पर्यावरणीय रसायनशास्त्र | General Awareness & Knowledge for RRB NTPC (Hindi) - RRB NTPC/ASM/CA/TA PDF Download

परिचय

पर्यावरण हमारे चारों ओर का भौतिक और जैविक विश्व है, जिसमें तीन मुख्य घटक शामिल हैं:

• अजीव (गैर-जीवित) घटक
• जीव (जीवित) घटक
• ऊर्जा घटक

अजीव घटक

अजीव घटक, या अजीव कारक, पर्यावरण के वे गैर-जीवित रासायनिक और भौतिक भाग हैं जो पारिस्थितिक तंत्र को प्रभावित करते हैं। इनमें वायुमंडल, जलमंडल और स्थलमंडल शामिल हैं।

वायुमंडल: वायुमंडल आवश्यक गैसों जैसे ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड प्रदान करता है। ऑक्सीजन पौधों और जानवरों में श्वसन के लिए आवश्यक है, जबकि कार्बन डाइऑक्साइड फोटोसिंथेसिस के लिए आवश्यक है। वायुमंडल जल वाष्प को ले जाता है जो बारिश के लिए जिम्मेदार होता है और जीवन को हानिकारक अल्ट्रा वायलेट (UV) विकिरण से बचाता है, पृथ्वी की सतह के तापमान को बनाए रखता है। यह कई परतों से बना है:

• ट्रॉपोस्फीयर: यह सबसे निचली परत है, जो 18 किमी तक फैली हुई है, यह एक उथल-पुथल और धूल भरी ज़ोन है जिसमें हवा (N2, O2, CO2), जल वाष्प और बादल शामिल हैं।
• स्ट्रेटोस्फीयर: समुद्र तल से 18-60 किमी ऊपर स्थित, इस परत में ओज़ोन परत (ओज़ोनोस्फीयर) 20-40 किमी के बीच है, जो हानिकारक UV विकिरण का लगभग 99.5% अवशोषित करती है। चूंकि O3 अस्थिर है और फिर से O2 और O में विभाजित हो जाता है, ओज़ोन अणु के उत्पादन और विघटन के बीच एक गतिशील संतुलन मौजूद है।
• मेसोस्फीयर: 60-85 किमी के बीच फैली हुई, यहाँ तापमान ऊँचाई के साथ घटता है, जो -100°C तक पहुँचता है। इस परत में उल्काएँ जलती हैं।
• थर्मोस्फीयर: मेसोस्फीयर के ऊपर, 640 किमी तक फैली हुई, यहाँ तापमान 1500°C तक बढ़ सकता है, लेकिन कम दबाव के कारण यह गर्म महसूस नहीं होता है। अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन इसी परत में परिक्रमा करता है।
• एक्सोस्फीयर: सबसे ऊँची क्षेत्र, 500-1600 किमी के बीच, इसमें आयनित गैसें होती हैं और यह अंतरिक्ष की ओर जाती है।

जलमंडल: यह पृथ्वी पर सभी जल स्रोतों को समाहित करता है, जैसे महासागरों, नदियों, झीलों और तालाबों। महासागरीय जल, जिसमें लगभग 3.5% घुलनशील लवण होते हैं, पीने के लिए उपयुक्त नहीं है।

स्थलमंडल: यह पृथ्वी की ठोस, चट्टानी परत है, जो खनिजों से बनी होती है, जो पृथ्वी की सतह को माउंट एवरेस्ट की चोटी से लेकर मारीआना खाई की गहराई तक कवर करती है।

जैवमंडल: यह स्थलमंडल, जलमंडल, और वायुमंडल का वह भाग है जहाँ जीवित जीव रहते हैं और आपस में क्रिया करते हैं।

