বর্জ্য জলে জৈবিক নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণের নীতি

জলাশয়ে অত্যধিক নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস দূষণকারী জল পরিবেশগত সমস্যার মূল কারণ যেমন ইউট্রোফিকেশন, অ্যালগাল ব্লুম এবং লাল জোয়ার, যা জলের গুণমান অবনতি, জলজ বাস্তুতন্ত্রের ভারসাম্যহীনতা এবং পানীয় জলের নিরাপত্তার হুমকি সহ একাধিক সমস্যার দিকে পরিচালিত করে। রাসায়নিক এবং শারীরিক চিকিত্সা প্রক্রিয়াগুলির তুলনায়, জৈবিক নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণ প্রযুক্তি স্থিতিশীল চিকিত্সা প্রভাব, কম অপারেটিং খরচ, কোন গৌণ দূষণ, এবং পৌর ও শিল্প বর্জ্য জল চিকিত্সা পরিস্থিতিগুলির সাথে অভিযোজনযোগ্যতার মতো সুবিধার কারণে বর্তমান বর্জ্য জল শোধনাগারগুলিতে উন্নত বর্জ্য জল চিকিত্সার মূল প্রক্রিয়া হয়ে উঠেছে। বর্জ্য জলে জৈবিক নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণের মূল নীতি হল নিয়ন্ত্রিত পর্যায়ক্রমে অ্যানেরোবিক, অ্যানোক্সিক এবং বায়বীয় পরিবেশে বিভিন্ন কার্যকরী অণুজীবের বিপাকীয় ক্রিয়াকলাপগুলিকে ধীরে ধীরে দূষক যেমন জৈব নাইট্রোজেন, অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন, অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন এবং টোটাল সাবটেটফোসেসে রূপান্তরিত করা। যা জলাশয় থেকে নিঃসৃত স্লাজে পরিণত হয় বা শক্ত হয়ে যায়, যার ফলে জল পরিশোধন হয়।

বর্জ্য জলে নাইট্রোজেন জটিল আকারে বিদ্যমান, প্রধানত জৈব নাইট্রোজেন, অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন, নাইট্রাইট নাইট্রোজেন এবং নাইট্রেট নাইট্রোজেন। জৈবিক নাইট্রোজেন অপসারণ একটি একক প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া নয়, বরং একটি তিন-পদক্ষেপ মাইক্রোবিয়াল জৈব রাসায়নিক বিক্রিয়া-অ্যামোনিয়েশন, নাইট্রিফিকেশন, এবং ডিনাইট্রিফিকেশন-যা শেষ পর্যন্ত বিভিন্ন ধরনের নাইট্রোজেনকে নাইট্রোজেন গ্যাসে রূপান্তরিত করে, এটিকে জলের শরীর থেকে অপসারণ করে এবং ট্রোজেনকে সম্পূর্ণরূপে পুনরুদ্ধার করে। সম্পূর্ণ প্রক্রিয়াটি তাদের নির্দিষ্ট পরিবেশে বিভিন্ন ব্যাকটেরিয়া সম্প্রদায়ের বিপাকীয় কার্যকলাপের উপর নির্ভর করে।

(I) অ্যামোনিয়েশন বিক্রিয়া (জৈব নাইট্রোজেন রূপান্তর)

বায়বীয় বা অ্যানেরোবিক অবস্থার অধীনে, বর্জ্য জলে জৈব নাইট্রোজেন দূষণকারী, যেমন প্রোটিন, ইউরিয়া এবং অ্যামিনো অ্যাসিড, অ্যামোনিফাইং বিপাকের পচন এবং বিপাকের মাধ্যমে অজৈব অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেনে (NH₃-N) হাইড্রোলাইজড এবং অক্সিডাইজ করা হয়। এই প্রতিক্রিয়া হল জৈবিক নাইট্রোজেন অপসারণের মৌলিক পূর্বের-প্রতিক্রিয়া, পরিবেশের সাথে অত্যন্ত খাপ খাইয়ে নেওয়া যায়, এবং দ্রবীভূত অক্সিজেন এবং তাপমাত্রার মতো পরামিতিগুলির কঠোর নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজন হয় না, যা এটিকে প্রচলিত বর্জ্য জল চিকিত্সা অবস্থার অধীনে মসৃণভাবে চলতে দেয়৷ প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া জটিল জৈব নাইট্রোজেনকে সাধারণ অজৈব নাইট্রোজেনে রূপান্তর করে, পরবর্তী নাইট্রিফিকেশন এবং ডিনাইট্রিফিকেশন বিক্রিয়ার জন্য সাবস্ট্রেট প্রদান করে এবং নাইট্রোজেন অপসারণের প্রথম ধাপ।

