A²O प्रक्रिया के मुख्य डिज़ाइन संबंधी विचार और संचालन

जल उपचार के क्षेत्र में, नाइट्रोजन और फास्फोरस को एक साथ हटाने की अपनी बेहतर क्षमता के साथ A²O (एनेरोबिक - एनोक्सिक - एरोबिक) प्रक्रिया, नगरपालिका अपशिष्ट जल और औद्योगिक अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों के लिए मुख्य धारा की पसंद बन गई है। हालाँकि, वास्तव में इस प्रक्रिया में महारत हासिल करना और कार्बन, नाइट्रोजन और फास्फोरस के "त्रिकोणीय खेल" में इष्टतम संतुलन हासिल करना कोई आसान काम नहीं है।

यह लेख प्रक्रिया के मूल से शुरू होगा, इसके डिजाइन गणना के लिए प्रमुख मापदंडों की व्यवस्थित रूप से समीक्षा करेगा, और सहकर्मियों के बीच संदर्भ और आदान-प्रदान के लिए सामान्य परिचालन समस्याओं के व्यावहारिक समाधान प्रदान करेगा।

A²O प्रक्रिया का सार तीन अलग-अलग वातावरण बनाना है, जो विशिष्ट कार्यों वाले सूक्ष्मजीवों को "अपनी-अपनी भूमिकाएँ निभाने" की अनुमति देता है, अंततः प्रदूषकों के सहक्रियात्मक निष्कासन को प्राप्त करता है। इसकी मुख्य प्रेरक शक्ति दो प्रमुख रिटर्न प्रणालियों से आती है:
कीचड़ वापसी: द्वितीयक अवसादन टैंक से संकेंद्रित कीचड़ को अवायवीय क्षेत्र के सामने के छोर पर वापस ले जाया जाता है, जो सिस्टम के लिए पर्याप्त "सैनिकों" (बायोमास) को सुनिश्चित करने के लिए मौलिक है।

नाइट्रिफिकेशन लिकर रीसर्क्युलेशन: एरोबिक ज़ोन से नाइट्रेट समृद्ध मिश्रण को एनोक्सिक ज़ोन के सामने पंप किया जाता है, जो डिनाइट्रिफिकेशन प्रतिक्रिया के लिए "गोला बारूद" प्रदान करता है।

इस मोर्चे पर, तीन प्रकार के सूक्ष्मजीवों की स्पष्ट रूप से परिभाषित भूमिकाएँ हैं:
अवायवीय क्षेत्र-"फॉस्फोरस रिलीज पायनियर्स": सख्ती से अवायवीय स्थितियों (डीओ <0.2 मिलीग्राम/एल) के तहत, पॉलीफॉस्फेट -संचय करने वाले बैक्टीरिया (पीएओ) को ऊर्जा प्राप्त करने और बड़ी मात्रा में वाष्पशील फैटी एसिड (वीएफए) को अवशोषित करने के लिए अपने शरीर के भीतर पॉलीफॉस्फेट को विघटित करने के लिए मजबूर किया जाता है, साथ ही साथ फॉस्फेट को पानी में छोड़ा जाता है। एरोबिक बैक्टीरिया द्वारा बाद में अत्यधिक फास्फोरस ग्रहण करने के लिए यह एक शर्त है।
अनॉक्सी जोन-"विनाइट्रीकरण मुख्य बल": विनाइट्रीकरण बैक्टीरिया कच्चे पानी में कार्बनिक कार्बन का उपयोग इलेक्ट्रॉन दाताओं के रूप में करते हैं ताकि पुनर्चक्रित शराब में नाइट्रेट नाइट्रोजन को नाइट्रोजन गैस में कम किया जा सके, जो वायुमंडल में निकल जाता है, जिससे विनाइट्रीकरण पूरा होता है।
एरोबिक ज़ोन-"ऑल-राउंड टर्मिनेटर": यह प्रतिक्रिया का अंतिम युद्धक्षेत्र है। नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया अमोनिया नाइट्रोजन को नाइट्रेट नाइट्रोजन में ऑक्सीकरण करते हैं; दूसरी ओर, पॉलीफ़ॉस्फेट {{3} जमा होने वाले बैक्टीरिया, पानी से फॉस्फेट को अधिक मात्रा में अवशोषित करते हैं, जिससे उच्च फॉस्फोरस कीचड़ बनता है; साथ ही, एरोबिक हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया बीओडी को पूरी तरह से ख़राब कर देते हैं।

