এক প্রবন্ধে ক্ষারত্ব বোঝা

ভূমিকা: ক্ষারত্ব হল জলের দেহের বাফারিং ক্ষমতার একটি মূল সূচক, যা বর্জ্য জল চিকিত্সা ব্যবস্থায় অণুজীবের কার্যকলাপ এবং চিকিত্সার দক্ষতাকে সরাসরি প্রভাবিত করে। এই নিবন্ধটি নিয়মতান্ত্রিকভাবে ক্ষারীয়তা তৈরি এবং সেবনের সাথে জড়িত মূল জৈব রাসায়নিক বিক্রিয়াগুলির রূপরেখা দেয়, সাতটি মূল পর্যায়কে কভার করে: সালফেট হ্রাস, ফসফরাস গ্রহণ, ডিনাইট্রিফিকেশন, জৈব পদার্থের অবক্ষয়, হাইড্রোলাইসিস অ্যাসিডিফিকেশন, অ্যানেরোবিক ফসফরাস মুক্তি এবং নাইট্রিফিকেশন। এটি পরিবেশগত পেশাদারদের ক্ষারত্বের পরিবর্তনগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করে এমন অন্তর্নিহিত আইনগুলি গভীরভাবে বুঝতে সাহায্য করে, যা প্রতিদিনের অপারেশন এবং প্রক্রিয়া নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি বৈজ্ঞানিক ভিত্তি প্রদান করে।

ক্ষারত্ব বলতে পানির অ্যাসিড নিরপেক্ষ করার ক্ষমতা বোঝায়, সাধারণত ক্যালসিয়াম কার্বনেট (CaCO₃) হিসাবে প্রকাশ করা হয়, যার একক mg/L। এটি জলের সমস্ত পদার্থের মোট পরিমাণ প্রতিফলিত করে যা শক্তিশালী অ্যাসিডগুলিকে নিরপেক্ষ করতে পারে, প্রধানত বাইকার্বোনেট (HCO₃⁻), কার্বনেট (CO₃²⁻), এবং হাইড্রক্সাইড (OH⁻) এর মতো ক্ষারীয় পদার্থগুলি সহ। বর্জ্য জলের চিকিত্সায়, ক্ষারত্ব হল একটি অপরিহার্য জলের গুণমানের পরামিতি, যা সরাসরি জৈবিক চিকিত্সা ব্যবস্থার স্বাভাবিক ক্রিয়াকলাপকে প্রভাবিত করে।

বেশিরভাগ বর্জ্য জল চিকিত্সা প্রক্রিয়াগুলি অণুজীবের বিপাকীয় ক্রিয়াকলাপের উপর নির্ভর করে, যেগুলির পরিবেশের পিএইচ মানগুলির জন্য অপেক্ষাকৃত কঠোর প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। সাধারণত, নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া 7.2-8.0 এর pH পরিসরে বৃদ্ধি পায়, যখন পলিফসফেট-জমে থাকা ব্যাকটেরিয়াগুলির একটি সর্বোত্তম ফসফরাস মুক্তির pH প্রায় 7.0 থাকে। যখন সিস্টেমের ক্ষারত্ব যথেষ্ট হয়, তখন pH মান তুলনামূলকভাবে স্থিতিশীল থাকে, যা অণুজীবের জন্য একটি অনুকূল বৃদ্ধির পরিবেশ প্রদান করে; বিপরীতভাবে, অপর্যাপ্ত ক্ষারত্ব pH-এ তীব্র হ্রাস ঘটাতে পারে, যার ফলে জীবাণুর ক্রিয়াকলাপ হ্রাস পায় এবং এমনকি সিস্টেমের পতন ঘটে।

মূল ধারণা: ক্ষারত্ব মূলত পানিতে একটি "অ্যাসিড-বেস বাফার"। ক্ষারত্বকে একটি জলাধার হিসেবে ভাবুন-যখন অম্লীয় পদার্থ "প্রবাহিত হয়", ক্ষারত্ব তাদের "শোষণ" করতে পারে এবং নিরপেক্ষ করতে পারে, এইভাবে pH স্থিতিশীলতা বজায় রাখে। একবার এই জলাধার শুকিয়ে গেলে, পিএইচ মান দ্রুত ওঠানামা করবে, বাঁধ ছাড়া নদীর মতো।

অতএব, বর্জ্য জল চিকিত্সার সময় ক্ষারত্বের পরিবর্তনের ধরণগুলি বোঝা-অর্থাৎ, কোন প্রতিক্রিয়াগুলি ক্ষারত্ব তৈরি করে এবং কোনটি এটিকে গ্রাস করে-চিকিত্সা কার্যকারিতা নিশ্চিত করতে, বিকারক ডোজ অপ্টিমাইজ করা এবং অপারেটিং খরচ কমানোর জন্য গুরুত্বপূর্ণ৷

