রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণ বর্জ্য জল শোধনাগারগুলিতে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়। ধাতব লবণ বা চুন, অন্যান্য রাসায়নিকের মধ্যে, প্রাথমিক, মাধ্যমিক বা তৃতীয় চিকিত্সা প্রক্রিয়াগুলিতে যোগ করা যেতে পারে (মূল নির্বাচন পয়েন্টগুলির জন্য, অনুগ্রহ করে এই পাবলিক অ্যাকাউন্টে "রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণের এজেন্টের প্রকার এবং মূল নির্বাচন পয়েন্ট" নিবন্ধটি পড়ুন; নিবন্ধের শেষে লিঙ্কটিতে ক্লিক করুন)। যাইহোক, রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণেরও সীমাবদ্ধতা রয়েছে। বিকারকগুলির যুক্তিসঙ্গত নির্বাচন এবং ডোজ সঠিক গণনা চিকিত্সার কার্যকারিতা এবং খরচ হ্রাস নিশ্চিত করার পূর্বশর্ত। এই নিবন্ধটি পদ্ধতিগতভাবে প্রয়োগের সুযোগ, বিকারক বৈশিষ্ট্য, প্রভাবক কারণ, প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া, এবং রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণের ডোজ, জল চিকিত্সা পেশাদারদের জন্য রেফারেন্স এবং ব্যবহারিক নির্দেশিকা প্রদান করে।
I. রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণের জন্য আবেদনের সুযোগ
রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণ শুধুমাত্র বর্জ্য জলে মোট ফসফরাসের ফসফেট অংশ (অর্থোফসফেট) অপসারণ করতে পারে। প্রভাবশালী ফসফেট সাধারণত মোট ফসফরাসের 50%-80% জন্য দায়ী, সাধারণত দুটি আকারে বিদ্যমান: H₂PO₄⁻ এবং HPO₄²⁻, পূর্বের pH 8.3-এর নিচে প্রাধান্য পায়। পলিফসফেটস ধাতব লবণ বা চুনের সাথে বিক্রিয়া করে না; যাইহোক, জৈবিক চিকিত্সার সময় তারা ফসফেটে রূপান্তরিত হয়। জৈবভাবে আবদ্ধ ফসফরাস সাধারণত প্রভাবশালী মোট ফসফরাসের একটি ছোট অনুপাত গঠন করে। কঠিন-তরল পৃথকীকরণের সময় কোলয়েডাল এবং পার্টিকুলেট ফসফরাস সাধারণত অপসারণ করা যেতে পারে; দ্রবীভূত জৈব ফসফরাস চিকিত্সার সময় অর্থোফসফেটে হাইড্রোলাইজ করতে পারে (যদি বায়োডিগ্রেডেবল), এবং যদি বায়োডিগ্রেডেবল না হয় তবে বর্জ্য জল শোধনাগার দ্বারা এটি অপসারণ করা যাবে না।
২. বিকারক বৈশিষ্ট্য এবং প্রভাবক ফ্যাক্টর
1. বিকারক বৈশিষ্ট্য
রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণের জন্য ব্যবহৃত রিএজেন্টগুলি সাধারণত ধাতব লবণ বা চুন হয়। দুটি সর্বাধিক ব্যবহৃত ধাতব লবণ হল অ্যালুমিনিয়াম সালফেট (সাধারণত অ্যালাম নামে পরিচিত) এবং ফেরিক ক্লোরাইড। অ্যালুমিনিয়াম সালফেটের পরিবর্তে সোডিয়াম অ্যালুমিনেটও ব্যবহার করা যেতে পারে, তবে এর সংযোজন প্রায়শই সিস্টেমের পিএইচকে উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে। এছাড়াও, রাসায়নিক বৃষ্টিপাত ফসফরাস অপসারণের জন্য পলিঅ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড (PAC) এর বিভিন্ন রূপও ব্যবহার করা যেতে পারে। লৌহঘটিত সালফেট এবং লৌহঘটিত ক্লোরাইড ফসফরাস অপসারণের জন্যও ব্যবহৃত হয়; এই এজেন্টগুলি সাধারণত ইস্পাত তৈরির প্রক্রিয়াগুলির উপজাত হিসাবে প্রাপ্ত হয় (আচার বর্জ্য জল)। চুন সাধারণত কঠিন আকারে সরবরাহ করা হয়, প্রধানত কুইকলাইম (CaO) এবং হাইড্রেটেড চুন [Ca(OH)₂] সহ।
