নর্দমায় নাইট্রোজেনের জৈবিক রূপান্তর প্রক্রিয়ার ব্যাপক বিশ্লেষণ

বর্জ্য জল চিকিত্সার ক্ষেত্রে, নাইট্রোজেনের জৈবিক রূপান্তর হল নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণ এবং নির্গমনের মান পূরণের মূল প্রক্রিয়া। এই প্রক্রিয়ায় একটি একক প্রতিক্রিয়া জড়িত নয়, বরং তিনটি মূল ধাপের সমন্বিত সমাপ্তি: অ্যামোনিফিকেশন, নাইট্রিফিকেশন এবং ডিনাইট্রিফিকেশন। একত্রে, এই পদক্ষেপগুলি ধীরে ধীরে বর্জ্য জলে জটিল জৈব নাইট্রোজেন এবং অজৈব নাইট্রোজেনকে ক্ষতিহীন নাইট্রোজেন গ্যাসে রূপান্তরিত করে, যা জলাশয়ে নাইট্রোজেনের লোডকে মৌলিকভাবে হ্রাস করে।

ভূমিকা
নর্দমায় নাইট্রোজেন প্রাথমিকভাবে জৈব নাইট্রোজেন (যেমন প্রোটিন এবং ইউরিয়া) এবং অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেনের আকারে বিদ্যমান। সরাসরি নিঃসরণ পরিবেশগত সমস্যা যেমন জলাশয়ের ইউট্রোফিকেশন হতে পারে। জৈবিক চিকিত্সা পদ্ধতি, উচ্চ দক্ষতা এবং অর্থনীতির সুবিধা সহ, নর্দমা থেকে নাইট্রোজেন অপসারণের জন্য মূলধারার প্রযুক্তি হয়ে উঠেছে। মূল নীতি হল নির্দিষ্ট পরিবেশগত পরিস্থিতিতে বিভিন্ন অণুজীবের বিপাকীয় ক্রিয়াকলাপগুলিকে ব্যবহার করে ধীরে ধীরে নাইট্রোজেন উপাদানগুলিকে রূপান্তরিত করা, শেষ পর্যন্ত জলাশয় থেকে বায়ুমণ্ডলে গ্যাসীয় অপসারণ অর্জন করা। নিম্নলিখিতগুলি পদ্ধতিগতভাবে এই প্রক্রিয়াটির মূল প্রক্রিয়াটিকে বিচ্ছিন্ন করবে।

অ্যামোনিফিকেশন হল বর্জ্য জল থেকে নাইট্রোজেন অপসারণের প্রথম ধাপ, যা জৈব নাইট্রোজেন যৌগের রূপান্তরকে উল্লেখ করে
প্রক্রিয়াটি প্রাথমিকভাবে অ্যামোনিফাইং ব্যাকটেরিয়া দ্বারা সহজতর হয়। পরিবেশের অক্সিজেন সামগ্রীর উপর নির্ভর করে, এটি দুটি পথের মধ্যে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: বায়বীয় রূপান্তর এবং অ্যানেরোবিক রূপান্তর
1. বায়বীয় রূপান্তর
বায়বীয় অবস্থার অধীনে, অ্যারোমোনাস হাইড্রোফিলা, ব্যাসিলাস সেরিয়াস এবং ফ্যাকাল্টেটিভ প্রোটিয়াস ভালগারিসের মতো অণুজীব প্রতিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করে, প্রাথমিকভাবে দুটি প্রধান প্রক্রিয়ার মাধ্যমে জৈব নাইট্রোজেনকে ক্ষয় করে:
• অক্সিডেটিভ ডিমিনেশন: অক্সিডেসের অনুঘটকের অধীনে, অ্যামিনো অ্যাসিডগুলি ধীরে ধীরে তাদের অ্যামিনো গ্রুপগুলি হারায় যাতে কেটো অ্যাসিড এবং অ্যামোনিয়া তৈরি হয়।
একটি উদাহরণ হিসাবে অ্যালানাইন গ্রহণ:
CH3CH(NH2)COOH → CH3C(NH2)COOH → CH3COCOOH + NH3

