जब हम जल निस्पंदन के बारे में सोचते हैं, तो हम अक्सर ऊर्जा-गहन प्रक्रियाओं, कठोर रसायनों या जटिल मशीनरी की कल्पना करते हैं। लेकिन उद्योगों में स्थिरता पर बढ़ते फोकस के साथ, शोधकर्ता एक आश्चर्यजनक स्रोत से प्रेरणा लेते हुए, जल उपचार के लिए अधिक पर्यावरण-केंद्रित दृष्टिकोण अपना रहे हैं: प्रकृति.
वैज्ञानिकों और इंजीनियरों का मानना है कि अरबों वर्षों में परिष्कृत प्रकृति के शानदार जैविक ब्लूप्रिंट में कई आधुनिक जल निस्पंदन चुनौतियों का समाधान हो सकता है। इस प्रकार, वे अधिक उन्नत जल निस्पंदन प्रौद्योगिकियों के निर्माण के लिए प्राकृतिक प्रणालियों में पाए जाने वाले उल्लेखनीय डिजाइन सिद्धांतों का अनुकरण कर रहे हैं। इस दृष्टिकोण को बायोमिमिक्री कहा जाता है और यह चिकित्सा, ऑटोमोटिव, वास्तुकला और अन्य क्षेत्रों में कई तकनीकी चमत्कारों का मूल रहा है।
अपने प्रारंभिक चरण में रहते हुए, दुनिया भर के कई क्षेत्रों में प्रकृति-प्रेरित जल उपचार नवाचार सामने आए हैं और स्वच्छ जल क्षेत्र में क्रांति लाने के लिए तैयार हैं। यहां, हम इनमें से कुछ बायोमिमेटिक आविष्कारों पर प्रकाश डालते हैं और आपको उनके बारे में क्या जानने की आवश्यकता है।
जल निस्पंदन में बायोमिमिक्री क्या है?
बायोमिमिक्री, या बायोमिमेटिक्स, जल उपचार चुनौतियों को हल करने के लिए प्रकृति के समय-परीक्षणित डिजाइनों, प्रक्रियाओं और प्रणालियों से प्रेरणा प्राप्त करने का अभ्यास है। यह दृष्टिकोण वैज्ञानिकों और इंजीनियरों को प्राकृतिक दुनिया को समझने और उसकी नकल करने के लिए अध्ययन करने के लिए प्रोत्साहित करता है – इसलिए जैवनकलआरवाई-पहले से आविष्कार किए गए डिज़ाइनों को बेहतर बनाने या नई कृतियों को विकसित करने के लिए इसकी अत्यधिक कुशल जल निस्पंदन तंत्र है।
न्यूनतम ऊर्जा व्यय और अत्यधिक सटीकता के साथ आणविक स्तर पर पानी को अलग करने, फ़िल्टर करने और परिवहन करने के लिए जैविक प्रणालियाँ समय के साथ विकसित हुई हैं। इसे महसूस करते हुए, शोधकर्ता तेजी से तकनीकी प्रेरणा के लिए पर्यावरण की ओर देख रहे हैं। लक्ष्य अधिक टिकाऊ जल उपचार प्रौद्योगिकियों को विकसित करने के लिए प्रकृति की सरलता की नकल करना है जो दुनिया के जल संकट को हल कर सकता है।
प्रकृति से प्रेरित जल निस्पंदन नवाचार
बायोमिमिक्री ने जल निस्पंदन में कई अभूतपूर्व आविष्कारों और नवाचारों को जन्म दिया है। यहां कुछ सबसे उल्लेखनीय चीज़ों पर गहराई से नज़र डाली गई है।
एक्वापोरिन (AQPs) प्रोटीन हैं जो कोशिका झिल्ली में “जल चैनल” के रूप में काम करते हैं। अनिवार्य रूप से, वे अधिकांश अन्य अणुओं को बाहर रखते हुए पानी को कोशिकाओं के अंदर और बाहर जाने में मदद करते हैं। अरबों वर्षों के विकास ने इन प्रोटीनों को अविश्वसनीय रूप से कुशल और अत्यधिक चयनात्मक बना दिया है, जिससे डेनिश कंपनी एक्वापोरिन को ऐसी झिल्ली विकसित करने के लिए प्रेरणा मिली है जो पानी निस्पंदन के लिए प्रोटीन का उपयोग करती है।
