गुणधर्मानुसार पाण्याचे प्रकार : जड, कठीण आणि मृदू

मानवी शरीरामध्ये, एकूण सरासरी वजनाच्या 70 टक्के पाणी असते. त्यापैकी 25 ते 50 टक्के पर्यंत पाण्याच्या जागी जर काही अपघाताने जड पाणी भरले गेले, तरच मृत्यू संभवतो. परंतु चुकीचे अथवा अपघाताने इतके जड पाणी मानवी शरीरात भरले जाण्याची शक्यता जवळजवळ नसतेच असे म्हणायला हरकत नाही. सर्वसाधारणत: मानवी शरीराला रोज 3 लिटर पाण्याची गरज असते. 70 किलो वजनाच्या मानवी शरीरात 50 किलो वजनाइतके द्रव स्वरूपातील पाणी असते.

पाण्याचा कठीणपणा – Hardness - समजून घेताना, त्यातील क्षारांचा विचार करणे योग्य ठरेल. पिण्याच्या पाण्याचा विचार करता, त्यातील क्षारांचे प्रमाण कमी - जास्त असू शकते, किंवा होऊ शकते. असे पाणी नदीचे किंवा तलावाचे असेल, तर ज्या भागातून ती नदी प्रवाहित होत असेल, किंवा तलाव अगर सरोवराच्या काठावरील भागातील जमिनीत असलेल्या क्षारांचा परिणाम साहजिकच त्या पाण्यावर होत असतो. त्यामुळे, क्षारांच्या प्रमाणात आपोआपच बदल दिसून येतो. पाण्यात सर्वसाधारपणे आढळून येणार्‍या क्षारांची माहिती घेतली तर एक लक्षात येते की कॅल्शियम, मॅग्नेशियम व सोडियम यांचे क्षार पिण्याच्या बहुतेक पाण्यामध्ये असतात. ते कार्बोनेट्स, सल्फेटस्, क्लोराइडस् आणि सिलिकेटस् या स्वरूपात दिसून येतात. त्याची प्रमाणानुसार किंवा वारंवार आढळून येणार्‍या गुणधर्मांच्या आधारावर मांडणी करायचा प्रयत्न करूया -

1. सोडियम क्लोराइड
2. कॅल्शियम कार्बोनेटस्
3. मॅग्नेशियम कार्बोनेटस्
4. कॅल्शियम सल्फेटस्
5. मॅग्नेशियम स्लफेटस्, यांच्या मानाने कमी प्रमाणात आढळणारी क्षारद्रव्ये अशी -
6. सोडियम नायट्रेट
7. कॅल्शियम क्लोराइडस्
8. कॅल्शियम नायट्रेट्स
9. मॅग्नेशियम नायट्रेट
10. सोडियम कार्बोनेट
11. सोडियम सल्फेट
12. सोडियम कार्बोनेट
13. लोह - फेरस कार्बोनेट किंवा फेरिक सल्फेट, याशिवाय अगदी कमी प्रमाणात सिलिकेट्सही सापडतात.

दुष्फेन व सुफेन पाणी :

या सर्व क्षारांच्या कमी - जास्त प्रमाणानुसार त्या पाण्याची सुफेन - Soft water किंवा दुष्फेन - Hard water अशी वर्गवारी केली जाते. या कठिणपणाचे प्रमाण 50 ते 100 प्रति दशलक्ष - PPM असेल, तर ते सुफेन समजले जाते. 100 ते 200 प्रति दशलक्ष PPM असेल, तर ते दुष्फेन समजले जाते. हेच प्रमाण 300 प्रति दशलक्ष PPM असेल, तर ते पाणी पिण्याकरिता अयोग्य समजले जाते.

ज्या पाण्यातील कठिणपणा - Hardness - पाणी उकळल्यानंतर कमी होतो, त्या कमी होणार्‍या कठिणपणाला तात्पुरता कठिणपणा - Temporary hardness म्हणतात. ही कठिणता पाण्यातील कॅल्शियम व मॅग्नेशियम कार्बोनेट्समुळे असते. पाणी उकळल्यामुळे, पाण्यातील कार्बोनिक अ‍ॅसिड कमी होते. ते घन स्वरूपात बाहेर टाकले जाते. तरीसुध्दा, पाण्यात जी कठीणता शिल्लक राहात असेल ती कॅल्शियम किंवा मॅग्नेशियम सल्फेटस् किंवा कधीकधी क्लोराइडस् व नायट्रेटस्च्या रूपाने आढळतात.