(II) নাইট্রিফিকেশন (অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন জারণ)

নাইট্রিফিকেশন হল একটি জারণ বিক্রিয়া যা বায়বীয় অটোট্রফিক অণুজীবের দ্বারা প্রভাবিত, যা দুটি পর্যায় নিয়ে গঠিত: নাইট্রিফিকেশন এবং নাইট্রিফিকেশন। পুরো প্রক্রিয়া জুড়ে পর্যাপ্ত অক্সিজেন প্রয়োজন, এবং অণুজীবগুলি ধীর বৃদ্ধির হার, দীর্ঘ প্রজন্মের চক্র এবং পরিবেশের তাপমাত্রা, পিএইচ এবং দ্রবীভূত অক্সিজেনের প্রতি উচ্চ সংবেদনশীলতা প্রদর্শন করে। প্রথম পর্যায় হল নাইট্রিফিকেশন, যেখানে নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেনকে নাইট্রাইট নাইট্রোজেনে অক্সিডাইজ করে; দ্বিতীয় পর্যায় হল নাইট্রিফিকেশন, যেখানে নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া নাইট্রাইট নাইট্রোজেনকে স্থিতিশীল নাইট্রেট নাইট্রোজেনে জারিত করে।

নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া অটোট্রফিক, যার অর্থ তারা বর্জ্য জলে জৈব দূষক গ্রহণ করে না। পরিবর্তে, তারা কার্বন ডাই অক্সাইড ঠিক করতে এবং তাদের নিজস্ব পদার্থ সংশ্লেষণ করতে শক্তির উত্স হিসাবে অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেনের অক্সিডেশন থেকে উত্পন্ন রাসায়নিক শক্তি ব্যবহার করে। এই প্রক্রিয়াটি নাইট্রোজেন অপসারণের একটি মূল জারণ পদক্ষেপ, নাইট্রোজেনকে অক্সিডাইজ করা নাইট্রোজেনের রূপান্তর উপলব্ধি করে এবং পরবর্তী ডিনাইট্রিফিকেশনের জন্য প্রতিক্রিয়া সাবস্ট্রেট প্রদান করে।

(III) ডেনিট্রিফিকেশন (নাইট্রেট নাইট্রোজেন অপসারণ)

ডেনিট্রিফিকেশন হল একটি হ্রাস প্রতিক্রিয়া যা অ্যানেরোবিক হেটেরোট্রফিক অণুজীবের দ্বারা প্রভাবিত এবং এটি জৈবিক নাইট্রোজেন অপসারণের চূড়ান্ত মূল পদক্ষেপ। একটি অ্যানেরোবিক পরিবেশে যেখানে আণবিক অক্সিজেনের অভাব থাকে কিন্তু নাইট্রেট নাইট্রোজেন থাকে, ডিনাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া বর্জ্য জলের জৈব কার্বন উত্সগুলিকে ইলেকট্রন দাতা হিসাবে ব্যবহার করে নাইট্রিফিকেশন বিক্রিয়ায় উত্পাদিত নাইট্রেট নাইট্রোজেন এবং নাইট্রাইট নাইট্রোজেনকে ধীরে ধীরে কমিয়ে দেয়, যা শেষ পর্যন্ত জলে গ্যাস উৎপন্ন করে। পৃষ্ঠ, সম্পূর্ণরূপে বর্জ্য জল থেকে নাইট্রোজেন অপসারণ.

