताजे पानी के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए इसे व्यवहार्य बनाने के लिए अधिक तकनीकी विकास की आवश्यकता है।

टेक्सास ए एंड एम यूनिवर्सिटी समझाती है कि "सौर स्थानों का उपयोग करते हुए खारे पानी के छोटे पैमाने पर विलवणीकरण दूरदराज के स्थानों में एक आशाजनक तरीका है जहां पीने और खाना पकाने के लिए अच्छी गुणवत्ता वाला पानी उपलब्ध नहीं है। अधिक व्यापक कार्यान्वयन के लिए, विलवणीकरण प्रक्रियाओं को तकनीकी सुधार और बढ़ी हुई ऊर्जा की आवश्यकता होती है। दक्षता।"

मुख्य मार्ग प्रक्रियाओं की लागत है - विशेष रूप से उच्च मात्रा में ताजे पानी का उत्पादन करने के लिए आवश्यक ऊर्जा आवश्यकताओं। इस कारण से, मौजूदा समाधान मुख्य रूप से उन क्षेत्रों में उपयोग किए जाते हैं, जिनमें मीठे पानी के आयात के लिए नागरिक और सैन्य जहाजों पर और कुछ विशेष अंतरिक्ष यान में किसी अन्य साधन की कमी होती है।

हालांकि, प्रक्रिया की लागत को कम करने में कुछ दिलचस्प घटनाक्रम हैं। कुछ साल पहले, उदाहरण के लिए, टेक्सास विश्वविद्यालय, ऑस्टिन के शोधकर्ताओं ने पारंपरिक तरीकों के लिए एक अभिनव विकल्प विकसित किया।

एक और आशाजनक समाधान कैपेसिटिव डीओनाइजेशन और बैटरी इलेक्ट्रोड डीऑनाइजेशन कहा जाता है। हालांकि, ये समाधान वर्तमान में व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य होने से बहुत दूर हैं।

लेकिन यह सिर्फ एक बाहर की वित्तीय लागत नहीं है। मौजूदा विलवणीकरण संयंत्र पर्यावरण के लिए भी हानिकारक हैं।

अधिकांश सीधे समुद्री जल को उनके स्रोत के पानी के रूप में टैप करते हैं, जो पौधे के चारों ओर के जल स्तर को बदल सकते हैं, या मछली, और अन्य छोटे समुद्री जीवों को मार सकते हैं। इस प्रक्रिया में अत्यधिक खारे कचरे का उत्पादन होता है जिसका निपटान करने की आवश्यकता होती है।

यह इस कारण से है कि अधिकांश विलवणीकरण पौधे समुद्री जल के बजाय खारेपन का उपयोग करते हैं। बड़े अलवणीकरण संयंत्र बनाने के लिए भी महंगे हैं, आमतौर पर इस क्षेत्र में कहीं लागत होती है लाखों में सैकड़ों एक टुकड़ा।

यह कहा जा रहा है, कई कंपनियां प्रौद्योगिकी में भारी निवेश कर रही हैं, कुछ जगहों पर, जैसे कि इजरायल पहले से ही आधे देश की आपूर्ति के लिए पर्याप्त पानी का उत्पादन कर रहा है।

पानी की कमी वाले क्षेत्रों के लिए, हालांकि, इस प्रकार के पौधे जल सुरक्षा के लिए एक प्रकार की बीमा पॉलिसी प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, कैलिफोर्निया पहले से ही पौधों की एक श्रृंखला का निर्माण कर रहा है।

कई विशेषज्ञों का मानना ​​है कि व्यापक विलवणीकरण को काम करने योग्य बनाने का एकमात्र तरीका उन्हें ऊर्जा देने के लिए नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों को शामिल करना है। केवल सापेक्ष चलने की लागत कम करने के माध्यम से, क्या वे आर्थिक रूप से व्यवहार्य हो जाएंगे।

बढ़ते वैश्विक तापमान और दुनिया के कई हिस्सों में सूखे की बढ़ती संभावना के साथ, अलवणीकरण संभवतः अधिक प्रचलित हो जाएगा। यदि हम प्रक्रिया की ऊर्जा लागत, और पर्यावरणीय लागतों को दूर कर सकते हैं, तो विलवणीकरण पानी की कमी को हल करने में समाधान का एक महत्वपूर्ण हिस्सा बन सकता है।


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