ज्या पाण्यात कॅल्शियम क्षारांचे प्रमाण प्रामुख्याने अधिक असेल, त्याला कॅल्केरियस म्हणतात. ज्या पाण्यात मॅग्नेशियम क्षारांचे प्रमाण जास्त असेल, त्याला मॅग्नेशिया म्हणतात. ज्या पाण्यात सोडियम क्लोराइडचे प्रमाण जास्त असते, त्याला सलाइन म्हणतात. ज्या पाण्यातील लोहाचे प्रमाण चवीवरूनसुध्दा जाणवत असते, त्याला फेरूनियस म्हणतात.

या सर्व क्षारांचा अभ्यास भूगर्भशास्त्रीय पाहणी करताना फार उपयुक्त ठरतो. कोणत्या भागातील पाण्यामध्ये, कोणत्या क्षाराचे प्रमाण कमी किंवा जास्त आहे, याची माहिती त्या भागातील खडकांचा अभ्यास करताना, फार महत्त्वाची ठरते.

वर्षभरातील बदलत्या मोसमांचा परिणाम पाण्यातील क्षारांच्या प्रमाणावर दिसून येतो. वर्षाऋतूमध्ये अधिक पर्जन्यवृष्टी झाली तर कठिणता व सामु - PH value - कमी झालेला आढळतो. याउलट उन्हाळ्यात बाष्पीभवनामुळे, पाण्यातील क्षारांचे प्रमाणही वाढलेले दिसून येते. अशा प्रकारच्या बदलांमुळे, पाण्याचा कोणताही नवीन स्त्रोत पिण्याकरिता किंवा शेतीकरिता अथवा उद्योगधंद्यातील उपयोगाकरिता वापरायचा असेल, तर वर्षातील निरनिराळ्या मोसमात पाण्याचे पृथक्करण करून घेणे अनिवार्य ठरते. त्यामुळे ते पाणी अशा उपयोगांकरिता वापरणे योग्य की अयोग्य आहे, याचा अंदाज येऊ शकतो.

कठीण किंवा दुष्फेन पाण्यामुळे होणारे परिणाम :

1. कपडे धुण्याकरिता जास्त प्रमाणात साबण लागतो.
2. कपड्यांच्या टिकाऊपणावर परिणाम होतो.
3. जलवाहिन्यांच्या आतील बाजूंवर क्षाराचे थर साठत जातात. त्यामुळे त्यांची पाणी वाहून नेण्याची क्षमता कमी होते. वरचेवर बॉयलरची सफाई करावी लागते.

सुफेन पाणी - Soft water :

सुफेन किंवा मृदू पाणी हे सर्वसाधारणपणे नेहमी वापरात येणारे असते. याचे गुणधर्म कठीण पाण्याच्या विरूध्द असतात. या पाण्यात कॅल्शियम, मॅग्नेशियम व अन्य धातूंच्या विरघळलेल्या क्षारांचे प्रमाण अगदी नगण्य असते. अशा पाण्यात साबणाचा फेस लगेच तयार होतो. त्यात 50 ते 100 प्रति दशलक्ष PPM इतकेच क्षारांचे प्रमाण आढळून येते.

मृदू पाण्याचे परिणाम :

1. कपडे धुण्याकरिता लागणार्‍या साबणाचे प्रमाण कमी पुरते. फेस लगेच होत असल्यामुळे धुण्यासाठी श्रमही कमी लागतात.
2. धुलाई केंद्रात कपडे टाकण्याची गरज कमी वाटल्याने कपड्यांचे आयुष्य वाढते.
3. मृदू किंवा सुफेन पाण्यात शिजवलेले खाद्यपदार्थ लवकर व पूर्णपणे सारखे शिजतात.
4. स्वयंपाकाच्या किंवा अन्य भांड्यांवर साठणारे क्षारयुक्त लेपण कमी झाल्यामुळे, भांडी स्वच्छ व चकचकीत वाटतात व क्षाराचा थर नसल्यामुळे लवकर पदार्थ शिजतात.
5. उद्योगधंद्यातील बॉयलरमध्ये साठणारे क्षाराचे थर तयार न झाल्यामुळे, बॉयलर गरम करण्याकरिता लागणारी ऊर्जा किंवा इंधन यांची बचत होते.

