اگرچہ چین کے پاس دنیا کی سب سے بڑی گندے پانی کو صاف کرنے کی صلاحیت اور مارکیٹ ہے، جس میں روزانہ ٹریٹمنٹ کی گنجائش تقریباً 200 ملین m3/d ہے۔
تاہم، صنعتی ممالک کے مقابلے جنہوں نے ایک صدی قبل بڑے پیمانے پر گندے پانی کے انتظام کو نافذ کیا تھا، چین کے پاس 40 سال قبل گندے پانی کے انتظام کا کوئی تجربہ نہیں تھا۔
لہذا، ابھرتی ہوئی ٹیکنالوجیز کی ترقی سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹس کی سیوریج ٹریٹمنٹ کی صلاحیت اور کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے بہت اہمیت رکھتی ہے، اور "ڈبل کاربن" کے اہداف کو حاصل کرنے میں بھی مدد کرتی ہے۔
بائیولوجیکل ڈینیٹریفیکیشن ایک ایسا عمل ہے جو نائٹریٹ (NO3–) اور نائٹریٹ (NO2–) کو گیسی نائٹروجن میں تبدیل کرنے کے لیے مائکروجنزموں پر انحصار کرتا ہے۔ یہ سیوریج ٹریٹمنٹ میں بھی ایک اہم قدم ہے اور پانی کے معیار کو بہتر بنانے کے لیے اہم ہے۔
سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹس میں، ہیٹروٹروفک ڈینیٹریفیکیشن سب سے زیادہ استعمال شدہ طریقہ ہے۔ تاہم، بعض اوقات سیوریج میں موجود نامیاتی کاربن مکمل ڈینیٹریفیکیشن کو سہارا دینے کے لیے کافی نہیں ہوتا ہے، اور غذائی اجزاء کو مؤثر طریقے سے ختم کرنے کے لیے اضافی نامیاتی کاربن شامل کرنے کی ضرورت ہوتی ہے۔
اس سے نہ صرف سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹس کے آپریٹنگ اخراجات میں 3.5–8.5% اضافہ ہو گا، بلکہ گرین ہاؤس گیسوں کے اخراج میں بھی نمایاں اضافہ ہو گا، جو تقریباً 50-125 کلوگرام کاربن ڈائی آکسائیڈ کا اخراج فی آبادی کے برابر ہے۔
اس کے برعکس، ایک ماحول دوست حیاتیاتی طریقہ کے طور پر، حالیہ برسوں میں آٹوٹروفک ڈینیٹریفیکیشن کو بڑھتی ہوئی توجہ ملی ہے۔ یہ طریقہ عام طور پر غیر نامیاتی کم کرنے والے مرکبات جیسے ہائیڈروجن، سلفر کو کم کرنے والے مرکبات، اور لوہے کے معدنیات کو الیکٹران عطیہ دہندگان کے طور پر استعمال کرتا ہے۔
تاہم، ان غیر نامیاتی الیکٹران کے عطیہ دہندگان کے بھی واضح نقصانات اور حدود ہیں، جیسے ہائیڈروجن کی کم نصف سنترپتی مستقل، اور سلفر کو کم کرنے والے مرکبات کی وجہ سے درمیانی میٹابولائٹس کی آلودگی کا خطرہ۔
اگرچہ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ آٹوٹروفک ڈینیٹریفیکیشن کے اثر کو بائیو الیکٹرو کیمیکل عمل کے ذریعے بہتر بنایا جا سکتا ہے، یعنی بائیو الیکٹرو کیمیکل ڈینیٹریفیکیشن کے عمل کے ذریعے۔
تاہم، پیچیدہ ری ایکٹر کی ترتیب اور بائیو الیکٹروڈ مواد کے اعلی توانائی کی کھپت کی ترکیب کے مراحل کی وجہ سے، بڑے پیمانے پر فروغ اور مندرجہ بالا طریقوں کا اطلاق محدود ہے۔
