जैव अवरोध: Difference between revisions

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अतः 1960 के दशक में सेल्फ-पॉलिशिंग पेंट्स ने एक बड़ी सफलता प्राप्त की, जो धीरे-धीरे [[हाइड्रोलिसिस]] करता है और धीरे-धीरे विषाक्त पदार्थों को बाहर निकालता है। इन पेंट्स में [[ऑर्गेनोटिन रसायन]] (टिन-आधारित) बायोटॉक्सिन जैसे [[ट्रिब्यूटिल्टिन ऑक्साइड]] (टीबीटी) का इस्तेमाल किया गया और ये चार साल तक प्रभावी रहे। इन बायोटॉक्सिन को बाद में अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन द्वारा प्रतिबंधित कर दिया गया जब उन्हें विभिन्न जीवों के लिए अधिक विषैला पाया गया।<ref>{{citation|url=http://www.imo.org/blast/blastDataHelper.asp?data_id=7986&filename=FOULING2003.pdf|year=2002|title=Focus on IMO - Anti-fouling systems|publisher=[[International Maritime Organization]]|access-date=22 May 2012}}</ref><ref>{{Citation|last1=Gajda|first1=M.|author2=Jancso, A.|year=2010|title=Organotins, formation, use, speciation and toxicology|journal=Metal Ions in Life Sciences|publisher=RSC publishing|location=Cambridge|volume=7, Organometallics in environment and toxicology|pages=111–51|isbn=9781847551771|doi=10.1039/9781849730822-00111|pmid=20877806}}</ref> विशेष रूप से टीबीटी को समुद्र में विचारपूर्वक छोड़ा गया अब तक का सबसे विषैला प्रदूषक बताया गया है।<ref name="TBT_review" />
अतः 1960 के दशक में सेल्फ-पॉलिशिंग पेंट्स ने एक बड़ी सफलता प्राप्त की, जो धीरे-धीरे [[हाइड्रोलिसिस]] करता है और धीरे-धीरे विषाक्त पदार्थों को बाहर निकालता है। इन पेंट्स में [[ऑर्गेनोटिन रसायन]] (टिन-आधारित) बायोटॉक्सिन जैसे [[ट्रिब्यूटिल्टिन ऑक्साइड]] (टीबीटी) का इस्तेमाल किया गया और ये चार साल तक प्रभावी रहे। इन बायोटॉक्सिन को बाद में अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन द्वारा प्रतिबंधित कर दिया गया जब उन्हें विभिन्न जीवों के लिए अधिक विषैला पाया गया।<ref>{{citation|url=http://www.imo.org/blast/blastDataHelper.asp?data_id=7986&filename=FOULING2003.pdf|year=2002|title=Focus on IMO - Anti-fouling systems|publisher=[[International Maritime Organization]]|access-date=22 May 2012}}</ref><ref>{{Citation|last1=Gajda|first1=M.|author2=Jancso, A.|year=2010|title=Organotins, formation, use, speciation and toxicology|journal=Metal Ions in Life Sciences|publisher=RSC publishing|location=Cambridge|volume=7, Organometallics in environment and toxicology|pages=111–51|isbn=9781847551771|doi=10.1039/9781849730822-00111|pmid=20877806}}</ref> विशेष रूप से टीबीटी को समुद्र में विचारपूर्वक छोड़ा गया अब तक का सबसे विषैला प्रदूषक बताया गया है।<ref name="TBT_review" />


ऑर्गेनोटिन विषाक्त पदार्थों के विकल्प के रूप में, एब्लेटिव या सेल्फ पॉलिशिंग पेंट्स में सक्रिय एजेंट के रूप में तांबे में नवीन सिरे से रुचिकर बढ़ी है, रिपोर्ट की गई सेवा 5 साल तक रहती है; फिर भी अन्य विधियाँ जिनमें कोटिंग्स सम्मिलित नहीं हैं। आधुनिक चिपकने वाले गैल्वेनिक संक्षारण उत्पन्न किए बिना इस्पात के पतवारों पर तांबा मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग की अनुमति देते हैं। चूंकि, तांबा अकेले डायटम और शैवाल प्रदूषण के प्रति प्रतिरोधी नहीं है। कुछ अध्ययनों से संकेत मिलता है कि तांबा अस्वीकार्य पर्यावरणीय प्रभाव भी प्रस्तुत कर सकता है।<ref>{{cite journal |last1=Swain |first1=Geoffrey |title=एंटीफाउलिंग कोटिंग्स को फिर से परिभाषित करना|journal=Journal of Protective Coatings & Linings |date=1999 |volume=16 |issue=9 |pages=26–35 |oclc=210981215 |url=http://www.paintsquare.com/library/articles/redefining_antifouling_coatings.pdf }}</ref>
ऑर्गेनोटिन विषाक्त पदार्थों के विकल्प के रूप में, एब्लेटिव या सेल्फ पॉलिशिंग पेंट्स में सक्रिय एजेंट के रूप में तांबे में नवीन सिरे से रुचिकर बढ़ी है, रिपोर्ट की गई सेवा 5 साल तक रहती है; फिर भी अन्य विधियाँ जिनमें कोटिंग्स सम्मिलित नहीं हैं। आधुनिक चिपकने वाले गैल्वेनिक संक्षारण उत्पन्न किए बिना इस्पात के पतवारों पर तांबा मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग की अनुमति देते हैं। चूंकि, तांबा अकेले डायटम और शैवाल प्रदूषण के प्रति प्रतिरोधी नहीं है। कुछ अध्ययनों से संकेत मिलता है कि तांबा अस्वीकार्य पर्यावरणीय प्रभाव भी प्रस्तुत कर सकता है।<ref>{{cite journal |last1=Swain |first1=Geoffrey |title=एंटीफाउलिंग कोटिंग्स को फिर से परिभाषित करना|journal=Journal of Protective Coatings & Linings |date=1999 |volume=16 |issue=9 |pages=26–35 |oclc=210981215 |url=http://www.paintsquare.com/library/articles/redefining_antifouling_coatings.pdf }}</ref>


