যদিও চীনের বিশ্বের বৃহত্তম বর্জ্য জল শোধন ক্ষমতা এবং বাজার রয়েছে, যার দৈনিক পরিশোধন ক্ষমতা প্রায় 200 মিলিয়ন m3/d।
যাইহোক, শিল্পোন্নত দেশগুলির তুলনায় যারা এক শতাব্দী আগে ব্যাপকভাবে বর্জ্য জল ব্যবস্থাপনার প্রয়োগ করেছে, চীনের 40 বছর আগে প্রায় কোনও বর্জ্য জল ব্যবস্থাপনার অভিজ্ঞতা ছিল না।
অতএব, উদীয়মান প্রযুক্তির বিকাশ পয়ঃনিষ্কাশন প্রক্রিয়াকরণের ক্ষমতা এবং স্যুয়ারেজ ট্রিটমেন্ট প্ল্যান্টের দক্ষতা উন্নত করার জন্য অত্যন্ত তাৎপর্যপূর্ণ, এবং "দ্বৈত কার্বন" লক্ষ্য অর্জনে সহায়তা করে।
জৈবিক ডিনাইট্রিফিকেশন একটি প্রক্রিয়া যা নাইট্রেট (NO3–) এবং নাইট্রাইট (NO2–) কে গ্যাসীয় নাইট্রোজেনে রূপান্তর করতে অণুজীবের উপর নির্ভর করে। এটি পয়ঃনিষ্কাশন প্রক্রিয়ার একটি মূল পদক্ষেপ এবং জলের গুণমান উন্নত করার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
স্যুয়ারেজ ট্রিটমেন্ট প্লান্টে, হেটেরোট্রফিক ডিনাইট্রিফিকেশন হল সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত পদ্ধতি। যাইহোক, কখনও কখনও নর্দমায় জৈব কার্বন সম্পূর্ণ ডিনাইট্রিফিকেশন সমর্থন করার জন্য যথেষ্ট নয়, এবং কার্যকরভাবে পুষ্টি অপসারণের জন্য অতিরিক্ত জৈব কার্বন যোগ করা প্রয়োজন।
এটি শুধুমাত্র পয়ঃনিষ্কাশন প্ল্যান্টের পরিচালন ব্যয়কে 3.5-8.5% বৃদ্ধি করবে না, তবে গ্রিনহাউস গ্যাস নির্গমনকেও উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করবে, যা প্রতি বছর জনসংখ্যার সমান প্রায় 50-125 কেজি কার্বন ডাই অক্সাইড নির্গমন।
বিপরীতে, একটি পরিবেশ-বান্ধব জৈবিক পদ্ধতি হিসাবে, সাম্প্রতিক বছরগুলিতে অটোট্রফিক ডিনাইট্রিফিকেশন ক্রমবর্ধমান মনোযোগ পেয়েছে। এই পদ্ধতিতে সাধারণত হাইড্রোজেন, সালফার-হ্রাসকারী যৌগ এবং লোহা খনিজ ইলেকট্রন দাতা হিসাবে অজৈব হ্রাসকারী যৌগ ব্যবহার করা হয়।
যাইহোক, এই অজৈব ইলেক্ট্রন দাতাদেরও সুস্পষ্ট অসুবিধা এবং সীমাবদ্ধতা রয়েছে, যেমন হাইড্রোজেনের কম অর্ধ-স্যাচুরেশন ধ্রুবক এবং সালফার-হ্রাসকারী যৌগগুলির কারণে মধ্যবর্তী বিপাকীয় দূষণের ঝুঁকি।
যদিও গবেষণায় দেখা গেছে যে অটোট্রফিক ডিনাইট্রিফিকেশনের প্রভাব বায়োইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রক্রিয়ার মাধ্যমে উন্নত করা যেতে পারে, অর্থাৎ বায়োইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ডিনাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে।
যাইহোক, জটিল চুল্লি কনফিগারেশন এবং বায়োইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির উচ্চ শক্তি খরচ সংশ্লেষণের পদক্ষেপের কারণে, উপরের পদ্ধতিগুলির বড় আকারের প্রচার এবং প্রয়োগ সীমিত।