ডিনাইট্রিফিকেশন প্রক্রিয়াটি অবশ্যই অ্যানেরোবিক এবং অ্যানোক্সিক পরিবেশের মধ্যে কঠোরভাবে পার্থক্য করতে হবে: একটি অ্যানেরোবিক পরিবেশে আণবিক অক্সিজেনের অভাব থাকে তবে এতে সম্মিলিত অক্সিজেন (নাইট্রেট নাইট্রোজেন) থাকে, যা ডিনাইট্রিফিকেশন প্রতিক্রিয়া স্বাভাবিকভাবে ঘটতে দেয়; যখন একটি অ্যানেরোবিক পরিবেশে সম্মিলিত অক্সিজেনের অভাব থাকে, যা ডিনাইট্রিফিকেশন প্রতিক্রিয়া প্রতিরোধ করে। একই সাথে, একটি জৈব কার্বন উৎস হল ডিনাইট্রিফিকেশনের জন্য একটি মূল শর্ত; অপর্যাপ্ত কার্বন উত্স সরাসরি নাইট্রোজেন অপসারণের দক্ষতা উল্লেখযোগ্য হ্রাসের দিকে পরিচালিত করে। ব্যবহারিক প্রকৌশলে, নাইট্রোজেন অপসারণের কার্যকারিতা নিশ্চিত করতে প্রায়ই বহির্মুখী কার্বন উত্সের সাথে সম্পূরক ব্যবহার করা হয়।

জৈবিক ফসফরাস অপসারণের জন্য মূল কার্যকরী ব্যাকটেরিয়া গ্রুপ হল পলিফসফেট-জমে থাকা ব্যাকটেরিয়া (PAOs)। এই অণুজীবগুলির অনন্য বিপাকীয় বৈশিষ্ট্য রয়েছে, যা তাদেরকে বিকল্প অ্যানেরোবিক এবং বায়বীয় পরিবেশের অধীনে একটি "ফসফরাস মুক্তি-ফসফরাস গ্রহণ" চক্র সম্পূর্ণ করতে সক্ষম করে, শেষ পর্যন্ত অতিরিক্ত স্লাজ নিষ্কাশনের মাধ্যমে জলের শরীর থেকে সম্পূর্ণ ফসফরাস অপসারণ অর্জন করে। ডিনাইট্রিফিকেশনের বিপরীতে, জৈবিক ফসফরাস অপসারণ কোন বায়বীয় উপজাত উৎপন্ন করে না। পরিবর্তে, এটি অণুজীবের মধ্যে জলে ফসফেটকে শক্ত করে, কাদা হিসাবে ছেড়ে দেয়।

(I) অ্যানেরোবিক ফসফরাস রিলিজ স্টেজ

কঠোরভাবে অ্যানেরোবিক পরিবেশে, আণবিক অক্সিজেন এবং নাইট্রেট নাইট্রোজেন মুক্ত, পলিফসফেট{0}}সঞ্চয়কারী ব্যাকটেরিয়া (PABs) বায়বীয় শ্বাস-প্রশ্বাসের জন্য বাহ্যিক অক্সিজেন ব্যবহার করতে পারে না, তাদের বিপাকীয় শক্তির উত্সগুলিকে সীমিত করে। এই অবস্থায়, পিপিএগুলি তাদের কোষের মধ্যে সঞ্চিত পলিফসফেটগুলিকে পচিয়ে দেয়, বর্জ্য জল থেকে কম-আণবিক-ওজন জৈব কার্বন উত্স যেমন উদ্বায়ী ফ্যাটি অ্যাসিড (ভিএফএ) শোষণ করার জন্য শক্তি ছেড়ে দেয়, কোষের মধ্যে সঞ্চয়ের জন্য তাদের পলিহাইড্রোক্সালকানোয়েটস (PHAs) এ রূপান্তরিত করে। এই প্রক্রিয়া চলাকালীন, অন্তঃকোষীয় ফসফেটগুলি বর্জ্য জলে নির্গত হয়, যার ফলে জলের ফসফরাস উপাদানের একটি ক্ষণিকের বৃদ্ধি ঘটে-এটি অ্যানেরোবিক ফসফরাস নিঃসরণ প্রক্রিয়া।

