पर्यावरण रसायन III: जल और मृदा रसायन — जलीय चक्र और विलायक के रूप में जल, DO, BOD और COD, स्कंदन, अवसादन और निस्यंदन का रसायन, pH और रेडॉक्स विभव, मृदा घटक और नाइट्रोजन, कार्बन, फ़ॉस्फ़ोरस तथा सल्फ़र चक्र, और कीटनाशक, भारी धातुएँ तथा उपधातुएँ

यह अध्याय इकाई II के मध्य विषयों का रसायन पूरा करता है। इसमें जलीय चक्र और वे गुण जो जल को सार्वत्रिक विलायक बनाते हैं; घुली ऑक्सीजन, जैव-रासायनिक और रासायनिक ऑक्सीजन माँग, BOD तनुकरण सूत्र और प्रथम-कोटि BOD गतिकी हल सहित; स्कंदन, ऊर्णन, अवसादन और निस्यंदन के पीछे का रसायन, स्टोक्स नियम सहित; pH, रेडॉक्स विभव और इलेक्ट्रॉन ग्राहियों का वह क्रम जो जलमग्न मृदाओं और आर्सेनिक मुक्ति को नियंत्रित करता है; मृदाओं के अकार्बनिक और कार्बनिक घटक तथा नाइट्रोजन, कार्बन, फ़ॉस्फ़ोरस और सल्फ़र चक्रों का रसायन; और कीटनाशकों का वर्गीकरण तथा प्रभाव और पारा, कैडमियम, सीसा, क्रोमियम, आर्सेनिक तथा सेलेनियम की जैव-रसायन आते हैं। जल उपचार की अभियांत्रिकी इकाई VI में और चक्रों की पारिस्थितिकी इकाई III में लौटती है।

1. जलीय चक्र और सार्वत्रिक विलायक के रूप में जल

जलीय चक्र वाष्पन, वाष्पोत्सर्जन, संघनन, वर्षण, अंतःस्यंदन, अंतःस्रवण और अपवाह द्वारा जल को चलाता है, जो सौर ऊर्जा और गुरुत्व से संचालित है। अधिकांश वाष्पन महासागरों से होता है, और समुद्र से जितना जल वाष्पित होता है उतना उस पर गिरता नहीं, अधिशेष स्थल पर ले जाया जाता है और नदियों तथा भूजल से लौटता है। निवास काल में भारी अंतर है: वायुमंडल में जलवाष्प हेतु लगभग नौ दिन, नदियों हेतु सप्ताह, बड़ी झीलों हेतु दशक, महासागरों हेतु लगभग तीन हज़ार वर्ष और गहरे भूजल हेतु कई हज़ार वर्ष तक, इसीलिए प्रदूषित भूजल इतनी धीमी गति से सुधरता है।

जल किसी भी अन्य सामान्य द्रव से अधिक पदार्थों को घोलता है क्योंकि उसका अणु मुड़ा हुआ और प्रबल ध्रुवीय है और हाइड्रोजन आबंध बनाता है। उसका उच्च परावैद्युत स्थिरांक, लगभग 78 से 80, आयनों के बीच आकर्षण को दुर्बल करता है, अतः आयनिक लवण वियोजित हो जाते हैं; उसके द्विध्रुव आयनों और ध्रुवीय अणुओं का जलयोजन करते हैं। उसके अन्य असामान्य गुण भी पर्यावरण को आकार देते हैं: उच्च विशिष्ट ऊष्मा (4.18 J/g प्रति °C) जलवायु को संयमित करती है और जल-निकायों को तीव्र तापमान परिवर्तन से बचाती है; वाष्पन की उच्च गुप्त ऊष्मा ऊष्मा को उष्णकटिबंध से ध्रुवों की ओर ले जाती है; और 4 °C पर अधिकतम घनत्व का अर्थ है कि बर्फ़ तैरती है और झीलें ऊपर से जमती हैं, अतः नीचे जीवन बचा रहता है। यही विलायक शक्ति बताती है कि पर्यावरण में छोड़ा गया लगभग हर प्रदूषक अंततः जल में घुलता है या जल द्वारा ले जाया जाता है।