ক্ষারত্বের উপর জৈব রাসায়নিক বিক্রিয়ার প্রভাবের দিকনির্দেশের উপর ভিত্তি করে, বর্জ্য জল চিকিত্সার সময় ক্ষারত্বের পরিবর্তনগুলিকে দুটি প্রধান বিভাগে বিভক্ত করা যেতে পারে: প্রতিক্রিয়া যা ক্ষারত্ব তৈরি করে (পিএইচ বৃদ্ধি) এবং প্রতিক্রিয়া যেগুলি ক্ষারকে গ্রাস করে (পিএইচ হ্রাস)। এই শ্রেণীবিভাগ আমাদেরকে প্রকৃত অপারেশন চলাকালীন সিস্টেমে ক্ষারত্বের পরিবর্তনের গতিশীল প্রবণতা দ্রুত নির্ধারণ করতে এবং সেই অনুযায়ী সংশ্লিষ্ট নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা নিতে সাহায্য করে।

ক্ষারীয়তা সৃষ্টি (pH বাড়ায়):

1. সালফেট হ্রাস

2. ফসফরাস গ্রহণ

3. ডেনিট্রিফিকেশন (3.57 mg/L ক্ষারত্ব/mg NO₃⁻-N)

4. জৈব পদার্থের অবক্ষয়

ক্ষারীয়তা খরচ (pH হ্রাস):

1. হাইড্রোলাইসিস অ্যাসিডিফিকেশন

2. অ্যানেরোবিক ফসফরাস নিঃসরণ

3. নাইট্রিফিকেশন (7.14 mg/L ক্ষারত্ব/mg NH₃-N)

উপরের সারণীতে দেখানো হয়েছে, চার ধরনের প্রতিক্রিয়া রয়েছে যা ক্ষারত্ব উৎপন্ন করে, এবং তিন প্রকার যা ক্ষারকে গ্রাস করে। প্রতিটি ধরনের প্রতিক্রিয়া নীচে বিস্তারিতভাবে ব্যাখ্যা করা হবে।

3.1 সালফেট হ্রাস
সালফেট হ্রাস বলতে অ্যানেরোবিক অবস্থার অধীনে প্রক্রিয়াকে বোঝায় যেখানে সালফেট-রিডুসিং ব্যাকটেরিয়া (SRB) সালফেট (SO₄²⁻) কে ইলেকট্রন গ্রহণকারী হিসাবে জৈব পদার্থকে অক্সিডাইজ এবং পচানোর জন্য ব্যবহার করে, একই সাথে সালফেটকে হাইড্রোজেন সালফাইডে (H₂) হ্রাস করে। এর ক্লাসিক প্রতিক্রিয়া সমীকরণটি নিম্নরূপ সরলীকৃত করা যেতে পারে:

সালফেট হ্রাস প্রতিক্রিয়ার পরিকল্পিত চিত্র

SO₄²⁻ + জৈব পদার্থ → H₂S + HCO₃⁻ + অন্যান্য পণ্য

এই বিক্রিয়ায়, তাত্ত্বিকভাবে, সালফেট আয়নগুলির প্রতি 1 mol হ্রাসের জন্য, 2 mol বাইকার্বনেট আয়ন (HCO₃⁻) উত্পাদিত হয়। বাইকার্বনেট হল ক্ষারত্বের অন্যতম প্রধান অবদানকারী; অতএব, সালফেট হ্রাস প্রতিক্রিয়া উল্লেখযোগ্যভাবে সিস্টেমের ক্ষারত্ব বৃদ্ধি করে। একটি ম্যাক্রোস্কোপিক দৃষ্টিকোণ থেকে, সালফেট হ্রাস প্রক্রিয়া জলের pH মানকে ঊর্ধ্বমুখী প্রবণতা দেখায়।

যাইহোক, এটি লক্ষ করা গুরুত্বপূর্ণ যে সালফেট হ্রাস ক্ষারত্ব তৈরি করে, এর উপজাত, হাইড্রোজেন সালফাইড, অত্যন্ত বিষাক্ত এবং একটি দুর্গন্ধযুক্ত। অ্যানেরোবিক ডাইজেস্টর বা অ্যানেরোবিক চিকিত্সা ইউনিটগুলিতে, অত্যধিক সালফেট হ্রাস শুধুমাত্র গন্ধের সমস্যার দিকে পরিচালিত করে না তবে মেথানোজেনের মতো উপকারী অণুজীবগুলিকেও বাধা দিতে পারে যা সামগ্রিক চিকিত্সার দক্ষতাকে প্রভাবিত করে। অতএব, প্রকৃত অপারেশনে, প্রভাবশালী মধ্যে সালফেট ঘনত্ব নিরীক্ষণ এবং নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন।

3.2 ফসফরাস গ্রহণ

জৈবিক ফসফরাস অপসারণের মূল প্রক্রিয়া হল ফসফরাস গ্রহণ। বায়বীয় বা অ্যানোক্সিক অবস্থার অধীনে, পলিফসফেট-সঞ্চয়কারী জীব (PAOs) জল থেকে অত্যধিক ফসফেট শোষণ করে, এটিকে পলিফসফেটে সংশ্লেষিত করে এবং তাদের কোষের মধ্যে সংরক্ষণ করে। একই সাথে, তারা তাদের কোষের মধ্যে সঞ্চিত পলিহাইড্রোক্সিয়ালকানোয়েটস (PHAs) কে বৃদ্ধি ও প্রজননের জন্য কার্বন এবং শক্তির উৎস হিসেবে ব্যবহার করে।