जैव ईंधन का अध्ययन 19वीं सदी की प्रारंभ में हम्फ्री डेवी के प्रयोगों के साथ प्रारंभ हुआ, जिसमें तांबे की प्रभावशीलता को उसकी विलेय दर से जोड़ा गया था।<ref name="whoi" /> चूंकि 1930 के दशक में सूक्ष्म जीवविज्ञानी [[क्लाउड ज़ोबेल]] ने दिखाया कि जीवों का जुड़ाव कार्बनिक यौगिकों के सोखने से पहले होता है, जिन्हें अब बाह्य कोशिकीय बहुलक पदार्थ कहा जाता है।<ref>{{citation|page=225|title=Scripps Institution of Oceanography: Probing the Oceans 1936 to 1976|location=San Diego, Calif|publisher=Tofua Press|year=1978|url=http://publishing.cdlib.org/ucpressebooks/view?docId=kt109nc2cj|first=Elizabeth Noble |last=Shor|access-date=21 May 2012}}</ref><ref>{{citation|contribution=Claude E. Zobell – his life and contributions to biofilm microbiology|first=Hilary M.|last=Lappin-Scott|title=Microbial Biosystems: New Frontiers, Proceedings of the 8th International Symposium on Microbial Ecology|isbn=9780968676332|publisher=Society for Microbial Ecology|location=Halifax, Canada|url=http://plato.acadiau.ca/isme/Symposium03/lappin-scott.PDF|access-date=23 May 2012|year=2000}}</ref>
जैव ईंधन का अध्ययन 19वीं सदी की प्रारंभ में हम्फ्री डेवी के प्रयोगों के साथ प्रारंभ हुआ, जिसमें तांबे की प्रभावशीलता को उसकी विलेय दर से जोड़ा गया था।<ref name="whoi" /> चूंकि 1930 के दशक में सूक्ष्म जीवविज्ञानी [[क्लाउड ज़ोबेल]] ने दिखाया कि जीवों का जुड़ाव कार्बनिक यौगिकों के सोखने से पहले होता है, जिन्हें अब बाह्य कोशिकीय बहुलक पदार्थ कहा जाता है।<ref>{{citation|page=225|title=Scripps Institution of Oceanography: Probing the Oceans 1936 to 1976|location=San Diego, Calif|publisher=Tofua Press|year=1978|url=http://publishing.cdlib.org/ucpressebooks/view?docId=kt109nc2cj|first=Elizabeth Noble |last=Shor|access-date=21 May 2012}}</ref><ref>{{citation|contribution=Claude E. Zobell – his life and contributions to biofilm microbiology|first=Hilary M.|last=Lappin-Scott|title=Microbial Biosystems: New Frontiers, Proceedings of the 8th International Symposium on Microbial Ecology|isbn=9780968676332|publisher=Society for Microbial Ecology|location=Halifax, Canada|url=http://plato.acadiau.ca/isme/Symposium03/lappin-scott.PDF|access-date=23 May 2012|year=2000}}</ref>

Revision as of 10:51, 6 October 2023

ज़ेबरा मसल्स से सुसज्जित वर्तमान माप उपकरण
पौधों के जीवों, जीवाणुओं और जानवरों (मीठे जल के स्पंज) ने एक नहर (फ्रांस के उत्तर में थोड़ा में मिड-देउल) में एक पनडुब्बी विद्युत केबल के आवरण को ढक दिया है।

जैव अवरोध या जैविक दूषण सूक्ष्मजीव, पौधों, शैवाल, या छोटे जानवरो का संचय है जहां जहाज और पनडुब्बी पतवार जैसी सतहों पर इसकी आवश्यकता नहीं होती है, जल के इनलेट पाइपवर्क जैसे उपकरण तालाबों और नदियों को हानि पहुंचाते हैं जो की उस वस्तु के प्राथमिक उद्देश्य में गिरावट का कारण बनते हैं। इस प्रकार के संचय को एपिबियोसिस कहा जाता है जब होस्ट सतह एक अन्य जीव है और संबंध परजीवी नहीं है। चूँकि जैव अवरोध लगभग हर जगह हो सकती है जहाँ जल उपस्तिथ है, जैव अवरोध विभिन्न प्रकार की वस्तुओं जैसे कि नाव के पतवार और उपकरण, चिकित्सा उपकरणों और झिल्लियों के साथ-साथ पूरे उद्योगों, जैसे कागज निर्माण, खाद्य प्रसंस्करण, जल के नीचे निर्माण और अलवणीकरण संयंत्रों के लिए संकट उत्पन्न करता है।

इस प्रकार से दूषण रोधी पेंट एंटी-फाउलिंग विशेष रूप से डिजाइन की गई सामग्रियों (जैसे विषाक्त बायोसाइड पेंट, या गैर-विषाक्त पेंट) की क्षमता है।[1] जो जैव दूषण को दूर करने या रोकने के लिए है।[2]