2. घुली ऑक्सीजन, BOD और COD

घुली ऑक्सीजन (DO) जल में घुली ऑक्सीजन है, जिसे विंकलर आयोडोमितीय अनुमापन (नाइट्राइट व्यतिकरण हटाने हेतु ऐज़ाइड संशोधन सहित) या झिल्ली इलेक्ट्रोड से मापा जाता है। इसका संतृप्त मान 20 °C पर केवल लगभग 9 mg/L है, और अधिकांश मछलियों को लगभग 4 से 5 mg/L से अधिक चाहिए, अतः DO किसी धारा के स्वास्थ्य का सबसे अच्छा एकल सूचक है। जैव-रासायनिक ऑक्सीजन माँग (BOD) वह ऑक्सीजन है जो सूक्ष्मजीव किसी नमूने के जैवनिम्नीकरणीय कार्बनिक पदार्थ को ऑक्सीकृत करते समय उपभोग करते हैं, जिसे अंधेरे में ऊष्मायन के दौरान DO में गिरावट के रूप में मापा जाता है, परंपरागत रूप से 20 °C पर 5 दिन (BOD₅); भारतीय मानक विधियाँ 27 °C पर 3 दिन का भी प्रयोग करती हैं, जो गर्म जलवायु में तुलनीय आँकड़ा देता है। चूँकि प्रबल अपशिष्ट बोतल की सारी ऑक्सीजन खपा देगा, नमूने को वातित, बीजित तनुकरण जल से तनु किया जाता है, और BOD = (DOᵢ − DOf) ÷ P, जहाँ P बोतल में नमूने का दशमलव अंश है। यदि 5 mL अपशिष्ट जल को 300 mL तक तनु किया जाए, तो P = 5 ÷ 300 = 0.0167; यदि DO 8.8 से 3.8 mg/L तक गिरे, तो BOD = 5.0 ÷ 0.0167 = 300 mg/L।

BOD धीरे-धीरे प्रयुक्त होती है और उसका मॉडल प्रथम-कोटि अभिक्रिया के रूप में बनाया जाता है: BODt = L₀(1 − e^(−kt)), जहाँ L₀ अंतिम (कार्बनमय) BOD है और k दर स्थिरांक, जो घरेलू मल-जल हेतु 20 °C पर सामान्यतः लगभग 0.23 प्रति दिन (आधार e) है। तब BOD₅ ÷ L₀ = 1 − e^(−1.15) ≈ 0.68, अतः अंतिम माँग का लगभग दो-तिहाई पाँच दिन में प्रयुक्त होता है; L₀ = 300 mg/L वाले मल-जल की BOD₅ लगभग 205 mg/L है। लगभग 8 से 10 दिन बाद नाइट्रीकारी जीवाणु माँग का दूसरा, नाइट्रोजनी चरण जोड़ते हैं, और यह एक कारण है कि परीक्षण पाँच दिन पर रोका जाता है या नाइट्रीकरण को संदमित किया जाता है। रासायनिक ऑक्सीजन माँग (COD) उस कार्बनिक पदार्थ का ऑक्सीजन तुल्यांक है जो उबलते अम्लीय पोटैशियम डाइक्रोमेट द्वारा दो घंटे में ऑक्सीकृत होता है, सिल्वर सल्फ़ेट उत्प्रेरक और क्लोराइड को बाँधने हेतु मर्क्यूरिक सल्फ़ेट के साथ। इसमें दिनों के बजाय घंटे लगते हैं और यह लगभग सभी कार्बनिक पदार्थों को, जैवनिम्नीकरणीय हों या नहीं, ऑक्सीकृत करता है, अतः COD सदा BOD से अधिक या उसके बराबर होती है। BOD/COD अनुपात जैवनिम्नीकरणीयता दर्शाता है: घरेलू मल-जल हेतु लगभग 0.5 या अधिक, जो जैविक रूप से आसानी से उपचार्य है; अनेक औद्योगिक अपशिष्टों हेतु लगभग 0.3 से कम, जिन्हें रासायनिक उपचार चाहिए।

⚠️ P एक अंश है, प्रतिशत या उल्टा आयतन अनुपात नहीं
BOD = (DOᵢ − DOf) ÷ P में P नमूने का आयतन भाग बोतल का आयतन है, एक से कम संख्या। 5 ÷ 300 के बजाय 300 ÷ 5 = 60 से, या 1.67 जैसे प्रतिशत से भाग देना बड़े गुणक से ग़लत उत्तर देता है; एक त्वरित जाँच यह है कि नमूना तनु किया गया हो तो BOD, DO गिरावट से बड़ी होनी चाहिए।