ফসফরাস গ্রহণের সময়, PAO কোষগুলির একটি অভ্যন্তরীণ এবং বাহ্যিক চার্জের ভারসাম্য বজায় রাখতে হবে। যখন পলিফসফেট-সঞ্চয়কারী ব্যাকটেরিয়া (PABs) প্রচুর পরিমাণে নেতিবাচক চার্জযুক্ত ফসফেট (HPO₄²⁻ বা H₂PO₄⁻) শোষণ করে, তখন তারা বাইকার্বোনেট (HCO₃⁻) বা পটাসিয়াম⁺কোষীয় আয়নগুলিকে (ইলেক্ট্রোসেলুলার স্পেস) বজায় রাখার মতো ক্যাটানিক পদার্থ ছেড়ে দেয়। এই শারীরবৃত্তীয় প্রক্রিয়া সরাসরি সিস্টেমের ক্ষারত্ব বৃদ্ধির দিকে পরিচালিত করে।

ফসফরাস গ্রহণের প্রতিক্রিয়ায় ক্ষারত্বের পরিবর্তনের প্রক্রিয়া

যখন PAB গুলি ফসফরাস শোষণ করে, তখন প্রায় 1 mol HCO₃⁻ শোষিত ফসফরাসের প্রতি 1 mol (HPO₄²⁻ আকারে) জন্য বহির্কোষী স্থানে ছেড়ে দেওয়া হয়। এর মানে হল যে জৈবিক ফসফরাস অপসারণ প্রক্রিয়ার বায়বীয় পর্যায়ে, ক্ষারত্ব বৃদ্ধি পাবে এবং সেই অনুযায়ী pH মান বৃদ্ধি পাবে। এটি একটি A²/O প্রক্রিয়ার বায়বীয় পর্যায়ে pH মান সাধারণত অ্যানারোবিক পর্যায়ের তুলনায় সামান্য বেশি হওয়ার একটি কারণ।

যদিও ফসফরাস গ্রহণের দ্বারা উত্পাদিত ক্ষারত্বের পরিমাণ ডিনাইট্রিফিকেশনের মতো তাৎপর্যপূর্ণ নয়, তবে জৈবিক ফসফরাস অপসারণ প্রাথমিক উদ্দেশ্য যেখানে ক্ষারত্বে এর অবদান এখনও যথেষ্ট ব্যবহারিক তাত্পর্য রয়েছে। ফসফরাস গ্রহণের প্রতিক্রিয়ার ক্ষারত্ব পরিবর্তনের বৈশিষ্ট্যগুলি সঠিকভাবে বোঝা পর্যায়ক্রমে অ্যানেরোবিক এবং বায়বীয় অপারেশনের জন্য প্রক্রিয়া পরামিতিগুলিকে অপ্টিমাইজ করতে সহায়তা করে।

3.3 ডেনিট্রিফিকেশন
বর্জ্য জল চিকিত্সার সময় নাইট্রোজেন অপসারণের একটি মূল পদক্ষেপ হল ডেনিট্রিফিকেশন। অ্যানোক্সিক অবস্থার অধীনে, ডিনাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া নাইট্রেট (NO₃⁻) বা নাইট্রাইট (NO₂⁻) ইলেকট্রন গ্রহণকারী হিসাবে এবং জৈব পদার্থকে ইলেক্ট্রন দাতা (কার্বন উত্স) হিসাবে ব্যবহার করে যাতে নাইট্রেটকে ধীরে ধীরে নাইট্রোজেন গ্যাসে (N₂) কমিয়ে দেয়, যা শেষ পর্যন্ত জল থেকে পালিয়ে যায়।

ডিনাইট্রিফিকেশন প্রতিক্রিয়ার জন্য পরিকল্পিত সমীকরণ

2NO₃⁻ + 5[CH₂O] + 2H⁺ → N₂↑ + 5CO₂ + 6H₂O

বর্জ্য জল চিকিত্সার সময় ক্ষারত্ব তৈরির "প্রধান শক্তি" হল ডেনিট্রিফিকেশন। তাত্ত্বিকভাবে, 1 মিলিগ্রাম নাইট্রেট নাইট্রোজেন (NO₃⁻-N) হ্রাস করলে প্রায় [অনুপস্থিত] ক্ষারত্ব তৈরি হতে পারে (CaCO₃ হিসাবে গণনা করা হয়)। এই মান প্রক্রিয়া নকশা এবং দৈনন্দিন অপারেশন উল্লেখযোগ্য রেফারেন্স মান.

প্রতিক্রিয়া সমীকরণ থেকে দেখা যায়, ডিনাইট্রিফিকেশন পানিতে হাইড্রোজেন আয়ন (H⁺) গ্রহণ করে, যা সিস্টেমে ক্ষারীয় পদার্থ যোগ করার সমতুল্য। অতএব, ডিনাইট্রিফিকেশন কেবলমাত্র মোট নাইট্রোজেনকে কার্যকরভাবে অপসারণ করে না বরং সিস্টেমের ক্ষারত্বকে পুনরায় পূরণ করে, যা পরবর্তী নাইট্রিফিকেশন প্রতিক্রিয়াগুলির জন্য প্রয়োজনীয় ক্ষারীয় পরিবেশ বজায় রাখতে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