जड पाणी - Heavy water :

जड पाण्याविषयी लिहितांना, सुरूवातीसच एका गैरसमजुतीचा खुलासा करावा लागतो. जड पाणी - Heavy water आणि कठीण पाणी - Hard water या दोन्हीमध्ये गल्लत होण्याची शक्यता असते. परंतु दोन्ही प्रकारच्या पाण्याचे गुणधर्म अगदी वेगवेगळे आहेत हे लक्षात घ्यावे.

जड पाणी म्हणजे, ड्युटेरियम ऑक्साइड - D2O किंवा 2H2O. हायड्रोजनपेक्षा जड असलेले आयसोटोप म्हणजे ड्युटेरियम होय. नेहमीच्या साध्या पाण्यासारख्या किंवा जवळजवळ सारखे रासायनिक गुणधर्म असलेल्या D2O मध्ये, नेहमीच्या पाण्यामधील हायड्रोजन अणूच्या केंद्रीय भागात, प्रोटॉनच्या जोडीला आणखी एक न्यूट्रॉन असतो. या आयसोटोपिक फरकामुळे, पाण्यामधील जो हायड्रोजन - ऑक्सिजन बाँड असतो, तो अधिकच मजबूत होतो. त्यामुळे पाण्याच्या रासायनिक व जीवनशास्त्रीय गुणधर्मात - Chemical & biological खूप फरक पडतो.

हे जड पाणी ट्रिटियम निर्माण करण्याकरिता उपयुक्त ठरते व त्या ट्रिटियमचा उपयोग प्रचंड औष्णिक उर्जानिर्मिती करण्याकरिता होतो.

जड पाण्याचा इतिहास :

हॅरॉल्ड मुरे या शास्त्रज्ञाने ड्युटेरियम या आयसोटोपचा शोध लावला - 1931 साली हा शोध लावला गेला व मुरेच्या गुरूस्थानी असलेल्या गिल्बर्ट न्यूटन या शास्त्रज्ञाने, इलेक्ट्रॉलिसिस पध्दतीने जड पाणी Heavy water तयार करण्यात यश मिळविले. या पाण्याचा उपयोग 1934 साली, शोधक मूलद्रव्ये - ट्रेसर एलिमेंट म्हणून प्रथम करण्यात आला. त्यामुळे, मनुष्य शरीरातील पाण्याचा प्रवास व एकंदर उलाढाल कशी होते. किंवा त्याचे प्रमाण काय असते, यासंबंधी उपयुक्त माहिती संशोधकांना मिळवता आली.

जड पाणी व नेहमीचे साधे पाणी यांच्या गुणधर्मांचा तुलनात्मक तक्ता असा -

परिणाम :

1. जैवशास्त्रीय - (Biological System ) :
पाणी हे औष्णिक वीजनिर्मितीकरिता लागणार्‍या ट्रिटीयम निर्मितीसाठी अतिशय उपयुक्त आहे हे जरी खरे असले तरी जड पाण्याच्या रासायनिक परिणामांचा काळजीपूर्वक अभ्यास करणे अत्यंत आवश्यक आहे. सर्वसाधारणपणे, साध्या पाण्याचे जे उपयोग आहेत, त्यात द्रावकतेसंबंधी गुणधर्माचा अभ्यास फार महत्त्वाचा आहे. पेशींच्या निर्मितीमध्ये महत्त्व असलेल्या Mitotoc solvent spindle formation वर, जड पाण्यातील अधिक ताकद असलेल्या band structure चा विपरित परिणाम दिसून येतो. पेशांचे विभाजन होण्यास, जड पाण्यामुळे अटकाव होतो.

2. प्राणिमात्रांवर होणारा परिणाम :
ड्युटेरियमच्या प्रभावामुळे, उंदीर, घुशी, कुत्री यांसारख्या प्राण्यांच्या प्रजननशक्तीवर न बदलता येणारा परिणाम दिसून येतो. ड्युटेरियमचे प्रमाण जास्त असले तर पाण्यातील मासे व अन्य जलचर (Flatworms आणि Drosophila) ताबडतोब मरण पावतात. सस्तन वर्गातील घुशांच्या शरीरामध्ये ड्युटेरियमयुक्त पाण्याचे प्रमाण 50 टक्के पेक्षा जास्त झाले तर आठवडाभरानंतर मरून जातात. केमोथेरपीमुळे होणारे किंवा तीव्र रेडिएशनच्या परिणामाप्रमाणेच ड्युटेरियमचा परिणाम शरीरावर झालेला मृत्युसमयी दिसून येतो. ड्युटेरियमच्या विषबाधेमुळे, सस्तन प्राण्यांमध्ये बोनमॅरोवर विपरित परिणाम होतो. तसेच, आतड्याच्या कार्यामध्ये डायरियासारखा द्रव पदार्थाचा विनाश fluidloss झालेला दिसून येतो.