3. स्कंदन, ऊर्णन, अवसादन और निस्यंदन का रसायन

प्राकृतिक जल में आविलता मुख्यतः मोटे तौर पर 1 nm से 1 µm के कोलॉइडी कणों से होती है जिन पर ऋणात्मक सतही आवेश होता है। हर एक विद्युत द्विस्तर से घिरा है, और समान आवेशों के बीच प्रतिकर्षण, जिसे ज़ीटा विभव से मापा जाता है, उन्हें अलग रखता है जिससे वे कभी नहीं बैठते। स्कंदन एक स्कंदक, सामान्यतः फिटकरी (ऐलुमिनियम सल्फ़ेट) या फ़ेरिक क्लोराइड, मिलाकर उन्हें अस्थिर करता है, जिसके त्रिसंयोजी धनायन द्विस्तर को संपीडित करते और आवेश को उदासीन करते हैं; सामान्यतः प्रयुक्त मात्रा पर धातु हाइड्रॉक्साइड अवक्षेप बनते समय कणों को जाल में भी फँसा लेता है, जो प्रमार्जन ऊर्णन है, और लंबी शृंखला वाले बहुविद्युत-अपघट्य अंतर्कण सेतुबंधन जोड़ते हैं। प्राकृतिक क्षारीयता के साथ, Al₂(SO₄)₃·14H₂O + 3Ca(HCO₃)₂ → 2Al(OH)₃ + 3CaSO₄ + 6CO₂ + 14H₂O, अतः फिटकरी क्षारीयता की खपत करती है, हर mg/L फिटकरी हेतु CaCO₃ के रूप में लगभग 0.5 mg/L, और pH घटाती है; जल मृदु हो तो चूना या सोडा ऐश मिलाया जाता है। इष्टतम मात्रा और pH जार परीक्षण से ज्ञात किए जाते हैं। इसके बाद ऊर्णन होता है: धीमा, मंद मिश्रण अस्थिर कणों को टकराकर बैठने योग्य ऊर्णकों में बढ़ने देता है।

अवसादन ऊर्णकों को गुरुत्व से हटाता है। एक पृथक कण स्टोक्स नियम, vs = g(ρp − ρw)d² ÷ 18µ, द्वारा दिए अंतिम वेग से बैठता है, अतः बैठना व्यास के वर्ग पर निर्भर है: आकार दोगुना करने से गति चौगुनी होती है, इसीलिए स्कंदन, कणों को बड़ा करके, उन्हें बैठाता है। 20 °C पर जल (µ ≈ 1.0 × 10⁻³ Pa s) में 20 µm और 2,650 kg/m³ घनत्व वाला बालू-कण 9.81 × 1650 × (2 × 10⁻⁵)² ÷ (18 × 10⁻³) ≈ 3.6 × 10⁻⁴ m/s, लगभग 0.36 mm/s, से बैठता है। फिर निस्यंदन शेष को हटाता है। मंद बालू निस्यंदक निम्न दरों पर एक जैविक परत, श्मुत्ज़डेक, के साथ काम करते हैं जो बालू की सतह पर बनती है और रोगाणुओं को हटाती है; तीव्र बालू निस्यंदक कई गुना तेज़ काम करते हैं, स्कंदन के बाद परत के भीतर भौतिक छनाई और अधिशोषण पर निर्भर हैं, और पश्च-धावन से साफ़ किए जाते हैं।

4. pH और रेडॉक्स विभव

pH, हाइड्रोजन-आयन सक्रियता का ऋणात्मक लघुगणक, धातुओं की विलेयता (अधिकांश अम्ल में अधिक विलेय), अमोनिया के स्पीशीकरण (pH के साथ विषैली अनायनित NH₃ बढ़ती है), क्लोरीनीकरण की प्रभावशीलता और कार्बोनेट साम्यों को नियंत्रित करता है। रेडॉक्स विभव, Eh, जिसे मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के सापेक्ष वोल्ट में मापा जाता है, किसी पर्यावरण की इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने या देने की प्रवृत्ति व्यक्त करता है। यह नर्न्स्ट समीकरण, 25 °C पर Eh = E° − (0.0592 ÷ n) log Q, का पालन करता है, और कभी-कभी pe = Eh ÷ 0.0592 के रूप में लिखा जाता है। भली-भाँति वातित सतही जल ऑक्सीकारक होता है, जिसका Eh लगभग +0.4 से +0.6 V होता है; जलमग्न मृदाएँ, अवसाद और भराव-स्थल अपचायक होते हैं, जिनका Eh −0.2 V से नीचे गिर सकता है। Eh-pH (पूर्बे) आरेख दिखाते हैं कि हर संयोजन के अधीन किसी तत्व का, उदाहरण के लिए लोहे का, कौन-सा रूप स्थिर है।

ऑक्सीजन समाप्त होने का क्रमइलेक्ट्रॉन ग्राही → उत्पादपरिणाम
1O₂ → H₂O (वायवीय श्वसन)सर्वाधिक ऊर्जा प्राप्ति; ऑक्सीकारी परिस्थितियाँ
2NO₃⁻ → N₂, N₂O (विनाइट्रीकरण)उर्वरक नाइट्रोजन की हानि; नाइट्रस ऑक्साइड उत्सर्जन
3Mn(IV) → Mn²⁺मैंगनीज़ विलेय हो जाता है
4Fe(III) → Fe²⁺लोहा घुलता है, अधिशोषित फ़ॉस्फ़ेट और आर्सेनिक मुक्त करता हुआ
5SO₄²⁻ → H₂S (सल्फ़ेट अपचयन)सड़े अंडे की गंध; धातु सल्फ़ाइड अवक्षेपित; पारे का मेथिलीकरण
6CO₂ → CH₄ (मीथेनजनन)धान के खेतों, आर्द्रभूमियों और भराव-स्थलों से मीथेन