जीवित घटक

जीवित घटक एक पारिस्थितिकी तंत्र में जीवित जीव होते हैं। जीवित कारक में कोई भी जीवित घटक शामिल होता है जो दूसरे जीव को प्रभावित करता है, जैसे कि ऐसे जानवर जो अन्य जीवों का सेवन करते हैं और वह भोजन जो जीवों द्वारा खाया जाता है। प्रत्येक जीवित कारक को कार्य करने के लिए ऊर्जा और वृद्धि के लिए भोजन की आवश्यकता होती है।

वायुमंडलीय प्रदूषण

वायुमंडलीय प्रदूषण का अर्थ है वायुमंडल में अवांछनीय पदार्थों की उपस्थिति या अतिरिक्तता, जो पौधों, जानवरों और मनुष्यों पर प्रतिकूल प्रभाव डालती है। यह प्राकृतिक घटनाओं या मानव गतिविधियों के कारण उत्पन्न हो सकता है और इसे ट्रोपोस्फेरिक और स्ट्रेटोस्फेरिक प्रदूषण में वर्गीकृत किया जाता है। ट्रोपोस्फेरिक प्रदूषण गैसीय या कणीय हो सकता है। प्रदूषक, जो प्रदूषण का कारण बनते हैं, को निम्नलिखित श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है:

• प्राथमिक प्रदूषक: जो अपने मूल रूप में पर्यावरण में बने रहते हैं, जैसे कि सल्फर डाइऑक्साइड (SO2) और नाइट्रोजन डाइऑक्साइड (NO2)।
• द्वितीयक प्रदूषक: जो प्राथमिक प्रदूषकों के बीच प्रतिक्रियाओं से बनते हैं, जैसे कि पेरोक्सीसेटिल नाइट्रेट (PAN), ओजोन (O3), और एल्डिहाइड।

लोहे और इस्पात उद्योग से प्रदूषक

लोहे और इस्पात उद्योग हवा, पानी और मिट्टी को प्रदूषित करता है, जो पर्यावरण पर महत्वपूर्ण प्रभाव डालता है। इस उद्योग से वायु प्रदूषक में CO2, SO2, NOx, CO, H2S, PAN, Pb, Ni, और Cd शामिल हैं। जल प्रदूषक में कार्बनिक पदार्थ, तेल, धातुएं, एसिड, सल्फाइड, और सल्फेट शामिल हैं।

मुख्य गैसीय वायु प्रदूषक

मुख्य गैसीय वायु प्रदूषकों में सल्फर, नाइट्रोजन, कार्बन, और हाइड्रोकार्बन के ऑक्साइड शामिल हैं।

सल्फर डाइऑक्साइड (SO2):

• पौधों और जानवरों के लिए अत्यधिक विषैला, यह श्वसन रोग जैसे कि ब्रोन्काइटिस, अस्थमा, और एम्फाइसेमा का कारण बनता है, साथ ही आंखों और गले में जलन पैदा करता है।
• पौधों में, यह क्लोरोप्लास्ट के निर्माण को कम करता है, जिससे क्लोरोसिस होती है।
• SO2 संक्षारणीय है, जो भवनों और वस्त्रों को क्षति पहुंचाता है।
• यह कणीय पदार्थ और NO2 या H2O की उपस्थिति में SO3 में ऑक्सीडाइज़ होकर H2SO4 बनाता है, जो अम्लीय बारिश में योगदान करता है।

नाइट्रोजन के ऑक्साइड:

नाइट्रिक ऑक्साइड (NO) और नाइट्रोजन डाइऑक्साइड (NO2) वायुमंडलीय प्रदूषक के रूप में काम करते हैं।

• NO2 जीवित ऊतकों के लिए अत्यधिक विषैला होता है, जो पत्तियों के गिरने और फोटोसिंथेसिस को बाधित करता है।
• यह एक संक्षारक ऑक्साइड है जो स्मॉग के निर्माण में योगदान देता है।
• NO2 आंखों में जलन पैदा करता है और यह जिगर और गुर्दे को प्रभावित कर सकता है।
• यह पानी के साथ प्रतिक्रिया करके नाइट्रिक एसिड (HNO3) बनाता है, जो अम्लीय वर्षा में योगदान करता है।