3. मानवी शरीरावर होणारे परिणाम :
मानवी शरीरामध्ये, एकूण सरासरी वजनाच्या 70 टक्के पाणी असते. त्यापैकी 25 ते 50 टक्के पर्यंत पाण्याच्या जागी जर काही अपघाताने जड पाणी भरले गेले, तरच मृत्यू संभवतो. परंतु चुकीचे अथवा अपघाताने इतके जड पाणी मानवी शरीरात भरले जाण्याची शक्यता जवळजवळ नसतेच असे म्हणायला हरकत नाही. सर्वसाधारणत: मानवी शरीराला रोज 3 लिटर पाण्याची गरज असते. 70 किलो वजनाच्या मानवी शरीरात 50 किलो वजनाइतके द्रव स्वरूपातील पाणी असते. रोज 3 लिटर शुध्द ड्युटेरियमयुक्त पाणी त्याच्या पिण्यात आले, तर त्याच्या शरीरात 25 टक्के पाणी साठण्यास 5 दिवस लागतील. तसेच, शरीरातील पाण्याच्या एकूण प्रमाणात 50 टक्के इतकी ड्युटेरियमची पातळी येण्यास सुमारे 11 दिवस लागतील. हे लक्षात घेता, ड्युटेरियममुळे होणारी विषबाधा त्याच्या शरीराला घातक ठरण्यासाठी माणसाला किमान 7 दिवस शुध्द ड्युटेरियमयुक्त जड पाणी प्यावे लागेल. अशा प्रकारची शक्यता फारच कमी असते.

जड पाण्याची निर्मिती :

जगामध्ये नैसर्गिकरीत्या उपलब्ध असलेल्या HDO पाण्यामधील हायड्रोजन्समध्ये, 6400 भागांमधूल एक भाग या प्रमाणात ड्युटेरियम असते. (Vienna standard mean ocean water or VS MOW) साध्या पाण्यापासून HDO किंवा अर्ध जड पाणी डिस्टिलेशन किंवा इलेक्ट्रॉलिसिस अथवा अन्य रासायनिक मार्गाने तयार करता येते. या पध्दतीने शुध्द जड पाणी तयार करण्याकरिता खूप मोठी स्टेनलेस भांडी - cascades - आणि इलेक्ट्रॉलिसिस चेंबर्सची गरज पडेल व त्याहून महत्त्वाचे म्हणजे, प्रचंड मोठ्या प्रमाणावर उर्जेची आवश्यकता असते.

संयुक्त संस्थानातील (US of America) प्रयोग :

अमेरिकेतील सावन्ना नदीच्या काठावर प्लुटोनियम निर्मिती केंद्रामध्ये, जड पाण्याचा उपयोग सुरू केला. या केंद्रात प्लुटोनियमबरोबर ट्रिटीयमचेही उत्पादन सुरू केले. त्याचा उपयोग आण्विक शस्त्रे निर्माण करण्याकरिता सुरू केला गेला. त्याचप्रमाणे, रासायनिक पध्दतीने जड पाणी तयार करण्याकरिता, 1945 साली, डाना, इंडियाना येथे प्रकल्प सुरू केला गेला.

नॉर्वेतील प्रकल्प :

1934 साली, नॉर्वेमधील व्हेरमार्क येथे जड पाण्याचे उत्पादन मोठ्या प्रमाणावर सुरू झाले. हा प्रकल्प 1940 सालापासून, पूर्ण दुसर्‍या महायुध्दाच्या काळात जर्मनीच्या ताब्यात होता. हा कारखाना दोस्त राष्ट्रांनी अनेक हल्ले करून शेवटी 1943 साली विमानाद्वारे बाँबहल्ले करून उध्वस्त केला होता. त्यामुळे त्या उत्पादन केंद्रामधील जड पाण्याची निर्मिती बंद झाले. जर्मनीने तेथे असलेला जड पाण्याचा साठा बोटींमधून जर्मनीला नेण्याचा प्रयत्न केला. त्यामुळे, सुमारे अर्धा टन जड पाणी जर्मनीत पोहोचले असावे. परंतु न्यूक्लिअर रिअ‍ॅक्टरकरिता सुमारे 5 टन जड पाण्याची जरूरी होती ते न मिळाल्यामुळे, पुरेशा प्लुटोनियमच्या अभावी शस्त्रे निर्माण करण्यात जर्मनी असफल झाला.