समुद्री जहाजों पर जैव अवरोध का निर्माण महत्वपूर्ण समस्या उत्पन्न करता है। कुछ स्तिथियों में, पतवार संरचना और प्रणोदन प्रणाली क्षतिग्रस्त हो सकती है।[3] पतवारों पर बायोफ़ौलर्स के संचय से जहाज की हाइड्रोडायनामिक मात्रा और हाइड्रोडायनामिक घर्षण दोनों में वृद्धि हो सकती है, जिससे ड्रैग (भौतिकी) में 60% तक की वृद्धि हो सकती है।[4] ड्रैग वृद्धि से गति में 10% तक की कमी देखी गई है, जिसकी भरपाई के लिए ईंधन में 40% तक की वृद्धि की आवश्यकता हो सकती है।[5] इस प्रकार से समुद्री परिवहन निवेश में सामान्यतः ईंधन का अर्ध भाग सम्मिलित होता है, एंटीफॉलिंग विधियों से शिपिंग उद्योग को अधिक मात्रा में धन की बचत होती है। इसके अतिरिक्त, जैव ईंधन के कारण ईंधन का बढ़ता उपयोग प्रतिकूल पर्यावरणीय प्रभावों में योगदान देता है और 2020 तक कार्बन डाइऑक्साइड और सल्फर डाइऑक्साइड के उत्सर्जन में क्रमशः 38% और 72% के मध्य वृद्धि होने का अनुमान है।[6]


जीवविज्ञान

जैव अवरोध जीव अत्यधिक विविध हैं, और बार्नाकल और समुद्री शैवाल के जुड़ाव से कहीं आगे तक फैले हुए हैं। कुछ अनुमानों के अनुसार, 4,000 से अधिक जीवों वाली 1,700 से अधिक प्रजातियाँ जैव प्रदूषण के लिए उत्तरदायी हैं।[7] और जैव अवरोध को सूक्ष्म दूषण-बायोफिल्म निर्माण और बैक्टीरियल आसंजन- और सूक्ष्म दूषण-बड़े जीवों के लगाव में विभाजित किया गया है। विशिष्ट रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान के कारण जो यह निर्धारित करते हैं कि उन्हें बसने से क्या रोकता है, जीवों को कठोर या कोमल-अवरोधन प्रकार के रूप में भी वर्गीकृत किया जाता है। कैलकेरियस (कठोर) दूषित जीवों में बार्नाकाल, एन्क्रस्टिंग ब्रायोज़ोआ, मोलस्का, पॉलीकैटे और अन्य ट्यूब वर्म (बॉडी प्लान), और ज़ेबरा मसल्स सम्मिलित हैं। जिसमे गैर- कैल्शियम युक्त (कोमल) दूषण जीवों के उदाहरण समुद्री शैवाल, हाइड्रॉइड्स, शैवाल और बायोफिल्म कीचड़ हैं।[8] ये जीव मिलकर एक दूषण समुदाय का निर्माण करते हैं।

पारिस्थितिकी तंत्र निर्माण

जैव दूषण प्रारंभिक प्रक्रिया: (बाएं) पॉलिमर के साथ जलमग्न सब्सट्रेटम की कोटिंग। (दाहिनी ओर बढ़ते हुए) जीवाणु लगाव और बाह्य कोशिकीय बहुलक पदार्थ (ईपीएस) मैट्रिक्स का निर्माण है।

इस प्रकार से समुद्री दूषण को सामान्यतः पारिस्थितिकी तंत्र विकास के निम्नलिखित चार चरणों के रूप में वर्णित किया गया है। पहले मिनट के अन्दर वैन डेर वाल्स बल के कारण जलमग्न सतह कार्बनिक पॉलिमर की कंडीशनिंग फिल्म से ढक जाती है। अगले 24 घंटों में, यह परत जलीय प्रणाली में बैक्टीरिया के आसंजन की अनुमति देती है, जिसमें डायटम और बैक्टीरिया (जैसे विब्रियो एल्गिनोलिटिकस, स्यूडोमोनास पुट्रेफेसिएन्स) दोनों जुड़ते हैं, जिससे बायोफिल्म का निर्माण प्रारंभ होता है। पहले सप्ताह के अंत तक, समृद्ध पोषक तत्व और बायोफिल्म में जुड़ाव की सरलता मैक्रोएल्गे (जैसे एंटरोमोर्फा इंटेस्टाइनलिस, उलोथ्रिक्स) और प्रोटोजोअन (जैसे वोर्टिसेला, ज़ूथमनियम एसपी) के बीजाणुओं के द्वितीयक उपनिवेशकों को स्वयं को संलग्न करने की अनुमति देती है। और दो से तीन सप्ताह के अन्दर, तृतीयक उपनिवेशवादियों - मैक्रोफ़ौलर्स - ने संलग्न किया है। इनमें अंगरखा, मोलस्क और सेसिलिटी (प्राणीशास्त्र) निडारियन सम्मिलित हैं।[1]

प्रभाव

लकड़ी की नाव के नीचे मृत जैव ईंधन (विवरण)

सरकारें और उद्योग समुद्री जैव प्रदूषण को रोकने और नियंत्रित करने के लिए सालाना 5.7 बिलियन अमेरिकी डॉलर से अधिक खर्च करते हैं।[9]

जैव अवरोध हर जगह होती है, किन्तु शिपिंग उद्योग के लिए आर्थिक रूप से अधिक महत्वपूर्ण है, क्योंकि जहाज के पतवार पर अवरोधन से ड्रैग (भौतिकी) में अधिक वृद्धि होती है, जिससे जहाज के समग्र जल-गत्यात्मकता प्रदर्शन में कमी आती है, और ईंधन की खपत बढ़ जाती है।[10]

जैव दूषण लगभग सभी परिस्थितियों में पाया जाता है जहां जल आधारित तरल पदार्थ अन्य सामग्रियों के संपर्क में होते हैं। औद्योगिक रूप से महत्वपूर्ण प्रभाव समुद्री कृषि, झिल्ली प्रणालियों (उदाहरण के लिए, झिल्ली बायोरिएक्टर और विपरीत परासरण सर्पिल घाव झिल्ली) के रखरखाव और बड़े औद्योगिक उपकरणों और विद्युत स्टेशनों के शीतलन जल चक्र पर होते हैं। जैव ईंधन तेल पाइपलाइनों में प्रवेशित जल के साथ तेल ले जाने वाली पाइपलाइनों में हो सकता है, विशेष रूप से प्रयुक्त तेल, काटने वाले तेल, पायसीकरण के माध्यम से जल में घुलनशील तेल और हाइड्रोलिक तेल ले जाने वाली पाइपलाइनों में होते है।[11]

