বায়ুচলাচল ট্যাঙ্কে অক্সিজেনের চাহিদা এবং বায়ুচলাচল হার গণনার পদ্ধতির বিস্তারিত ব্যাখ্যা

বর্জ্য জলের জৈবিক চিকিত্সা প্রক্রিয়ায়, বায়ুচলাচল ট্যাঙ্ক হল মূল প্রতিক্রিয়া ইউনিট। এর মূল কাজটি হল মিশ্রিত মদের মধ্যে অক্সিজেন স্থানান্তর করা যাতে বায়ুমন্ডলের যন্ত্রের মাধ্যমে জীবাণু বিপাক এবং দূষণকারীর অবক্ষয়ের প্রয়োজন মেটানো হয়। অক্সিজেনের চাহিদা (O₂ চাহিদা) জৈব পদার্থের অবনতি এবং অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেনকে অক্সিডাইজ করার জন্য অণুজীবের জন্য প্রয়োজনীয় মোট অক্সিজেনকে বোঝায়, যখন বায়ুচলাচল হার হল অক্সিজেনের চাহিদা এবং অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতার মতো পরামিতিগুলির উপর ভিত্তি করে গণনা করা বায়ু চলাচলের সরঞ্জামের প্রকৃত আউটপুট। অক্সিজেনের চাহিদা এবং বায়ুচলাচল হারের সঠিক গণনা শুধুমাত্র বর্জ্য জল শোধনের কার্যকারিতা নিশ্চিত করে না বরং শক্তির ব্যবহারকে অপ্টিমাইজ করে এবং অপারেটিং খরচ কমায়। এই নিবন্ধটি গণনার যুক্তি, মূল সূত্র এবং এই দুটি প্যারামিটারের মূল প্রভাবক কারণগুলিকে বিশদভাবে ভেঙে দেবে, যা ইঞ্জিনিয়ারিং ডিজাইন এবং অপারেশনাল সামঞ্জস্যের জন্য একটি রেফারেন্স প্রদান করবে।

অক্সিজেন চাহিদা গণনা মাইক্রোবিয়াল বিপাকীয় প্রতিক্রিয়ার উপর ভিত্তি করে, কার্বনাইজেশন অক্সিজেনের চাহিদা (জৈব পদার্থের অবক্ষয়) এবং নাইট্রিফিকেশন অক্সিজেনের চাহিদা (অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেনের অক্সিডেশন) অন্তর্ভুক্ত। এটির জন্য অন্তঃসত্ত্বা শ্বাস-প্রশ্বাসের ক্ষয় দ্বারা গৃহীত অক্সিজেন এবং বর্জ্য পদার্থে দ্রবীভূত অক্সিজেন দ্বারা বাহিত অক্সিজেনকে বাদ দেওয়া প্রয়োজন, যা শেষ পর্যন্ত প্রকৃত মোট অক্সিজেনের চাহিদা পূরণ করে।

1. মূল গণনার ভিত্তি এবং সূত্র

অক্সিজেনের চাহিদা (OD) গণনা প্রধান পরামিতিগুলির উপর ভিত্তি করে যেমন প্রভাবশালী জলের গুণমান (BOD₅, COD, NH₄⁺-N), চিকিত্সার দক্ষতা এবং স্লাজের ঘনত্ব। মূল সূত্রটি নিম্নরূপ:

মোট অক্সিজেনের চাহিদা (O₂ₜₒₜₐₗ)=কার্বনাইজেশন অক্সিজেনের চাহিদা (O₂₍ₙ₎) + নাইট্রিফিকেশন অক্সিজেনের চাহিদা (O₂₍ₙᵢₜ₎) - রেসপিরেশন অক্সিজেন ডিমান্ড (O₂₍ₑₙₐₐ₎) - অক্সিজেন DO দ্বারা বর্জ্য পদার্থে বাহিত হয় (O₂₍ₒᵤₜ₎)

