कृत्रिम आर्द्रभूमियों के विनाइट्रीकरण तंत्र पर चर्चा

प्राकृतिक जल निकायों के यूट्रोफिकेशन की बढ़ती डिग्री के साथ, प्रदूषित जल निकायों में नाइट्रोजन को हटाना एक तेजी से जरूरी मुद्दा बन गया है। आर्द्रभूमियाँ प्राकृतिक जल निकायों के सुपोषण की रोकथाम और नियंत्रण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। प्राकृतिक आर्द्रभूमियाँ, उचित कृत्रिम उपायों द्वारा पूरक, प्रदूषक हटाने और पारिस्थितिक प्रभावों की दक्षता में काफी सुधार कर सकती हैं। उनमें से, नाइट्रोजन हटाना कृत्रिम आर्द्रभूमि का एक महत्वपूर्ण कार्य है। सीवेज उपचार के लिए कृत्रिम आर्द्रभूमि में नाइट्रोजन हटाने के तंत्र का सारांश आर्द्रभूमि के डिजाइन, संचालन और अनुसंधान के लिए एक अच्छा सैद्धांतिक आधार प्रदान कर सकता है।

कृत्रिम आर्द्रभूमियों का विनाइट्रीकरण तंत्र

कृत्रिम आर्द्रभूमि प्रणालियाँ विभिन्न तंत्रों के माध्यम से सीवेज से नाइट्रोजन निकालती हैं। इन तंत्रों में मुख्य रूप से जैविक, भौतिक और रासायनिक प्रतिक्रियाएं शामिल हैं।

एंटी-सीपेज कृत्रिम आर्द्रभूमि प्रणाली में, यदि कृत्रिम आर्द्रभूमि और आसपास के जल निकायों के बीच नाइट्रोजन विनिमय को नजरअंदाज कर दिया जाता है, तो कृत्रिम आर्द्रभूमि में नाइट्रोजन के परिसंचरण और परिवर्तन पथ को नीचे दिए गए चित्र में दिखाया गया है, जिसमें मुख्य रूप से कार्बनिक नाइट्रोजन का अमोनिया, अमोनिया नाइट्रोजन वाष्पीकरण शामिल है। , जैविक नाइट्रीकरण और विनाइट्रीकरण, पादप माइक्रोबियल ऊतक ग्रहण, मैट्रिक्स सोखना और अवायवीय अमोनिया ऑक्सीकरण और अन्य भौतिक, रासायनिक और जैविक प्रक्रियाएं।

उनमें से, मैट्रिक्स के सोखने और वर्षा का विशेष मैट्रिक्स आर्द्रभूमि में या आर्द्रभूमि उपयोग के प्रारंभिक चरण में अच्छा प्रभाव पड़ता है, लेकिन परिपक्व कृत्रिम आर्द्रभूमि के लिए जो लंबे समय से संचालन में हैं, नाइट्रोजन के परिवर्तन और निष्कासन के तहत सूक्ष्मजीवों की क्रिया को सदैव नाइट्रोजन निकालने का मुख्य तरीका माना गया है। अन्य नाइट्रोजन हटाने के रास्ते जैसे अवायवीय अमोनिया ऑक्सीकरण सैद्धांतिक रूप से उच्च-अमोनिया नाइट्रोजन अपशिष्ट जल कृत्रिम आर्द्रभूमि के उपचार में बड़ा योगदान दे सकते हैं।

राष्ट्रीय पारिस्थितिक दिवस

नाइट्रिफिकेशन उस प्रक्रिया को संदर्भित करता है जिसमें अमोनिया नाइट्रोजन को नाइट्राइट नाइट्रोजन में ऑक्सीकरण किया जाता है और सूक्ष्मजीवों की कार्रवाई के तहत नाइट्रेट नाइट्रोजन में ऑक्सीकरण किया जाता है। नाइट्रीकरण मुख्यतः स्वपोषी जीवाणुओं द्वारा दो चरणों में पूरा होता है।

पहला चरण नाइट्राइट प्रक्रिया है: यानी, वह चरण जिसमें अमोनिया नाइट्रोजन नाइट्राइट नाइट्रोजन में ऑक्सीकृत हो जाता है।

इस चरण में शामिल नाइट्राइट बैक्टीरिया की पांच मुख्य प्रजातियां हैं: नाइट्रोसोमोनास, नाइट्रोसोसिस्टिस, नाइट्रोसोकोकस, नाइट्रोसोस्पिरा और नाइट्रोसोग्लोइया। इनमें नाइट्रोबैक्टर की भूमिका विशेष रूप से प्रमुख है।