इस प्रकार से जैव ईंधन से प्रभावित अन्य तंत्रों में माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिकल प्रणाली दवा वितरण उपकरण, पेपरमेकिंग और लुगदी उद्योग मशीनें, जल के नीचे के उपकरण, अग्नि सुरक्षा प्रणाली पाइपिंग और स्प्रिंकलर प्रणाली नोजल सम्मिलित हैं।[2][8] किन्तु भूजल कुओं में, जैव अवरोध बिल्डअप पुनर्प्राप्ति प्रवाह दर को सीमित कर सकता है, जैसा कि समुद्र-बिछाने वाले पाइपों के बाहरी और आंतरिक स्तिथियों में होता है, जहां ट्यूब सफाई प्रक्रिया के साथ अवरोधन को अधिकांशतः हटा दिया जाता है। और तंत्र में हस्तक्षेप करने के अतिरिक्त, जैव प्रदूषण जीवित समुद्री जीवों की सतहों पर भी होता है, जब इसे एपिबियोसिस के रूप में जाना जाता है।[11]

चूंकि चिकित्सा उपकरणों में अधिकांशतः उनके इलेक्ट्रॉनिक घटकों को शीतलन करने के लिए पंखे से चलने वाले ताप सिंक सम्मिलित होते हैं। चूंकि इन प्रणालियों में कभी-कभी रोगाणुओं को इकट्ठा करने के लिए एचईपीए फिल्टर सम्मिलित होते हैं, कुछ रोगजनक इन फिल्टर से निकलते हैं, और डिवाइस के अंदर इकट्ठा होते हैं और अंततः बाहर निकल जाते हैं और अन्य रोगियों को संक्रमित करते हैं। जिसे ऑपरेटिंग रूम में उपयोग किए जाने वाले उपकरणों में कदाचित् ही कभी पंखे सम्मिलित होते हैं, जिससे संचरण की संभावना को कम किया जा सके। इसके अतिरिक्त, चिकित्सा उपकरण, एचवीएसी इकाइयाँ, उच्च-स्तरीय कंप्यूटर, स्विमिंग पूल, पेयजल प्रणालियाँ और अन्य उत्पाद जो तरल लाइनों का उपयोग करते हैं, उनमें जैव-ईंधन का संकट होता है क्योंकि उनके अंदर जैविक विकास होता है।[12]

ऐतिहासिक रूप से, समुद्री जहाजों की गति पर जैव ईंधन के कारण पड़ने वाले गंभीर प्रभाव पर ध्यान केंद्रित किया गया है। कुछ स्तिथियों में पतवार संरचना और प्रणोदन प्रणाली क्षतिग्रस्त हो सकती हैं।[3] समय के साथ, पतवारों पर बायोफ़ौलर्स के संचय से जहाज की हाइड्रोडायनेमिक मात्रा और घर्षण प्रभाव दोनों बढ़ जाते हैं, जिससे ड्रैग (भौतिकी) 60% तक बढ़ जाती है।[5] अतिरिक्त ड्रैग से गति 10% तक कम हो सकती है, जिसकी भरपाई के लिए ईंधन में 40% तक की वृद्धि की आवश्यकता हो सकती है।[5] सामान्यतः समुद्री परिवहन निवेश का अर्ध भाग ईंधन में सम्मिलित होता है, जैव ईंधन के उपयोग, रखरखाव और जैव ईंधन नियंत्रण उपायों में वृद्धि के कारण अकेले अमेरिकी नौसेना को प्रति वर्ष लगभग $ 1 बिलियन का खर्च आने का अनुमान है।[5] इस प्रकार से जैव ईंधन के कारण ईंधन का बढ़ता उपयोग प्रतिकूल पर्यावरणीय प्रभावों में योगदान देता है और 2020 तक कार्बन डाइऑक्साइड और सल्फर डाइऑक्साइड के उत्सर्जन में 38 से 72 प्रतिशत के मध्य वृद्धि होने का अनुमान है।[6]

जैव प्रदूषण जलीय कृषि पर भी प्रभाव डालता है, जिससे उत्पादन और प्रबंधन निवेश में वृद्धि होती है, जबकि उत्पाद का मूल्य घट जाता है।[13] दूषित समुदाय खाद्य संसाधनों के लिए सीधे शेलफिश से प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं,[14] किन्तु शेलफिश के चारों ओर जल के प्रवाह को कम करके भोजन और ऑक्सीजन की प्राप्ति में बाधा डालते हैं, या उनके वाल्वों के संचालन में बाधा डालते हैं।[15] नतीजतन, जैव ईंधन से प्रभावित स्टॉक में वृद्धि, स्थिति और अस्तित्व में कमी आ सकती है, जिसके बाद कृषि उत्पादकता पर ऋणात्मक प्रभाव पड़ सकता है।[16] यद्यपि हटाने के अनेक विधि उपस्तिथ हैं, वे अधिकांशतः सुसंस्कृत प्रजातियों को प्रभावित करते हैं, कभी-कभी स्वयं दूषित जीवों की तुलना में अधिक होते है।[17]


पहचान

शिपिंग कंपनियाँ ऐतिहासिक रूप से इस तरह की वृद्धि को प्रबंधनीय स्तर पर रखने के लिए निर्धारित जैव ईंधन निष्कासन पर निर्भर रही हैं। चूंकि, अभिवृद्धि की दर जहाजों और परिचालन स्थितियों के मध्य व्यापक रूप से भिन्न हो सकती है, इसलिए सफाई के मध्य स्वीकार्य अंतराल की भविष्यवाणी करना कठिन है।