(II) বায়বীয় অতিরিক্ত ফসফরাস শোষণ পর্যায়

যখন পরিবেশ একটি বায়বীয় অবস্থায় চলে যায়, তখন PPA গুলি আর জৈব কার্বন উত্স শোষণ করে না বরং এর পরিবর্তে অ্যানারোবিক পর্যায়ে সঞ্চিত PHA গুলিকে পচিয়ে দেয়, জৈব পদার্থের অক্সিডেশন এবং পচনের মাধ্যমে প্রচুর পরিমাণে শক্তি অর্জন করে। এই শক্তি ব্যবহার করে, পলিফসফেট-জমে থাকা ব্যাকটেরিয়া (PACs) বর্জ্য জল থেকে অত্যধিক পরিমাণে ফসফেট শোষণ করে, যা অ্যানেরোবিক পর্যায়ে নির্গত পরিমাণের চেয়ে অনেক বেশি। অতিরিক্ত ফসফেট তারপর কোষের মধ্যে পলিফসফেট হিসাবে সংরক্ষণ করা হয়, ফসফরাস সমৃদ্ধকরণ এবং জল থেকে অপসারণ অর্জন করে।

শেষ পর্যন্ত, ফসফরাস-সমৃদ্ধ PACগুলি স্লাজের সাথে স্থির হয় এবং সিস্টেম বর্জ্য স্লাজ নিষ্কাশনের মাধ্যমে বর্জ্য জল সিস্টেম থেকে সম্পূর্ণরূপে সরানো হয়, এইভাবে সম্পূর্ণ জৈবিক ফসফরাস অপসারণ প্রক্রিয়া সম্পন্ন করে। PAC-এর বিকল্প বিপাকীয় বৈশিষ্ট্যগুলি হল জৈবিক ফসফরাস অপসারণের মূল, এবং ফসফরাস অপসারণের কার্যকারিতা নিশ্চিত করার জন্য একটি স্থিতিশীল অ্যানেরোবিক-বায়ুবিক পরিবেশ পরিবর্তন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।

জৈবিক নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণের কার্যকারিতা সম্পূর্ণরূপে জীবাণুর কার্যকলাপের উপর নির্ভর করে। অণুজীবের বিপাকীয় বৈশিষ্ট্য প্রক্রিয়া অপারেশনের মূল নিয়ন্ত্রণ পরামিতি নির্ধারণ করে। প্রধান প্রভাবক কারণ দুটি বিভাগ অন্তর্ভুক্ত: পরিবেশগত পরামিতি এবং জল মানের পরামিতি।

1. দ্রবীভূত অক্সিজেন: নাইট্রিফিকেশন এবং বায়বীয় ফসফরাস গ্রহণের জন্য পর্যাপ্ত দ্রবীভূত অক্সিজেন প্রয়োজন; অ্যানোক্সিক ডিনাইট্রিফিকেশনের জন্য কঠোরভাবে কম-অক্সিজেন পরিবেশ প্রয়োজন; এবং অ্যানেরোবিক ফসফরাস মুক্তির জন্য একেবারে অ্যানেরোবিক পরিবেশ প্রয়োজন। অক্সিজেন পরিবেশে ব্যাঘাত সরাসরি নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণের ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করবে।

2. কার্বন উত্স বিষয়বস্তু: উভয়ই ডিনাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া এবং পলিফসফেট-জমে থাকা ব্যাকটেরিয়া বিপাকের জন্য জৈব কার্বন উত্সের উপর নির্ভর করে। যখন কার্বন-থেকে-নাইট্রোজেন অনুপাত এবং কার্বন-থেকে-ফসফরাস অনুপাত বর্জ্য জলের খুব কম হয়, তখন সোডিয়াম অ্যাসিটেট এবং গ্লুকোজের মতো বহির্মুখী কার্বন উত্স যোগ করতে হবে; অন্যথায়, অসম্পূর্ণ নাইট্রোজেন অপসারণ এবং কম ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা ঘটবে।

3. pH এবং তাপমাত্রা: নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়াগুলির জন্য সর্বোত্তম pH হল 7.5-8.5, যেখানে পলিফসফেট-জমে থাকা ব্যাকটেরিয়াগুলির জন্য সর্বোত্তম pH হল 6.5-8.0৷ অণুজীবের জন্য সর্বোত্তম তাপমাত্রা 20-30 ডিগ্রি। নিম্ন তাপমাত্রা ব্যাকটেরিয়া কার্যকলাপ এবং চিকিত্সার দক্ষতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করবে।

