अपशिष्ट जल उपचार में भ्रमित करने वाले संकेतक: नाइट्रीकरण और विनाइट्रीकरण

अपशिष्ट जल उपचार के दैनिक संचालन में, दो शब्द अक्सर सुने जाते हैं: नाइट्रीकरण और विनाइट्रीकरण। बहुत से लोग जो अपशिष्ट जल उपचार में नए हैं वे इन दोनों अवधारणाओं को भ्रमित करते हैं। अपने समान नामों के बावजूद, दोनों चरित्र "硝" के इर्द-गिर्द घूमते हैं, वे वास्तव में अपशिष्ट जल उपचार में पूरी तरह से अलग भूमिका निभाते हैं।

सरल शब्दों में, नाइट्रीकरण अमोनिया नाइट्रोजन को नाइट्रेट में परिवर्तित करने के लिए जिम्मेदार है, जबकि डिनाइट्रीकरण नाइट्रेट को नाइट्रोजन गैस में परिवर्तित करने के लिए जिम्मेदार है। एक ऑक्सीकरण प्रक्रिया है, और दूसरी कमी प्रक्रिया है। ये दोनों प्रक्रियाएँ एक रिले दौड़ की तरह हैं, और केवल जब वे समन्वय में पूरी हो जाती हैं तो सीवेज में नाइट्रोजन को वास्तव में हटाया जा सकता है।

एक बार जब यह बिंदु समझ में आ जाता है, तो विभिन्न नाइट्रोजन हटाने की प्रक्रियाओं, जैसे ए/ओ, एएओ और ऑक्सीकरण खाई के पीछे का तर्क बहुत स्पष्ट हो जाता है।

घरेलू सीवेज और कई औद्योगिक अपशिष्ट जल में, नाइट्रोजन मुख्य रूप से अमोनिया नाइट्रोजन के रूप में मौजूद होती है। यदि अमोनिया नाइट्रोजन को सीधे जल निकायों में छोड़ दिया जाता है, तो यह आसानी से सुपोषण का कारण बन सकता है और मछली जैसे जलीय जीवों पर भी विषाक्त प्रभाव डाल सकता है। इसलिए, अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों को पहले अमोनिया नाइट्रोजन को परिवर्तित करने की आवश्यकता है।

इस परिवर्तन प्रक्रिया को नाइट्रीकरण के रूप में जाना जाता है।

नाइट्रिफिकेशन वास्तव में सूक्ष्मजीवों द्वारा की जाने वाली एक ऑक्सीकरण प्रक्रिया है, जिसे मोटे तौर पर दो चरणों में विभाजित किया जा सकता है:

पहला चरण अमोनिया नाइट्रोजन का नाइट्राइट में ऑक्सीकरण है
चरण 2: नाइट्राइट को आगे नाइट्रेट में ऑक्सीकृत किया जाता है

पूरी प्रक्रिया में पर्याप्त ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, इसलिए नाइट्रीकरण आम तौर पर एरोबिक वातावरण में होता है, जैसे वातन टैंक या एमबीआर जैव रासायनिक टैंक।

इस प्रक्रिया में शामिल सूक्ष्मजीवों को नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के रूप में जाना जाता है। वे सामान्य हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया से भिन्न होते हैं क्योंकि वे ऑटोट्रॉफ़िक श्रेणी से संबंधित होते हैं, जो मुख्य रूप से अकार्बनिक पदार्थों से ऊर्जा प्राप्त करते हैं। उनकी विकास दर अपेक्षाकृत धीमी है, और वे पर्यावरणीय परिवर्तनों के प्रति भी संवेदनशील हैं।

यही कारण है कि कई अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों में सर्दियों के दौरान नाइट्रीकरण क्षमता में गिरावट का अनुभव होता है।

हालाँकि नाइट्रिफिकेशन ने अमोनिया नाइट्रोजन की समस्या को हल कर दिया है, लेकिन इस बिंदु पर पानी में नाइट्रोजन वास्तव में गायब नहीं हुई है; यह केवल एक रूप से दूसरे रूप में रूपांतरित हुआ है। अपशिष्ट जल से नाइट्रोजन को वास्तव में "हटाने" के लिए, दूसरे चरण - विनाइट्रीकरण - को पूरा करने की आवश्यकता है।