لہٰذا، سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹس کے ڈینیٹریفیکیشن کے عمل کو کس طرح بہتر بنایا جائے اور سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹس کی آپریٹنگ کارکردگی کو بہتر بنانے کا طریقہ ہمیشہ سے ہی فیلڈ کو درپیش ایک مشکل رہا ہے۔
بتایا جاتا ہے کہ Zhou Shungui کی ٹیم ایک طویل عرصے سے مائکروبیل الیکٹرو کیمسٹری اور مائکروبیل ایکسٹرا سیلولر الیکٹران کی منتقلی پر تحقیق میں مصروف ہے۔ تحقیقی ٹیم نے کئی سالوں کی تحقیق میں پایا کہ الیکٹران مائکروجنزموں کے توانائی کے حصول اور میٹابولزم میں کلیدی کردار ادا کرتے ہیں۔
کہنے کا مطلب یہ ہے کہ مائکروجنزموں کو ریڈوکس رد عمل کی ایک سیریز کے ذریعے توانائی حاصل کرنے اور زندگی کی سرگرمیوں کو برقرار رکھنے کی ضرورت ہے، یعنی الیکٹران کی منتقلی کے رد عمل کے ذریعے۔
لہذا، اگرچہ میکانی توانائی فطرت میں توانائی کی سب سے عام شکل ہے، لیکن یہ مائکروبیل میٹابولزم کو متاثر کرے گی، لہذا اسے ایک پل کے طور پر الیکٹرانوں کی ضرورت کا بھی امکان ہے۔
مائکروبیل میٹابولزم پر مکینیکل توانائی کے اثر کو ثابت کرنے کے لیے، پہلے یہ دریافت کرنا ضروری ہے کہ آیا میکانی توانائی الیکٹرانوں کی نسل کو متاثر کر سکتی ہے۔ لہذا، Zhou Shungui اور ان کی ٹیم نے میکانکی طور پر حوصلہ افزائی پیزو الیکٹرک اثر پر توجہ دینا شروع کردی۔
جس معلومات سے انہوں نے مشورہ کیا اس نے انہیں اور بھی حوصلہ دیا۔ معلوم ہوا کہ 1880 کے اوائل میں، فرانسیسی سائنس دانوں "کیوری برادرز" پیئر کیوری اور جیک کیوری نے سب سے پہلے کوارٹز کرسٹل میں "پیزو الیکٹرک اثر" دریافت کیا، یعنی کوارٹز جب میکانیکی دباؤ کا شکار ہو تو برقی چارج پیدا کرے گا۔
1917 میں، فرانسیسی سائنسدان پال لینگیوِن نے بھی کوارٹج کرسٹل کے پیزو الیکٹرک اثر کو استعمال کرتے ہوئے دنیا کا پہلا ایکٹو سونار (Langevin سونار) ایجاد کیا، اور "ایکولوکیشن" کی بنیاد پر کامیابی کے ساتھ بحری جہازوں کو تلاش کیا۔
اس کا مطلب یہ ہے کہ یہ چارجز مائکروبیل میٹابولزم کو چلانے کے لیے مائکروجنزموں کی ایکسٹرا سیلولر کم کرنے والی قوتوں کے طور پر کام کر سکتے ہیں۔ تاہم، پیزو الیکٹرک اثر کی دریافت کے بعد سے، کسی نے بھی اس امکان کی تصدیق نہیں کی۔
"یہ ہمیں پرجوش بلکہ تھوڑا سا گھبراتا ہے، آخر کار، موجودہ تحقیقی نتائج یہ بتاتے ہیں کہ میکانکی توانائی جسمانی ٹوٹ پھوٹ اور خلیات کے تحلیل ہونے کا سبب بن سکتی ہے۔ اس لیے ہمیں اس نئے طریقہ کی تصدیق کے لیے حتمی شواہد کی ضرورت ہے۔" چاؤ شونگوئی نے کہا۔
بہت سارے ادب کے جائزے کے بعد، انہوں نے پایا کہ سٹروائٹ ایک بہترین پیزو الیکٹرک مواد ہے اور گندے پانی کے علاج میں بہت عام ہے۔