2. বিকারককে প্রভাবিতকারী উপাদান
ডোজ ছাড়াও, বর্জ্য জলের গুণমান বৈশিষ্ট্য, রিএজেন্ট ডোজিং পদ্ধতি, রিএজেন্ট ডোজিং পয়েন্ট অবস্থান, প্রতিক্রিয়া pH, ফ্লোকুলেশন পদ্ধতি এবং রিএজেন্ট ডোজ করার পরে প্রতিক্রিয়া সময় সমস্ত গুরুত্বপূর্ণ ডিজাইন এবং অপারেশন ফ্যাক্টর। এই সমস্ত কারণগুলি ডোজ এবং ফসফরাস অপসারণের দক্ষতার মধ্যে সম্পর্ককে প্রভাবিত করে।
(1) বিকারক মিশ্রণ
ধাতব আয়নগুলি ফসফেট অণুর সাথে বিক্রিয়া করে তা নিশ্চিত করার জন্য বিকারক ডোজিং পয়েন্টে পর্যাপ্ত মিশ্রণ প্রয়োজন। মিশ্রণের তীব্রতা সাধারণত s⁻¹ এর একক সহ হার গ্রেডিয়েন্ট G দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। দ্রুত মিশ্রণ নিশ্চিত করে যে প্রতিক্রিয়া পৃষ্ঠের সাইটগুলি সময়মতো উন্মুক্ত হয় এবং প্রতিক্রিয়াতে অংশগ্রহণ করে; যাইহোক, কম মিশ্রণের তীব্রতার অধীনে, ফসফেটের অংশগ্রহণের অনুপস্থিতিতে অনেক ধাতব অক্সাইড প্রথমে উত্পন্ন হতে পারে, এইভাবে তাদের অভ্যন্তরীণ অক্সিজেন পরমাণুগুলিকে ফসফেটের সাথে মিলিত হতে বাধা দেয়, ফলে ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা হ্রাস পায়।
প্রকৃত বর্জ্য জল শোধনাগারগুলিতে, ডোজিং পয়েন্টে মিশ্রণের অবস্থা সাধারণত খারাপ হয়, G মানগুলি সাধারণত 200 থেকে 300 s⁻¹ পর্যন্ত হয়ে থাকে। এই উচ্চ-শক্তি মিশ্রিত অবস্থার অধীনে, মিশ্রণের সময় সাধারণত 10 থেকে 30 সেকেন্ড হয়। প্রাথমিক দ্রুত প্রতিক্রিয়া গতিবিদ্যা পর্যায়ের পরে, ফসফেট এবং লোহা একটি ধীর প্রতিক্রিয়া গতিবিদ্যা প্রক্রিয়ার মাধ্যমে প্রতিক্রিয়া চালিয়ে যেতে পারে, যা কয়েক ঘন্টা বা এমনকি দিন পর্যন্ত স্থায়ী হতে পারে। এই ধীর-প্রতিক্রিয়া নিয়ন্ত্রিত ফসফরাস অপসারণ প্রক্রিয়া সক্রিয় স্লাজ ট্যাঙ্কে অ্যালাম বা ফেরিক ক্লোরাইড যোগ করার জন্য বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এই ধরনের সিস্টেমের সলিডস রিটেনশন টাইম (SRT) সাধারণত দিনে পরিমাপ করা হয়।
(2) ফ্লোকুলেশন
ডোজিং পয়েন্টে দ্রুত মেশানোর পরে, ফ্লোক্স গঠনের প্রচারের জন্য মৃদু মিশ্রণ প্রয়োজন যা কঠিন-তরল বিভাজনের মাধ্যমে স্থির হতে পারে বা অপসারণ করতে পারে। কম বর্জ্য ফসফরাস ঘনত্বের প্রয়োজন মেটানোর জন্য এই প্রক্রিয়াটি অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। সাধারণত, চিকিত্সা কাঠামোর মধ্যে বর্জ্য জলের প্রবাহ নিজেই ফ্লক গঠনের জন্য পর্যাপ্ত মিশ্রণের শর্ত সরবরাহ করে, তবে যদি ফ্লোকুলেশন সময় অপর্যাপ্ত হয়, বা যদি ফ্লক গঠনকে ব্যাহত করে এমন পরিস্থিতি বিদ্যমান থাকে (যেমন পাম্পিং, বায়ুচলাচল ইত্যাদি), ফ্লোকুলেশন প্রক্রিয়া সীমিত হবে।
(3) pH এবং ক্ষারত্ব
রাসায়নিক চিকিত্সায় সর্বোচ্চ ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা সাধারণত 5.5-7.0 এর pH সীমার মধ্যে ঘটে। যখন pH 7 থেকে 10 এর মধ্যে থাকে, তখন ধাতব হাইড্রোক্সাইডের পৃষ্ঠে শক্তিশালী ঋণাত্মক চার্জ এবং দ্রবণীয় আয়রন হাইড্রোক্সাইডের গঠনের কারণে ফসফরাস অপসারণের কার্যকারিতা হ্রাস পায়। নিম্ন pH অবস্থায়, প্রিপিপিট্যান্টের দ্রবণীয়তা হ্রাস পায়; অত্যন্ত কম pH অবস্থায়, ধাতব হাইড্রক্সাইড অবক্ষেপণের গঠন সীমিত। অ্যালুমিনিয়াম সালফেট এবং ফেরিক ক্লোরাইডের ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা বিভিন্ন pH অবস্থার অধীনে একই প্রবণতা দেখায়।