ব্যবহারিক প্রকৌশলে, পরবর্তী নাইট্রিফিকেশন বিক্রিয়া দ্বারা ক্ষয়প্রাপ্ত ক্ষারত্বের জন্য ক্ষতিপূরণ দিতে প্রাক-ডিনাইট্রিফিকেশন (A/O প্রক্রিয়ার A পর্যায়) দ্বারা উত্পন্ন ক্ষারত্বকে সম্পূর্ণরূপে ব্যবহার করা একটি লাভজনক এবং দক্ষ অপারেটিং কৌশল। অনেক বর্জ্য জল শোধনাগারগুলি অ্যানোক্সিক এবং বায়বীয় অঞ্চলগুলির আয়তনের অনুপাতকে যুক্তিসঙ্গতভাবে বরাদ্দ করে ক্ষারত্বের স্বয়ংসম্পূর্ণতা অর্জন করে, যার ফলে বাহ্যিক কার্বন উত্স এবং ক্ষারীয় বিকারকগুলির ব্যয় হ্রাস পায়।

ইঞ্জিনিয়ারিং টিপ: যখন প্রভাবশালী কার্বন-থেকে-নাইট্রোজেন অনুপাত (C/N) কম থাকে, তখন ডিনাইট্রিফিকেশনের জন্য প্রয়োজনীয় জৈব কার্বন উত্স অপর্যাপ্ত হয় এবং সেই অনুযায়ী ক্ষারত্বের উত্পাদনও হ্রাস পাবে৷ এই ক্ষেত্রে, ডিনাইট্রিফিকেশন কার্যকারিতা এবং ক্ষার পুনঃপূরণ নিশ্চিত করতে বাহ্যিক কার্বন উত্স (যেমন মিথানল, সোডিয়াম অ্যাসিটেট ইত্যাদি) যোগ করার কথা বিবেচনা করা প্রয়োজন।

3.4 জৈব পদার্থের অবক্ষয়

জৈব পদার্থের অবক্ষয় হল বর্জ্য জল চিকিত্সার সবচেয়ে মৌলিক জৈব রাসায়নিক প্রক্রিয়া। এটি বায়বীয় অবস্থার অধীনে হেটারোট্রফিক ব্যাকটেরিয়া বিপাক বা অ্যানারোবিক অবস্থার অধীনে অ্যাসিড-গাঁজন তৈরি করা হোক না কেন, জৈব পদার্থের পচন (সিওডি বা বিওডি হিসাবে প্রকাশ করা হয়) কিছু পরিমাণে সিস্টেমের ক্ষারত্ব এবং পিএইচকে প্রভাবিত করবে।

বায়বীয় অবস্থার অধীনে, জৈব পদার্থ জারিত হয় এবং কার্বন ডাই অক্সাইডে (CO₂) পচে যায়। CO₂ পানিতে দ্রবীভূত হয়ে কার্বনিক অ্যাসিড (H₂CO₃) গঠন করে, যা তাত্ত্বিকভাবে pH কমিয়ে দেয়। যাইহোক, যেহেতু বায়ুচলাচল প্রক্রিয়া জলের পৃষ্ঠে প্রচুর পরিমাণে CO₂ ছিঁড়ে ফেলে, তাই বায়বীয় পর্যায়ে নেট pH প্রভাব CO₂ উত্পাদন হার এবং স্ট্রিপিং হারের মধ্যে গতিশীল ভারসাম্যের উপর নির্ভর করে। পর্যাপ্ত বায়ুচলাচলের অধীনে, পিএইচ এমনকি সামান্য বাড়তে পারে।

অ্যানেরোবিক হজমের সময়, জৈব পদার্থ প্রথমে হাইড্রোলাইটিক অ্যাসিডিফাইং ব্যাকটেরিয়া দ্বারা উদ্বায়ী ফ্যাটি অ্যাসিড (ভিএফএ) তে পচে যায়। এই পর্যায়ে pH হ্রাস বাড়ে; যাইহোক, মিথেনোজেনিক ব্যাকটেরিয়া পরবর্তীতে ভিএফএকে মিথেন (CH₄) এবং CO₂-এ রূপান্তরিত করে, যার ফলে pH আবার বেড়ে যায়। সম্পূর্ণ অ্যানেরোবিক হজম প্রক্রিয়ার নেট প্রভাব সাধারণত ক্ষারত্বের বৃদ্ধি হিসাবে প্রকাশিত হয়, যে কারণে অ্যানেরোবিক হজমের ঝোলের সাধারণত উচ্চ ক্ষারত্ব এবং বাফারিং ক্ষমতা থাকে।

ক্ষারত্বের উপর জৈব পদার্থের অবক্ষয়ের প্রভাব একাধিক কারণের ফল, এবং এর নেট প্রভাব নির্ভর করে বিভিন্ন কারণের সম্মিলিত প্রভাব যেমন চিকিত্সা প্রক্রিয়ার ধরন, অপারেটিং অবস্থা এবং মাইক্রোবায়াল সম্প্রদায়ের কাঠামোর উপর।

4.1 হাইড্রোলাইসিস অ্যাসিডিফিকেশন
হাইড্রোলাইসিস অ্যাসিডিফিকেশন অ্যানেরোবিক জৈবিক চিকিত্সার প্রথম স্তর। এই পর্যায়ে, জটিল ম্যাক্রোমোলিকুলার জৈব পদার্থ (যেমন প্রোটিন, কার্বোহাইড্রেট এবং চর্বি) এক্সট্রা সেলুলার এনজাইম দ্বারা ছোট দ্রবণীয় জৈব অণুতে হাইড্রোলাইজ করা হয় এবং তারপরে অম্লীয় দ্রব্যে রূপান্তরিত হয় যেমন উদ্বায়ী ফ্যাটি অ্যাসিড (VFAs), অ্যালকোহল এবং CO₂ অ্যাসিডিফাইং ব্যাকটেরিয়া দ্বারা।

