I. अपशिष्ट जल जैविक उपचार प्रणालियों का अवलोकन
आधुनिक जैविक अपशिष्ट जल उपचार को आम तौर पर तीन चरणों में विभाजित किया जाता है:
- प्राथमिक उपचार (शारीरिक उपचार): बार स्क्रीन अवरोधन, प्राथमिक अवसादन टैंक
- माध्यमिक उपचार (जैविक उपचार): वातन टैंक, अंतिम अवसादन टैंक
- तृतीयक उपचार (जैविक/भौतिक रासायनिक उपचार): नाइट्रोजन और फास्फोरस को हटाना
कीचड़ को अलग से कीचड़ पाचन तंत्र में पहुंचाया जाता है।
ऑक्सीजन की मांग के आधार पर, जैविक उपचार को एरोबिक उपचार (सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया, ऑक्सीकरण तालाब, ऑक्सीकरण चैनल, ट्रिकलिंग फिल्टर, घूर्णन जैविक संपर्ककर्ता, आदि) और अवायवीय उपचार (कीचड़ पाचन) में वर्गीकृत किया गया है।
द्वितीय. सक्रिय कीचड़ में माइक्रोबियल समुदाय
सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया अपशिष्ट जल को शुद्ध करने के लिए बैक्टीरिया, कवक, प्रोटोजोआ और मेटाज़ोआ सहित क्लस्टर सूक्ष्मजीवों से बने हेटरोट्रॉफ़िक पारिस्थितिक तंत्र पर निर्भर करती है। हेटरोट्रॉफ़िक बैक्टीरिया और मुक्त-जीवित हेटरोट्रॉफ़िक कवक निम्नतम पोषी स्तर बनाते हैं। वे हेटरोट्रॉफ़िक प्रोटोज़ोआ से पहले से मौजूद हैं, जिन्हें आगे रोटिफ़र्स और नेमाटोड जैसे माध्यमिक शिकारियों द्वारा खाया जाता है, जिससे अंततः अपशिष्ट जल शुद्धिकरण होता है।
(I) बैक्टीरिया - कार्बनिक पदार्थ क्षरण के लिए मुख्य बल
सक्रिय कीचड़ में बैक्टीरिया सबसे महत्वपूर्ण माइक्रोबियल समूह हैं, जो दो मुख्य कार्य करते हैं: कार्बनिक पदार्थ का क्षरण और फ्लॉक का गठन।
कार्बनिक-अपघटनकारी बैक्टीरिया जेनेरा
स्यूडोमोनास, फ्लेवोबैक्टीरियम, अल्कालिजेन्स, बैसिलस
- प्रमुख कार्बोहाइड्रेट अवक्रमक:स्यूडोमोनास
- प्रमुख प्रोटीन अपघटक:अल्कालिजेन्स, फ्लेवोबैक्टीरियम, बैसिलस
(II) फ़्लॉक गठन का तंत्र
सक्रिय कीचड़ फ़्लॉक्स तीन घटकों के सहक्रियात्मक प्रभाव से बनते हैं:
- झुंड बनाने वाले बैक्टीरिया (ज़ूगलिया रामिगेरा): छड़ के आकार का, ग्राम-नेगेटिव, कैप्सुलेटेड और गैर-स्पोरुलेटिंग। वे बाह्य कोशिकीय पॉलिमर और अंतरकोशिकीय पदार्थों के माध्यम से जीवाणु एकत्रीकरण को प्रेरित करते हैं।
- मध्यम फिलामेंटस बैक्टीरिया: फ्लॉक्स के लिए फिलामेंटस ढांचे प्रदान करते हैं, जिससे फ्लॉक बनाने वाले बैक्टीरिया के जुड़ाव और विकास को सक्षम किया जाता है, जिसमें मुख्य रूप से शामिल हैं:
- नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया
- स्पैरोटिलस(लौह जीवाणु)
- बेगियातोआ(सल्फर-ऑक्सीडाइजिंग बैक्टीरिया)
- थियोथ्रिक्स(सल्फर कम करने वाले बैक्टीरिया)
- सिलियेट्स: ब्रिजिंग संरचनाएं बनाने और फ्लोक्यूलेशन की सुविधा के लिए म्यूकोप्रोटीन और पॉलीसेकेराइड पॉलिमर का स्राव करते हैं।
(III) कवक - दुर्दम्य ऑर्गेनिक्स के अवक्रमक
कवक अपेक्षाकृत कम गिरावट दर पर कठोर-से-बायोडिग्रेडेबल कार्बनिक पदार्थों को तोड़ सकता है। मध्यम फंगल फिलामेंट्स फ्लोक कोर के रूप में काम करते हैं और फ्लोक्यूलेशन और अवसादन प्रदर्शन में सुधार करते हैं। हालाँकि, अत्यधिक फंगल प्रसार से कीचड़ जमा हो जाता है और जमने की क्षमता ख़राब हो जाती है।