यह सीढ़ी भारतीय उपमहाद्वीप की सबसे गंभीर जल-गुणवत्ता समस्याओं में से एक की व्याख्या करती है। बंगाल बेसिन के नवीन डेल्टाई जलभृतों में कार्बनिक पदार्थ भूजल को सीढ़ी में नीचे ले जाता है जब तक लौह(III) ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड, जिन पर प्राकृतिक रूप से उपस्थित आर्सेनिक अधिशोषित है, अपचयी रूप से घुल नहीं जाते, और आर्सेनिक कुओं में मुक्त हो जाता है। अतः आर्सेनिक संवर्धन किसी एकल औद्योगिक स्रोत के बजाय अपचायक, लौह-समृद्ध भूजल से संबद्ध है।

5. मृदा घटक और नाइट्रोजन, कार्बन, फ़ॉस्फ़ोरस तथा सल्फ़र चक्रों का रसायन

एक सामान्य खनिज मृदा मोटे तौर पर आधी ठोस और आधी रंध्र-स्थान है जो जल और वायु में बँटा है; ठोसों में अधिकांश खनिज और कुछ प्रतिशत कार्बनिक होता है। अकार्बनिक अंश में चट्टान से प्राप्त क्वार्ट्ज़ और फ़ेल्सपार जैसे प्राथमिक खनिज और अपक्षय से बने द्वितीयक खनिज, सर्वोपरि मृत्तिकाएँ तथा लोहे और ऐलुमिनियम के ऑक्साइड, होते हैं; मृत्तिकाएँ और ह्यूमस वह ऋणात्मक आवेश रखते हैं जो मृदा को धनायन विनिमय क्षमता देता है। कार्बनिक अंश ताज़े अवशेषों से ह्यूमस तक है, जो एक गहरा, प्रतिरोधी मिश्रण है जिसे परंपरागत रूप से विलेयता द्वारा फ़ुल्विक अम्ल (अम्ल और क्षार में विलेय), ह्यूमिक अम्ल (केवल क्षार में विलेय) और ह्यूमिन (अविलेय) में अलग किया जाता है। मृदा कार्बनिक पदार्थ में लगभग 58% कार्बन होता है, इसीलिए कार्बनिक पदार्थ के आकलन हेतु कार्बनिक कार्बन को वान बेमेलेन गुणक 1.724 से गुणा किया जाता है। ह्यूमस धातुओं और कीटनाशकों को बाँधता, जल और पोषक तत्वों को धारण करता और मृदा संरचना को स्थिर करता है।

चक्रप्रमुख रासायनिक रूपांतरणपर्यावरणीय मुद्दा
नाइट्रोजननाइट्रोजिनेज़ द्वारा (राइज़ोबियम, ऐज़ोटोबैक्टर, सायनोबैक्टीरिया) और औद्योगिक रूप से हाबर-बॉश प्रक्रम द्वारा N₂ का NH₃ में स्थिरीकरण; कार्बनिक N का अमोनीकरण; नाइट्रीकरण NH₄⁺ → NO₂⁻ (नाइट्रोसोमोनास) → NO₃⁻ (नाइट्रोबैक्टर); विनाइट्रीकरण NO₃⁻ → N₂O → N₂; ऐनैमॉक्सभूजल में नाइट्रेट, सुपोषण, हरितगृह और ओज़ोन-क्षयकारी गैस के रूप में N₂O
कार्बनप्रकाश-संश्लेषण और श्वसन; कार्बोनेट तंत्र द्वारा महासागर में विलयन; कार्बोनेट चट्टान और जीवाश्म ईंधन के रूप में दफ़न; मीथेनजननवायुमंडलीय CO₂ और CH₄ में वृद्धि, महासागरीय अम्लीकरण
फ़ॉस्फ़ोरसऐपेटाइट का अपक्षय; ग्रहण और खनिजीकरण; मृदा में Fe, Al और Ca द्वारा स्थिरीकरण; अवसादन; कोई उल्लेखनीय गैसीय प्रावस्था नहींप्रायः मीठे जल में शैवाल वृद्धि को सीमित करने वाला पोषक, अतः फ़ॉस्फ़ेट सुपोषण चलाता है
सल्फ़रसल्फ़ाइड का सल्फ़ेट में ऑक्सीकरण (थायोबैसिलस); सल्फ़ेट का H₂S में अपचयन (डीसल्फ़ोविब्रियो); समुद्री शैवाल से डाइमेथिल सल्फ़ाइड; ज्वालामुखीय और जीवाश्म-ईंधन SO₂अम्ल वर्षा, अम्लीय खान अपवाह, सीवरों में H₂S
🧠 नाइट्रोबैक्टर से पहले नाइट्रोसोमोनास
वर्णक्रम से भी और रासायनिक रूप से भी "नाइट्रोसो-" पहले आता है: नाइट्रोसोमोनास अमोनियम से नाइट्राइट बनाता है, और नाइट्रोबैक्टर नाइट्राइट से नाइट्रेट। राइज़ोबियम नाइट्रोजन स्थिर करता है और स्यूडोमोनास प्रसिद्ध विनाइट्रीकारक है; दोनों में से कोई नाइट्रीकरण नहीं करता।