1. अवायवीय क्षेत्र: एक शुद्ध "वैक्यूम क्षेत्र" की सुरक्षा करना
मुख्य मिशन: पॉलीफॉस्फेट {{0}संचयित बैक्टीरिया द्वारा प्रभावी फॉस्फोरस रिलीज सुनिश्चित करना, बाद में फॉस्फोरस हटाने की क्षमता का निर्माण करना।

एचआरटी (हाइड्रोलिक रिटेंशन टाइम): आमतौर पर 1-2 घंटे पर नियंत्रित किया जाता है। बहुत कम समय के परिणामस्वरूप अपर्याप्त फॉस्फोरस रिलीज होता है; बहुत अधिक समय आसानी से कीचड़ किण्वन और गैस उत्पादन की ओर ले जाता है, जिससे कीचड़ तैरने लगता है।

पर्यावरण नियंत्रण: डीओ 0.2 मिलीग्राम/लीटर से कम होना चाहिए। एक कम गति वाले आंदोलनकारी का उपयोग किया जाना चाहिए, जो केवल एक निलंबन कार्य करता है; वातन सख्त वर्जित है. अवायवीय वातावरण में सतह के पुनर्ऑक्सीजन को बाधित होने से रोकने के लिए टैंक को ढका या सील किया जाना चाहिए।

2. एनोक्सिक ज़ोन: एक सटीक रूप से नियंत्रित "डिनाइट्रिफिकेशन रिएक्टर"
मुख्य मिशन: एरोबिक भार को कम करने के लिए नाइट्रोजन को कुशलतापूर्वक हटाएं और कुछ कार्बनिक पदार्थों का उपभोग करें।

एचआरटी और कार्बन स्रोत: आम तौर पर 2-4 घंटे के लिए डिज़ाइन किया गया है, विशिष्ट समय को प्रभावशाली सी/एन अनुपात (कार्बन-नाइट्रोजन अनुपात) और पानी के तापमान के आधार पर जांचने की आवश्यकता है। जब प्रभावशाली कार्बन स्रोत विनाइट्रीकरण का समर्थन करने के लिए अपर्याप्त है, तो कार्बन स्रोत के पूरक के लिए सोडियम एसीटेट या मेथनॉल जोड़ने पर विचार करना आवश्यक है।

आंतरिक पुनर्चक्रण अनुपात (आर): यह नाइट्रोजन हटाने की दक्षता निर्धारित करने वाला एक प्रमुख पैरामीटर है। डिज़ाइन मान आमतौर पर 100% ~ 300% होता है, और लक्ष्य कुल नाइट्रोजन (टीएन) निष्कासन दर के आधार पर विशिष्ट मूल्य की सटीक गणना की जानी चाहिए। आँख बंद करके अत्यधिक उच्च रीसर्क्युलेशन अनुपात का पीछा न करें (अन्यथा, इससे ऊर्जा की खपत बढ़ जाएगी और बहुत अधिक डीओ ले जाएगा)।

3. एरोबिक क्षेत्र: नाइट्रीकरण और फास्फोरस ग्रहण का "मुख्य युद्धक्षेत्र"।

मुख्य मिशन: नाइट्रीकरण प्रतिक्रिया को पूरा करने के लिए, बीओडी को कम करना, और पॉलीफॉस्फेट जमा करने वाले बैक्टीरिया द्वारा सुपरफॉस्फेट ग्रहण करना।