असामान्य रूप से बड़े पैमाने पर कवक वृद्धि के कारण:
- तापमान में गिरावट
- कम पीएच मान
- अपशिष्ट जल का उच्च सी/एन अनुपात
- अत्यधिक जैविक लोडिंग
- सल्फाइड की उपस्थिति
(IV) प्रोटोजोआ - जल की गुणवत्ता का सूचक जीव
सक्रिय कीचड़ में सामान्य प्रोटोजोआ:
- अमीबॉइड प्रोटोजोआ
- फ्लैगेलेट्स (फाइटोफ्लैगलेट्स और ज़ोफ्लैगलेट्स)
- सिलिअट्स: फ्री-स्विमिंग सिलिअट्स और डंठल वाले सिलिअट्स
संकेतक महत्व: सिलिअट्स की उपस्थिति कुशल जैविक उपचार का एक प्रमुख संकेतक है। फ्लैगेलेट्स में भोजन के लिए कमजोर प्रतिस्पर्धात्मकता होती है और केवल उच्च सांद्रता वाले अपशिष्ट जल में ही जीवित रहते हैं।
(V) मेटाज़ोआ - द्वितीयक शिकारी
मेटाज़ोआ द्वितीयक शिकारियों के रूप में बैक्टीरिया और छोटे प्रोटोज़ोआ पर फ़ीड करते हैं। वे खाद्य श्रृंखला का विस्तार करते हैं और कीचड़ की उपज को काफी कम कर देते हैं। प्रतिनिधि प्रजातियों में रोटिफ़र्स और नेमाटोड शामिल हैं।
तृतीय. कीचड़ निर्माण के तीन चरण
सक्रिय कीचड़ की कार्बनिक पदार्थ हटाने की प्रक्रिया कीचड़ गठन के साथ मेल खाती है, जिसमें तीन अनुक्रमिक चरण होते हैं:
चरण 1: बड़े पैमाने पर स्थानांतरण - सोखना और ग्रहण करना
वापसी कीचड़ तुरंत भौतिक रूप से कोलाइडल पदार्थों और अपशिष्ट जल से अघुलनशील बीओडी को सोख लेता है, इसके बाद चयापचय क्षरण के लिए घुलनशील कार्बनिक पदार्थों को माइक्रोबियल कोशिकाओं में धीरे-धीरे ग्रहण करता है।
चरण 2: चयापचय परिवर्तन - बायोडिग्रेडेशन
ऑर्गेनिक्स हाइड्रोलिसिस, ग्लाइकोलाइसिस (कार्बोहाइड्रेट), डीकार्बाक्सिलेशन, डीमिनेशन (प्रोटीन), और β-ऑक्सीकरण (लिपिड) सहित चयापचय रूपांतरण से गुजरते हैं। विघटित सब्सट्रेट फिर ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए टीसीए चक्र और इलेक्ट्रॉन परिवहन श्रृंखला में प्रवेश करते हैं, जिसमें कार्बन डाइऑक्साइड और पानी अंतिम चयापचय उप-उत्पाद के रूप में होते हैं।
चरण 3: फ़्लोक्यूलेशन - अच्छी तरह से व्यवस्थित फ़्लॉक्स का निर्माण
जैसे-जैसे कार्बनिक सांद्रता कम होती जाती है, सूक्ष्मजीव अंतर्जात क्षय चरण में प्रवेश करते हैं। पॉलीसैकेराइड पॉलिमर को एकजुटता बढ़ाने के लिए कोशिका सतहों के चारों ओर स्रावित किया जाता है, जिससे घने, व्यवस्थित होने वाले झुंड बनते हैं जो अंतिम अवसादन टैंक में ठोस-तरल पृथक्करण प्राप्त करते हैं।
चतुर्थ. कार्बनिक पदार्थ क्षरण के लिए पर्यावरणीय स्थितियाँ
- तापमान: 20-30°C, माइक्रोबियल एंजाइमेटिक गतिविधि को नियंत्रित करता है
- पोषक तत्व: बीओडी : एन : पी = 100 : 5 : 1; ट्रेस तत्वों K, Ca, Fe, Mg की अतिरिक्त आवश्यकता होती है
- घुलित ऑक्सीजन (डीओ): टैंक इनलेट पर 0.5-1 मिलीग्राम/लीटर, आउटलेट पर 2-3 मिलीग्राम/लीटर; जब डीओ 0.5 मिलीग्राम/लीटर से कम हो तो चयापचय दर तेजी से गिर जाती है
- पीएच मान: 6.5-7.5, थोड़ा क्षारीय 7.2-7.4 पर इष्टतम; सूक्ष्मजीव pH <4 या pH>10 पर ज
