گندے پانی کے علاج میں مبہم اشارے: نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن

گندے پانی کے علاج کے روزانہ آپریشن میں، دو اصطلاحات اکثر سنی جاتی ہیں: نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن۔ بہت سے لوگ جو گندے پانی کے علاج میں نئے ہیں ان دو تصورات کو الجھا دیتے ہیں۔ اپنے ایک جیسے ناموں کے باوجود، دونوں کردار "硝" کے گرد گھومتے ہیں، وہ درحقیقت گندے پانی کے علاج میں بالکل مختلف کردار ادا کرتے ہیں۔

سادہ الفاظ میں، نائٹریفیکیشن امونیا نائٹروجن کو نائٹریٹ میں تبدیل کرنے کے لیے ذمہ دار ہے، جب کہ ڈینیٹریفیکیشن نائٹریٹ کو نائٹروجن گیس میں تبدیل کرنے کے لیے ذمہ دار ہے۔ ایک آکسیکرن عمل ہے، اور دوسرا کمی کا عمل ہے۔ دونوں عمل ایک ریلے کی دوڑ کی طرح ہیں، اور صرف اس صورت میں جب وہ ہم آہنگی کے ساتھ مکمل ہو جائیں تو سیوریج میں موجود نائٹروجن کو صحیح معنوں میں نکالا جا سکتا ہے۔

ایک بار جب اس نکتے کو سمجھ لیا جائے تو، نائٹروجن کو ہٹانے کے مختلف عمل، جیسے A/O، AAO، اور آکسیڈیشن ڈچ کے پیچھے منطق زیادہ واضح ہو جاتی ہے۔

گھریلو سیوریج اور بہت سے صنعتی گندے پانی میں، نائٹروجن بنیادی طور پر امونیا نائٹروجن کی شکل میں موجود ہے۔ اگر امونیا نائٹروجن کو براہ راست آبی ذخائر میں خارج کیا جائے تو یہ آسانی سے یوٹروفیکیشن کا باعث بن سکتا ہے اور مچھلی جیسے آبی حیاتیات پر بھی زہریلے اثرات مرتب کرتا ہے۔ لہذا، گندے پانی کے علاج کے پلانٹس کو پہلے امونیا نائٹروجن میں تبدیل کرنے کی ضرورت ہے۔

اس تبدیلی کے عمل کو نائٹریفیکیشن کے نام سے جانا جاتا ہے۔

نائٹریفیکیشن دراصل ایک آکسیکرن عمل ہے جو مائکروجنزموں کے ذریعے انجام دیا جاتا ہے، جسے تقریباً دو مراحل میں تقسیم کیا جا سکتا ہے:

پہلا قدم امونیا نائٹروجن کا نائٹریٹ میں آکسیکرن ہے۔
مرحلہ 2: نائٹریٹ کو نائٹریٹ میں مزید آکسائڈائز کیا جاتا ہے۔

پورے عمل کے لیے کافی آکسیجن کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے نائٹریفیکیشن عام طور پر ایروبک ماحول میں ہوتا ہے، جیسے کہ ایریشن ٹینک یا MBR بائیو کیمیکل ٹینک۔

اس عمل میں شامل مائکروجنزموں کو نائٹریفائنگ بیکٹیریا کے نام سے جانا جاتا ہے۔ وہ عام ہیٹروٹروفک بیکٹیریا سے اس لحاظ سے مختلف ہیں کہ وہ آٹوٹروفک زمرے سے تعلق رکھتے ہیں، بنیادی طور پر غیر نامیاتی مادوں سے توانائی حاصل کرتے ہیں۔ ان کی ترقی کی شرح نسبتاً سست ہے، اور وہ ماحولیاتی تبدیلیوں کے لیے بھی حساس ہیں۔

یہی وجہ ہے کہ بہت سے گندے پانی کو صاف کرنے والے پلانٹس موسم سرما کے دوران نائٹریفیکیشن کی صلاحیت میں کمی کا تجربہ کرتے ہیں۔

اگرچہ نائٹریفیکیشن نے امونیا نائٹروجن کا مسئلہ حل کر دیا ہے، لیکن اس وقت پانی میں موجود نائٹروجن صحیح معنوں میں غائب نہیں ہوئی ہے۔ یہ محض ایک شکل سے دوسری شکل میں تبدیل ہوا ہے۔ گندے پانی سے نائٹروجن کو صحیح معنوں میں "نکالنے" کے لیے، دوسرا مرحلہ - denitrification - کو مکمل کرنے کی ضرورت ہے۔