एचआरटी और डीओ: इस क्षेत्र में निवास का समय सबसे लंबा है, आमतौर पर 4-8 घंटे। घुलित ऑक्सीजन (डीओ) को 2.0~3.0 मिलीग्राम/लीटर पर बनाए रखा जाना चाहिए। बहुत कम डीओ नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया को रोक देगा, जबकि बहुत अधिक डीओ आंतरिक पुनर्चक्रण को बड़ी मात्रा में घुलित ऑक्सीजन ले जाने का कारण बनेगा, जिससे सामने के छोर पर एनोक्सिक/एनारोबिक वातावरण बाधित होगा।

कीचड़ अवधारण समय (एसआरटी): यह संपूर्ण प्रणाली की जीवनधारा है। नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया (लंबे पीढ़ी चक्र) के संवर्धन को सुनिश्चित करने के लिए, एसआरटी को आम तौर पर 10-15 दिन या उससे अधिक (कम तापमान पर और बढ़ाया जाना) की आवश्यकता होती है। हालाँकि, विरोधाभास इस तथ्य में निहित है कि पॉलीफॉस्फेट (पीएपी) बैक्टीरिया द्वारा फास्फोरस का संचय कीचड़ हटाने पर निर्भर करता है, जिसके लिए कम कीचड़ प्रतिधारण समय की आवश्यकता होती है। इस सीमा के भीतर इष्टतम संतुलन बिंदु डिज़ाइन चरण के दौरान पाया जाना चाहिए।

पोषक तत्व अनुपात: आदर्श प्रभावशाली बीओडी₅: टीएन: टीपी अनुपात 100: (20-25): (1-5) होना चाहिए। नाइट्रोजन और फास्फोरस को हटाने के लिए कार्बन स्रोत आम "भोजन" हैं; एक बार जब अनुपात असंतुलित हो जाता है, तो दोनों प्रक्रियाएं जमकर प्रतिस्पर्धा करेंगी।

एमएलएसएस एकाग्रता: पारंपरिक डिजाइन मूल्य 2500-4000 मिलीग्राम/लीटर के बीच बनाए रखा जाता है।

कीचड़ रिटर्न अनुपात: आमतौर पर 50% -100% पर सेट किया जाता है, जिसका उपयोग सिस्टम एकाग्रता को स्थिर करने और एनारोबिक क्षेत्र में वास्तविक अवधारण समय को समायोजित करने के लिए किया जाता है।

पानी का तापमान और पीएच: नाइट्रीकरण तापमान के प्रति संवेदनशील है; 15 डिग्री से नीचे दर काफी कम हो जाती है। एरोबिक ज़ोन में पीएच को आदर्श रूप से 7.0 और 8.0 के बीच नियंत्रित किया जाना चाहिए। नाइट्रीकरण क्षारीयता का उपभोग करता है; यदि पीएच बहुत कम है, तो सोडियम कार्बोनेट या इसी तरह के योजक की आवश्यकता होती है।

कार्बन स्रोत संवर्धन रणनीति: पॉलीफॉस्फेट {{0}संचय करने वाले जीवों (पीएओ) द्वारा फॉस्फोरस रिलीज को सुनिश्चित करने के लिए अवायवीय क्षेत्र में कार्बन जोड़ने को प्राथमिकता दें। यदि कुल नाइट्रोजन हटाने का दबाव अधिक है, तो एनोक्सिक क्षेत्र में कार्बन जोड़ने पर विचार करें।

इंटेलिजेंट इंटरनल रीसर्क्युलेशन एडजस्टमेंट: रीसर्क्युलेशन अनुपात को एनोक्सिक जोन आउटलेट पर नाइट्रेट एकाग्रता के आधार पर गतिशील रूप से समायोजित किया जाना चाहिए ताकि अत्यधिक रीसर्क्युलेशन से ऊर्जा बर्बादी और घुलित ऑक्सीजन (डीओ) हस्तक्षेप से बचा जा सके।