6. कीटनाशक, और भारी धातुओं तथा उपधातुओं की जैव-रसायन

कीटनाशक वर्गउदाहरणक्रिया-विधि और व्यवहार
ऑर्गेनोक्लोरीनDDT, लिंडेन, एंडोसल्फ़ान, ऐल्ड्रिन, डाइएल्ड्रिनतंत्रिका सोडियम चैनलों या GABA ग्राहियों को बाधित करते हैं; बहुत स्थायी और वसा-विलेय, अतः जैव-संचित और जैव-आवर्धित होते हैं; DDE पक्षियों में अंड-कवच पतला करता है
ऑर्गेनोफ़ॉस्फ़ेटमैलाथियॉन, पैराथियॉन, क्लोरपाइरीफ़ॉस, मोनोक्रोटोफ़ॉसऐसिटिलकोलीनएस्टरेज़ का अनुत्क्रमणीय संदमन; कहीं कम स्थायी पर मनुष्यों हेतु तीव्र विषैले
कार्बामेटकार्बेरिल, कार्बोफ़्यूरान, ऐल्डिकार्बऐसिटिलकोलीनएस्टरेज़ का उत्क्रमणीय संदमन; मेथिल आइसोसायनेट, भोपाल की गैस, कार्बेरिल निर्माण में एक मध्यवर्ती था
संश्लिष्ट पाइरेथ्रॉइड और नियोनिकोटिनॉइडसाइपरमेथ्रिन, डेल्टामेथ्रिन; इमिडाक्लोप्रिडपाइरेथ्रॉइड सोडियम चैनलों को खुला रखते हैं; नियोनिकोटिनॉइड निकोटिनिक ऐसिटिलकोलीन ग्राहियों पर कार्य करते हैं और मधुमक्खियों की हानि से जोड़े जाते हैं
शाकनाशी और कवकनाशी2,4-D, ग्लाइफ़ोसेट, पैराक्वाट, ऐट्राज़ीन; मैन्कोज़ेब, ताँबे के यौगिकपादप हॉर्मोन अनुकारी, एंज़ाइम संदमक और कोशिका-विष; ऐट्राज़ीन एक सामान्य भूजल संदूषक है

कीटनाशकों का वर्गीकरण ख़तरे से भी होता है। WHO वर्ग Ia (अत्यंत ख़तरनाक) और Ib (अति ख़तरनाक) से II (मध्यम) और III (अल्प) होते हुए U (तीव्र ख़तरे की संभावना नहीं) तक हैं। भारत में कीटनाशी नियम 1971 लेबल पर एक रंगीन त्रिकोण अपेक्षित करते हैं: अत्यंत विषैले हेतु लाल, अति विषैले हेतु पीला, मध्यम विषैले हेतु नीला और अल्प विषैले हेतु हरा। पक्षियों पर DDT के प्रभावों पर रेचल कार्सन की साइलेंट स्प्रिंग (1962) ने आधुनिक पर्यावरण आंदोलन आरंभ किया।

