قدرتی آبی ذخائر کے یوٹروفیکیشن کی بڑھتی ہوئی ڈگری کے ساتھ، آلودہ آبی ذخائر میں نائٹروجن کا اخراج تیزی سے فوری مسئلہ بن گیا ہے۔ ویٹ لینڈز قدرتی آبی ذخائر کے یوٹروفیکیشن کی روک تھام اور کنٹرول میں اہم کردار ادا کرتے ہیں۔ قدرتی ویٹ لینڈز، جو کہ معقول مصنوعی اقدامات کے ذریعے تکمیل شدہ ہیں، آلودگی کے خاتمے اور ماحولیاتی اثرات کی کارکردگی کو بہت بہتر بنا سکتے ہیں۔ ان میں سے، نائٹروجن کو ہٹانا مصنوعی گیلی زمینوں کا ایک اہم کام ہے۔ سیوریج ٹریٹمنٹ کے لیے مصنوعی گیلے علاقوں میں نائٹروجن ہٹانے کے طریقہ کار کا خلاصہ گیلے علاقوں کے ڈیزائن، آپریشن اور تحقیق کے لیے ایک اچھی نظریاتی بنیاد فراہم کر سکتا ہے۔
مصنوعی گیلی زمینوں کا ڈینیٹریفیکیشن میکانزم
مصنوعی گیلی زمین کے نظام مختلف میکانزم کے ذریعے سیوریج سے نائٹروجن نکالتے ہیں۔ ان میکانزم میں بنیادی طور پر حیاتیاتی، جسمانی اور کیمیائی رد عمل شامل ہیں۔
اینٹی سیپج مصنوعی گیلی زمین کے نظام میں، اگر مصنوعی ویٹ لینڈز اور ارد گرد کے آبی ذخائر کے درمیان نائٹروجن کے تبادلے کو نظر انداز کر دیا جائے تو، مصنوعی آبی زمینوں میں نائٹروجن کی گردش اور تبدیلی کے راستے نیچے دیے گئے اعداد و شمار میں دکھائے گئے ہیں، بنیادی طور پر نامیاتی نائٹروجن کا امونیا، امونیا نائٹروجن شامل ہیں۔ حیاتیاتی نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن، پلانٹ مائکروبیل ٹشو اپٹیک، میٹرکس جذب اور اینیروبک امونیا آکسیڈیشن اور دیگر جسمانی، کیمیائی اور حیاتیاتی عمل۔
ان میں سے، میٹرکس کی جذب اور بارش کا خاص میٹرکس ویٹ لینڈز میں یا ویٹ لینڈ کے استعمال کے ابتدائی مرحلے میں اچھا اثر پڑتا ہے، لیکن پختہ مصنوعی گیلی زمینوں کے لیے جو طویل عرصے سے کام کر رہے ہیں، نائٹروجن کی تبدیلی اور اخراج مائکروجنزموں کی کارروائی کو ہمیشہ نائٹروجن کو دور کرنے کا بنیادی طریقہ سمجھا جاتا رہا ہے۔ نائٹروجن کو ہٹانے کے دیگر راستے جیسے کہ انیروبک امونیا آکسیڈیشن نظریاتی طور پر ہائی امونیا نائٹروجن گندے پانی کے مصنوعی گیلے علاقوں کے علاج میں زیادہ حصہ ڈال سکتے ہیں۔
قومی ماحولیاتی دن
نائٹریفیکیشن سے مراد وہ عمل ہے جس میں امونیا نائٹروجن کو نائٹریٹ نائٹروجن میں آکسائڈائز کیا جاتا ہے اور مائکروجنزموں کے عمل کے تحت نائٹریٹ نائٹروجن کو مزید آکسائڈائز کیا جاتا ہے۔ نائٹریفیکیشن بنیادی طور پر آٹوٹروفک بیکٹیریا کے ذریعہ دو مراحل میں مکمل ہوتی ہے۔
پہلا مرحلہ نائٹریٹ کا عمل ہے: یعنی وہ مرحلہ جس میں امونیا نائٹروجن کو نائٹریٹ نائٹروجن میں آکسائڈائز کیا جاتا ہے۔
اس مرحلے میں نائٹرائٹ بیکٹیریا کی پانچ اہم نسلیں شامل ہیں: نائٹروسوموناس، نائٹروسوسیسٹیس، نائٹروسوکوکس، نائٹروسوسپیرا اور نائٹروسوگلویا۔ ان میں نائٹروبیکٹر کا کردار خاصا غالب ہے۔
دوسرا مرحلہ نائٹریفیکیشن کا عمل ہے: یعنی وہ مرحلہ جہاں نائٹریٹ نائٹروجن کو نائٹریٹ نائٹروجن میں آکسائڈائز کیا جاتا ہے۔