Denitrification ایک کمی کا عمل ہے. ایک انیروبک ماحول میں، مائکروجنزم نائٹریٹ میں آکسیجن کا استعمال کرتے ہیں، آہستہ آہستہ اسے نائٹروجن گیس میں کم کرتے ہیں. ردعمل کا راستہ تقریبا مندرجہ ذیل ہے:

نائٹریٹ → نائٹریٹ → نائٹرس آکسائیڈ → نائٹرس آکسائیڈ → نائٹروجن

آخر کار پیدا ہونے والی نائٹروجن گیس (N₂)* گیسی شکل میں ہوا میں چھوڑی جائے گی، اس طرح سیوریج میں موجود نائٹروجن صحیح معنوں میں خارج ہو جاتی ہے۔ اس عمل کو مکمل کرنے والے مائکروجنزموں کو denitrifying بیکٹیریا کہا جاتا ہے۔ نائٹریفائنگ بیکٹیریا کے برعکس، ان کا تعلق ہیٹروٹروفک بیکٹیریا سے ہے اور توانائی کے منبع کے طور پر نامیاتی کاربن کی ضرورت ہوتی ہے۔

یہی وجہ ہے کہ بہت سے گندے پانی کو صاف کرنے والے پلانٹس کو نائٹروجن کے اخراج کے دوران کاربن کے ذرائع کو شامل کرنے کی ضرورت ہے۔

اگر ہم ان دونوں عملوں کو ایک ساتھ دیکھیں تو ہم دیکھیں گے کہ وہ بہت سے پہلوؤں سے متضاد ہیں۔

1. آکسیجن کے مختلف حالات

نائٹریفیکیشن ایروبک ماحول میں ہونا ضروری ہے، عام طور پر تحلیل شدہ آکسیجن کی سطح کو تقریباً 2 mg/L پر برقرار رکھنے کی ضرورت ہوتی ہے۔

ڈینیٹریفیکیشن کے لیے ایک انیروبک ماحول کی ضرورت ہوتی ہے جس میں تحلیل شدہ آکسیجن 0.5 mg/L سے کم ہو۔ اگر بہت زیادہ آکسیجن ہے تو، ڈینیٹریفائنگ بیکٹیریا نائٹریٹ کے بجائے آکسیجن کو استعمال کرنے کو ترجیح دیں گے۔

سادہ الفاظ میں، آکسیجن میں نائٹریفیکیشن پروان چڑھتی ہے، جبکہ ڈینیٹریفیکیشن آکسیجن سے روکتی ہے۔

2. مختلف قسم کے مائکروجنزم

نائٹریفیکیشن بنیادی طور پر نائٹریفائنگ بیکٹیریا کے ذریعے مکمل ہوتی ہے، جس میں نائٹروسوموناس اور نائٹروبیکٹر شامل ہیں۔

یہ بیکٹیریا آٹوٹروفک بیکٹیریا سے تعلق رکھتے ہیں، جو آہستہ آہستہ بڑھتے ہیں اور انہیں کیچڑ کی لمبی عمر درکار ہوتی ہے۔

Denitrification denitrifying بیکٹیریا کے ذریعہ کیا جاتا ہے، جو heterotrophic بیکٹیریا کے زمرے سے تعلق رکھتے ہیں اور نسبتا تیزی سے ترقی کی شرح کی نمائش کرتے ہیں.

3. کاربن کے مختلف ماخذ کی ضروریات

نائٹریفائنگ بیکٹیریا بنیادی طور پر توانائی کے لیے غیر نامیاتی مادوں کا استعمال کرتے ہیں اور عام طور پر نامیاتی کاربن ذرائع پر انحصار نہیں کرتے۔

Denitrifying بیکٹیریا کو ایک الیکٹران ڈونر کے طور پر نامیاتی کاربن کی ضرورت ہوتی ہے۔ لہذا، جب گندے پانی میں دستیاب نامیاتی مادہ ناکافی ہے، تو اکثر بیرونی کاربن ذرائع جیسے سوڈیم ایسیٹیٹ، میتھانول اور گلوکوز کو شامل کرنا ضروری ہوتا ہے۔