(1) কার্বনেশন অক্সিজেনের চাহিদা (O₂₍ₙ₎)
কার্বনেশন অক্সিজেনের চাহিদা বায়োডেগ্রেডেবল জৈব পদার্থের মাইক্রোবিয়াল অবক্ষয়ের জন্য প্রয়োজনীয় অক্সিজেনের পরিমাণ। মূল নির্দেশক হিসাবে BOD₅ ব্যবহার করে, গণনার সূত্র হল:

O₂₍ₙ₎ = a' × Q × (Sᵢₙ - Sₒᵤₜ) - b' × V × X

সূত্রে প্যারামিটারের ব্যাখ্যা:

1a': জৈব পদার্থের অবক্ষয়ের জন্য অক্সিজেনের চাহিদা সহগ (kg O₂/kg) BOD₅: প্রচলিত গার্হস্থ্য বর্জ্য জলের জন্য, a' 0.42~0.53 হিসাবে নেওয়া হয়; শিল্প বর্জ্য জলের জন্য, মান বায়োডিগ্রেডেবিলিটি অনুসারে সামঞ্জস্য করা দরকার (দরিদ্র বায়োডিগ্রেডেবিলিটির জন্য উচ্চ মান, ভাল বায়োডিগ্রেডেবিলিটির জন্য কম মান);

1 প্রশ্ন: চিকিত্সার পরিমাণ (m³/d);

1Sᵢₙ,Sₒᵤₜ: প্রভাবশালী এবং বর্জ্য BOD₅ ঘনত্ব (kg/m³, অর্থাৎ, g/L);

1b': স্লাজ এন্ডোজেনাস রেসপিরেশন অক্সিজেন খরচ সহগ (kg O₂/(kg MLSS·d)), গার্হস্থ্য বর্জ্য জলের জন্য, b' 0.10~0.15 হিসাবে নেওয়া হয়;

1V: বায়ুচলাচল ট্যাঙ্কের কার্যকর ভলিউম (m³);

1X: মিশ্র মদের বায়ুচলাচল ট্যাঙ্কে স্থগিত কঠিন পদার্থের ঘনত্ব (MLSS, kg/m³)।

দ্রষ্টব্য: যদি COD কে গণনার সূচক হিসাবে ব্যবহার করা হয়, COD কে প্রথমে BOD₅ তে রূপান্তর করতে হবে (প্রচলিত গার্হস্থ্য বর্জ্য জলের জন্য, BOD₅/COD≈0.5; শিল্প বর্জ্য জলের জন্য, প্রকৃত পরিমাপ প্রয়োজন)।

(2) নাইট্রিফিকেশন অক্সিজেনের চাহিদা (O₂₍ₙᵢₜ₎)

যদি প্রক্রিয়াটির জন্য নাইট্রিফিকেশনের প্রয়োজন হয় (অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেনের অক্সিডেশন থেকে নাইট্রেট নাইট্রোজেন), নাইট্রিফিকেশন অক্সিজেনের চাহিদা আলাদাভাবে গণনা করা প্রয়োজন। সূত্রটি হল:

O₂₍ₙᵢₜ₎=4.57 × Q × (NH₄⁺-Nᵢₙ - NH₄⁺-Nₒᵤₜ) - 0.12 × Q × (NO₃⁻N- NO₃⁻-Nᵢₙ)

সূত্রে প্যারামিটারের ব্যাখ্যা:

14.57: অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন থেকে নাইট্রেট নাইট্রোজেন (কেজি O₂/kg) NH₄⁺-N) এর অক্সিডেশনের জন্য তাত্ত্বিক অক্সিজেনের চাহিদা সহগ;

10.12: নাইট্রেট ডিনাইট্রিফিকেশনের জন্য অক্সিজেন খরচ অফসেট সহগ (কোনও ডিনাইট্রিফিকেশন না থাকলে এটি উপেক্ষা করা যেতে পারে);

1NH₄⁺-Nᵢₙ, NH₄⁺-Nₒᵤₜ: প্রবাহিত এবং বর্জ্য পদার্থে অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেনের ঘনত্ব (kg/m³);

1NO₃⁻-Nᵢₙ, NO₃⁻-Nₒᵤₜ: প্রবাহিত এবং বর্জ্য পদার্থে নাইট্রেট নাইট্রোজেনের ঘনত্ব (kg/m³)।