যেহেতু ভিএফএ-এর জমে প্রচুর পরিমাণে হাইড্রোজেন আয়ন (H⁺) নির্গত হয়, তাই হাইড্রোলাইসিস অ্যাসিডিফিকেশন প্রক্রিয়া উল্লেখযোগ্যভাবে সিস্টেমের ক্ষারকে গ্রাস করে, যার ফলে pH হ্রাস পায়। সঠিক নিয়ন্ত্রণ ছাড়া, পিএইচ মান 5.0-এর নিচে নেমে যেতে পারে, যা পরবর্তী মিথানোজেনিক ব্যাকটেরিয়াগুলির কার্যকলাপকে মারাত্মকভাবে বাধা দেয় এবং এমনকি পুরো অ্যানেরোবিক চিকিত্সা পদ্ধতির ব্যর্থতার দিকে পরিচালিত করে।

হাইড্রোলাইসিস অ্যাসিডিফিকেশনে ক্ষারীয়তা খরচের বৈশিষ্ট্য

হাইড্রোলাইসিস অ্যাসিডিফিকেশন পর্যায়ে ক্ষারীয়তা গ্রহণের হার জৈব পদার্থের ঘনত্ব এবং হাইড্রোলাইটিক অ্যাসিডিফাইং ব্যাকটেরিয়ার কার্যকলাপের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে সম্পর্কিত। প্রভাবশালী COD ঘনত্ব যত বেশি হবে, অ্যাসিডিফিকেশন হার তত দ্রুত হবে এবং ক্ষারত্বের ব্যবহার তত বেশি হবে। উচ্চ-ঘনত্বের জৈব বর্জ্য জলের চিকিত্সায়, চুল্লির মধ্যে একটি উপযুক্ত pH পরিবেশ বজায় রাখার জন্য সাধারণত ক্ষারীয়তা (যেমন, NaHCO₃ বা চুন যোগ করে) পুনরায় পূরণ করা প্রয়োজন।

এবিআর (অ্যানারোবিক ব্যাফলড রিঅ্যাক্টর) এবং ইউএএসবি (আপফ্লো অ্যানারোবিক স্লাজ ব্ল্যাঙ্কেট) এর মতো অ্যানেরোবিক চিকিত্সা প্রক্রিয়াগুলিতে, হাইড্রোলাইসিস অ্যাসিডিফিকেশন সাধারণত মিথেনোজেনেসিস প্রক্রিয়ার মতো একই চুল্লিতে ঘটে। ক্ষারত্বের পর্যাপ্ত সরবরাহ এই দুটি প্রক্রিয়ার সমন্বিত ক্রিয়াকলাপ নিশ্চিত করার মূল কারণগুলির মধ্যে একটি। যখন সিস্টেমের ক্ষারত্ব 1000 mg/L (CaCO₃ হিসাবে), pH প্রবণতা ঘনিষ্ঠভাবে পর্যবেক্ষণ করা প্রয়োজন।

4.2 অ্যানেরোবিক ফসফরাস রিলিজ

অ্যানেরোবিক ফসফরাস মুক্তি জৈবিক ফসফরাস অপসারণ প্রক্রিয়ার একটি অপরিহার্য পদক্ষেপ। কঠোরভাবে অ্যানেরোবিক অবস্থার অধীনে (কোন নাইট্রেট নাইট্রোজেন, কোন দ্রবীভূত অক্সিজেন নেই), পলিফসফেট-জমে থাকা ব্যাকটেরিয়া (PABs) তাদের কোষের মধ্যে সঞ্চিত পলিফসফেটগুলিকে পচে, ফসফেটগুলিকে জলে ছেড়ে দেয়। একই সাথে, তারা শোষিত কম-আণবিক-ওজন জৈব পদার্থকে ব্যবহার করে পলিহাইড্রোক্সিয়ালকানোয়েটস (PHAs) সংশ্লেষিত করতে এবং তাদের অন্তঃকোষীয়ভাবে সংরক্ষণ করে, বায়বীয় অবস্থার অধীনে পরবর্তী অত্যধিক ফসফরাস গ্রহণের জন্য শক্তি সঞ্চয় করে।

ফসফরাস রিলিজের সময়, কোষের ভেতর থেকে ফসফেট মুক্ত করার সময় কোষের ভিতরে এবং বাইরের মধ্যে চার্জের ভারসাম্য বজায় রাখতে পিপিএগুলি সমান পরিমাণে বাইকার্বোনেট (HCO₃⁻) গ্রহণ করে। এই প্রক্রিয়াটি সরাসরি সিস্টেমের ক্ষারত্বের হ্রাস এবং pH তে হ্রাসের দিকে পরিচালিত করে।