इस प्रकार से प्रकाश उत्सर्जक डायोड निर्माताओं ने पराबैंगनी या उपप्रकार (250-280 एनएम) उपकरणों की एक श्रृंखला विकसित की है जो जैव-ईंधन निर्माण का पता लगा सकती है, और इसे रोक भी सकती है।

अतः दूषण का पता लगाना बायोमास की प्रतिदीप्ति की संपत्ति पर निर्भर करता है। सभी सूक्ष्मजीवों में प्राकृतिक इंट्रासेल्युलर फ्लोरोफोर्स होते हैं, जो की उत्तेजित होने पर यूवी रेंज में विकिरण करते हैं। यूवी-रेंज तरंग दैर्ध्य पर, ऐसी प्रतिदीप्ति तीन सुगंधित अमीनो एसिड- टायरोसिन, फेनिलएलनिन और ट्रिप्टोफैन से उत्पन्न होती है। जिससे पता लगाने में सबसे सरल ट्रिप्टोफैन है, जो 280 एनएम पर विकिरणित होने पर 350 एनएम पर विकिरण करता है।[18]


विधि

एंटीफ्लिंग

एंटीफॉलिंग संचय को बनने से रोकने की प्रक्रिया है। औद्योगिक प्रक्रियाओं में, जैव-ईंधन को नियंत्रित करने के लिए फैलावकर्ताओं का उपयोग किया जा सकता है। कम नियंत्रित वातावरण में, जीवों को जीवनाशक, थर्मल उपचार, या ऊर्जा के स्पंदनों का उपयोग करके कोटिंग्स के साथ नष्ट कर दिया जाता है या पीछे हटा दिया जाता है। इस प्रकार से नॉनटॉक्सिक मैकेनिकल रणनीतियाँ जो जीवों को जुड़ने से रोकती हैं, उनमें फिसलन वाली सतह के साथ एक सामग्री या कोटिंग का चयन करना, ज़्विटरियन के उपयोग के साथ एक अति-निम्न दूषण सतह बनाना, या शार्क और डॉल्फ़िन की त्वचा के समान नैनोस्कोपिक स्केल सतह टोपोलॉजी बनाना सम्मिलित है, जो केवल व्यर्थ एंकर पॉइंट प्रदान करते हैं।[1]


कोटिंग्स

गैर विषैले कोटिंग्स
गैर विषैले कोटिंग्स का एक सामान्य विचार। (कोटिंग को यहां हल्के हरे रंग की परत के रूप में दर्शाया गया है।) वे प्रोटीन और सूक्ष्मजीवों को जुड़ने से रोकते हैं, जो बार्नाकल जैसे बड़े जीवों को जुड़ने से रोकता है। बड़े जीवों को जोड़ने के लिए एक बायोफिल्म की आवश्यकता होती है, जो प्रोटीन, पॉलिसैक्राइड और सूक्ष्मजीवों से बनी होती है।

गैर-विषाक्त एंटी-स्टिकिंग कोटिंग्स सूक्ष्मजीवों के जुड़ाव को रोकती हैं और इस प्रकार जीवनाशक के उपयोग को रोकती हैं। ये कोटिंग्स सामान्यतः कार्बनिक पॉलिमर पर आधारित होती हैं।[19]

गैर विषैले एंटी-फाउलिंग कोटिंग्स के दो वर्ग हैं। अधिक सामान्य वर्ग कम घर्षण और कम सतह ऊर्जा पर निर्भर करता है। कम सतह ऊर्जा के परिणामस्वरूप जल विरोधी सतहें बनती हैं। ये कोटिंग्स एक चिकनी सतह बनाती हैं, जो की बड़े सूक्ष्मजीवों के जुड़ाव को रोक सकती हैं। अतः उदाहरण के लिए, फ्लोरोपॉलिमर और सिलिकॉन कोटिंग्स का सामान्यतः उपयोग किया जाता है।[20] ये कोटिंग्स पारिस्थितिक रूप से निष्क्रिय हैं किन्तु इनमें यांत्रिक शक्ति और दीर्घकालिक स्थिरता की समस्या है। विशेष रूप से, कुछ दिनों के पश्चात बायोफिल्म्स (कीचड़) सतहों को कवर कर सकती है, जो रासायनिक गतिविधि को दबा देती है और सूक्ष्मजीवों को जुड़ने की अनुमति देती है।[1] इन कोटिंग्स के लिए वर्तमान मानक पॉलीडिमिथाइलसिलोक्सेन या पीडीएमएस है, जिसमें सिलिकॉन और ऑक्सीजन परमाणुओं की दोहराई जाने वाली इकाइयों से बनी एक गैर-ध्रुवीय रीढ़ होती है।[21] पीडीएमएस की गैर-ध्रुवीयता बायोमोलेक्यूल्स को इंटरफेशियल ऊर्जा को कम करने के लिए इसकी सतह पर सरलता से सोखने की अनुमति देती है। चूंकि, पीडीएमएस में लोच का कम मापांक भी होता है जो 20 समुद्री मील से अधिक की गति पर दूषित जीवों को छोड़ने की अनुमति देता है। जहाज की गति पर प्रभावशीलता की निर्भरता धीमी गति से चलने वाले जहाजों या बंदरगाह में महत्वपूर्ण मात्रा में समय बिताने वाले जहाजों पर पीडीएमएस के उपयोग को रोकती है।[2]