بہت سے گندے پانی کے پلانٹس کے آپریشن میں، ناکافی کاربن ذریعہ اکثر نائٹروجن کو ہٹانے کی کارکردگی کو متاثر کرنے والا ایک اہم عنصر ہوتا ہے۔

4. واقع ہونے کا مقام مختلف ہے۔

عام نائٹروجن کو ہٹانے کے عمل میں، دونوں کو عام طور پر مختلف رد عمل کے علاقوں میں ترتیب دیا جاتا ہے۔

مثال کے طور پر، A/O یا AAO عمل میں:

اینوکسک ٹینک - ڈینیٹریفیکیشن ایروبک ٹینک - نائٹریفیکیشن

نائٹریفیکیشن کے ذریعے پیدا ہونے والا نائٹریٹ اندرونی ری سرکولیشن کے ذریعے انوکسک زون میں واپس آجاتا ہے، جہاں یہ بیکٹیریا کو ختم کرنے سے مزید تبدیل ہوتا ہے۔
5. مختلف حتمی نتائج

نائٹریفیکیشن کا نتیجہ امونیا نائٹروجن میں کمی اور نائٹریٹ میں اضافہ ہے۔

ڈینیٹریفیکیشن کا نتیجہ ہے: نائٹریٹ کی کمی اور نائٹروجن گیس کی پیداوار

دوسرے الفاظ میں، نائٹروجن صرف ڈینیٹریفیکیشن مکمل ہونے کے بعد پانی کے جسم کو چھوڑ سکتا ہے۔

ایک جامع نقطہ نظر سے، نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن دو آزاد عمل نہیں ہیں، بلکہ حیاتیاتی نائٹروجن کو ہٹانے کے دو مسلسل اقدامات ہیں۔

نائٹروجن کی تبدیلی کے پورے عمل کو اس طرح سمجھا جا سکتا ہے:

امونیاکل نائٹروجن → نائٹریٹ نائٹروجن → نائٹریٹ نائٹروجن → نائٹریٹ نائٹروجن → نائٹروجن گیس

نائٹریفیکیشن امونیا نائٹروجن کو نائٹریٹ میں تبدیل کرنے کے لیے ذمہ دار ہے، جبکہ ڈینیٹریفیکیشن نائٹریٹ کو واپس نائٹروجن گیس میں کم کرنے کے لیے ذمہ دار ہے۔
دونوں ایک ریلے ریس کی طرح جڑے ہوئے ہیں۔

اگر صرف نائٹریفیکیشن ہے اور کوئی ڈینیٹریفیکیشن نہیں ہے، تو پانی میں موجود نائٹریٹ اب بھی یوٹروفیکیشن کا سبب بنے گا۔
اگر نائٹریفیکیشن نہیں ہے تو ڈینیٹریفیکیشن کے لیے "خام مال" کی کمی ہوگی۔

یہی وجہ ہے کہ زیادہ تر نائٹروجن ہٹانے کے عمل میں ایروبک اور اینوکسک زون دونوں شامل ہوتے ہیں۔

گندے پانی کے علاج کے میدان میں، بہت سے تصورات ایک جیسے نظر آتے ہیں، لیکن بنیادی منطق بالکل مختلف ہے۔

نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن ایک عام جوڑا ہے۔

ایک ایروبک ماحول میں ہوتا ہے، جب کہ دوسرا انیروبک ماحول میں ہوتا ہے۔
ایک امونیا نائٹروجن کو آکسائڈائز کرنے کے لئے ذمہ دار ہے، اور دوسرا نائٹریٹ کو کم کرنے کے لئے ذمہ دار ہے؛
صرف اس صورت میں جب دونوں کو ملایا جائے تو ایک مکمل حیاتیاتی نائٹروجن ہٹانے کا عمل تشکیل پا سکتا ہے۔

اس کو سمجھنے کے بعد، جب ہم مختلف نائٹروجن ہٹانے کے عمل کو دیکھتے ہیں، جیسے کہ A/O، AAO، اور آکسیڈیشن ڈچ، ہم دیکھ سکتے ہیں کہ وہ سب ان دو مراحل کے ارد گرد آپٹمائزڈ اور یکجا ہیں۔

سیوریج ٹریٹمنٹ میں بہت سے پیچیدہ عمل، حتمی تجزیے میں، دراصل ان مائکروجنزموں کے لیے ایک مناسب "کام کرنے والا ماحول" پیدا کر رہے ہیں۔