विनाइट्रीकरण एक कमी प्रक्रिया है। अवायवीय वातावरण में, सूक्ष्मजीव नाइट्रेट में ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं, धीरे-धीरे इसे नाइट्रोजन गैस में बदल देते हैं। प्रतिक्रिया मार्ग मोटे तौर पर इस प्रकार है:

नाइट्रेट → नाइट्राइट → नाइट्रस ऑक्साइड → नाइट्रस ऑक्साइड → नाइट्रोजन

अंततः उत्पन्न नाइट्रोजन गैस (N₂)* को गैसीय रूप में हवा में छोड़ा जाएगा, इस प्रकार सीवेज में नाइट्रोजन वास्तव में हटा दी जाएगी। इस प्रक्रिया को पूरा करने वाले सूक्ष्मजीवों को डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया कहा जाता है। नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के विपरीत, वे हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया से संबंधित हैं और ऊर्जा स्रोत के रूप में कार्बनिक कार्बन की आवश्यकता होती है।

यही कारण है कि कई अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों को नाइट्रोजन हटाने के दौरान कार्बन स्रोतों को जोड़ने की आवश्यकता होती है।

यदि हम इन दोनों प्रक्रियाओं को एक साथ देखें, तो हम पाएंगे कि वे कई पहलुओं में बिल्कुल विपरीत हैं।

1. विभिन्न ऑक्सीजन स्थितियाँ

नाइट्रिफिकेशन एरोबिक वातावरण में होना चाहिए, आमतौर पर घुलित ऑक्सीजन का स्तर लगभग 2 मिलीग्राम/लीटर बनाए रखने की आवश्यकता होती है।

विनाइट्रीकरण के लिए अवायवीय वातावरण की आवश्यकता होती है जिसमें घुलित ऑक्सीजन 0.5 मिलीग्राम/लीटर से नीचे बनी रहे। यदि बहुत अधिक ऑक्सीजन है, तो डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया नाइट्रेट के बजाय ऑक्सीजन का उपयोग करना पसंद करेंगे।

सरल शब्दों में, नाइट्रीकरण ऑक्सीजन में पनपता है, जबकि विकृतीकरण ऑक्सीजन द्वारा बाधित होता है।

2. विभिन्न प्रकार के सूक्ष्मजीव

नाइट्रिफिकेशन मुख्य रूप से नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया द्वारा पूरा किया जाता है, जिसमें नाइट्रोसोमोनास और नाइट्रोबैक्टर शामिल हैं

ये बैक्टीरिया ऑटोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया से संबंधित हैं, जो धीरे-धीरे बढ़ते हैं और लंबी कीचड़ आयु की आवश्यकता होती है।

विनाइट्रीकरण, विनाइट्रीकृत जीवाणुओं द्वारा किया जाता है, जो हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया श्रेणी से संबंधित होते हैं और अपेक्षाकृत तेज़ विकास दर प्रदर्शित करते हैं।

3. विभिन्न कार्बन स्रोत आवश्यकताएँ

नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया मुख्य रूप से ऊर्जा के लिए अकार्बनिक पदार्थों का उपयोग करते हैं और आम तौर पर कार्बनिक कार्बन स्रोतों पर निर्भर नहीं होते हैं।

डेनिट्रिफाइंग बैक्टीरिया को इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में कार्बनिक कार्बन की आवश्यकता होती है। इसलिए, जब अपशिष्ट जल में उपलब्ध कार्बनिक पदार्थ अपर्याप्त होते हैं, तो अक्सर सोडियम एसीटेट, मेथनॉल और ग्लूकोज जैसे बाहरी कार्बन स्रोतों को जोड़ना आवश्यक होता है।

कई अपशिष्ट जल संयंत्रों के संचालन में, अपर्याप्त कार्बन स्रोत अक्सर नाइट्रोजन हटाने की दक्षता को प्रभावित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक होता है।