दूसरा चरण नाइट्रीकरण प्रक्रिया है: अर्थात, वह चरण जहां नाइट्राइट नाइट्रोजन को नाइट्रेट नाइट्रोजन में ऑक्सीकृत किया जाता है।

इस चरण में नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया की तीन मुख्य प्रजातियां शामिल हैं: नाइट्रोबैक्टर, नाइट्रोस्पिना और नाइट्रोकोकस। उनमें से, नाइट्रोबैक्टर मुख्य जीनस है, और सामान्य नाइट्रोबैक्टर विनोग्रैडस्की और एन.एगिलिस हैं।

उपर्युक्त ऑटोट्रॉफ़िक सूक्ष्मजीवों के अलावा, मिट्टी में बड़ी संख्या में हेटरोट्रॉफ़िक सूक्ष्मजीव होते हैं, जो अमोनिया और कार्बनिक नाइट्रोजन यौगिकों को N2O या N2 में ऑक्सीकरण कर सकते हैं, और उनकी नाइट्रीकरण क्षमता ऑटोट्रॉफ़िक नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया की तुलना में कम हो सकती है। लेकिन कृत्रिम आर्द्रभूमियों में नाइट्रीकरण प्रक्रिया में उनकी विशिष्ट भूमिका पर शोध अभी भी अपर्याप्त है।

अमोनिया नाइट्रोजन का नाइट्रीकरण हटाने का प्रभाव कृत्रिम आर्द्रभूमि के डिजाइन और संरचना के साथ भिन्न होता है। सतही प्रवाह कृत्रिम आर्द्रभूमि, ऊर्ध्वाधर प्रवाह कृत्रिम आर्द्रभूमि और संयुक्त कृत्रिम आर्द्रभूमि में, मजबूत नाइट्रीकरण प्रक्रियाएं होती हैं और बड़ी मात्रा में अमोनिया नाइट्रोजन हटा दिया जाता है, लेकिन डिग्री अलग होती है।

सामान्यतया, चूंकि ऊर्ध्वाधर प्रवाह का पुनर्ऑक्सीजन प्रभाव क्षैतिज उपसतह प्रवाह कृत्रिम आर्द्रभूमि की तुलना में बेहतर होता है, नाइट्रीकरण की तीव्रता आमतौर पर क्षैतिज उपसतह प्रवाह आर्द्रभूमि की तुलना में अधिक होती है। इसके अलावा, विभिन्न परिचालन स्थितियाँ भी नाइट्रीकरण की तीव्रता को प्रभावित करती हैं। उदाहरण के लिए, ऊर्ध्वाधर प्रवाह आर्द्रभूमि में प्रयुक्त ज्वारीय संचालन मोड और क्षैतिज उपसतह प्रवाह आर्द्रभूमि के प्रारंभिक चरण में वातन पूर्व उपचार दोनों ही प्रणाली की नाइट्रीकरण तीव्रता को बढ़ाते हैं।

विनाइट्रीकरण प्रक्रिया

डिनाइट्रीकरण प्रक्रिया उस जैव रासायनिक प्रक्रिया को संदर्भित करती है जिसमें डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया मध्यवर्ती उत्पादों (NO {{2%), NO, N2O की एक श्रृंखला के माध्यम से नाइट्रेट (NO 3-) में नाइट्रोजन (N) को नाइट्रोजन अणुओं (N2) में कम कर देता है। ).

प्रकृति में नाइट्रोजन चक्र में विनाइट्रीकरण प्रक्रिया का बहुत महत्व है और यह नाइट्रोजन चक्र की एक महत्वपूर्ण कड़ी है। कृत्रिम आर्द्रभूमि सीवेज उपचार के संदर्भ में, यह नाइट्रीकरण प्रतिक्रिया के साथ-साथ जैविक विकृतीकरण का मुख्य तरीका है। विनाइट्रीकरण प्रक्रिया पर पर्यावरणीय बाधाओं में ऑक्सीजन पर्यावरण, रेडॉक्स क्षमता, तापमान, पीएच और कार्बनिक कार्बन स्रोत शामिल हैं। नाइट्रीकरण के लिए पुनःऑक्सीकरण वातावरण की आवश्यकता होती है, लेकिन विनाइट्रीकरण के लिए अवायवीय वातावरण की आवश्यकता होती है, जो सैद्धांतिक रूप से एक ही आर्द्रभूमि वातावरण में एक साथ नाइट्रीकरण और विनाइट्रीकरण को आर्द्रभूमि विनाइट्रीकरण को प्रतिबंधित करने वाला एक महत्वपूर्ण कारक बनाता है।