মূল অপারেশনাল বিবেচনা: অ্যানেরোবিক ফসফরাস মুক্তির কার্যকারিতা পরবর্তী বায়বীয় ফসফরাস গ্রহণের কার্যকারিতা সরাসরি নির্ধারণ করে। যদি নাইট্রেট নাইট্রোজেন অ্যানেরোবিক পর্যায়ে উপস্থিত থাকে (ডেনিট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া অগ্রাধিকারমূলকভাবে জৈব কার্বন উত্স ব্যবহার করে), এটি PPA-এর ফসফরাস নিঃসরণ কার্যকলাপকে বাধা দেবে, ফলে ফসফরাস অপসারণের দক্ষতা হ্রাস পাবে। এদিকে, যদি ফসফরাস রিলিজের সময় ক্ষয়প্রাপ্ত ক্ষারত্ব সময়মতো পূরণ করা না হয়, তাহলে pH মান পলিফসফেট জমা (PAC) কার্যকলাপের জন্য সর্বোত্তম সীমার নীচে নেমে যেতে পারে, যা ফসফরাস অপসারণের কার্যকারিতাকে আরও প্রভাবিত করে।

A²/O বা পরিবর্তিত A²/O প্রক্রিয়াগুলির নকশা এবং পরিচালনায়, অ্যানেরোবিক পর্যায়ের হাইড্রোলিক রিটেনশন টাইম (HRT) সাধারণত 1.5 থেকে 2.5 ঘন্টার মধ্যে নিয়ন্ত্রিত হয়। যদিও অত্যধিক দীর্ঘ ধরে রাখার সময় যথেষ্ট ফসফরাস মুক্তির জন্য উপকারী, তারা VFA-এর অত্যধিক ব্যবহার এবং অত্যধিক ক্ষারত্বের ক্ষতির দিকে পরিচালিত করতে পারে, যার ফলে প্রকৃত অপারেশনে একটি ট্রেড-বন্ধ প্রয়োজন।

4.3 নাইট্রিফিকেশন

নাইট্রিফিকেশন হল বর্জ্য জল চিকিত্সার নাইট্রোজেন অপসারণ প্রক্রিয়ার প্রথম ধাপ এবং সেই সাথে প্রতিক্রিয়া যা সর্বাধিক ক্ষারীয়তা গ্রহণ করে। বায়বীয় অবস্থার অধীনে, নাইট্রাইট-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া (AOB) প্রথমে অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন (NH₄⁺) থেকে নাইট্রাইট (NO₂⁻) তে অক্সিডাইজ করে এবং তারপর নাইট্রেট-অক্সিডাইজিং ব্যাকটেরিয়া (NOB) নাইট্রাইটকে নাইট্রেট (NO⃻) তে অক্সিডাইজ করে। এই উভয় প্রতিক্রিয়ার জন্য প্রচুর পরিমাণে ক্ষারত্ব প্রয়োজন।

নাইট্রিফিকেশনের দুই-পদক্ষেপ প্রক্রিয়া:

ধাপ 1 (নাইট্রোসেশন): NH₄⁺ + 1.5O₂ → NO₂⁻ {{2}H⁺ + H₂O

ধাপ 2 (নাইট্রোসেশন): NO₂⁻ + 0.5O₂ → NO₃⁻

সামগ্রিক প্রতিক্রিয়া: NH₄⁺ + 2O₂ → NO₃⁻ + 2H⁺ + H₂O

সামগ্রিক প্রতিক্রিয়া সমীকরণ থেকে, এটা স্পষ্ট যে প্রতি 1 মিলিগ্রাম অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন (NH₃-N) অক্সিডাইজডের জন্য, 2 mol হাইড্রোজেন আয়ন (H⁺) উত্পাদিত হয়, যা ক্ষারত্বের প্রায় 1/3 (CCO⃂ হিসাবে গণনা করা হয়) খাওয়ার সমতুল্য। এই মানটি ডিনাইট্রিফিকেশন (3.57 mg/L) দ্বারা উত্পাদিত ক্ষারত্বের ঠিক দ্বিগুণ, যার অর্থ হল ক্ষারীয়তা পুনরায় পূরণ করার জন্য প্রাক-ডিনাইট্রিফিকেশন ছাড়াই, নাইট্রিফিকেশন সিস্টেমের ক্ষারীয়তার রিজার্ভকে দ্রুত হ্রাস করবে।

নাইট্রিফিকেশনের ক্ষারীয়তা-গ্রাহক প্রকৃতি এটিকে অনেক বর্জ্য জল শোধনাগারের পরিচালনা ও ব্যবস্থাপনায় একটি মূল উদ্বেগের কারণ করে তোলে। যখন প্রভাবশালী ক্ষারত্ব নাইট্রিফিকেশন সমর্থন করার জন্য অপর্যাপ্ত হয়, তখন নিম্নলিখিতগুলি ঘটতে পারে:

• pH মান 7.0 এর নিচে নেমে যায়, উল্লেখযোগ্যভাবে নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া কার্যকলাপ এবং অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন অপসারণের হার হ্রাস করে।

• নাইট্রাইট জমা হওয়ার ঝুঁকি বেড়ে যায়, যার ফলে উচ্চতর বর্জ্য নাইট্রাইট নাইট্রোজেনের ঘনত্ব হয়।

• মুক্ত অ্যামোনিয়া (FA) এবং বিনামূল্যে নাইট্রাইট (FNA) ঘনত্বের পরিবর্তন, মাইক্রোবিয়াল সম্প্রদায়ের বিষাক্ততা সৃষ্টি করে।

• খারাপ স্লাজ নিষ্পত্তি কর্মক্ষমতা, উচ্চতর বর্জ্য SS ফলে.