(4) CODcr এবং SS
প্রাথমিক চিকিত্সা পর্যায়ে ধাতব লবণ যোগ করার ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা বর্জ্য জলের বৈশিষ্ট্য দ্বারা উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাবিত হয়। জৈব পদার্থের উপাদান এবং ধাতব লবণের ফসফরাস অপসারণের দক্ষতার মধ্যে একটি স্পষ্ট সম্পর্ক রয়েছে। যখন CODcr 300-700 mg/L এর পরিসরে থাকে, তখন CODcr বৃদ্ধির সাথে ফসফেট অপসারণের কার্যকারিতা হ্রাস পায়। টোটাল সাসপেন্ডেড সলিডস (টিএসএস) এর উপর গবেষণা থেকে অনুরূপ ফলাফল পাওয়া গেছে, অর্থাৎ, টিএসএসের ঘনত্ব যত বেশি হবে, ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা তত কম হবে।
প্রাথমিক চিকিত্সার পর্যায়ে ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা হ্রাস করার পাশাপাশি, উচ্চ জৈব পদার্থের উপাদান সক্রিয় স্লাজ চুল্লিতে ধাতব লবণের ফসফরাস অপসারণ প্রভাবকে দুর্বল করে। আয়রন এবং অ্যালুমিনিয়াম আয়নগুলি জৈব পদার্থ যেমন হিউমিক অ্যাসিড এবং ফুলভিক অ্যাসিডের সাথে বিক্রিয়া করে ধাতব আয়ন এবং তাদের খনিজ অক্সাইডগুলির সাথে যুক্ত অদ্রবণীয় কমপ্লেক্স তৈরি করতে পারে, যার ফলে ফসফেট বৃষ্টিপাতের জন্য প্রয়োজনীয় প্রতিক্রিয়া সাইটগুলি দখল বা ব্লক করে, যার ফলে রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা হ্রাস পায়। এটি একটি কারণ কেন পোস্ট-রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণ প্রায়ই প্রকৃত প্রকল্পে বেছে নেওয়া হয়।
III. বিকারক বিক্রিয়া প্রক্রিয়া এবং বিকারক নির্বাচন
ফসফরাসের সাথে অ্যালুমিনিয়াম সালফেটের প্রতিক্রিয়া নীচে দেখানো হয়েছে।
পানিতে ক্ষারত্বের উপস্থিতিতে, পানিতে দ্রবীভূত ফসফরাস এবং বাইকার্বোনেট ক্ষারত্বের সাথে ফেরিক ক্লোরাইডের প্রতিক্রিয়া নীচে দেখানো হয়েছে।
পানিতে ক্ষারত্ব অপর্যাপ্ত হলে, ফেরিক ক্লোরাইড যোগ করলে তা হাইড্রেটেড আয়রন অক্সাইড অবক্ষেপণ তৈরি করবে, যা ফসফরাস বিক্রিয়ার জন্য পৃষ্ঠের সক্রিয় স্থান প্রদান করবে। লৌহ লবণ ফসফরাস অপসারণ প্রক্রিয়ার মূল নীতি হল যে ফসফেট এবং লোহা একটি অক্সিজেন পরমাণু ভাগ করতে পারে এবং তাদের মিথস্ক্রিয়া নিম্নলিখিত সূত্র দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা যেতে পারে (চার্জ নির্দেশিত নয়)।
বর্জ্য জলে চুন যোগ করা হলে, চুন প্রথমে পানিতে থাকা বাইকার্বোনেট ক্ষারত্বের সাথে বিক্রিয়া করে ক্যালসিয়াম কার্বনেট (CaCO₃) তৈরি করে। সিস্টেমের pH 10 এর উপরে উঠলে, অতিরিক্ত ক্যালসিয়াম আয়ন ফসফেটের সাথে বিক্রিয়া করে হাইড্রোক্সাপাটাইট [Ca₅(OH)(PO₄)₃] অবক্ষেপ তৈরি করবে, যেমনটি নীচে দেখানো হয়েছে।