4. স্লাজ এজ: নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়াগুলির একটি দীর্ঘ প্রজন্মের চক্র থাকে, ব্যাকটেরিয়ার বেঁচে থাকা নিশ্চিত করতে একটি দীর্ঘ স্লাজ বয়সের প্রয়োজন হয়। পলিফসফেট-জমে থাকা ব্যাকটেরিয়া, অন্যদিকে, স্লাজের বয়স কম থাকে; অত্যধিক দীর্ঘ স্লাজ বয়সের কারণে কাদা থেকে ফসফরাস নির্গত হতে পারে। অতএব, নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা উভয়ই নিশ্চিত করার জন্য প্রকৃত প্রক্রিয়াটিকে স্লাজের বয়সের ভারসাম্য বজায় রাখতে হবে।

নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণের উপরোক্ত মূল নীতিগুলির উপর ভিত্তি করে, শিল্পটি বিভিন্ন পরিপক্ক প্রক্রিয়া তৈরি করেছে, যার সবকটিরই লক্ষ্য হল বিকল্প অ্যানারোবিক, অ্যানোক্সিক এবং অ্যারোবিক প্রতিক্রিয়া পরিবেশ তৈরি করা। A²/O প্রক্রিয়া হল সবচেয়ে ক্লাসিক একযোগে নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণ প্রক্রিয়া। এটি ক্রমান্বয়ে পলিফসফেট দ্বারা ফসফরাস নিঃসরণ এবং কার্বন সঞ্চয় সম্পূর্ণ করে-অ্যানারোবিক জোনে ব্যাকটেরিয়া জমা করে, অ্যানোক্সিক জোনে ডিনাইট্রিফিকেশন এবং পলিফসফেট দ্বারা নাইট্রিফিকেশন এবং অতিরিক্ত ফসফরাস গ্রহণ-একটি ব্যাকটেরিয়া জোনে জমা হয়। অবশেষে, একই সাথে নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণ স্লাজ অবক্ষেপন এবং স্রাবের মাধ্যমে অর্জন করা হয়। উপরন্তু, পরিবর্তিত A²/O, SBR, এবং অক্সিডেশন ডিচ প্রক্রিয়াগুলি মূল জৈব রাসায়নিক নীতির উপর ভিত্তি করে, ট্যাঙ্কের গঠন অপ্টিমাইজ করা এবং বিভিন্ন জলের গুণমান চিকিত্সার প্রয়োজনের সাথে খাপ খাইয়ে নেওয়ার জন্য অপারেটিং সিকোয়েন্স।

বর্জ্য জল থেকে জৈবিক নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণের সারমর্ম হ'ল কার্যকরী অণুজীবের পার্থক্যযুক্ত বিপাকীয় বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করা এবং নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস দূষকগুলির রূপান্তর এবং জলের দেহ থেকে তাদের অপসারণের জন্য জলজ পরিবেশকে কৃত্রিমভাবে নিয়ন্ত্রণ করা। নাইট্রোজেন অপসারণ বায়বীয় অপসারণ অর্জনের জন্য অ্যামোনিফিকেশন, নাইট্রিফিকেশন এবং ডিনাইট্রিফিকেশনের ধাপে ধাপে প্রতিক্রিয়ার উপর নির্ভর করে, যখন ফসফরাস অপসারণ পলিফসফেটের চক্রাকার বিপাকের উপর নির্ভর করে-জমে থাকা ব্যাকটেরিয়া-অ্যানারোবিক ফসফরাস নিঃসরণ এবং অ্যারোবিক ফসফরাসকে আপ করে{3} দৃঢ়ীকরণ এবং অপসারণ। এর জৈব রাসায়নিক নীতিগুলির একটি পুঙ্খানুপুঙ্খ বোঝাপড়া হল বর্জ্য জল চিকিত্সার প্রক্রিয়াগুলিকে অপ্টিমাইজ করা, নাইট্রোজেন এবং ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা উন্নত করা এবং জলাশয়ে ইউট্রোফিকেশন সমস্যা সমাধানের মূল ভিত্তি৷ এটি শক্তি সংরক্ষণ, নির্গমন হ্রাস এবং বর্জ্য জল চিকিত্সা আপগ্রেড করার জন্য গুরুত্বপূর্ণ তাত্ত্বিক সহায়তা প্রদান করে।