اس مرحلے میں نائٹریفائنگ بیکٹیریا کی تین اہم نسلیں شامل ہیں: نائٹروبیکٹر، نائٹروسپینا اور نائٹروکوکس۔ ان میں، نائٹروبیکٹر اہم جینس ہے، اور عام ہیں نائٹروبیکٹر ونوگراڈسکی اور N.agilis۔
مندرجہ بالا آٹوٹروفک مائکروجنزموں کے علاوہ، مٹی میں ہیٹروٹروفک مائکروجنزموں کی ایک بڑی تعداد موجود ہے، جو امونیا اور نامیاتی نائٹروجن مرکبات کو N2O یا N2 میں آکسائڈائز بھی کر سکتے ہیں، اور ان کی نائٹریٹیشن کی صلاحیت آٹوٹروفک نائٹریفائنگ بیکٹیریا سے کم ہو سکتی ہے، لیکن مصنوعی میں نائٹریفیکیشن کے عمل میں ان کے مخصوص کردار پر تحقیق گیلی زمینیں اب بھی ناکافی ہیں۔
امونیا نائٹروجن کا نائٹریفیکیشن ہٹانے کا اثر مصنوعی گیلی زمینوں کے ڈیزائن اور ساخت کے ساتھ مختلف ہوتا ہے۔ سطح کے بہاؤ میں مصنوعی گیلی زمینیں، عمودی بہاؤ مصنوعی گیلی زمینوں اور مشترکہ مصنوعی گیلے علاقوں میں، مضبوط نائٹریفیکیشن کے عمل ہوتے ہیں اور امونیا نائٹروجن کی ایک بڑی مقدار کو ہٹا دیا جاتا ہے، لیکن ڈگری مختلف ہوتی ہے۔
عام طور پر، چونکہ عمودی بہاؤ کا دوبارہ آکسیجنیشن اثر افقی زیر زمین بہاؤ مصنوعی گیلے علاقوں سے بہتر ہے، اس لیے نائٹریفیکیشن کی شدت عام طور پر افقی زیر زمین بہاؤ گیلی زمینوں سے زیادہ ہوتی ہے۔ اس کے علاوہ، مختلف آپریٹنگ حالات نائٹریفیکیشن کی شدت کو بھی متاثر کرتے ہیں۔ مثال کے طور پر، عمودی بہاؤ والی آبی زمینوں میں استعمال ہونے والا ٹائیڈل آپریشن موڈ اور افقی زیر زمین بہاؤ گیلی زمینوں کے ابتدائی مرحلے میں ہوا بازی سے پہلے کی صفائی، دونوں ہی نظام کی نائٹریفیکیشن کی شدت کو بڑھاتے ہیں۔
ڈینیٹریفیکیشن کا عمل
denitrification کے عمل سے مراد بائیو کیمیکل عمل ہے جس میں denitrifying بیکٹیریا نائٹروجن (N) کو نائٹریٹ (NO3-) میں نائٹروجن مالیکیولز (N2) میں درمیانی مصنوعات کی ایک سیریز کے ذریعے کم کر دیتے ہیں (NO2-, NO, N2O )۔
فطرت میں نائٹروجن سائیکل میں denitrification کے عمل کی بڑی اہمیت ہے اور یہ نائٹروجن سائیکل میں ایک اہم کڑی ہے۔ مصنوعی ویٹ لینڈ سیوریج ٹریٹمنٹ کے لحاظ سے، یہ نائٹریفیکیشن ری ایکشن کے ساتھ بائیولوجیکل ڈینیٹریفیکیشن کا بنیادی طریقہ ہے۔ ڈینیٹریفیکیشن کے عمل پر ماحولیاتی رکاوٹوں میں آکسیجن ماحول، ریڈوکس پوٹینشل، درجہ حرارت، پی ایچ اور نامیاتی کاربن کا ذریعہ شامل ہیں۔ نائٹریفیکیشن کے لیے دوبارہ آکسیجنیشن ماحول کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن ڈینیٹریفکیشن کے لیے ایک انیروبک ماحول کی ضرورت ہوتی ہے، جو ایک ہی ویٹ لینڈ کے ماحول میں نظریاتی بیک وقت نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن کو گیلے لینڈ ڈینیٹریفکیشن کو محدود کرنے والا ایک اہم عنصر بناتا ہے۔