इस प्रकार से गैर विषैले एंटीफ्लिंग कोटिंग्स का दूसरा वर्ग हाइड्रोफिलिक कोटिंग्स हैं। वे प्रोटीन और सूक्ष्मजीवों को जोड़ने के लिए जल निकालने के ऊर्जावान दंड को बढ़ाने के लिए उच्च मात्रा में जलयोजन पर विश्वास करते हैं। और इन कोटिंग्स के सबसे सामान्य उदाहरण अत्यधिक हाइड्रेटेड ज़्विटरियन्स पर आधारित, जैसे ग्लाइसिन बीटािन और पॉलीसल्फोबेटाइन हैं। ये कोटिंग्स भी कम घर्षण वाली होती हैं, किन्तु कुछ लोग इन्हें हाइड्रोफोबिक सतहों से उत्तम मानते हैं क्योंकि ये बैक्टीरिया को जुड़ने से रोकते हैं, बायोफिल्म के निर्माण को रोकते हैं।[22] ये कोटिंग्स अभी तक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध नहीं हैं और पर्यावरण की दृष्टि से सुरक्षित बायोमिमेटिक जहाज कोटिंग्स विकसित करने के लिए नौसेना अनुसंधान कार्यालय द्वारा एक बड़े प्रयास के भाग के रूप में डिजाइन की जा रही हैं।[4]


जीवनाशक
Main articles: जीवनाशक and बायोमिमेटिक एंटीफ्लिंग कोटिंग

जीवनाशक रासायनिक पदार्थ होते हैं जो जैव अवरोध के लिए उत्तरदायी सूक्ष्मजीवों को नष्ट करते हैं या रोकते हैं। बायोसाइड को सामान्यतः पेंट के रूप में, अर्थात भौतिक सोखने के माध्यम से प्रयुक्त किया जाता है। जो की जीवनाशक बायोफिल्म के निर्माण को रोकते हैं।[1] किन्तु अन्य जैवनाशक जैव ईंधन में बड़े जीवों, जैसे शैवाल, के लिए विषैले होते हैं। पूर्व में, तथाकथित ट्रिब्यूटिल्टिन (टीबीटी) यौगिकों का उपयोग जीवनाशक (और इस प्रकार एंटी-फाउलिंग एजेंट) के रूप में किया जाता था। टीबीटी सूक्ष्मजीवों और बड़े जलीय जीवों दोनों के लिए विषाक्त हैं।[23] अंतर्राष्ट्रीय समुद्री समुदाय ने ऑर्गेनोटिन-आधारित कोटिंग्स के उपयोग को चरणबद्ध विधि से समाप्त कर दिया है। [24] ऑर्गेनोटिन यौगिकों का प्रतिस्थापनडाइक्लोरूओक्टाइलिसोथियाज़ोलिनोन है। चूंकि, यह यौगिक समुद्री जीवों के लिए व्यापक विषाक्तता से भी ग्रस्त है।

अल्ट्रासोनिक एंटीफ्लिंग

Main article: अल्ट्रासोनिक एंटीफ्लिंग

अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर को छोटी से मध्यम आकार की नावों के पतवार में या उसके आसपास लगाया जा सकता है। अनुसंधान से पता चला है कि ये प्रणालियाँ पतवार के माध्यम से आस-पास के जल में अल्ट्रासोनिक तरंगों के विस्फोट को प्रारंभ करके, शैवाल और अन्य सूक्ष्मजीवों को नष्ट करके या विकृत करके, अवरोधन को कम करने में सहायता कर सकती हैं जो अवरोधन अनुक्रम की प्रारंभ करते हैं। किन्तु प्रणाली लकड़ी की पतवार वाली नावों, या लकड़ी या फोम जैसी कोमल कोर वाली मिश्रित सामग्री वाली नावों पर कार्य नहीं कर सकता है। ये प्रणालियाँ शैवाल के खिलने को नियंत्रित करने के लिए सिद्ध तकनीक पर आधारित हैं।[25]


ऊर्जा विधियाँ

स्पंदित लेजर विकिरण का उपयोग सामान्यतः डायटम के विरुद्ध किया जाता है। प्लाज़्मा पल्स तकनीक ज़ेबरा मसल्स के विरुद्ध प्रभावी है और उच्च-वोल्टेज विद्युत के साथ जल की माइक्रोसेकंड-अवधि की ऊर्जा के साथ जीवों को आश्चर्यजनक या नष्ट करने का कार्य करती है।[8]

इसी तरह, शैवाल निर्माण के विरुद्ध प्रभावी होने वाली एक और विधि पाइपों में संक्षिप्त उच्च-ऊर्जा ध्वनिक दालों को उछालती है।[26]


अन्य विधियाँ

एक्सचेंजर उपकरण और पाइपों के उपचार के लिए समय-समय पर ताप का उपयोग करने के नियमों का उपयोग 30 मिनट के लिए 105 डिग्री फ़ारेनहाइट (40 डिग्री सेल्सियस) पर जल का उपयोग करके विद्युत संयंत्र शीतलन प्रणालियों से मसल्स को हटाने के लिए सफलतापूर्वक किया गया है।[27]

चिकित्सा उद्योग जैव ईंधन से जुड़े जैव-भार संबंधी अभिप्राय को संबोधित करने के लिए विभिन्न प्रकार की ऊर्जा विधियों का उपयोग करता है। और आटोक्लेव में सामान्यतः एक चिकित्सा उपकरण को 15-20 मिनट के लिए 121°C (249°F) तक तपित करना सम्मिलित होता है। इस प्रकार से अल्ट्रासोनिक सफाई, यूवी प्रकाश, और रासायनिक वाइप-डाउन या विसर्जन का उपयोग विभिन्न प्रकार के उपकरणों के लिए भी किया जा सकता है।

ऑपरेटिंग रूम, आईसीयू, आइसोलेशन रूम, जैविक विश्लेषण प्रयोगशाला और अन्य उच्च-संदूषण-संकट वाले क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले चिकित्सा उपकरणों में कमरों में ऋणात्मक दबाव (निरंतर निकास) होता है, सशक्त सफाई प्रोटोकॉल बनाए रखते हैं, बिना पंखे वाले उपकरण की आवश्यकता होती है, और अधिकांशतः उपकरण को सुरक्षात्मक प्लास्टिक में लपेटा जाता है।[28]