(অ্যালানাইন → ইমিনোপ্রোপিয়নিক অ্যাসিড → পাইরুভিক অ্যাসিড + অ্যামোনিয়া)
• অ্যামোনিয়ার হাইড্রোলাইসিস: হাইড্রোলাইটিক এনজাইমের ক্রিয়ায়, নাইট্রোজেন{0}}যুক্ত জৈব যৌগ যেমন ইউরিয়াকে অ্যামোনিয়া তৈরি করতে হাইড্রোলাইজ করা হয়।
ইউরিয়া হাইড্রোলাইসিস প্রতিক্রিয়া:
(NH2)2CO + 2H2O → 2NH3 + CO2 + H2O
এই প্রক্রিয়ার সাথে জড়িত ব্যাকটেরিয়াগুলির মধ্যে রয়েছে বায়বীয় ব্যাকটেরিয়া যেমন এন্টারোকক্কাস ফ্যাকালিস এবং ব্যাসিলাস ইউরিয়া।

2. অ্যানেরোবিক রূপান্তর
অ্যানেরোবিক বা অক্সিজেন{0}}স্বল্পতাপূর্ণ পরিবেশে, অ্যানেরোবিক এবং ফ্যাকাল্টেটিভ অ্যানারোবিক অণুজীব তিনটি পথের মাধ্যমে অ্যামোনিফিকেশন সম্পূর্ণ করে:
• হ্রাস এবং ডিমিনেশন:
RCH(NH2)COOH + 2H → RCH2COOH + NH3
• জল-ভিত্তিক অ্যামোনিয়া অপসারণ:
RCH(NH2)COOH + 2H2O → RCH(OH)COOH + NH3
ডিহাইড্রেশন এবং ডিহাইড্রেশন:
CH2(OH)CH(NH2) → CH3COCOOH + NH3+H2O
 

নাইট্রিফিকেশন হল দ্বিতীয় মূল বিক্রিয়া যা NH3−N-কে NOx−N-এ অক্সিডাইজ করে, যা নাইট্রাইট ব্যাকটেরিয়া এবং নাইট্রেট ব্যাকটেরিয়া দ্বারা সিনারজিস্টিকভাবে সম্পন্ন হয় এবং এটি দুটি পর্যায়ে বিভক্ত: নাইট্রিটেশন এবং নাইট্রিফিকেশন
1. প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া
• নাইট্রিটেশন প্রতিক্রিয়া (নাইট্রাইট ব্যাকটেরিয়া দ্বারা প্রভাবিত):
NH3 + 1.5O2 → NO2− + H+ + H2O + 273.5kJ
• নাইট্রিফিকেশন প্রতিক্রিয়া (নাইট্রোব্যাকটেরিয়া দ্বারা প্রভাবিত):
NO2− + 0.5O2 → NO3− + 73.19kJ
• সামগ্রিক প্রতিক্রিয়া সূত্র:
NH3 + 2O2 → NO3− + H+ + H2O + 346.69kJ

2. মূল প্রক্রিয়া বৈশিষ্ট্য
• উচ্চ অক্সিজেনের চাহিদা: 1g অপসারণের জন্য 4.2g তাত্ত্বিক খরচ, তাই নাইট্রিফিকেশন বিক্রিয়াটি পর্যাপ্ত বায়ু চলাচলের অবস্থার অধীনে করা প্রয়োজন।
• কম বৃদ্ধির হার: নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়াগুলির কোষের ফলন অত্যন্ত কম, এবং তারা ঠান্ডা শীতের মাসগুলিতে অপর্যাপ্ত কার্যকলাপের প্রবণতা বেশি। অতএব, চিকিত্সা দক্ষতা নিশ্চিত করার জন্য একটি উচ্চ স্লাজ ঘনত্ব বজায় রাখা প্রয়োজন।
• ক্ষারত্বের ব্যবহার: বিক্রিয়াটি প্রচুর পরিমাণে H+. উৎপন্ন করে তাত্ত্বিকভাবে, 7.54 গ্রাম ক্ষারত্ব (CaCO3 হিসাবে গণনা করা হয়) প্রতিটি 1 গ্রাম অক্সিডেশনের জন্য খরচ হয়। ক্ষারীয় এজেন্ট যোগ করে সিস্টেমের pH স্থিতিশীলতা বজায় রাখা প্রয়োজন।