कार्बन मोनोऑक्साइड (CO):

• यह अत्यधिक विषैला है, और यह हीमोग्लोबिन के साथ एक स्थिर कार्बोक्सीहीमोग्लोबिन जटिलता बनाता है, जो अंगों और ऊतकों में ऑक्सीजन के प्रवाह को रोकता है।
• यह जटिलता ऑक्सीजन-हीमोग्लोबिन जटिलता की तुलना में लगभग 200 गुना अधिक स्थिर होती है, जिससे रक्त की ऑक्सीजन ले जाने की क्षमता कम होती है।
• इससे सिरदर्द, बेचैनी, मांसपेशियों की कमजोरी, कमजोर दृष्टि, और अवसाद हो सकता है।
• मिट्टी के सूक्ष्मजीव CO के लिए एक सिंक के रूप में कार्य करते हैं।

हाइड्रोकार्बन:

• केवल कार्बन और हाइड्रोजन से मिलकर बने होते हैं, ये ऑटोमोबाइल इंजनों में ईंधनों के अपूर्ण दहन और कार्बनिक पदार्थों के एनारोबिक अपघटन द्वारा उत्पन्न होते हैं।
• मेथेन (CH4) सबसे प्रचुर मात्रा में हाइड्रोकार्बन प्रदूषक है।
• हाइड्रोकार्बन की उच्च सांद्रता कैंसरकारी होती हैं, जिससे पौधों में वृद्धावस्था, पौधों के ऊतकों का विघटन, और पत्तियों का गिरना होता है।
• हाइड्रोकार्बन, नाइट्रोजन के ऑक्साइड के साथ प्रतिक्रिया करके माध्यमिक प्रदूषक बनाते हैं।

वायु प्रदूषण की रोकथाम और नियंत्रण:

• दहन: जैविक प्रदूषकों को कम हानिकारक कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) और पानी (H2O) में परिवर्तित करता है।
• अवशोषक: गैसीय उपोत्पादों से एक या अधिक प्रदूषकों को हटाते हैं।
• फैब्रिक फिल्टर्स: गैसों से धूल के कणों को फंसाते और इकट्ठा करते हैं, जिन्हें फिर बिना कणों के छोड़ दिया जाता है।
• इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्स: गैसों से धूल, धुंआ या कणों को हटाते हैं, जो इलेक्ट्रोड पर कणों को अवक्षिप्त करते हैं और बिना कणों वाली गैसें छोड़ते हैं।

वायुमंडलीय प्रदूषण के परिणाम:

वैश्विक तापमान वृद्धि और ग्रीनहाउस प्रभाव

• पृथ्वी का वायुमंडल अधिकांश सूर्य की रोशनी को गुजरने देता है और पृथ्वी की सतह को गर्म करता है।
• ग्रीनहाउस गैसें जैसे कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन, और जल वाष्प पृथ्वी से निकलने वाली गर्मी को फंसाती हैं, जिससे पृथ्वी का तापमान बढ़ता है।
• इस घटना को ग्रीनहाउस प्रभाव कहा जाता है।
• ग्रीनहाउस प्रभाव जीवन के अस्तित्व के लिए आवश्यक है, क्योंकि यह पृथ्वी को अत्यधिक ठंडा होने से रोकता है।
• हालांकि, ग्रीनहाउस गैसों की सांद्रता में वृद्धि ग्रीनहाउस प्रभाव को बढ़ा देती है, जिससे वैश्विक तापमान वृद्धि होती है।
• वैश्विक तापमान वृद्धि के कारण बर्फीले क्षेत्रों और ग्लेशियरों का पिघलना हो सकता है, जिसके परिणामस्वरूप समुद्र स्तर में वृद्धि होती है।