पराबैंगनी या उपप्रकार विकिरण गैर-संपर्क, गैर-रासायनिक समाधान है जिसका उपयोग विभिन्न उपकरणों में किया जा सकता है। यूवीसी रेंज में विकिरण बैक्टीरिया, वायरस और अन्य रोगाणुओं में डीएनए को निष्क्रिय करके बायोफिल्म निर्माण को रोकता है। बायोफिल्म निर्माण को रोकना बड़े जीवों को उपकरण से जुड़ने से रोकता है और अंततः इसे निष्क्रिय कर देता है।[29]


इतिहास

जब से मनुष्य महासागरों में नौकायन कर रहे हैं, जैव अवरोध, विशेष रूप से जहाजों की, एक समस्या रही है।[30]

अवरोधन का मुकाबला करने के प्रयासों का सबसे पहला प्रमाण, और इस प्रकार ज्ञान का सबसे पहला प्रमाण, विरोधी अवरोधन समाधान के रूप में पिच और तांबे की परत का उपयोग है, जिसका श्रेय प्राचीन समुद्री यात्रा करने वाले देशों, जैसे कि फोनीशियन और कार्थागिनियन (1500-300बीसी)) को दिया गया था। मोम, टार और गिलसोनाइट का उपयोग प्राचीन काल से ही किया जाता रहा है।[30] इस प्रकार से 412 ईसा पूर्व का अरामी अभिलेख एक जहाज के तल को आर्सेनिक, तेल और सल्फर के मिश्रण से लेपित करने के बारे में बताता है।[31] डीपनोसोफिस्टे में, एथेन्यूस ने सिरैक्यूज़ के हिरोन (मृत्यु 467 ईसा पूर्व) के महान जहाज के निर्माण में किए गए दूषण विरोधी प्रयासों का वर्णन किया था।[32]

इस प्रकार से प्लूटार्क द्वारा जहाज की गति पर फाउलिंग के प्रभाव के बारे में अंकित की गई व्याख्या इस प्रकार है: जब खरपतवार, रिसना और अवरोधन इसके किनारों पर चिपक जाती है, तो जहाज का स्ट्रोक अधिक कुंठित और निर्बल होता है; और जल, इस शयानता पदार्थ पर आकर, इतनी सरलता से इससे अलग नहीं होता; और यही कारण है कि वे सामान्यतः अपने जहाजों को शांत करते हैं।[33]

अतः 18वीं शताब्दी से पहले, विभिन्न दूषणरोधी तकनीकों का उपयोग किया जाता था, जिसमें तीन मुख्य पदार्थों का उपयोग किया जाता था: स्वेत पदार्थ, ट्रेन का तेल (व्हेल तेल), रोसिन और गंधक का मिश्रण; काला सामान, टार और राल का मिश्रण; और भूरे रंग का सामान, जो कि काले सामान में केवल सल्फर मिलाया गया था।[34] इनमें से अनेक स्तिथियों में, इन उपचारों का उद्देश्य अस्पष्ट है। इस संवाद पर विवाद है कि क्या इनमें से अनेक उपचार वास्तविक एंटी-फाउलिंग तकनीक थे, या क्या, जब उनका उपयोग सीसा और लकड़ी की शीथिंग के साथ संयोजन में किया गया था, तो उनका उद्देश्य केवल लकड़ी-बोरिंग शिपवॉर्म का मुकाबला करना था।

टोरेस जलडमरूमध्य पर जहाज किनारे पर लाए गए और पतवार की सफाई की तैयारी में सावधानी बरती गई

इस प्रकार से 1708 में, चार्ल्स पेरी (यात्री) ने स्पष्ट रूप से एक एंटी-फाउलिंग डिवाइस के रूप में तांबे तांबे की परत का सुझाव दिया था, किन्तु पहला प्रयोग 1761 तक एचएमएस अलार्म (1758) की शीथिंग के साथ नहीं किया गया था, जिसके बाद अनेक जहाजों की तली और किनारों को तोड़ दिया गया था। किन्तु कीलें तांबे की प्लेटों से मढ़ी हुई थीं।[30]

तांबे ने पतवार को कीड़ों के आक्रमण से बचाने और खरपतवार की वृद्धि को रोकने में उचित प्रदर्शन किया, क्योंकि जल के संपर्क में आने पर, तांबे ने एक जहरीली फिल्म बनाई, जो मुख्य रूप से ऑक्सीक्लोराइड से बनी थी, जिसने इन समुद्री जीवों को डरा दिया। इसके अतिरिक्त, चूंकि यह फिल्म थोड़ी घुलनशील थी, इसलिए यह धीरे-धीरे धुल गई, जिससे समुद्री जीवन के लिए जहाज से जुड़ने का कोई रास्ता नहीं बचा था।

लगभग 1770 से, शाही नौसेना ने पूरे बेड़े के निचले भाग को तांबे से ढंकना प्रारंभ कर दिया और अंत तक लकड़ी के जहाजों का उपयोग जारी रखा। यह प्रक्रिया इतनी सफल रही कि कॉपर-बॉटम शब्द का अर्थ कुछ ऐसा हो गया जो अत्यधिक विश्वासपूर्ण या संकट मुक्त था।

इस प्रकार से 19वीं शताब्दी में लोहे के पतवारों के उदय के साथ, लोहे के साथ गैल्वेनिक संक्षारण की परस्पर क्रिया के कारण तांबे की आवरण का उपयोग नहीं किया जा सकता था। एंटी-फाउलिंग पेंट की प्रयास की गई, और 1860 में, व्यापक उपयोग प्राप्त करने वाला पहला व्यावहारिक पेंट लिवरपूल में प्रस्तुत किया गया था और इसे मैकइनेस हॉट प्लास्टिक पेंट के रूप में जाना जाता था।[30] इन उपचारों की सेवा अवधि कम थी, ये बहुमूल्य थे और आधुनिक मानकों के अनुसार अपेक्षाकृत अप्रभावी थे।[1]