সফল নাইট্রিফিকেশন নিশ্চিত করার জন্য, সিস্টেমে অবশিষ্ট ক্ষারত্ব সাধারণত 70-100 mg/L (CaCO₃ হিসাবে) এর কম না হওয়া প্রয়োজন। অনুশীলনে, সাধারণ ক্ষারত্বের ক্ষতিপূরণের ব্যবস্থাগুলির মধ্যে রয়েছে: প্রাক-ডিনাইট্রিফিকেশন দ্বারা উত্পন্ন ক্ষারকে ব্যবহার করা, সোডিয়াম বাইকার্বোনেট যোগ করা (NaHCO₃), সোডিয়াম হাইড্রক্সাইড (NaOH), বা চুন যোগ করা (Ca(OH)₂)। এই পদ্ধতিগুলির মধ্যে, NaHCO₃ যোগ করা সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয় কারণ এটির একটি হালকা ক্ষারত্ব রয়েছে এবং এটি অতিরিক্ত ক্যাটেশন প্রবর্তন করে না।

অর্থনৈতিক বিবেচনা: 100,000 টন দৈনিক শোধন ক্ষমতা এবং 30 mg/L একটি প্রভাবশালী অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন ঘনত্ব সহ একটি বর্জ্য জল শোধনাগার একটি উদাহরণ হিসাবে, সম্পূর্ণ নাইট্রিফিকেশনের জন্য দৈনিক প্রায় 21.4 টন ক্ষার প্রয়োজন (CaCO₃ হিসাবে গণনা করা হয়)। যদি NaHCO₃ ক্ষারত্বের পরিপূরক ব্যবহার করা হয়, তাহলে দৈনিক বিকারক খরচ হাজার হাজার ইউয়ানে পৌঁছাতে পারে। তাই, অপারেটিং খরচ কমানোর জন্য প্রাক-ডিনিট্রিফিকেশনের ক্ষারত্বের ক্ষতিপূরণ ফাংশনকে সম্পূর্ণরূপে ব্যবহার করা একটি মূল কৌশল।

উপরোক্ত বিশ্লেষণের উপর ভিত্তি করে, একটি বর্জ্য জল শোধন ব্যবস্থায় ক্ষারত্বের পরিবর্তনগুলি মূলত ক্ষারত্ব তৈরি করে এবং ক্ষারকে গ্রাস করে এমন প্রতিক্রিয়াগুলির মধ্যে একটি গতিশীল খেলা। সিস্টেম ক্ষারত্ব

নিট পরিবর্তন নিম্নলিখিত সরলীকৃত সূত্র দ্বারা প্রকাশ করা যেতে পারে:

ক্ষারীয় ভারসাম্য সমীকরণ

Δক্ষারত্ব=Σ(ক্ষারত্ব উৎপাদিত) - Σ(ক্ষারীয়তা গ্রাস) + বাহ্যিকভাবে যুক্ত ক্ষারত্ব - ক্ষারত্ব হ্রাস

একটি সাধারণ A²/O প্রক্রিয়ায়, ক্ষারত্বের প্রধান "ভোক্তা" হল নাইট্রিফিকেশন (-7.14 mg/L ক্ষারত্ব/mg NH₃-N), যখন প্রধান "উৎপাদক" হল ডিনাইট্রিফিকেশন (+3.57 mg/L ক্ষারত্ব/mg NO⁻N)। যেহেতু ডিনাইট্রিফিকেশন নাইট্রিফিকেশনের মাধ্যমে খাওয়ার অর্ধেক ক্ষার উৎপন্ন করে, এমনকি 100% মোট নাইট্রোজেন ডিনাইট্রিফিকেশনের জন্য নাইট্রিফাইড লিকারে ফেরত দিয়েও, সিস্টেমে একটি নির্দিষ্ট ক্ষারত্বের ঘাটতি এখনও বিদ্যমান থাকবে। এই ঘাটতি সাধারণত প্রভাবশালীদের কাছ থেকে বাহিত ক্ষারত্ব দ্বারা এবং বাহ্যিকভাবে যোগ করা ক্ষারীয় বিকারক দ্বারা পূরণ করা হয়।

এই ভারসাম্য সম্পর্ক বোঝার প্রক্রিয়ার নকশা এবং অপারেশন চলাকালীন বিকারক অপ্টিমাইজেশানের সময় ক্ষারত্বের গণনার জন্য সরাসরি নির্দেশক তাত্পর্য রয়েছে। এখানে ক্ষারত্ব ব্যবস্থাপনার জন্য কিছু ব্যবহারিক পরামর্শ রয়েছে:

ম্যানেজমেন্ট মূল পয়েন্ট

নিয়মিত মনিটরিং: প্রভাবকের দৈনিক পর্যবেক্ষণ, প্রতিটি প্রক্রিয়া পর্যায়, এবং প্রবাহিত ক্ষারত্ব এবং পিএইচ মান, এবং ক্ষারীয়তার প্রবণতা গ্রাফ প্লটিং।