বর্জ্য জল থেকে নাইট্রোজেন অপসারণের চূড়ান্ত ধাপ হল ডেনিট্রিফিকেশন। এটি সেই প্রক্রিয়াকে বোঝায় যেখানে ডিনাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া NOx−N এবং অন্যান্য নাইট্রোজেন অক্সাইডগুলিকে নাইট্রোজেন গ্যাস বা বায়বীয় নাইট্রোজেন অক্সাইডকে ইলেকট্রন গ্রহণকারী হিসাবে অ্যানেরোবিক বা অক্সিজেন{1}}অভাবে (DO <0.3~0.5mg/L) অবস্থায় কমিয়ে দেয়।
1. প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া
𝑁𝑂3−→𝑁𝑂2−→>𝑁𝑂→𝑁2𝑂→𝑁2
সম্পূর্ণ হ্রাস প্রতিক্রিয়া (উদাহরণস্বরূপ ইলেক্ট্রন দাতা হিসাবে জৈব যৌগ গ্রহণ):
NO3−{1}}[H] (ইলেক্ট্রন দাতা) → 0.5N2 + 2H2O + OH−
NO2− + 3[H] (ইলেক্ট্রন দাতা) → 0.5N2 + H2O + OH−

2. কার্বন উৎসের প্রয়োজনীয়তা এবং মাইক্রোবিয়াল বৈশিষ্ট্য

কার্বন উৎসের ব্যবহার: তাত্ত্বিকভাবে, 1 গ্রাম নাইট্রেট নাইট্রোজেনকে N2 তে রূপান্তর করতে 2.86 গ্রাম কার্বন উৎসের প্রয়োজন এবং 1 গ্রাম নাইট্রাইট নাইট্রোজেনে রূপান্তর করতে 1.71 গ্রাম জৈব পদার্থের প্রয়োজন।
• ইলেক্ট্রন দাতাদের বৈচিত্র্য: [এইচ] জৈব যৌগ, সালফাইড ইত্যাদি দ্বারা সরবরাহ করা যেতে পারে, প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশানের জন্য একাধিক কার্বন উত্স বিকল্প সরবরাহ করে।
• মাইক্রোবিয়াল বৈশিষ্ট্য: ডেনিট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া হল বেশিরভাগ ফ্যাকাল্টিটিভ ব্যাকটেরিয়া, যা অক্সিজেনের উপস্থিতিতে টার্মিনাল ইলেক্ট্রন গ্রহণকারী হিসাবে O2 ব্যবহার করে শ্বাস নেয় এবং অক্সিজেনের অনুপস্থিতিতে শ্বাস-প্রশ্বাসের জন্য NOx−N ব্যবহার করে। এই বৈশিষ্ট্য হল অ্যানোক্সিক ডিনাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়ার মূল ভিত্তি।
 

সারাংশ
নর্দমায় নাইট্রোজেনের জৈবিক রূপান্তর একটি চেইন প্রক্রিয়া যা আন্তঃসংযুক্ত:
অ্যামোনিফিকেশন জৈব নাইট্রোজেন অণুগুলিকে ভেঙে দেয়, অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন মুক্ত করে;
নাইট্রিফিকেশন একটি বায়বীয় পরিবেশে অ্যামোনিয়াকাল নাইট্রোজেনের নাইট্রেট নাইট্রোজেন থেকে ধীরে ধীরে জারণ জড়িত;
ডেনিট্রিফিকেশন অ্যানোক্সিক পরিবেশে নাইট্রেট নাইট্রোজেনকে নাইট্রোজেন গ্যাসে হ্রাস করে, শেষ পর্যন্ত জলাশয় থেকে বায়ুমণ্ডলে নাইট্রোজেন অপসারণ অর্জন করে।
এই প্রক্রিয়াটির দক্ষ পরিচালনা অক্সিজেন সামগ্রী, ক্ষারত্ব, কার্বন উত্স এবং তাপমাত্রার মতো মূল পরামিতিগুলির উপর সুনির্দিষ্ট নিয়ন্ত্রণের উপর নির্ভর করে এবং আধুনিক শহুরে বর্জ্য জলের প্ল্যান্ট এবং শিল্প বর্জ্য জল চিকিত্সায় স্থিতিশীল নাইট্রোজেন অপসারণ অর্জনের জন্য মূল প্রযুক্তিগত সহায়তা হিসাবে কাজ করে।