तत्वजैव-रासायनिक क्रियास्वास्थ्य प्रभाव और प्रसिद्ध प्रकरण
पारा (Hg)अवसादों में सल्फ़ेट-अपचायी जीवाणुओं द्वारा मेथिलीकृत; मेथिलमरकरी थायोल समूहों से बँधता, रक्त-मस्तिष्क अवरोध और अपरा को पार करता, और मछलियों में जैव-आवर्धित होता हैतंत्रिका-विषाक्तता: कंपन, संवेदना-हानि, गतिभ्रम, जन्मजात क्षति; मिनामाटा रोग, जापान
कैडमियम (Cd)एंज़ाइमों में ज़िंक को विस्थापित करता है; मेटैलोथायोनीन से बँधकर दशकों की जैविक अर्धायु के साथ वृक्क में संचित होता हैवृक्क क्षति और अस्थि-मृदुता; जापान के तोयामा में जिंत्सू नदी के किनारे इताई-इताई रोग, सिंचाई जल में खान अपशिष्ट से
सीसा (Pb)हीम संश्लेषण में δ-ऐमिनोलेवुलिनिक अम्ल डीहाइड्रेटेज़ और फ़ेरोकीलेटेज़ का संदमन; अस्थि में संचितरक्ताल्पता, तंत्रिका और वृक्क क्षति, बच्चों में घटी बुद्धि, कोई ज्ञात सुरक्षित स्तर नहीं; भारत में सीसायुक्त पेट्रोल 2000 तक चरणबद्ध रूप से समाप्त हुआ
क्रोमियम (Cr)Cr(VI) क्रोमेट के रूप में कोशिकाओं में प्रवेश करके भीतर अपचयित होता और DNA को क्षति पहुँचाता है; Cr(III) कठिनाई से प्रवेश करता हैCr(VI) फेफड़े का कैंसरजन है और त्वचा व्रण करता है; स्रोत चर्मशोधनशालाएँ, क्रोम लेपन और क्रोमाइट अपशिष्ट हैं, और उपचार Cr(VI) को Cr(III) में अपचयित करता है
आर्सेनिक (As)As(III) थायोल समूहों से बँधकर पाइरुवेट डीहाइड्रोजिनेज़ जैसे एंज़ाइमों का संदमन करता है; As(V) फ़ॉस्फ़ेट की नकल करके ATP निर्माण बाधित करता हैआर्सेनिकता: वर्णकता, हथेलियों और तलवों का केराटोसिस, और त्वचा, फेफड़े तथा मूत्राशय के कैंसर, बंगाल बेसिन के भूजल से
सेलेनियम (Se)ग्लूटाथायोन पेरॉक्सीडेज़ में आवश्यक, कमी और विषाक्तता के बीच संकरी सीमा के साथसेलेनोसिस: बालों और नाख़ूनों की हानि; पंजाब के कुछ भागों में सेलेनियमयुक्त मृदाएँ; कैलिफ़ोर्निया के केस्टरसन जलाशय में अपवाह जल से जलपक्षियों में विकृतियाँ

मुख्य बिंदु

  • जल की ध्रुवता, हाइड्रोजन आबंधन और उच्च परावैद्युत स्थिरांक उसे सार्वत्रिक विलायक बनाते हैं; निवास काल वायुमंडल में दिनों से गहरे भूजल में सहस्राब्दियों तक हैं।
  • BOD = (DOᵢ − DOf) ÷ P, जहाँ P नमूने का दशमलव अंश है; BODt = L₀(1 − e^(−kt)) से k = 0.23 प्रति दिन पर पाँच दिन में L₀ का लगभग 68% मिलता है; COD सदा कम से कम BOD के बराबर होती है, और BOD/COD जैवनिम्नीकरणीयता दर्शाता है।
  • स्कंदक कोलॉइडों के ऋणात्मक आवेश को उदासीन करते और ऊर्णक बनाते हैं जो स्टोक्स नियम, vs ∝ d², से बैठते हैं; फिटकरी प्रति mg/L लगभग 0.5 mg/L क्षारीयता की खपत करती है।
  • ऑक्सीजन समाप्त होने पर सूक्ष्मजीव नाइट्रेट, Mn(IV), Fe(III), सल्फ़ेट और अंततः CO₂ का उपयोग करते हैं; लौह ऑक्साइडों का अपचयी विलयन भूजल में आर्सेनिक मुक्त करता है।
  • ऑर्गेनोक्लोरीन स्थायी होते और जैव-आवर्धित होते हैं जबकि ऑर्गेनोफ़ॉस्फ़ेट और कार्बामेट ऐसिटिलकोलीनएस्टरेज़ का संदमन करते हैं; पारा, कैडमियम, सीसा, क्रोमियम(VI), आर्सेनिक और अतिरिक्त सेलेनियम हर एक का विशिष्ट जैव-रासायनिक लक्ष्य और रोग है।

अभ्यास प्रश्न (10)

उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।

  1. एक BOD परीक्षण में 5 mL अपशिष्ट जल को 300 mL तक तनु किया जाता है। आरंभिक DO 8.8 mg/L और पाँच दिन बाद DO 3.8 mg/L है। अपशिष्ट जल की BOD₅ mg/L में क्या है?