অপ্টিমাইজড রিফ্লাক্স রেশিও ডিজাইন: প্রভাবশালী ক্ষারত্ব এবং অ্যামোনিয়া নাইট্রোজেন ঘনত্বের উপর ভিত্তি করে নাইট্রিফিকেশন লিকার রিফ্লাক্স রেশিও অপ্টিমাইজ করুন যাতে ডিনাইট্রিফিকেশন ক্ষারত্বের সর্বোচ্চ ব্যবহার করা যায়।

নিয়ন্ত্রিত কার্বন-নাইট্রোজেন অনুপাত: অপর্যাপ্ত কার্বন উৎসের কারণে ক্ষারত্বের উৎপাদন হ্রাস এড়াতে ডিনাইট্রিফিকেশন পর্যায়ে পর্যাপ্ত কার্বন উৎস নিশ্চিত করুন।

সুনির্দিষ্ট ডোজ: অতিরিক্ত মাত্রা এবং অপচয় এড়াতে বাস্তব-সময়ের ক্ষারত্ব ডেটার উপর ভিত্তি করে একটি রাসায়নিক ডোজ মডেল স্থাপন করুন।

ঋতু পরিবর্তনের প্রতি মনোযোগ দিন: জলের তাপমাত্রা কমে গেলে নাইট্রিফাইং ব্যাকটেরিয়া কার্যকলাপ হ্রাস পায়; যথাযথভাবে ক্ষারত্ব বৃদ্ধি করে pH স্থিতিশীলতা বজায় রাখা যেতে পারে।

ক্ষারত্বের পরিবর্তনগুলি বর্জ্য জল চিকিত্সার একটি গুরুত্বপূর্ণ গতিশীল জলের গুণমান নির্দেশক। ক্ষারত্বের উপর সাতটি মূল জৈব রাসায়নিক বিক্রিয়ার প্রভাব পদ্ধতিগতভাবে বিশ্লেষণ করে-সালফেট হ্রাস, ফসফরাস গ্রহণ, ডিনাইট্রিফিকেশন, এবং জৈব পদার্থের অবক্ষয় ক্ষারীয়তা তৈরি করে, যখন হাইড্রোলাইসিস অ্যাসিডিফিকেশন, অ্যানেরোবিক ফসফরাস নিঃসরণ, এবং নাইট্রিফিকেশন পরিষ্কারভাবে অ্যালক্লিনটি-কে গ্রাস করতে পারে। বিভিন্ন প্রক্রিয়া পর্যায় জুড়ে।

বিশেষভাবে উল্লেখ্য যে নাইট্রিফিকেশন এবং ডিনাইট্রিফিকেশনের মধ্যে ঘনিষ্ঠ ক্ষারত্ব "পরিপূরক": ডিনাইট্রিফিকেশন প্রতি 1 মিলিগ্রাম NO₃⁻{{2}N হ্রাসের জন্য 3.57 mg/L ক্ষারত্ব তৈরি করে, যখন নাইট্রিফিকেশন 7.14 mg/L ক্ষারীয়তা ব্যবহার করে প্রতি m₃⁻{1}NH5} এর জন্য অক্সিডাইজড এই পরিমাণগত সম্পর্ক বোঝা কার্যকর ক্ষারত্ব ব্যবস্থাপনার জন্য মৌলিক।

ব্যবহারিক ক্রিয়াকলাপে, এটি সুপারিশ করা হয় যে পরিবেশগত অনুশীলনকারীরা তাদের রুটিন জলের গুণমান পরীক্ষার সিস্টেমে ক্ষারত্ব পর্যবেক্ষণকে অন্তর্ভুক্ত করে, ক্ষারত্বের ভারসাম্য রেকর্ড স্থাপন করে এবং প্রক্রিয়া বৈশিষ্ট্য এবং প্রভাবশালী জলের গুণমানের পরিবর্তনের উপর ভিত্তি করে অপারেটিং প্যারামিটার এবং রিএজেন্ট ডোজিং কৌশলগুলি গতিশীলভাবে সামঞ্জস্য করে। শুধুমাত্র ক্ষারত্বের পরিবর্তনগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করে এমন অন্তর্নিহিত আইনগুলিকে সম্পূর্ণরূপে বোঝার মাধ্যমেই আমরা বর্জ্য জল চিকিত্সা ব্যবস্থার উপর পরিশ্রুত নিয়ন্ত্রণ অর্জন করতে পারি এবং ধারাবাহিকভাবে উচ্চ বর্জ্যের গুণমান নিশ্চিত করতে পারি।

ক্ষারত্ব, যদিও আপাতদৃষ্টিতে নগণ্য, একটি গভীর প্রভাব রয়েছে। এটি বর্জ্য জল চিকিত্সা ব্যবস্থায় একটি "অদৃশ্য অভিভাবক" এর মতো কাজ করে, অণুজীবের বেঁচে থাকার জন্য প্রয়োজনীয় অ্যাসিড{1}}বেস পরিবেশকে নীরবে বজায় রাখে। আসুন আজ থেকে শুরু করি ক্ষারত্বের প্রতি আরও বেশি মনোযোগ দিতে, এই আপাতদৃষ্টিতে সাধারণ কিন্তু অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ জলের গুণমানের প্যারামিটার, এবং আরও দক্ষ, স্থিতিশীল, এবং পরিবেশ বান্ধব বর্জ্য জল চিকিত্সা ব্যবস্থা তৈরিতে অবদান রাখি।