सटीक कीचड़ निर्वहन: अतिरिक्त कीचड़ का निर्वहन फॉस्फोरस को हटाने का एकमात्र तरीका है। कीचड़ निर्वहन बिंदु को एरोबिक ज़ोन के अंत में स्थित करने की अनुशंसा की जाती है, जहां पीएओ की इंट्रासेल्युलर पॉलीफॉस्फेट सामग्री सबसे अधिक है। कीचड़ निर्वहन दर को सटीक रूप से समायोजित करके, फास्फोरस हटाने (एसआरटी) के लिए लंबे नाइट्रीकरण (लंबे) और कम फास्फोरस हटाने (कम) समय के बीच संतुलन प्राप्त किया जा सकता है।

नाइट्रोजन और फास्फोरस हटाने के बीच "कीचड़ आयु विवाद"।
घटना: नाइट्रीकरण के लिए लंबी कीचड़ आयु की आवश्यकता होती है, जबकि फॉस्फोरस हटाने के लिए निर्वहन के लिए छोटी कीचड़ आयु पर निर्भर होता है।
समाधान: एक संकीर्ण सीमा के भीतर कीचड़ की उम्र को बारीकी से नियंत्रित करें जो दोनों को निष्पादित करने की अनुमति देता है; या प्रक्रिया में सुधार के माध्यम से सीधे टकराव को कम करें (जैसे कि उलटा A²O, प्री-{0}}एनॉक्सिक ज़ोन जोड़ना)।

कार्बन स्रोतों का "भूख खेल"।
घटना: सीमित प्रभावशाली कार्बन स्रोतों के साथ, डिनाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया और पॉलीफॉस्फेट {{0}संचय करने वाले बैक्टीरिया अवायवीय/एनोक्सिक क्षेत्रों में "भोजन" के लिए प्रतिस्पर्धा करते हैं।
समाधान: हाइड्रोलिक ज़ोनिंग वॉल्यूम को अनुकूलित करें; एक उल्टे A²O प्रक्रिया को अपनाएं (विनाइट्रीकरण कार्बन स्रोतों को प्राथमिकता देने के लिए एनोक्सिक क्षेत्र को पूर्वनिर्धारित करना), या बाहरी कार्बन स्रोतों के सटीक, लक्षित जोड़ को लागू करें।

सेकेंडरी सेटलिंग टैंक में "फ्लोटिंग कीचड़ संकट"।
कारण: अपूर्ण विनाइट्रीकरण के कारण अवशिष्ट नाइट्रोजन द्वितीयक निपटान टैंक में सतह पर कीचड़ ले जाता है।
समाधान: एनोक्सिक ज़ोन में डिनाइट्रीकरण प्रभाव की जाँच करें और उसे बढ़ाएँ, या द्वितीयक निपटान टैंक में कीचड़ अवधारण समय को कम करने के लिए कीचड़ वापसी दर को उचित रूप से बढ़ाएँ।

कम तापमान की "दक्षता शीतकालीन" का समाधान: सिस्टम की एमएलएसएस एकाग्रता बढ़ाएं और एचआरटी को उचित रूप से बढ़ाएं; उच्च अक्षांश क्षेत्रों में, संरचनाओं को इन्सुलेट करने या प्रभाव को गर्म करने पर विचार करना आवश्यक है। निष्कर्ष: A²O प्रक्रिया में महारत हासिल करना अनिवार्य रूप से माइक्रोबियल पारिस्थितिकी तंत्र का एक सटीक विनियमन है। डिज़ाइन चरण में पैरामीटर संतुलन से लेकर ऑपरेशन के दौरान गतिशील अनुकूलन तक, प्रत्येक चरण के जैव रासायनिक तंत्र की केवल गहरी समझ ही अनुरूप प्रवाह प्राप्त करने की दिशा में स्थिर और दीर्घकालिक प्रगति सुनिश्चित कर सकती है।