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 300

    P = 5 ÷ 300 = 0.01667, और BOD = (8.8 − 3.8) ÷ 0.01667 = 5.0 × 60 = 300 mg/L। 5 mg/L की DO गिरावट बताना तनुकरण को भूल जाता है, और 60 से गुणा के बजाय भाग देना 0.08 mg/L देता है।

  2. किसी अपशिष्ट जल की COD सामान्यतः उसकी BOD से अधिक क्यों होती है?

    1. डाइक्रोमेट उस कार्बनिक पदार्थ को भी ऑक्सीकृत करता है जिसे सूक्ष्मजीव निम्नीकृत नहीं कर सकते, साथ ही जैवनिम्नीकरणीय भाग को भी
    2. BOD परीक्षण के दौरान सूक्ष्मजीव ऑक्सीजन उत्पन्न करते हैं
    3. COD घुली ऑक्सीजन मापती है, जबकि BOD कार्बन डाइऑक्साइड
    4. COD परीक्षण BOD परीक्षण से अधिक समय तक चलता है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — डाइक्रोमेट उस कार्बनिक पदार्थ को भी ऑक्सीकृत करता है जिसे सूक्ष्मजीव निम्नीकृत नहीं कर सकते, साथ ही जैवनिम्नीकरणीय भाग को भी

    उबलता अम्लीय डाइक्रोमेट प्रतिरोधी यौगिकों सहित लगभग सभी कार्बनिक यौगिकों को ऑक्सीकृत करता है, जबकि BOD केवल वही गिनती है जिसे सूक्ष्मजीव पाँच दिन में उपयोग कर सकें, और उसका एक भाग नई कोशिकाओं में जाता है। COD परीक्षण में लगभग दो घंटे लगते हैं, जो पाँच दिन से बहुत कम है।

  3. किसी मल-जल की अंतिम कार्बनमय BOD (L₀) 300 mg/L और BOD दर स्थिरांक 0.23 प्रति दिन (आधार e) है। उसकी BOD₅ किसके सबसे निकट है?

    1. 300 mg/L
    2. 150 mg/L
    3. 95 mg/L
    4. 205 mg/L
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — 205 mg/L

    BOD₅ = L₀(1 − e^(−0.23 × 5)) = 300 × (1 − e^(−1.15)) = 300 × (1 − 0.317) = 300 × 0.683 ≈ 205 mg/L। 95 mg/L पाँच दिन बाद शेष माँग है (300 × 0.317), और 300 mg/L हेतु अनंत समय चाहिए।

  4. कौन-से जीव नाइट्रीकरण करते हैं? सभी सही विकल्प चुनिए।

    1. नाइट्रोसोमोनास
    2. राइज़ोबियम
    3. स्यूडोमोनास डीनाइट्रिफ़िकन्स
    4. नाइट्रोबैक्टर
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — नाइट्रोसोमोनास; D — नाइट्रोबैक्टर

    नाइट्रोसोमोनास अमोनियम को नाइट्राइट में और नाइट्रोबैक्टर नाइट्राइट को नाइट्रेट में ऑक्सीकृत करता है। राइज़ोबियम मूल-ग्रंथिकाओं में वायुमंडलीय नाइट्रोजन स्थिर करता है, और स्यूडोमोनास डीनाइट्रिफ़िकन्स नाइट्रेट को नाइट्रोजन गैस में अपचयित करता है, जो विपरीत दिशा है।

  5. किसी अवसाद में जहाँ ऑक्सीजन, नाइट्रेट, मैंगनीज़(IV), लौह(III) और सल्फ़ेट सभी इलेक्ट्रॉन ग्राहियों के रूप में खप चुके हों, अगला प्रक्रम होगा

    1. नाइट्रोजन गैस तक विनाइट्रीकरण
    2. अमोनियम का नाइट्रीकरण
    3. वायवीय श्वसन
    4. मीथेनजनन, CO₂ या ऐसीटेट को मीथेन में अपचयित करते हुए
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — मीथेनजनन, CO₂ या ऐसीटेट को मीथेन में अपचयित करते हुए

    मीथेनजनन रेडॉक्स सीढ़ी का अंतिम डंडा है, जो केवल तब होता है जब सभी बेहतर इलेक्ट्रॉन ग्राही समाप्त हो जाएँ, जैसे धान की मृदाओं, गहरे आर्द्रभूमि अवसादों और भराव-स्थलों में। विनाइट्रीकरण बहुत पहले आता है, और वायवीय श्वसन तथा नाइट्रीकरण को ऑक्सीजन चाहिए।

  6. अभिकथन (A): बंगाल बेसिन के भूजल में उच्च आर्सेनिक सांद्रता अपचायक, लौह-समृद्ध परिस्थितियों से संबद्ध है। कारण (R): अधिशोषित आर्सेनिक वाले लौह(III) ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड अपचयित होने पर घुल जाते हैं। सही विकल्प चुनिए।