विनाइट्रीकरण के लिए सबसे उपयुक्त pH रेंज pH6-8 है। जब पीएच मान 5 से कम होता है, तो विनाइट्रीकरण की तीव्रता को पूरा किया जा सकता है, लेकिन इसकी दर काफी कम हो जाती है। जब पीएच मान 4 से कम होता है, तो विनाइट्रीकरण अक्सर पूरी तरह से बाधित हो जाता है। विनाइट्रीकरण के लिए उपयुक्त तापमान 30 ~ 35 डिग्री है, और तापमान 2 ~ 9 डिग्री से कम होने पर विनाइट्रीकरण काफी कमजोर हो जाता है।

उपरोक्त विनाइट्रीकरण प्रक्रिया समीकरण से, यह देखा जा सकता है कि पूर्ण विनाइट्रीकरण प्रक्रिया का उत्पाद नाइट्रोजन (N2) है, और N2O अपूर्ण अवस्था में उत्पन्न होगा। चूँकि N2O एक ग्रीनहाउस गैस है, इसलिए इसकी ग्लोबल वार्मिंग क्षमता CO2 की तुलना में 310 गुना अधिक है। यद्यपि कृत्रिम आर्द्रभूमियों में अपूर्ण विनाइट्रीकरण का उत्सर्जन वैश्विक ग्रीनहाउस प्रभाव के लिए नगण्य है, इसने हाल के वर्षों में धीरे-धीरे कई विद्वानों का ध्यान और चिंता आकर्षित की है।

पौधे का निष्कर्षण

पौधों की वृद्धि के लिए नाइट्रोजन एक आवश्यक पोषक तत्व है। अकार्बनिक नाइट्रोजन को पौधों द्वारा कृत्रिम आर्द्रभूमि में पौधों द्वारा अवशोषित और संश्लेषित किया जा सकता है। अंत में, आर्द्रभूमि पौधों के भूमिगत हिस्सों की नियमित कटाई द्वारा अकार्बनिक नाइट्रोजन के हिस्से को कृत्रिम आर्द्रभूमि प्रणाली से पूरी तरह से हटाया जा सकता है।

पौधों द्वारा अकार्बनिक नाइट्रोजन का अवशोषण और निष्कासन पौधों के ऊतकों की उपज और ऊतकों में नाइट्रोजन सामग्री द्वारा सीमित होता है। पौधों के अवशोषण द्वारा आर्द्रभूमि के विनाइट्रीकरण प्रभाव को बढ़ाने का अनुप्रयोग उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में अधिक उपयुक्त है, क्योंकि उष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में मौसमी परिवर्तन छोटे होते हैं और आर्द्रभूमि के पौधे पूरे वर्ष विकसित हो सकते हैं। इसलिए, पौधों के ऊतकों द्वारा अकार्बनिक नाइट्रोजन के अवशोषण और निष्कासन में सुधार के लिए पौधों की कटाई कई बार की जा सकती है।

अमोनीकरण

अमोनीकरण प्रक्रिया मुख्य रूप से उस प्रक्रिया को संदर्भित करती है जिसमें नाइट्रोजन युक्त कार्बनिक पदार्थ जैसे प्रोटीन को आर्द्रभूमि बिस्तर में सूक्ष्मजीवों द्वारा विघटित किया जाता है और अमोनिया में परिवर्तित किया जाता है। कृत्रिम आर्द्रभूमि सीवेज उपचार के नाइट्रोजन चक्र में अमोनियाकरण पर शोध ने नाइट्रिफिकेशन और डिनाइट्रिफिकेशन जैसे शोधकर्ताओं का ध्यान और महत्व आकर्षित नहीं किया है।

कृत्रिम आर्द्रभूमियों की रिपोर्ट की गई अमोनियाकरण तीव्रता 0 है।004-0.530 ग्राम/(एम2·डी)।

अमोनिया नाइट्रोजन वाष्पीकरण

कृत्रिम आर्द्रभूमि प्रणालियों में कुछ नाइट्रोजन और नाइट्रोजन वाष्पीकरण द्वारा प्रणाली से बाहर निकल सकते हैं। अमोनिया के वाष्पीकरण की मात्रा जलवायु, हाइड्रोलिक स्थितियों और पौधों की वृद्धि की स्थिति जैसे कारकों से प्रभावित होती है।

When the pH value is lower than 7.5, the ammonia volatilization effect can be ignored. Only when the pH value is greater than 9.3, the ammonia volatilization effect is more significant. Wetland ammonia volatilization includes wetland ground ammonia volatilization and plant leaf ammonia volatilization. Among them, wetland ground ammonia volatilization needs to occur when the water pH>8. सामान्यतः कृत्रिम आर्द्रभूमियों का pH मान 6~7 होता है। इसलिए, आर्द्रभूमि भूमि के वाष्पीकरण के माध्यम से नष्ट होने वाली अमोनिया नाइट्रोजन को नजरअंदाज किया जा सकता है।