कॅनडामधील प्रकल्प :

1943 साली कॅमडामध्ये जड पाणी निर्मितीचा प्रकल्प सुरू करण्यात आला. असे दोन प्रकल्प ग्लेस वे आणि हॉक्स वे या बंदरांजवळ सुरू केले गेले. पण ते 1985 साली बंद केले गेले.

ऑण्टेरियो :

येथे 1979 साली सुरू केले गेलेले ब्रूस हेवी वॉटर प्लाण्ट हे जगातील सर्वात मोठे जड पाणी निर्मिती केंद्र समजले जाते. तेथे सुमारे 700 टन जड पाणी निर्मितीची क्षमता आहे. परंतु हे केंद्रदेखील बंद करण्यात आले. सध्या कॅनडामध्ये अधिक कार्यक्षमता असलेले तंत्रज्ञान विकसित करण्याचा प्रयत्न चालू आहे त्यामुळे उत्पादन खर्च कमी करण्याची शक्यता आहे.

इराण :

इराणमध्ये सुध्दा 2006 सालापासून जड पाणी उत्पादन करण्याची क्षमता वाढविण्याचे प्रयत्न सुरू आहेत. 2009 साली त्याचा प्रत्यक्ष उपयोग सुरू होईल अशी अपेक्षा आहे.

भारत :

जगात सर्वात जास्त प्रमाणात जड पाण्याची निर्मिती भारतात होते असे हेवी वॉटर बोर्ड या संस्थेने, सादर केलेल्या अहवालावरून दिसते.

कोटा :

कोटा येथील जड पाणी निर्मिती केंद्रातील तंत्रज्ञान पूर्णपणे भारतात विकसित झालेले आहे. हे केंद्र राजस्थान अणुऊर्जा केंद्राच्या अगदी जवळ आहे. H2O H2S exchange process

बडोदा :

येथील केंद्र मोनोथर्मल अमोनिया - हैड्रोजन एक्सचेंज पध्दतीने जड पाण्याची निर्मिती करते. त्यासाठी लागणारा अमोनिया वायू जवळच्या खतांच्या कारखान्यात तयार केला जातो.

हाजिरा :

हे केंद्र गुजराथमधील सुरतपासून 16 कि.मी. वर सुरू केले गेले आणि आताही ते यशस्वीरीत्या सुरू आहे.

तुतिकोरिन :

येथील जड पाणी निर्मिती केंद्र 1978 सालापासून कार्यरत असून, ते अमोनिया - हायड्रोजन एक्सचेंज पध्दतीनेच सुरू आहे.

मानुगुरू :

येथील केंद्र 1991 सालापासून सुरू झाले आहे. आंध्र प्रदेशातील या केंद्रात सुध्दा H2O H2S exchange सुरू आहे.

सुरक्षिततेसाठी सूचना :

अतिशय उपयुक्त परंतु अतिशय अपायकारक अशा या जड पाणी निर्मिती केंद्रामध्ये, सुरक्षिततेच्या दृष्टीने खूप कडक निर्बंध पाळण्यात येतात. त्याचबरोबर, संकटसमयी पाळण्यात येण्यासाठी महत्त्वाच्या सूचनाही देण्यात येतात. कारण, या केंद्रामध्ये आवश्यक असणार्‍या हायड्रोजन सल्फाइड H2S निर्मितीमुळे, मानवी जीवनावर अपायकारक परिणाम होऊ शकतात. या H2S वायूच्या प्रमाणानुसार त्याचे दुष्परिणाम दिसून येतात.

प्रमाण 100 प्रतिदशलक्ष PPM असेल, तर श्वसन प्रक्रियेवर परिणाम होऊन 48 तासात मृत्यू संभवतो.
प्रमाण 500 प्रतिदशलक्ष PPM असेल, तर काही मिनिटात मृत्यू संभवतो.

प्रमाण 1000 प्रतिदशलक्ष PPM असेल, तर 3/4 श्वासातच मृत्यू येतो. जड पाणी निर्मिती करताना हे सर्व धोके लक्षात घेऊन ही प्रक्रिया अतिशय काळजीपूर्वक करावी लागते. अन्यथा मानवी जीवनाला उपकारक असणारी ही निर्मिती अपायकारक ठरण्याची शक्यता नाकारता येत नाही.