উপরোক্ত প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া থেকে এটি দেখা যায় যে: (1) লৌহ লবণ এবং চুন পানির ক্ষারত্ব দ্বারা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়; (2) চুন ফসফরাস অপসারণের ফলে প্রচুর পরিমাণে স্লাজ উৎপন্ন হয় (ম্যাগনেসিয়াম হাইড্রক্সাইড এবং ক্যালসিয়াম কার্বনেট উভয়ই স্লাজ)। প্রকৃত প্রকল্পগুলিতে ফসফরাস অপসারণের জন্য অ্যালুমিনিয়াম লবণগুলিকে প্রায়শই বেছে নেওয়ার এটি একটি কারণ।
IV রাসায়নিক ডোজ
ধাতব লবণের ডোজ সাধারণত প্রভাবে দ্রবণীয় ফসফরাসের (পিন) প্রতি মোল ধাতু (Me) যোগ করা হয়। "স্টোইচিওমেট্রিক ডোজ" বলতে বোঝায় ফসফরাস অপসারণের প্রতিটি মোলের জন্য 1.0 মোল ধাতু যোগ করা (যেমন, মি/পিন=1.0), যা ফসফরাসের সাথে ফসফরাসের সাথে বিক্রিয়া করার জন্য ধাতব লবণের (অ্যালুমিনিয়াম লবণ বা লোহার লবণ) জন্য প্রয়োজনীয় মোলার অনুপাতের উপর ভিত্তি করে কঠোরভাবে নির্ভর করে। ধাতব লবণের ডোজ বাড়ার সাথে সাথে ফসফরাস অপসারণের হার উন্নত হয় এবং বর্জ্য ফসফরাস ঘনত্ব হ্রাস পায়। যাইহোক, যখন ডোজ একটি নির্দিষ্ট স্তরে বৃদ্ধি পায়, তখন ডোজ আরও বাড়ানো থেকে ক্রমবর্ধমান অপসারণের প্রভাব ধীরে ধীরে দুর্বল হয়ে যায়।
যখন ফেরিক ক্লোরাইডের ডোজ Me/Pin=1.5~2.0 এ পৌঁছায়, তখন এটি 80%~98% দ্রবণীয় ফসফরাস অপসারণ করতে পারে। খুব কম বর্জ্য মোট ফসফরাস ঘনত্ব (যেমন, 0.10 mg/L এর নিচে) অর্জন করতে, Me/Pin=6~7 সহ একটি উচ্চ মাত্রার অনুপাত প্রয়োজন।
অ্যালুমিনিয়াম সালফেটের ডোজ অনুপাত ফেরিক ক্লোরাইডের অনুরূপ, তবে অপসারণের হার কম, 75% এবং 95% এর মধ্যে। অনুরূপ ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা অর্জনের জন্য PAC বা সোডিয়াম অ্যালুমিনেট ব্যবহার করার জন্য আরও বেশি ডোজ প্রয়োজন।
উপরোক্ত ডোজ তথ্য থেকে, এটি দেখা যায় যে ফেরিক সল্টের সর্বোচ্চ ফসফরাস অপসারণ দক্ষতা রয়েছে, তবে যেমনটি আগে উল্লেখ করা হয়েছে, ফেরিক লবণগুলি ক্ষারত্ব দ্বারা ব্যাপকভাবে প্রভাবিত হয়। PAC এর সর্বনিম্ন ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা রয়েছে, এমনকি অ্যালুমিনিয়াম সালফেটের থেকেও কম। এটি কিছু লোকের ধারণার বিরোধিতা করে যে PAC, "পলিয়ালুমিনিয়াম" হওয়ার কারণে, নন-পলিমার অ্যালুমিনিয়াম সালফেটের চেয়ে উচ্চতর ফসফরাস অপসারণ প্রভাব থাকা উচিত।
উপসংহার
রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণ, বর্জ্য জল চিকিত্সার একটি গুরুত্বপূর্ণ পদ্ধতি হিসাবে, শুধুমাত্র বিকারকের ধরন এবং মাত্রার উপর নয়, বর্জ্য জলের গুণমান, পিএইচ, ক্ষারত্ব, মিশ্রণ এবং ফ্লোকুলেশন অবস্থার উপরও নির্ভর করে। উপযুক্ত ধাতব লবণ বা চুন নির্বাচন করা, বৈজ্ঞানিকভাবে ডোজ গণনা করা, এবং এটিকে প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশানের সাথে একত্রিত করা স্লাজ উৎপাদন এবং অপারেটিং খরচ নিয়ন্ত্রণ করার সময় দক্ষ ফসফরাস অপসারণ নিশ্চিত করতে পারে। রিএজেন্টগুলির প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া এবং প্রভাবের কারণগুলি বোঝার মাধ্যমে, বর্জ্য জল চিকিত্সা ইঞ্জিনিয়াররা স্থিতিশীল বর্জ্য ফসফরাস নিয়ন্ত্রণ অর্জন করতে পারে এবং বিভিন্ন চিকিত্সা পর্যায়ে নমনীয়ভাবে রাসায়নিক ফসফরাস অপসারণ প্রযুক্তি প্রয়োগ করতে পারে, যা শহুরে জলের পরিবেশ সুরক্ষার জন্য শক্ত সহায়তা প্রদান করে।