अम्लीय वर्षा

• अम्लीय वर्षा नाइट्रोजन और सल्फर के ऑक्साइड की उपस्थिति के कारण होती है।
• ये ऑक्साइड वर्षा के पानी में घुलकर नाइट्रिक एसिड और सल्फ्यूरिक एसिड बनाते हैं।
• अम्लीय वर्षा फिर संगमरमर के स्मारकों (जैसे ताजमहल), इमारतों, और प्रतिमाओं के साथ प्रतिक्रिया करती है, जिससे उनकी धीरे-धीरे गिरावट होती है।
• अम्लीय वर्षा मिट्टी को भी अम्लीय बनाती है, जिससे वन और कृषि उत्पादकता में कमी आती है।
• इसके अलावा, अम्लीय वर्षा भारी धातुओं जैसे सीसा, तांबा, पारा, और एल्यूमिनियम को मिट्टी, चट्टानों, और अवसादों से घोल देती है।
• ये धातु के आयन कुएं के पानी में प्रवेश करते हैं, जिससे विभिन्न विषाक्त प्रभाव उत्पन्न होते हैं।
• उदाहरण के लिए, सीसा से एनीमिया, मस्तिष्क क्षति, ऐंठन, और मृत्यु हो सकती है।
• अन्य धातुएं गुर्दे, जिगर, रक्त संचार प्रणाली, और तंत्रिका तंत्र पर प्रभाव डाल सकती हैं।
• कई फंगीसाइड्स तंत्रिका क्षति और मृत्यु का कारण बनते हैं, जबकि विषैले कीटनाशक जैसे DDT हमारे शरीर में जमा हो जाते हैं, जिससे गुर्दे के विकार और मस्तिष्क तथा रक्त संचार प्रणाली की समस्याएं होती हैं।

भारत का ताजमहल, जो आगरा में स्थित है, वायु प्रदूषकों के कारण अपने सफेद संगमरमर के रंग में बदलाव का सामना कर रहा है। आगरा के चारों ओर उद्योग सल्फर डाइऑक्साइड और नाइट्रोजन डाइऑक्साइड जैसे प्रदूषकों का उत्पादन करते हैं, जो अम्लीय वर्षा का कारण बनते हैं। अम्लीय वर्षा ताजमहल के संगमरमर को क्षीण करती है, जिसे संगमरमर कैंसर के नाम से जाना जाता है। भारत के सर्वोच्च न्यायालय ने उद्योगों को CNG और LPG जैसे स्वच्छ ईंधनों में परिवर्तन करने का आदेश दिया है और स्मारक की सुरक्षा के लिए ताज क्षेत्र में बिना सीसे वाले पेट्रोल के उपयोग को अनिवार्य किया है।

सूक्ष्म कण

सूक्ष्म कण हवा में बिखरे हुए छोटे ठोस कण और तरल बूंदें होते हैं, जैसे कि कोहरा, धूल, धुआं, गैसें और बैक्टीरिया।

स्मॉग

स्मॉग को दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है:

• क्लासिकल स्मॉग: यह ठंडी, आर्द्र जलवायु में होता है। यह मुख्यतः सल्फर डाइऑक्साइड (SO2) और ईंधन के दहन से उत्पन्न सूक्ष्म कणों से बना होता है और रासायनिक रूप से अपघटीकरण करने वाला होता है।
• फोटोकेमिकल स्मॉग: यह गर्म, शुष्क और धूप वाले जलवायु में होता है। यह प्राथमिक प्रदूषकों (नाइट्रोजन ऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड) और द्वितीयक प्रदूषकों (ओज़ोन और फॉर्मल्डिहाइड) का मिश्रण होता है। फोटोकेमिकल स्मॉग बड़े जनसंख्या वाले और उच्च वाहनों वाले शहरों में आम है। यह एक ऑक्सीडाइजिंग स्मॉग है, और ओज़ोन इसे तेज गंध देता है और विभिन्न श्वसन रोगों का कारण बनता है। ओज़ोन रबर के सामान को भी नुकसान पहुंचाता है। पेरोक्सीएसीटिल नाइट्रेट (PAN) और स्मॉग में मौजूद एलेडिहाइड आँखों में जलन पैदा करते हैं और पौधों के लिए उच्च विषाक्तता रखते हैं, जिससे युवा पत्तियों पर प्रभाव पड़ता है और उनके सतहों पर कांस्यनुमा और चमकदार प्रभाव होता है। फोटोकेमिकल स्मॉग को उन यौगिकों द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है जो मुक्त कणों के जाल के रूप में कार्य करते हैं, जो वातावरण में छिड़काव करने पर स्मॉग के मुक्त कण पूर्ववर्तियों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। ऑटोमोबाइल में प्रभावशाली कैटेलिटिक कन्वर्टर भी वातावरण में नाइट्रोजन ऑक्साइड और हाइड्रोकार्बन के उत्सर्जन को रोकने में मदद करते हैं।