    1. A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है
    2. A और R दोनों सत्य हैं, पर R, A की सही व्याख्या नहीं है
    3. A सत्य है, पर R असत्य है
    4. A असत्य है, पर R सत्य है
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है

    दोनों सत्य हैं और R, A की व्याख्या करता है। कार्बनिक पदार्थ जलभृत को रेडॉक्स सीढ़ी पर लौह अपचयन तक ले जाता है, ऑक्सीहाइड्रॉक्साइड आधार घुलते हैं, और उन पर अधिशोषित आर्सेनिक विलयन में आ जाता है, इसीलिए आर्सेनिक-समृद्ध कुओं में सामान्यतः घुला लोहा भी अधिक होता है।

  7. वृक्क क्षति और पीड़ादायक अस्थि-मृदुता वाला इताई-इताई रोग किसके दीर्घकालिक उद्भासन से हुआ था?

    1. सीसा
    2. मेथिलमरकरी
    3. कैडमियम
    4. आर्सेनिक
    उत्तर देखें

    उत्तर: C — कैडमियम

    इताई-इताई रोग जापान के तोयामा में जिंत्सू नदी के किनारे हुआ, जहाँ खान अपशिष्ट से कैडमियम सिंचाई जल द्वारा चावल में पहुँचा। मेथिलमरकरी से मिनामाटा रोग हुआ, और सीसे तथा आर्सेनिक के रक्त, तंत्रिकाओं और त्वचा पर अपने विशिष्ट प्रभाव हैं।

  8. ऑर्गेनोफ़ॉस्फ़ेट कीटनाशकों के विषय में कौन-से कथन सही हैं? सभी सही विकल्प चुनिए।

    1. वे ऐसिटिलकोलीनएस्टरेज़ एंज़ाइम का संदमन करते हैं
    2. वे पर्यावरण में ऑर्गेनोक्लोरीनों से बहुत कम स्थायी हैं
    3. मैलाथियॉन और क्लोरपाइरीफ़ॉस इसी वर्ग के हैं
    4. वे खाद्य शृंखलाओं में DDT जितनी प्रबलता से जैव-आवर्धित होते हैं
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — वे ऐसिटिलकोलीनएस्टरेज़ एंज़ाइम का संदमन करते हैं; B — वे पर्यावरण में ऑर्गेनोक्लोरीनों से बहुत कम स्थायी हैं; C — मैलाथियॉन और क्लोरपाइरीफ़ॉस इसी वर्ग के हैं

    ऑर्गेनोफ़ॉस्फ़ेट ऐसिटिलकोलीनएस्टरेज़ को अवरुद्ध करते हैं, जिससे तंत्रिका सिरों पर ऐसिटिलकोलीन संचित होता है, और वे दिनों से सप्ताहों में टूट जाते हैं, इसीलिए अधिक तीव्र विषाक्तता के बावजूद उन्होंने ऑर्गेनोक्लोरीनों का स्थान लिया। प्रबल जैव-आवर्धन DDT जैसे स्थायी, वसा-विलेय ऑर्गेनोक्लोरीनों का लक्षण है।

  9. स्टोक्स नियम से, 1,000 kg/m³ घनत्व और 1.0 × 10⁻³ Pa s श्यानता वाले जल में 20 µm व्यास और 2,650 kg/m³ घनत्व वाले एक पृथक बालू-कण का अवसादन वेग mm/s में ज्ञात कीजिए, g = 9.81 m/s² लेकर। उत्तर दो दशमलव स्थान तक दीजिए।

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 0.36

    vs = g(ρp − ρw)d² ÷ 18µ = 9.81 × 1650 × (2 × 10⁻⁵)² ÷ (18 × 10⁻³) = 9.81 × 1650 × 4 × 10⁻¹⁰ ÷ 0.018 = 3.6 × 10⁻⁴ m/s, अर्थात् 0.36 mm/s। व्यास का वर्ग करना भूलना, या 20 × 10⁻⁶ m को बिना वर्ग किए प्रयोग करना, बहुत भिन्न उत्तर देता है।

  10. भारत में बिकने वाले कीटनाशक पात्र पर लेबल का लाल त्रिकोण बताता है कि उत्पाद है

    1. अल्प विषैला
    2. अति विषैला
    3. मध्यम विषैला
    4. अत्यंत विषैला
    उत्तर देखें

    उत्तर: D — अत्यंत विषैला

    कीटनाशी नियम 1971 के अधीन रंग संकेत लाल (अत्यंत विषैला), पीला (अति विषैला), नीला (मध्यम विषैला) और हरा (अल्प विषैला) है। यह WHO के Ia से U तक के ख़तरा वर्गों के समानांतर है, पर उनके समान नहीं।