4. घटना का स्थान अलग है

सामान्य नाइट्रोजन हटाने की प्रक्रियाओं में, दोनों को आमतौर पर अलग-अलग प्रतिक्रिया क्षेत्रों में व्यवस्थित किया जाता है।

उदाहरण के लिए, ए/ओ या एएओ प्रक्रियाओं में:

एनोक्सिक टैंक - विनाइट्रीकरण एरोबिक टैंक - नाइट्रीकरण

नाइट्रीकरण के माध्यम से उत्पादित नाइट्रेट आंतरिक पुनर्चक्रण के माध्यम से अनॉक्सी क्षेत्र में लौट आता है, जहां इसे डीनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया द्वारा और रूपांतरित किया जाता है।
5. अलग-अलग अंतिम परिणाम

नाइट्रीकरण का परिणाम अमोनिया नाइट्रोजन में कमी और नाइट्रेट में वृद्धि है

विनाइट्रीकरण का परिणाम है: नाइट्रेट में कमी और नाइट्रोजन गैस का उत्पादन

दूसरे शब्दों में, नाइट्रोजन विनाइट्रीकरण पूरा होने के बाद ही जल निकाय छोड़ सकता है।

समग्र दृष्टिकोण से, नाइट्रीकरण और विनाइट्रीकरण दो स्वतंत्र प्रक्रियाएं नहीं हैं, बल्कि जैविक नाइट्रोजन हटाने में दो लगातार चरण हैं।

संपूर्ण नाइट्रोजन रूपांतरण प्रक्रिया को सरलता से इस प्रकार समझा जा सकता है:

अमोनियाकल नाइट्रोजन → नाइट्राइट नाइट्रोजन → नाइट्रेट नाइट्रोजन → नाइट्राइट नाइट्रोजन → नाइट्रोजन गैस

नाइट्रीकरण अमोनिया नाइट्रोजन को नाइट्रेट में परिवर्तित करने के लिए जिम्मेदार है, जबकि डेनाइट्रीकरण नाइट्रेट को वापस नाइट्रोजन गैस में बदलने के लिए जिम्मेदार है।
दोनों रिले रेस की तरह जुड़े हुए हैं.

यदि केवल नाइट्रीकरण है और कोई विनाइट्रीकरण नहीं है, तो पानी में नाइट्रेट अभी भी यूट्रोफिकेशन का कारण बनेगा।
यदि कोई नाइट्रीकरण नहीं है, तो विनाइट्रीकरण के लिए "कच्चे माल" की कमी होगी।

यही कारण है कि अधिकांश नाइट्रोजन हटाने की प्रक्रियाओं में एरोबिक और एनोक्सिक दोनों क्षेत्र शामिल होते हैं।

अपशिष्ट जल उपचार के क्षेत्र में, कई अवधारणाएँ समान दिखाई दे सकती हैं, लेकिन अंतर्निहित तर्क पूरी तरह से अलग है।

नाइट्रीकरण और विनाइट्रीकरण एक विशिष्ट जोड़ी है।

एक एरोबिक वातावरण में होता है, जबकि दूसरा अवायवीय वातावरण में होता है;
एक अमोनिया नाइट्रोजन के ऑक्सीकरण के लिए जिम्मेदार है, और दूसरा नाइट्रेट को कम करने के लिए जिम्मेदार है;
केवल जब दोनों संयुक्त होते हैं तो एक पूर्ण जैविक नाइट्रोजन हटाने की प्रक्रिया बन सकती है।

इसे समझने के बाद, जब हम विभिन्न नाइट्रोजन हटाने की प्रक्रियाओं, जैसे ए/ओ, एएओ और ऑक्सीकरण खाई को देखते हैं, तो हम देख सकते हैं कि वे सभी इन दो चरणों के आसपास अनुकूलित और संयुक्त हैं।

सीवेज उपचार में कई जटिल प्रक्रियाएं, अंतिम विश्लेषण में, वास्तव में इन सूक्ष्मजीवों के लिए एक उपयुक्त "कार्य वातावरण" बना रही हैं।