स्ट्रैटोस्फेरिक प्रदूषण

स्ट्रैटोस्फियर में, ओज़ोन परत सूर्य की पराबैंगनी विकिरण को अवशोषित करती है, जो जीवित जीवों के लिए हानिकारक होती है। ओज़ोन परत का क्षय मानवों में त्वचा कैंसर और मोतियाबिंद का कारण बनता है, महासागरों में प्लवक की जनसंख्या को कम करता है, और पौधों को नुकसान पहुँचाता है।

• क्लोरोफ्लोरोकार्बन (CFCs), जो रेफ्रिजरेशन, अग्निशामक, एरोसोल स्प्रे, प्लास्टिक फोम उत्पादन, ट्यूबलेस टायर, और इलेक्ट्रॉनिक सफाई में उपयोग होते हैं, ओज़ोन का क्षय करते हैं।
• ये यौगिक वायुमंडल में वर्षों तक बने रहते हैं और UV किरणों द्वारा विघटित होने पर क्लोरीन परमाणु छोड़ते हैं।
• एक क्लोरीन मुक्त कण एक हजार ओज़ोन अणुओं को नष्ट कर सकता है।
• ओज़ोन का क्षय, जो ओज़ोन छिद्र के निर्माण की ओर ले जाता है, मुख्य रूप से अंटार्कटिक स्ट्रैटोस्फियर में देखा गया है।
• ओज़ोन छिद्र का निर्माण ध्रुवीय स्ट्रैटोस्फेरिक बादलों (PSCs) और CFCs के प्रवाह के कारण होता है और यह वसंत के दौरान सबसे प्रमुख होता है, जिसके बाद यह पुनः भर जाता है।

जल प्रदूषण

जल प्रदूषण विदेशी पदार्थों जैसे गंदगी, काई, और घुलनशील लवण के कारण होता है, जिन्हें जल प्रदूषक कहा जाता है। भारत के कुछ हिस्सों में, पीने के पानी में आर्सेनिक, फ्लोराइड, और यूरेनियम का प्रदूषण होता है।

• मुख्य जल प्रदूषकों में पैथोजेन (जैसे बैक्टीरिया), जैविक अपशिष्ट (जैसे पत्ते और घास), और रासायनिक प्रदूषक (जैसे औद्योगिक अपशिष्ट और पेट्रोलियम से धातुएँ) शामिल हैं।
• घुलित ऑक्सीजन (DO) स्तर स्वस्थ जलीय जीवन के लिए 5-6 ppm होना चाहिए; 5 ppm से नीचे मछलियों की वृद्धि में बाधा होती है।
• जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग (BOD) पानी में जैविक पदार्थों को विघटित करने के लिए सूक्ष्म जीवों द्वारा आवश्यक ऑक्सीजन को मापता है; रासायनिक ऑक्सीजन मांग (COD) प्रदूषकों द्वारा खपत की गई ऑक्सीजन को मापता है।
• स्वच्छ पानी का BOD 5 ppm से कम होता है; अत्यधिक प्रदूषित पानी का BOD 17 ppm या उससे अधिक होता है।
• गंगा एक्शन प्लान, जो 1985 में शुरू किया गया, का उद्देश्य गंगा नदी में प्रदूषण को कम करना था।