ڈینیٹریفیکیشن کے لیے سب سے موزوں پی ایچ رینج pH6-8 ہے۔ جب پی ایچ ویلیو 5 سے کم ہو تو ڈینیٹریفیکیشن کی شدت کو انجام دیا جا سکتا ہے، لیکن اس کی شرح نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے۔ جب pH کی قدر 4 سے کم ہوتی ہے تو، denitrification اکثر مکمل طور پر روک دیا جاتا ہے۔ ڈینیٹریفیکیشن کے لیے موزوں درجہ حرارت 30 ~ 35 ڈگری ہے، اور جب درجہ حرارت 2 ~ 9 ڈگری سے کم ہو تو ڈینیٹریفیکیشن نمایاں طور پر کمزور ہو جاتا ہے۔
مندرجہ بالا denitrification کے عمل کی مساوات سے، یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ مکمل denitrification کے عمل کی پیداوار نائٹروجن (N2) ہے، اور N2O نامکمل حالت میں پیدا ہوگا۔ چونکہ N2O ایک گرین ہاؤس گیس ہے، اس لیے اس کی گلوبل وارمنگ کی صلاحیت CO2 کے 310 گنا کے برابر ہے۔ اگرچہ مصنوعی ویٹ لینڈز میں نامکمل ڈینیٹریفیکیشن کا اخراج عالمی گرین ہاؤس اثر کے لیے نہ ہونے کے برابر ہے، لیکن حالیہ برسوں میں اس نے آہستہ آہستہ بہت سے اسکالرز کی توجہ اور تشویش کو اپنی طرف مبذول کرایا ہے۔
پلانٹ نکالنا
نائٹروجن پودوں کی نشوونما کے لیے ایک ضروری غذائیت ہے۔ غیر نامیاتی نائٹروجن کو مصنوعی آبی علاقوں میں پودوں کے ذریعے پودوں کے مادوں میں جذب اور ترکیب کیا جا سکتا ہے۔ آخر میں، غیر نامیاتی نائٹروجن کے کچھ حصے کو گیلی زمین کے پودوں کے اوپر کے زمینی حصوں کی باقاعدہ کٹائی کے ذریعے مصنوعی گیلی زمین کے نظام سے مکمل طور پر ہٹایا جا سکتا ہے۔
پودوں کے ذریعہ غیر نامیاتی نائٹروجن کو جذب اور ہٹانا پودوں کے بافتوں کی پیداوار اور بافتوں میں نائٹروجن کے مواد سے محدود ہے۔ پودوں کے جذب کے ذریعے گیلی زمینوں کے denitrification اثر کو بڑھانے کا اطلاق اشنکٹبندیی علاقوں میں زیادہ موزوں ہے، کیونکہ اشنکٹبندیی علاقوں میں موسمی تبدیلیاں چھوٹی ہوتی ہیں اور گیلی زمین کے پودے سال بھر بڑھ سکتے ہیں۔ لہٰذا، پودوں کی کٹائی کئی بار کی جا سکتی ہے تاکہ پودوں کے بافتوں کے ذریعے غیر نامیاتی نائٹروجن کے جذب اور اخراج کو بہتر بنایا جا سکے۔
امونیفیکیشن
امونیفیکیشن کا عمل بنیادی طور پر اس عمل سے مراد ہے جس میں نائٹروجن پر مشتمل نامیاتی مادّہ جیسے پروٹین کو گیلے زمین کے بستر میں موجود مائکروجنزموں کے ذریعے گل کر امونیا میں تبدیل کیا جاتا ہے۔ مصنوعی ویٹ لینڈ سیوریج ٹریٹمنٹ کے نائٹروجن سائیکل میں امونیشن پر تحقیق نے محققین کی توجہ اور اہمیت کو مبذول نہیں کیا ہے جیسے نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن۔
مصنوعی آبی علاقوں کی اطلاع دی گئی امونیشن کی شدت 0 ہے۔{1}}.530 g/(m2·d) ہے۔
امونیا نائٹروجن اتار چڑھاؤ
مصنوعی ویٹ لینڈ سسٹم میں کچھ نائٹروجن اور نائٹروجن اتار چڑھاؤ کے ذریعے نظام سے نکل سکتے ہیں۔ امونیا کے اتار چڑھاؤ کی مقدار آب و ہوا، ہائیڈرولک حالات، اور پودوں کی نشوونما کی حیثیت جیسے عوامل سے متاثر ہوتی ہے۔
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. عام طور پر، مصنوعی آبی زمینوں کی pH قدر 6~7 ہوتی ہے۔ لہذا، گیلی زمین کے اتار چڑھاؤ کے ذریعے ضائع ہونے والی امونیا نائٹروجن کو نظر انداز کیا جا سکتا ہے۔