एक्वापोरिन झिल्ली फिल्टर में एक्वापोरिन की एक परत शामिल होती है ताकि पानी के अणुओं को दूषित पदार्थों को रोकते हुए तेजी से और चुनिंदा रूप से फिल्टर से गुजरने की अनुमति मिल सके। ये झिल्लियाँ विशेष रूप से अलवणीकरण (समुद्री जल से नमक निकालना) और अपशिष्ट जल उपचार के लिए अच्छी तरह से काम करती हैं। माना जाता है कि, एक्वापोरिन की प्राकृतिक संरचना पारंपरिक तरीकों की तुलना में निस्पंदन प्रक्रिया को अधिक कुशल बनाती है और उच्च जल शुद्धता और गुणवत्ता सुनिश्चित करने में मदद करती है।
-
मंटा रे-प्रेरित फिल्टर
मंटा किरणें न केवल अपने विशाल पंखों और अजीब आकार के लिए जानी जाती हैं, बल्कि अपने अद्वितीय फिल्टर-फीडिंग तंत्र के लिए भी जानी जाती हैं। ये जलीय जानवर अपना मुंह खोलकर तैरते हैं और खाने के लिए प्लवक को फ़िल्टर करने के लिए अपनी गिल प्लेटों का उपयोग करते हैं। फिर अतिरिक्त पानी उनके गलफड़ों से बाहर निकल जाता है। यह एक आकर्षक फीडिंग तकनीक है जिसे मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी (एमआईटी) के इंजीनियर जल प्रदूषकों को खत्म करने के लिए डिज़ाइन किए गए फिल्टर में बदलने में सक्षम थे।
मंटा किरण से प्रेरित फिल्टर पानी में छोटे भंवर (जैसे छोटे बवंडर) बनाते हैं ताकि पानी के अणुओं के माध्यम से कणों को फंसाया जा सके। जैसा कि में प्रकाशित हुआ है संयुक्त राज्य अमेरिका की राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही (पीएनएएस), नए डिज़ाइन में एक पाइप होता है जिसके किनारों पर दो फ्लैट पैनल एक साथ चिपके होते हैं। इसमें 3डी-मुद्रित संरचनाएं हैं जो मंटा रे के मुंह में उभरी हुई प्लेटों से मिलती जुलती हैं।
जैसे ही फिल्टर के माध्यम से पानी पंप किया जाता है, बढ़ी हुई गति प्लेटों के बीच भँवर का कारण बनती है। यह घूमने वाली गति कणों को पकड़ने में मदद करती है, एक क्रॉसफ़्लो निस्पंदन सिस्टम बनाती है जो अवांछित प्रदूषकों को दूर रखते हुए उच्च जल प्रवाह को बनाए रखती है। यह डिज़ाइन निस्पंदन दक्षता में सुधार करता है और रुकावट की संभावना को कम करता है, जिससे यह औद्योगिक और आवासीय जल उपचार के लिए एक अभिनव समाधान बन जाता है।
-
मछली के गिल से प्रेरित झिल्ली
क्या आपने कभी सोचा है कि मछली पानी के अंदर कैसे सांस ले सकती है और आप नहीं? एक शब्द: गलफड़ा—हालाँकि साँस लेना उनका एकमात्र उद्देश्य नहीं है। अधिकांश मछलियाँ अपने मुँह के फिल्टर को बंद किए बिना पानी की विशाल मात्रा से अवांछित पदार्थों को निकालने के लिए अपने गलफड़ों का उपयोग करती हैं। इसके अनुसार, इससे प्रेरित होकर, शोधकर्ताओं ने एक समान तंत्र के साथ एक क्लॉग-मुक्त निस्पंदन उपकरण विकसित किया खलीफा विश्वविद्यालय.