تو، کیا سٹروائٹ کو مائکروجنزموں کے ساتھ ملایا جا سکتا ہے جیسے کہ گندے پانی کی ڈینائٹریفیکیشن کارکردگی کو بڑھانے کے لیے بیکٹیریا کو denitrifying؟
بہر حال، توانائی کی کھپت روایتی سیوریج ٹریٹمنٹ پلانٹس کے آپریٹنگ اخراجات کا {{0}}% ہے، جو کہ 0 کے برابر ہے۔{2}}.1 کلو واٹ فی مکعب میٹر سیوریج ٹریٹمنٹ
یہ توانائی کی کھپت عام طور پر موٹر سازوسامان کی ہوا بازی یا ہلچل سے آتی ہے، لہذا وہ اکثر مکمل طور پر استعمال نہیں ہوتے ہیں۔
کوشش کرنے والے رویہ کے ساتھ، انہوں نے پیزو الیکٹرک کیٹلیٹک حیاتیاتی ڈینیٹریفیکیشن تجربہ ڈیزائن کیا۔ گندے پانی میں وسیع پیمانے پر موجود امونیم، فاسفیٹ اور میگنیشیم آئنوں کا استعمال کرتے ہوئے، سٹروائٹ "آرمر" کی ایک تہہ کو ڈینیٹریفائینگ مائکروجنزموں کی سطح پر سیٹو میں ترکیب کیا گیا تھا۔
بعد کے تجربات نے ثابت کیا کہ تاریک اور کم تعدد والے میکانیکی ہلچل کے عمل میں، "آرمر" کی یہ تہہ مائکروجنزموں کے لیے مسلسل الیکٹران فراہم کر سکتی ہے، اس طرح ڈینیٹریفیکیشن کے عمل کو آگے بڑھاتی ہے۔
ایک ہی وقت میں، روایتی حیاتیاتی denitrification کے عمل کے مقابلے میں، یہ طریقہ نمایاں طور پر مختلف ہے۔
فوٹوکاٹالیسس جیسے عمل کے برعکس، اسے روایتی قربانی والے کیمیائی ریجنٹس کی ضرورت نہیں ہوتی ہے، لیکن پانی کو "پیزو الیکٹرک ہول ری ایجنٹ" کے طور پر استعمال کرتا ہے۔
اس کے علاوہ، اخراج کو کم کرنے اور کارکردگی کو بڑھانے کے مقصد کو حاصل کرنے کے لیے پیدا ہونے والے سٹروائٹ پرسیپیٹیٹ کو فاسفیٹ کھاد اور نائٹروجن کھاد کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔
درحقیقت، تحقیق کے آغاز میں، تحقیقی ٹیم نے دوغلے کو مکینیکل قوت کے ماخذ کے طور پر استعمال کیا اور تجرباتی حالات اور پیرامیٹرز کو بار بار بہتر بنایا، لیکن اس کا اثر پھر بھی غیر اطمینان بخش تھا، اور ٹیم کے ارکان کا ایک بار اعتماد ختم ہوگیا۔
اچانک ایک دن، انہوں نے دیکھا کہ لیبارٹری کی میز پر موجود مقناطیسی محرک نے دوا کی بوتل کو ایک ہی لمحے میں تحلیل کر دیا اور ایک کرسٹل صاف مثلث بنور پیدا کر دیا۔
اس دریافت نے انہیں ایک خیال دیا: کیا مقناطیسی محرک کو مضبوط مکینیکل قوت پیدا کرنے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے؟
معلوم ہوا کہ ان کا اندازہ درست تھا۔ دوغلی مکینیکل قوت بہت کمزور تھی، یہی وجہ تھی کہ پچھلا تجربہ اچھا کام نہیں کر سکا۔ مقناطیسی محرک استعمال کرنے کے بعد، تحقیقی پیش رفت ہموار ہونے لگی۔
متعلقہ مقالہ نیچر واٹر میں "سیلولر پیزو-حساسیت کے ذریعے میکانیکل توانائی کے ذریعے کارفرما فضلہ واٹر ڈینیٹریفیکیشن" کے عنوان سے شائع ہوا تھا۔
Jie Ye اور Ren Guoping مشترکہ طور پر مصنفین ہیں، اور Zhou Shungui متعلقہ مصنف ہیں۔