(3) এন্ডোজেনাস রেসপিরেশন থেকে অক্সিজেন খরচ এবং ডিও দ্বারা অক্সিজেন ক্যারিওভার
অন্তঃসত্ত্বা শ্বসন থেকে অক্সিজেন খরচ ইতিমধ্যেই b' প্যারামিটারের মাধ্যমে কার্বনেশন অক্সিজেন চাহিদা সূত্রে প্রতিফলিত হয়েছে এবং আবার গণনা করার প্রয়োজন নেই; ডিও দ্বারা বর্জ্য পদার্থে অক্সিজেন বহনের হিসাব করার সূত্র হল:

O₂₍ₒᵤₜ₎=8.33 × Q × (DOₒᵤₜ - DOᵢₙ)

যেখানে: 8.33 হল অক্সিজেন ঘনত্ব রূপান্তর ফ্যাক্টর (kg O₂/(m³·mg/L)), DOᵢₙ এবং DOₒᵤₜ হল যথাক্রমে প্রবাহিত এবং বর্জ্য (mg/L) এর দ্রবীভূত অক্সিজেন ঘনত্ব। স্বাভাবিক ক্ষেত্রে, প্রভাবশালীর ডিও উপেক্ষা করা যেতে পারে (0 হিসাবে নেওয়া), এবং বর্জ্যের DO 2~3 mg/L এ নিয়ন্ত্রিত হয়।

2. অক্সিজেন চাহিদা (OD) গণনার উদাহরণ Q=1000 m³/d এর শোধন ক্ষমতা সহ একটি গার্হস্থ্য বর্জ্য জল শোধনাগার, একটি কার্যকর বায়ুচলাচল ট্যাঙ্ক ভলিউম V=300 m³, প্রভাবশালী BOD₅=200 mg/L, বর্জ্য BOD₅=20 mg/L, ফ্লুয়েন্ট BOD₅=20 mg/d=20 mg/d NH₄⁺-N=30 mg/L, বর্জ্য NH₄⁺-N=1 mg/L, এবং বর্জ্য DO=2 mg/L, a'=0.5 এবং b'=0.12. নিন

(1) কার্বনেশন অক্সিজেনের চাহিদা: O₂₍ₙ₎=0.5 × 1000 × (0.2 - 0.02) - 0.12 × 300 × 3=90 - 108=-18 (একটি নেতিবাচক মান নির্দেশ করে যে অন্তঃসত্ত্বা শ্বসন অক্সিজেনের চাহিদা কার্বনেশন অক্সিজেনের চাহিদার চেয়ে বেশি), তাই আমরা 0 গ্রহণ করি;

(2) নাইট্রিফিকেশন অক্সিজেনের চাহিদা: O₂₍ₙᵢₜ₎=4.57 × 1000 × (0.03 - 0.001)=4.57 × 29 ≈ 132.53 kg O₂/d;

(3) ডিও দ্বারা বর্জ্য পদার্থে অক্সিজেন বহন করে: O₂₍ₒᵤₜ₎=8.33 × 1000 × (2 - 0)=16.66 kg O₂/d;

(4) মোট অক্সিজেনের চাহিদা: O₂ₜₒₜₐₗ=0 + 132.53 - 16.66≈115.87kg O₂/d.

বায়ুচলাচল ভলিউম বায়ুর পরিমাণ বোঝায় যা বায়ুচলাচল সরঞ্জামগুলিকে বায়ুচলাচল ট্যাঙ্কে ইনপুট করতে হবে। অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা এবং বায়ু অক্সিজেন সামগ্রীর মতো পরামিতিগুলির সাথে মিলিত মোট অক্সিজেনের চাহিদার উপর ভিত্তি করে এটি গণনা করা দরকার। জলের তাপমাত্রা এবং বায়ুচাপের মতো কারণগুলির কারণে অক্সিজেন স্থানান্তরের জন্য সংশোধনগুলিও বিবেচনা করা দরকার।