जैसा कि प्रकाशित किया गया है वैज्ञानिक रिपोर्टयह नया बायोमिमेटिक ऑन-चिप निस्पंदन उपकरण रसायनों का उपयोग किए बिना अपशिष्ट जल से माइक्रोप्लास्टिक्स और तेल की बूंदों को हटाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। इसे प्राप्त करने के लिए, इंजीनियरों ने 3डी-मुद्रित संरचनाओं का उपयोग किया जो मछली के गलफड़ों के आकार और सतह क्षेत्र को प्रतिबिंबित करते हैं। फ़िल्टर गलफड़ों की प्राकृतिक फ़िल्टरिंग प्रक्रिया का अनुकरण करता है, जो पानी को प्रवाहित करने की अनुमति देते हुए भोजन के कणों को फँसाता है। गिल रेकर के आकार की संरचनाओं को सीधे झिल्ली की सतह पर प्रिंट करके, शोधकर्ताओं ने एक ऐसी प्रणाली बनाई जो रुकावट को रोकने के लिए पानी के प्रवाह में हेरफेर करती है।
तैलीय पानी और माइक्रोप्लास्टिक युक्त अपशिष्ट जल के परीक्षण के दौरान, अद्वितीय डिजाइन ने झिल्ली से दूषित पदार्थों को सफलतापूर्वक पुनर्निर्देशित किया, जिससे यह सुनिश्चित हुआ कि केवल साफ पानी ही गुजर सके।
हम सभी सीपों को पाक व्यंजन या सुंदर मोतियों का स्रोत मानते हैं। इससे भी अधिक, वे उत्कृष्ट जल फिल्टर हैं। “चूंकि सीप पानी से शैवाल को फ़िल्टर करके फ़ीड करते हैं, वे एक प्राकृतिक फ़िल्टर के रूप में कार्य करते हैं और पोषक तत्वों से भरपूर पानी में सुधार करते हैं,” एनओएए मत्स्य पालन समझाता है. इससे भी अधिक आश्चर्यजनक: एक अकेला वयस्क सीप फ़िल्टर कर सकता है प्रतिदिन 50 गैलन तक पानी.
जबकि पौधों और जानवरों के लिए आवश्यक है, पानी में बहुत अधिक नाइट्रोजन – अक्सर उर्वरक अपवाह और सेप्टिक टैंक से – अत्यधिक शैवाल विकास को बढ़ावा दे सकता है, सूरज की रोशनी को अवरुद्ध कर सकता है और जब वे विघटित होते हैं तो ऑक्सीजन का स्तर कम हो सकता है। के अनुसार एक पृथ्वीजैसे-जैसे वे बढ़ते हैं, सीप अतिरिक्त नाइट्रोजन को सीधे अपने खोल और ऊतकों में शामिल कर लेते हैं। फिर वे प्रदूषकों को उपभोग करके या उन्हें छोटे, हानिरहित जमावों में पैक करके फ़िल्टर करते हैं जो समुद्र तल पर जमा हो जाते हैं।
हालाँकि सीप से प्रेरित जल निस्पंदन तकनीक अभी तक (व्यापक रूप से) लागू नहीं की गई है, वैज्ञानिकों को इन समुद्री जीवों की प्राकृतिक निस्पंदन प्रक्रियाओं की नकल करने में भारी संभावना दिखाई देती है। यह जल शुद्धिकरण के लिए एक गेम-चेंजिंग दृष्टिकोण हो सकता है, जो संभावित रूप से पारंपरिक तकनीकों की तुलना में अधिक टिकाऊ और ऊर्जा-कुशल जल निस्पंदन तरीकों की पेशकश कर सकता है।
-
मैंग्रोव-प्रेरित फ़िल्टर
यहां मैंग्रोव के बारे में एक मजेदार तथ्य है जो आपको आश्चर्यचकित कर सकता है: वे हैं ऐच्छिक हेलोफाइट्सजिसका अर्थ है कि वे अपने खारे वातावरण (मुख्य रूप से तटीय क्षेत्रों और उष्णकटिबंधीय और उपोष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में मुहल्लों) से नमक को फ़िल्टर कर सकते हैं।
अधिकांश पौधे खारे पानी में मर जाएंगे, लेकिन मैंग्रोव ने विशेष जड़ झिल्लियां विकसित की हैं जो पानी को अवशोषित करने से पहले आसपास के समुद्री जल से नमक और अन्य प्रदूषकों को फ़िल्टर करती हैं। अमेरिकी प्राकृतिक इतिहास संग्रहालय का कहना है कि कई मैंग्रोव प्रजातियाँ समुद्री जल में पाए जाने वाले 90% सोडियम को अपनी जड़ों में प्रवेश करते समय फ़िल्टर करके जीवित रहती हैं – एक प्रक्रिया जिसे “चयनात्मक आयन परिवहन” कहा जाता है।