تاہم، جب مصنوعی گیلی زمین کو چونا پتھر اور دیگر ذرائع ابلاغ سے بھر دیا جاتا ہے، تو ویٹ لینڈ سسٹم میں پی ایچ کی قدر بہت زیادہ ہوگی، اور اتار چڑھاؤ کے ذریعے امونیا نائٹروجن کے نقصان پر غور کرنے کی ضرورت ہے۔
اینیروبک امونیا آکسیکرن
انیروبک امونیا آکسیڈیشن عمل ایک حیاتیاتی رد عمل کا عمل ہے جس میں انیروبک امونیا آکسیڈائزنگ بیکٹیریا نائٹرائٹ کو الیکٹران قبول کرنے والے کے طور پر اور امونیا نائٹروجن کو الیکٹران ڈونر کے طور پر استعمال کرتے ہیں تاکہ انیروبک حالات میں امونیا نائٹروجن کو نائٹروجن گیس میں براہ راست آکسائڈائز کیا جا سکے۔
یہ رد عمل عام طور پر بیرونی حالات (پی ایچ ویلیو، درجہ حرارت، تحلیل شدہ آکسیجن وغیرہ) پر سخت تقاضوں کا حامل ہوتا ہے، لیکن اس کے فوائد یہ ہیں: چونکہ امونیا نائٹروجن کو براہ راست ڈینیٹریفیکیشن ری ایکشن کے لیے الیکٹران ڈونر کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، اس لیے خارجی نامیاتی مادے کا اضافہ (جیسے میتھانول) سے بچا جا سکتا ہے، جو آپریٹنگ اخراجات کو بچا سکتا ہے اور ثانوی آلودگی کو روک سکتا ہے۔
چونکہ زیادہ تر امونیا مکمل نائٹریفیکیشن کے عمل سے نہیں گزرتا ہے اور براہ راست انیروبک امونیا آکسیکرن رد عمل میں حصہ لیتا ہے، اس لیے آکسیجن کے موثر استعمال کی شرح میں اضافہ ہوتا ہے، آکسیجن کی فراہمی کی توانائی کی کھپت کم ہوتی ہے، اور تیزاب کی پیداوار کم ہوتی ہے۔ یہ غیر جانبداری کے لیے درکار کیمیائی ریجنٹس کو کم کر سکتا ہے، آپریٹنگ اخراجات کو کم کر سکتا ہے، اور ثانوی آلودگی کو کم کر سکتا ہے۔
فی الحال، اس ٹیکنالوجی کو آہستہ آہستہ کوکنگ ویسٹ واٹر، لینڈ فل لیچیٹ اور دیگر گندے پانی کے صنعتی علاج میں لاگو کیا جا رہا ہے۔ اگرچہ مصنوعی ویٹ لینڈ سیوریج ٹریٹمنٹ کے بارے میں رپورٹس موجود ہیں، لیکن متعلقہ تحقیق ابھی بھی ناکافی ہے۔
نائٹرس آکسائیڈ کا اخراج
عام طور پر یہ خیال کیا جاتا ہے کہ مصنوعی آبی علاقوں میں نائٹروجن کو ہٹانے کا بنیادی طریقہ کار یہ ہے کہ نکاسی آب میں نائٹروجن آخر کار N2 اور N2O گیسوں کی شکل میں نکلتی ہے جس میں مائکروجنزموں کے ذریعے نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن کی مشترکہ کارروائی ہوتی ہے۔ چونکہ N2O ایک مضبوط وارمنگ گیس ہے، اس لیے اس کا گرین ہاؤس اثر CO2 کے مقابلے میں تقریباً 298 گنا زیادہ ہے، اور عالمی ماحول پر اس کا اثر طویل مدتی اور ممکنہ ہے، اس لیے مصنوعی گیلے علاقوں میں N2O کے اخراج کے قانون کا مطالعہ کرنا بہت ضروری ہے۔
مصنوعی ویٹ لینڈ سسٹمز میں N2O کے اخراج پر تحقیق 1997 میں شروع ہوئی، جب فری مین نے پہلی بار تجویز پیش کی کہ سیوریج کو صاف کرنے کے لیے مصنوعی ویٹ لینڈ ٹیکنالوجی کا استعمال ماحول میں N_2O کی ایک خاص مقدار جاری کرے گا۔ اس کے بعد سے متعلقہ تحقیقی رپورٹس بیرون ملک شائع ہوتی رہی ہیں۔ گھریلو متعلقہ تحقیق دیر سے شروع ہوئی، اور ابتدائی تحقیقی رپورٹ 2009 میں دیکھی گئی۔