1. মূল গণনার যুক্তি এবং সূত্র
বাতাসে অক্সিজেনের পরিমাণ প্রায় 21% (ভরাংশ)। অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা (Eₚ) বলতে আসলে বাতাস থেকে মিশ্রিত মদের মধ্যে স্থানান্তরিত অক্সিজেনের অনুপাতকে বোঝায়। বায়ুচলাচল হার নিম্নলিখিত সূত্র ব্যবহার করে গণনা করা হয়:

প্রকৃত বায়ুচলাচল হার (Gₛ)=মোট অক্সিজেনের চাহিদা (O₂ₜₒₜₐₗ) / (বায়ু অক্সিজেন সামগ্রী × অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা × সংশোধন ফ্যাক্টর)

নির্দিষ্ট পচন সূত্র:

Gₛ = O₂ₜₒₜₐₗ × 1000 / (0.21 × 1.205 × Eₚ × Kₜ × ... Kₚ)

সূত্রে প্যারামিটারের ব্যাখ্যা:

10.21: বাতাসে অক্সিজেনের ভগ্নাংশ (%);

11.205: বায়ুর ঘনত্ব (kg/m³, মানক অবস্থার অধীনে, 20 ডিগ্রি , 1 atm);

1Eₚ: অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা (%), Eₚ বায়ু চলাচলের সরঞ্জামের উপর নির্ভর করে ব্যাপকভাবে পরিবর্তিত হয়: ব্লোয়ার এয়ারেশন (মাইক্রোপোরাস এরেটর) Eₚ=15%~25%, সারফেস অ্যায়ারেশন (ইম্পেলার এরেটর) Eₚ=8% ~15%;

1Kₜ: জলের তাপমাত্রা সংশোধন ফ্যাক্টর, Kₜ=1.024^(T-20), যেখানে T হল বায়ুচলাচল ট্যাঙ্কের প্রকৃত জলের তাপমাত্রা (ডিগ্রী)। জলের তাপমাত্রা বাড়ার সাথে সাথে অক্সিজেনের দ্রবণীয়তা হ্রাস পায় এবং Kₜ বৃদ্ধি পায়।

1Kₚ: গ্যাসের চাপ সংশোধন ফ্যাক্টর, Kₚ=P/1.013, যেখানে P হল স্থানীয় বায়ুমণ্ডলীয় চাপ (atm)। বায়ুমণ্ডলীয় চাপ বাড়ার সাথে সাথে অক্সিজেনের দ্রবণীয়তা বৃদ্ধি পায় এবং Kₚ বৃদ্ধি পায়।

11000: ইউনিট রূপান্তর ফ্যাক্টর (kg O₂ থেকে g O₂ রূপান্তর করে)।

2. বায়ুচলাচল হার গণনার উদাহরণ (উপরে অক্সিজেনের চাহিদার উদাহরণ অনুসরণ করে) মোট অক্সিজেনের চাহিদা O₂ₜₒₒₜₐₗ=115.87kg O₂/d, মাইক্রোপোরাস এয়ারেটর ব্যবহার করে, Eₚ=20%, বায়ুচলাচল ট্যাঙ্ক এবং জলের চাপ} ডিগ্রী {3} ডিগ্রি স্থানীয় চাপ পি=1.0এটিএম

(1) সংশোধন ফ্যাক্টর গণনা করুন: Kₜ=1.024^(25-20)=1.024⁵≈1.127, Kₚ=1.0/1.013≈0.987;

(2) বায়ুচলাচল হার গণনা করুন: Gₛ=115.87×1000 / (0.21×1.205×20%×1.127×0.987)≈115870 / (0.21×1.205×0.2×1.127×0.987)≈111 0.056≈2069109 m³/d? এখানে গণনাটি ভুল এবং নিম্নরূপ সংশোধন করা উচিত:

পুনরায় গণনা করুন (একক সামঞ্জস্যপূর্ণ): O₂ₜₜₒₜₐₗ=115.87 kg/d=115870 g/d;