इस असाधारण क्षमता ने येल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं का ध्यान खींचा है। इससे उत्सुक होकर, येल न्यूज़ रिपोर्ट है कि टीम ने एक जल-शुद्धिकरण उपकरण विकसित किया है जो मैंग्रोव की नकल करता है। उपकरण, जिसे कृत्रिम मैंग्रोव कहा जाता है, पौधे के चतुर डिजाइन की नकल करता है, विशेष रूप से डिजाइन की गई झिल्लियों का उपयोग करता है जो नकारात्मक दबाव बनाने के लिए पत्तियों की तरह काम करते हैं – ठीक उसी तरह जैसे आप एक पुआल के माध्यम से पानी पी सकते हैं। यह उपकरण को पानी से नमक निकालने की अनुमति देता है, जो मैंग्रोव द्वारा कठोर नमकीन वातावरण में जीवित रहने के लिए उपयोग की जाने वाली प्राकृतिक प्रक्रिया का अनुकरण करता है।
-
नारियल शैल कार्बन फिल्टर
ताज़ा नारियल पेय का आनंद लेने के बाद, क्या आपको कभी आश्चर्य होता है कि खोल कहाँ ख़त्म होता है? सामग्री अपने आप में अविश्वसनीय रूप से बहुमुखी है और यहां तक कि इसकी खोज भी की जा रही है नवीकरणीय ऊर्जा में उपयोग. इसके व्यापक उपयोग के साथ-साथ, वैज्ञानिकों ने इसे एक ऐसी सामग्री में बदलने का एक तरीका ढूंढ लिया है जो पानी को स्वच्छ और स्वादिष्ट बनाने में मदद करता है।
इस सामग्री को नारियल खोल-सक्रिय कार्बन (CNSAC) कहा जाता है। इसे नारियल की भूसी को भाप में रखकर और इसे “सक्रिय” करने के लिए फॉस्फोरिक एसिड का उपयोग करके बनाया जाता है। यह “सक्रियण” प्रक्रिया इसके सतह क्षेत्र का विस्तार करती है और पूरे कार्बन में माइक्रोप्रोर्स बनाती है। इसलिए, जैसे ही पानी कार्बन से होकर गुजरता है, यह अपने छिद्रों में अधिक प्रदूषकों और अशुद्धियों को सोख सकता है।
कंपनियों को पसंद है स्प्रिंगवेल नारियल के खोल कार्बन को अपने जल निस्पंदन सिस्टम में एकीकृत किया है, जिससे यह प्रदर्शित होता है कि कैसे नवीन तकनीक टिकाऊ प्रथाओं के साथ सामंजस्य स्थापित कर सकती है। उदाहरण के लिए, नारियल आधारित कार्बन स्प्रिंगवेल की अनुमति देता है पूरे घर में फ़िल्टर सिस्टम वाष्पशील कार्बनिक संदूषक (वीओसी), क्लोरीन, क्लोरैमाइन, हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बनिक पदार्थों सहित जल प्रदूषकों की एक विस्तृत श्रृंखला को खत्म करने के लिए। सुविधाजनक रूप से, यह नल के पानी में अप्रिय स्वाद और गंध को कम करने में भी मदद करता है।
इससे भी अधिक दिलचस्प बात यह है कि नारियल का कार्बन कोयले और लकड़ी की तुलना में अधिक शुद्ध होता है, क्योंकि यह अपने पीछे राख नहीं छोड़ता है जो पानी के स्वाद को प्रभावित कर सकता है। साथ ही, पेड़ों को नुकसान पहुंचाए बिना साल में कई बार नारियल की कटाई की जा सकती है, जिससे वे एक अमूल्य नवीकरणीय संसाधन बन जाते हैं और स्थिरता के प्रति स्प्रिंगवेल की प्रतिबद्धता को मजबूत करते हैं।
संबंधित: सक्रिय कार्बन फिल्टर: वे पानी से क्या निकालते हैं?
अंतिम विचार
प्रकृति हमारी सबसे बड़ी शिक्षक है. यह हमारे चारों ओर है, और यदि हम बारीकी से देखें, तो हमें एहसास होगा कि इसमें कई जल उपचार चुनौतियों का समाधान है, जिन्हें हल करने के लिए हम लंबे समय से संघर्ष कर रहे हैं। प्रकृति के असाधारण तंत्रों का सावधानीपूर्वक अध्ययन और नकल करके, वैज्ञानिक अधिक टिकाऊ जल निस्पंदन प्रौद्योगिकियों के साथ नवाचार करना जारी रख सकते हैं – हमें उम्मीद है कि एक कदम सभी के लिए स्वच्छ पेयजल तक अधिक पहुंच सुनिश्चित करने में मदद करेगा।
जीवन को बदलने और भविष्य की सुरक्षा करने वाली नवीनतम जल उपचार सफलताओं से अपडेट रहने के लिए, हमारे न्युजलेटर की सदस्यता प्राप्त करें. उन नवाचारों के बारे में जानने वाले पहले व्यक्ति बनें जो स्थिति बदल रहे हैं।