অতএব, কীভাবে স্যুয়ারেজ ট্রিটমেন্ট প্ল্যান্টের ডিনাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়াটি অপ্টিমাইজ করা যায় এবং স্যুয়ারেজ ট্রিটমেন্ট প্ল্যান্টের অপারেটিং দক্ষতা উন্নত করা যায় তা সবসময় ক্ষেত্রের মুখোমুখি হয়ে থাকে।
জানা গেছে যে Zhou Shungui এর দল দীর্ঘকাল ধরে মাইক্রোবিয়াল ইলেক্ট্রোকেমিস্ট্রি এবং মাইক্রোবিয়াল এক্সট্রা সেলুলার ইলেকট্রন স্থানান্তর নিয়ে গবেষণায় নিযুক্ত রয়েছে। গবেষণা দল বহু বছরের গবেষণায় খুঁজে পেয়েছে যে ইলেকট্রনগুলি অণুজীবের শক্তি অর্জন এবং বিপাকের ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।
অর্থাৎ, অণুজীবকে শক্তি প্রাপ্ত করতে হবে এবং রেডক্স বিক্রিয়ার একটি সিরিজের মাধ্যমে, অর্থাৎ ইলেক্ট্রন স্থানান্তর বিক্রিয়ার মাধ্যমে জীবন ক্রিয়াকলাপ বজায় রাখতে হবে।
অতএব, যদিও যান্ত্রিক শক্তি প্রকৃতিতে শক্তির সবচেয়ে সাধারণ রূপ, এটি জীবাণু বিপাককে প্রভাবিত করবে, তাই এটি একটি সেতু হিসাবে ইলেকট্রন প্রয়োজন হতে পারে।
মাইক্রোবিয়াল বিপাকের উপর যান্ত্রিক শক্তির প্রভাব প্রমাণ করার জন্য, প্রথমে যান্ত্রিক শক্তি ইলেকট্রন তৈরিতে প্রভাব ফেলতে পারে কিনা তা অন্বেষণ করা প্রয়োজন। অতএব, Zhou Shungui এবং তার দল যান্ত্রিকভাবে প্ররোচিত piezoelectric প্রভাবের দিকে মনোযোগ দিতে শুরু করে।
তারা যে তথ্য নিয়ে পরামর্শ করেছিল তা তাদের আরও উৎসাহিত করেছিল। দেখা গেল যে 1880 সালের প্রথম দিকে, ফরাসি বিজ্ঞানী "কিউরি ভাই" পিয়েরে কুরি এবং জ্যাক কুরি প্রথম কোয়ার্টজ স্ফটিকগুলিতে "পিজোইলেকট্রিক প্রভাব" আবিষ্কার করেছিলেন, অর্থাৎ, যান্ত্রিক চাপের শিকার হলে কোয়ার্টজ বৈদ্যুতিক চার্জ তৈরি করবে।
1917 সালে, ফরাসি বিজ্ঞানী পল ল্যাঙ্গেভিন বিশ্বের প্রথম সক্রিয় সোনার (ল্যাঞ্জেভিন সোনার) উদ্ভাবনের জন্য কোয়ার্টজ স্ফটিকের পাইজোইলেকট্রিক প্রভাব ব্যবহার করেছিলেন এবং "ইকোলোকেশন" এর উপর ভিত্তি করে সফলভাবে জাহাজগুলি স্থাপন করেছিলেন।
এর মানে হল যে এই চার্জগুলি মাইক্রোবিয়াল বিপাককে চালিত করতে অণুজীবের বহির্মুখী হ্রাসকারী শক্তি হিসাবে কাজ করতে সক্ষম হতে পারে। যাইহোক, পাইজোইলেকট্রিক প্রভাব আবিষ্কারের পর থেকে, কেউ এই সম্ভাবনা নিশ্চিত করেনি।
"এটি আমাদের উত্তেজিত করে তোলে তবে কিছুটা নার্ভাসও করে তোলে, সর্বোপরি, বিদ্যমান গবেষণার ফলাফলগুলি দেখায় যে যান্ত্রিক শক্তি শারীরিক ফেটে যেতে পারে এবং কোষগুলি দ্রবীভূত করতে পারে। তাই, এই অভিনব পদ্ধতিটি নিশ্চিত করার জন্য আমাদের চূড়ান্ত প্রমাণের প্রয়োজন।" ঝাউ শুংগুই ড.
অনেক সাহিত্য পর্যালোচনার পরে, তারা দেখতে পেয়েছে যে স্ট্রুভাইট একটি চমৎকার পাইজোইলেকট্রিক উপাদান এবং বর্জ্য জল চিকিত্সার ক্ষেত্রে এটি খুব সাধারণ।
সুতরাং, স্ট্রুভাইটকে কি অণুজীবের সাথে একত্রিত করা যেতে পারে যেমন বর্জ্য জলের ডিনাইট্রিফিকেশন কর্মক্ষমতা বাড়ানোর জন্য ডিনাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া?