হর: 0.21 (অক্সিজেন ভলিউম ভগ্নাংশ) × 1.205 (বায়ু ঘনত্ব kg/m³) × Eₚ (20%=0.2) × Kₜ (1.127) × Kₚ (0.987)=0.21 × 1.205 × 0.2 × 0.2 × 1.1 0.1 × 1.205 ≈ 0.253, 0.253 × 0.2 ≈ 0.0506, 0.0506 × 1.127 ≈ 0.057, 0.057 × 0.987 ≈ 0.056 kg O₂/m³

অতএব, Gₛ=115.87 kg/d / 0.056 kg O₂/m³ বায়ু ≈ 2069 m³/d (প্রায় 86.2 m³/h)।

1. জলের গুণমান ফ্যাক্টর
প্রভাবশালী জৈব পদার্থ (BOD₅, COD) এবং অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেনের ঘনত্ব সরাসরি অক্সিজেনের চাহিদা নির্ধারণ করে: ঘনত্ব যত বেশি হবে, অক্সিজেনের চাহিদা তত বেশি হবে এবং সেই অনুযায়ী বায়ুচলাচলের হার বাড়াতে হবে; যদি শিল্প বর্জ্য জলে অপ্রতিরোধ্য জৈব পদার্থ বা বিষাক্ত পদার্থ থাকে, তবে এটি জীবাণুর ক্রিয়াকলাপকে বাধা দেবে, যার জন্য বায়ুচলাচল হারের যথাযথ বৃদ্ধি প্রয়োজন (বিষাক্ততা প্রতিরোধের জন্য DO ঘনত্ব বৃদ্ধি করা)।

2. অপারেটিং পরামিতি
অত্যধিক উচ্চ এমএলএসএস ঘনত্ব অন্তঃসত্ত্বা শ্বাস-প্রশ্বাসের অক্সিজেন খরচ বাড়াবে এবং অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা হ্রাস করবে (মিশ্র মদের সান্দ্রতা বৃদ্ধি), যার জন্য এমএলএসএস এবং বায়ুচলাচল হারের মধ্যে ভারসাম্য প্রয়োজন; স্লাজ রিটেনশন টাইম (SRT) নাইট্রিফিকেশন দক্ষতাকে প্রভাবিত করে, নাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়ার জন্য SRT কে 10 দিনের (20 ডিগ্রি) থেকে বেশি বা সমান নিয়ন্ত্রণ করতে হবে এবং পর্যাপ্ত নাইট্রিফিকেশন অক্সিজেনের চাহিদা মেলে।

3. পরিবেশগত কারণ
বর্ধিত জলের তাপমাত্রা অক্সিজেন দ্রবণীয়তা হ্রাস করে এবং অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা হ্রাস করে, বায়ুচলাচল বৃদ্ধির প্রয়োজন হয়। কমে যাওয়া বায়ুচাপ (যেমন, উচ্চ-উচ্চতা অঞ্চলে) অক্সিজেনের দ্রবণীয়তাকে আরও কমিয়ে দেয়, যার ক্ষতিপূরণের জন্য বায়ুচলাচল বৃদ্ধির প্রয়োজন হয়। মিশ্রিত মদের pH নাইট্রিফিকেশনকে প্রভাবিত করে (অনুকূল pH=7.5~8.5); অস্বাভাবিক pH এর জন্য বায়ুচলাচল অপ্টিমাইজ করার আগে জলের মানের সমন্বয়ের অগ্রাধিকার প্রয়োজন।

4. বায়ুচলাচল সরঞ্জাম নির্বাচন
বিভিন্ন বায়ু চলাচলের সরঞ্জামের ধরন উল্লেখযোগ্যভাবে বিভিন্ন অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা প্রদান করে। মাইক্রোপোরাস এয়ারেটরগুলির সর্বোচ্চ অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা রয়েছে এবং বড় বায়ুবাহিত ট্যাঙ্কগুলির জন্য উপযুক্ত। সারফেস এয়ারেটরগুলি ইনস্টল করা সহজ এবং ছোট বর্জ্য জল শোধনাগারের জন্য উপযুক্ত। সরঞ্জাম নির্বাচন করার সময়, বায়ু চলাচলের পরিমাণ এবং অপারেটিং খরচ কমাতে উচ্চ-দক্ষতা, কম-শক্তি-ব্যবহারের সরঞ্জামগুলিকে অগ্রাধিকার দিয়ে, অক্সিজেনের চাহিদা এবং ট্যাঙ্কের ধরন বিবেচনা করা অপরিহার্য৷