मिट्टी का प्रदूषण

मिट्टी का प्रदूषण उस मिट्टी की संरचना में बदलाव को संदर्भित करता है जो उपज को कम करता है, जो कि अवांछनीय पदार्थों जैसे कि उर्वरक और कीटनाशकों (सकारात्मक मिट्टी प्रदूषण) या मिट्टी के कटाव और अत्यधिक उपयोग (नकारात्मक मिट्टी प्रदूषण) के कारण होता है।

• लैंडस्केप प्रदूषण तब होता है जब उपजाऊ भूमि कचरा फेंके जाने के कारण बंजर हो जाती है।
• कीटनाशक (जैसे DDT, NaClO3, और ऑर्गेनोमरकरी यौगिक) और उर्वरक मिट्टी प्रदूषण के प्रमुख स्रोत हैं।
• मिट्टी के कंडीशनर (जैसे As, Hg, Pb के यौगिक) और ठोस अपशिष्ट (औद्योगिक, कृषि, रेडियोधर्मी) भी मिट्टी के प्रदूषण में योगदान देते हैं।

ग्रीन केमिस्ट्री उन प्रक्रियाओं और उत्पादों पर केंद्रित है जो खतरनाक पदार्थों के उपयोग और उत्पादन को न्यूनतम करते हैं।

• पॉलीस्टायरीन फोम उत्पादन में फुलाने वाले एजेंट के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड का उपयोग करना ताकि ओज़ोन-क्षयकारी CFCs को समाप्त किया जा सके।
• एक सुरक्षित समुद्री एंटीफाउलिंग यौगिक, 'सी-नाइन', विकसित करना जो प्रदूषित ऑर्गैनोटिन की तुलना में तेजी से विघटित होता है।

प्रदूषण नियंत्रण की रणनीतियाँ

• पुनर्चक्रण: अपशिष्ट को उपयोगी उत्पादों में परिवर्तित करना, जैसे कि:
• स्क्रैप धातु का उपयोग करके स्टील का निर्माण करना।
• जलने योग्य अपशिष्ट से ऊर्जा प्राप्त करना।
• सीवेज उपचार: सीवेज स्लज का फेंकना नियंत्रित करना या इसे नदियों या महासागरों में छोड़ने से पहले उपचारित करना।
• जलन: 1000°C से अधिक तापमान पर कार्बनिक सामग्री को अधिक ऑक्सीजन में जलाना, जिससे उन्हें हानिरहित कार्बन डाइऑक्साइड और पानी में परिवर्तित किया जाता है, और अपशिष्ट मात्रा को कम किया जाता है।
• पाचन: बायोडिग्रेडेबल अपशिष्ट से बायोगैस और खाद का उत्पादन करना, जो सीवेज स्लज का उपचार कर सकता है।
• तेल ज़ैपिंग: तेल के रिसाव को साफ करने के लिए बैक्टीरिया का उपयोग करना, यह एक जैव-सुधार तकनीक है जो अगस्त 2010 में मुंबई तट पर उपयोग की गई थी।

इलेक्ट्रॉनिक अपशिष्ट

• इलेक्ट्रॉनिक अपशिष्ट में डिस्कार्ड किए गए कंप्यूटर, कार्यालय उपकरण, मनोरंजन इलेक्ट्रॉनिक्स, मोबाइल फोन, टीवी, और रेफ्रिजरेटर शामिल हैं।
• कंप्यूटर के घटकों में विषाक्त पदार्थ होते हैं जैसे डाइऑक्सिन, पीसीबी, कैडमियम, क्रोमियम, रेडियोधर्मी समस्थानिक, और पारा।
• एक सामान्य मॉनिटर में वजन के हिसाब से 6% से अधिक सीसा हो सकता है, जो मुख्य रूप से कैथोड रे ट्यूब (CRT) कांच में होता है।