बीसवीं सदी के मध्य तक, कॉपर ऑक्साइड-आधारित पेंट एक जहाज को 18 महीने तक या उष्णकटिबंधीय जल में कम से कम 12 महीने तक ड्राईडॉक से बाहर रख सकते थे।[30] कम सेवा जीवन विषाक्त पदार्थों के तेजी से निक्षालन और कम विषैले लवणों में रासायनिक रूपांतरण के कारण था, जो एक पपड़ी के रूप में जमा हो गया था जो पपड़ी के नीचे की परत से सक्रिय क्यूप्रस ऑक्साइड के आगे निक्षालन को रोक देता है।[35]

अतः 1960 के दशक में सेल्फ-पॉलिशिंग पेंट्स ने एक बड़ी सफलता प्राप्त की, जो धीरे-धीरे हाइड्रोलिसिस करता है और धीरे-धीरे विषाक्त पदार्थों को बाहर निकालता है। इन पेंट्स में ऑर्गेनोटिन रसायन (टिन-आधारित) बायोटॉक्सिन जैसे ट्रिब्यूटिल्टिन ऑक्साइड (टीबीटी) का इस्तेमाल किया गया और ये चार साल तक प्रभावी रहे। इन बायोटॉक्सिन को बाद में अंतर्राष्ट्रीय समुद्री संगठन द्वारा प्रतिबंधित कर दिया गया जब उन्हें विभिन्न जीवों के लिए अधिक विषैला पाया गया।[36][37] विशेष रूप से टीबीटी को समुद्र में विचारपूर्वक छोड़ा गया अब तक का सबसे विषैला प्रदूषक बताया गया है।[23]

ऑर्गेनोटिन विषाक्त पदार्थों के विकल्प के रूप में, एब्लेटिव या सेल्फ पॉलिशिंग पेंट्स में सक्रिय एजेंट के रूप में तांबे में नवीन सिरे से रुचिकर बढ़ी है, रिपोर्ट की गई सेवा 5 साल तक रहती है; फिर भी अन्य विधियाँ जिनमें कोटिंग्स सम्मिलित नहीं हैं। आधुनिक चिपकने वाले गैल्वेनिक संक्षारण उत्पन्न किए बिना इस्पात के पतवारों पर तांबा मिश्र धातुओं के अनुप्रयोग की अनुमति देते हैं। चूंकि, तांबा अकेले डायटम और शैवाल प्रदूषण के प्रति प्रतिरोधी नहीं है। कुछ अध्ययनों से संकेत मिलता है कि तांबा अस्वीकार्य पर्यावरणीय प्रभाव भी प्रस्तुत कर सकता है।[38]

जैव ईंधन का अध्ययन 19वीं सदी की प्रारंभ में हम्फ्री डेवी के प्रयोगों के साथ प्रारंभ हुआ, जिसमें तांबे की प्रभावशीलता को उसकी विलेय दर से जोड़ा गया था।[30] चूंकि 1930 के दशक में सूक्ष्म जीवविज्ञानी क्लाउड ज़ोबेल ने दिखाया कि जीवों का जुड़ाव कार्बनिक यौगिकों के सोखने से पहले होता है, जिन्हें अब बाह्य कोशिकीय बहुलक पदार्थ कहा जाता है।[39][40]

शोध की एक प्रवृत्ति वेटेबिलिटी और एंटी-फाउलिंग प्रभावशीलता के मध्य संबंधों का अध्ययन है। अन्य प्रवृत्ति नई कार्यात्मक सामग्रियों की प्रेरणा के रूप में जीवित जीवों का अध्ययन है। उदाहरण के लिए, समुद्री जानवरों द्वारा अपनी त्वचा पर जैव-ईंधन को रोकने के लिए उपयोग की जाने वाली क्रियाविधि है।[41]

द्रवीकृत बिस्तर रिएक्टरों के लिए उत्तम एंटीफ्लिंग सतहों में सामग्री अनुसंधान से पता चलता है कि पॉलीविनाइल क्लोराइड (पीवीसी), उच्च घनत्व पॉलीथीन और पॉलिमिथाइल मेथाक्रायलेट (प्लेक्सीग्लास) जैसे कम गीले प्लास्टिक बैक्टीरिया के आसंजन और उनके जल विरोधी के प्रतिरोध के मध्य एक उच्च सहसंबंध प्रदर्शित करते हैं।[42]

इस प्रकार से जीवों द्वारा उपयोग किए जाने वाले बायोटॉक्सिन के अध्ययन से अनेक प्रभावी यौगिकों का पता चला है, जिनमें से कुछ सिंथेटिक यौगिकों से अधिक शक्तिशाली हैं। बुफालिन, एक, बुफ़ोटॉक्सिन, टीबीटी से 100 गुना अधिक शक्तिशाली पाया गया, और बार्नाकल के विरुद्ध निपटान विरोधी गतिविधि में 6,000 गुना अधिक प्रभावी पाया गया है।[43]

एंटीफ्लिंग के लिए एक दृष्टिकोण में पॉलीथीन ग्लाइकॉल (पीईजी) के साथ सतहों को कोटिंग करना सम्मिलित है।[44] सतहों पर खूंटी की श्रृंखला बढ़ाना चुनौतीपूर्ण है। इस समस्या का समाधान उन तंत्रों को समझने से हो सकता है जिनके द्वारा मसल्स समुद्री वातावरण में ठोस सतहों का पालन करते हैं। किन्तु मसल्स जैवआसंजक वाले प्रोटीन या एमएपी का उपयोग करते हैं।[45] पीईजी कोटिंग्स का सेवा जीवन भी संदिग्ध है।

यह भी देखें

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