1. সুনির্দিষ্ট পরামিতি মান: a', b', এবং Eₚ এর মতো গুণাগুণগুলিকে বর্জ্য জলের (গার্হস্থ্য পয়ঃনিষ্কাশন/শিল্প বর্জ্য জল), বায়ু চলাচলের সরঞ্জামের মডেল এবং পরিমাপ করা ডেটার উপর ভিত্তি করে সমন্বয় করা প্রয়োজন যাতে সরাসরি অভিজ্ঞতামূলক মান প্রয়োগের ফলে গণনার বিচ্যুতি এড়াতে হয়।

2. ইউনিট সামঞ্জস্যতা হল মূল: গণনার আগে, সমস্ত প্যারামিটার ইউনিট অবশ্যই সামঞ্জস্যপূর্ণ হতে হবে (যেমন, mg/L থেকে kg/m³, m³/d থেকে m³/h) ইউনিট বিভ্রান্তি এড়াতে যা ত্রুটির দিকে পরিচালিত করে।

3. ডিজাইন মার্জিন: প্রকৃত প্রকল্পগুলিতে, জলের গুণমান ওঠানামা এবং সরঞ্জামের বার্ধক্যের মতো কারণগুলির কারণে অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতা হ্রাসকে মোকাবেলা করার জন্য 1.1~1.2 এর একটি সুরক্ষা ফ্যাক্টরকে গণনাকৃত বায়ুচলাচল হার দ্বারা গুণ করা উচিত।

4. প্রকৃত ক্রিয়াকলাপের উপর ভিত্তি করে সমন্বয়: গণনা করা মানগুলি তাত্ত্বিক মান। প্রকৃত অপারেশনে, কার্যক্ষমতা এবং শক্তি খরচের মধ্যে ভারসাম্য অর্জনের জন্য মিশ্র মদের DO ঘনত্ব (2~3 mg/L এ নিয়ন্ত্রিত) এবং বর্জ্য মানের (BOD₅, NH₄⁺-N) উপর ভিত্তি করে বায়ুচলাচল হার গতিশীলভাবে সামঞ্জস্য করা প্রয়োজন।

একটি বায়ুচলাচল ট্যাঙ্কে অক্সিজেনের চাহিদা এবং বায়ুচলাচল হার গণনা করা বর্জ্য জল চিকিত্সা ইঞ্জিনিয়ারিং ডিজাইন এবং অপারেশন অপ্টিমাইজেশনের একটি মূল দিক। মূলত, এটি "চাহিদা অনুযায়ী-অক্সিজেন সরবরাহ" অর্জনের জন্য অণুজীবের বিপাকীয় চাহিদা এবং অক্সিজেন স্থানান্তর দক্ষতার পরিমাপ করা জড়িত। অক্সিজেনের চাহিদা গণনাগুলি অবশ্যই জলের গুণমানের পরামিতি এবং মাইক্রোবিয়াল বিপাকীয় প্যাটার্নগুলির সাথে ঘনিষ্ঠভাবে মেনে চলতে হবে, যখন বায়ুচলাচল হার গণনাগুলিকে সরঞ্জামের কার্যকারিতা এবং পরিবেশগত কারণগুলির সাথে সমন্বয় করা প্রয়োজন৷ ব্যবহারিক অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, তাত্ত্বিক গণনার মাধ্যমে একটি মৌলিক কাঠামো স্থাপন করা প্রয়োজন, তারপরে পরিমাপিত ডেটার উপর ভিত্তি করে গতিশীল সমন্বয় করা হয়। এটি নিশ্চিত করে যে বর্জ্য জল চিকিত্সার ফলাফলগুলি মান পূরণ করে যখন বায়ুমণ্ডল শক্তি খরচ কম করে, দক্ষ এবং লাভজনক প্রক্রিয়া অপারেশন অর্জন করে।