हालाँकि, जब कृत्रिम आर्द्रभूमि चूना पत्थर और अन्य मीडिया से भरी होती है, तो आर्द्रभूमि प्रणाली में पीएच मान बहुत अधिक होगा, और अस्थिरता के माध्यम से अमोनिया नाइट्रोजन के नुकसान पर विचार करने की आवश्यकता है।

अवायवीय अमोनिया ऑक्सीकरण

अवायवीय अमोनिया ऑक्सीकरण प्रक्रिया एक जैविक प्रतिक्रिया प्रक्रिया है जिसमें अवायवीय अमोनिया-ऑक्सीकरण करने वाले बैक्टीरिया अवायवीय परिस्थितियों में अमोनिया नाइट्रोजन को नाइट्रोजन गैस में सीधे ऑक्सीकरण करने के लिए एक इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में नाइट्राइट और एक इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में अमोनिया नाइट्रोजन का उपयोग करते हैं।

इस प्रतिक्रिया में आमतौर पर बाहरी स्थितियों (पीएच मान, तापमान, घुलित ऑक्सीजन आदि) पर सख्त आवश्यकताएं होती हैं, लेकिन इसके फायदे हैं: चूंकि अमोनिया नाइट्रोजन को सीधे डिनाइट्रीकरण प्रतिक्रिया के लिए इलेक्ट्रॉन दाता के रूप में उपयोग किया जाता है, बहिर्जात कार्बनिक पदार्थ (जैसे) मेथनॉल) से बचा जा सकता है, जो परिचालन लागत बचा सकता है और द्वितीयक प्रदूषण को रोक सकता है।

चूँकि अधिकांश अमोनिया पूर्ण नाइट्रीकरण प्रक्रिया से नहीं गुजरता है और सीधे अवायवीय अमोनिया ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया में भाग लेता है, ऑक्सीजन की प्रभावी उपयोग दर बढ़ जाती है, ऑक्सीजन आपूर्ति की ऊर्जा खपत कम हो जाती है, और एसिड उत्पादन कम हो जाता है। यह निष्प्रभावीकरण के लिए आवश्यक रासायनिक अभिकर्मकों को कम कर सकता है, परिचालन लागत को कम कर सकता है और द्वितीयक प्रदूषण को कम कर सकता है।

वर्तमान में, इस तकनीक को धीरे-धीरे कोकिंग अपशिष्ट जल, लैंडफिल लीचेट और अन्य अपशिष्ट जल के औद्योगिक उपचार में लागू किया जा रहा है। हालाँकि कृत्रिम आर्द्रभूमि सीवेज उपचार पर रिपोर्टें हैं, लेकिन संबंधित शोध अभी भी अपर्याप्त है।

नाइट्रस ऑक्साइड का विमोचन

आम तौर पर यह माना जाता है कि कृत्रिम आर्द्रभूमि में नाइट्रोजन हटाने का मुख्य तंत्र यह है कि सीवेज में नाइट्रोजन अंततः सूक्ष्मजीवों द्वारा नाइट्रीकरण और डिनाइट्रीकरण की संयुक्त कार्रवाई के तहत एन 2 और एन 2 ओ गैसों के रूप में निकल जाती है। चूँकि N2O एक तेज़ वार्मिंग गैस है, इसका ग्रीनहाउस प्रभाव CO2 से लगभग 298 गुना अधिक है, और वैश्विक पर्यावरण पर इसका प्रभाव दीर्घकालिक और संभावित है, इसलिए कृत्रिम आर्द्रभूमि में N2O रिलीज के कानून का अध्ययन करना बहुत महत्वपूर्ण है।

कृत्रिम आर्द्रभूमि प्रणालियों में N2O उत्सर्जन पर अनुसंधान 1997 में शुरू हुआ, जब फ्रीमैन ने पहली बार प्रस्तावित किया कि सीवेज को शुद्ध करने के लिए कृत्रिम आर्द्रभूमि प्रौद्योगिकी के उपयोग से वातावरण में एक निश्चित मात्रा में N{2}}O उत्सर्जित होगा। तब से, संबंधित शोध रिपोर्ट विदेशों में प्रकाशित हुई हैं। घरेलू संबंधित अनुसंधान देर से शुरू हुआ, और सबसे प्रारंभिक अनुसंधान रिपोर्ट 2009 में देखी गई।