সর্বোপরি, প্রথাগত স্যুয়ারেজ ট্রিটমেন্ট প্ল্যান্টের অপারেটিং খরচের {{0}}% জন্য শক্তি খরচ দায়ী, যা 0৷{2}}.1 kWh প্রতি ঘনমিটার নিকাশী শোধন করা হয়৷
এই শক্তি খরচ সাধারণত মোটর সরঞ্জামের বায়ুচলাচল বা আলোড়ন থেকে আসে, তাই সেগুলি প্রায়শই সম্পূর্ণরূপে ব্যবহার করা হয় না।
চেষ্টা করার মনোভাবের সাথে, তারা একটি পাইজোইলেকট্রিক অনুঘটক জৈবিক ডিনাইট্রিফিকেশন পরীক্ষা ডিজাইন করেছে। বর্জ্য জলে ব্যাপকভাবে বিদ্যমান অ্যামোনিয়াম, ফসফেট এবং ম্যাগনেসিয়াম আয়ন ব্যবহার করে, স্ট্রুভাইট "আর্মর" এর একটি স্তর অণুজীব অণুজীবের উপরিভাগে সংশ্লেষিত হয়েছিল।
পরবর্তী পরীক্ষাগুলি প্রমাণ করে যে অন্ধকার এবং কম-ফ্রিকোয়েন্সি যান্ত্রিক আলোড়ন প্রক্রিয়ায়, "বর্মের" এই স্তরটি অবিচ্ছিন্নভাবে অণুজীবের জন্য ইলেকট্রন সরবরাহ করতে পারে, যার ফলে ডিনাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়াটি চালিত হয়।
একই সময়ে, ঐতিহ্যগত জৈবিক ডিনাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়ার সাথে তুলনা করে, এই পদ্ধতিটি উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন।
ফটোক্যাটালাইসিসের মতো প্রক্রিয়াগুলির বিপরীতে, এটির জন্য ঐতিহ্যগত বলি রাসায়নিক বিকারক প্রয়োজন হয় না, তবে "পিজোইলেকট্রিক হোল বিকারক" হিসাবে জল ব্যবহার করে।
উপরন্তু, উত্পাদিত স্ট্রুভাইট রেসিপিটেট ফসফেট সার এবং নাইট্রোজেন সার হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে নির্গমন হ্রাস এবং কার্যকারিতা বৃদ্ধির লক্ষ্য অর্জনের জন্য।
প্রকৃতপক্ষে, গবেষণার শুরুতে, গবেষণা দল যান্ত্রিক শক্তির উত্স হিসাবে দোলনকে ব্যবহার করেছিল এবং বারবার পরীক্ষামূলক অবস্থা এবং পরামিতিগুলিকে অপ্টিমাইজ করেছিল, কিন্তু প্রভাব তখনও অসন্তোষজনক ছিল এবং দলের সদস্যরা একবার আস্থা হারিয়ে ফেলেছিল।
হঠাৎ একদিন, তারা দেখতে পেল যে পরীক্ষাগারের টেবিলে চৌম্বকীয় আলোড়নকারী ওষুধের বোতলটি তাত্ক্ষণিকভাবে দ্রবীভূত করে এবং একটি স্ফটিক স্বচ্ছ ত্রিভুজাকার ঘূর্ণি তৈরি করে।
এই আবিষ্কার তাদের একটি ধারণা দিয়েছে: চৌম্বকীয় আলোড়নকে শক্তিশালী যান্ত্রিক শক্তি তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে?
দেখা গেল তাদের অনুমান সঠিক ছিল। দোদুল্যমান যান্ত্রিক বল খুব দুর্বল ছিল, যে কারণে আগের পরীক্ষাটি ভালভাবে কাজ করেনি। চৌম্বকীয় উদ্দীপক ব্যবহার করার পরে, গবেষণার অগ্রগতি মসৃণ হতে শুরু করে।
প্রাসঙ্গিক গবেষণাপত্রটি নেচার ওয়াটারে "সেলুলার পাইজো-সংবেদনশীলতার মাধ্যমে যান্ত্রিক শক্তি দ্বারা চালিত ওয়েস্ট ওয়াটার ডিনাইট্রিফিকেশন" শিরোনামে প্রকাশিত হয়েছিল।
জি ইয়ে এবং রেন গুওপিং সহ-প্রথম লেখক, এবং ঝাউ শুংগুই সংশ্লিষ্ট লেখক।