1। जैविक अपशिष्ट जल उपचार का परिचय

1.1 जैविक अपशिष्ट जल उपचार क्या है?

जैविक अपशिष्ट जल उपचार एक ऐसी तकनीक है जो शक्ति का उपयोग करती है सूक्ष्मजीवों -उनक बैक्टीरिया - कार्बनिक प्रदूषकों, पोषक तत्वों (जैसे नाइट्रोजन और फास्फोरस) का सेवन और तोड़ने के लिए, और अपशिष्ट जल में पाए जाने वाले अन्य दूषित पदार्थों को। अनिवार्य रूप से, यह प्रकृति की अपनी आत्म-शुद्धिकरण प्रक्रिया का एक नियंत्रित, त्वरित संस्करण है।

मौलिक लक्ष्य हानिकारक, भंग, और कोलाइडल पदार्थों (जो बीओडी और सीओडी में योगदान करते हैं) को हानिरहित उपोत्पादों में बदलना है, जैसे कि कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और नए माइक्रोबियल बायोमास (कीचड़)। यह विधि महत्वपूर्ण है क्योंकि यह सबसे प्रभावी और अक्सर सबसे अधिक लागत-कुशल तरीका है जो पानी को पर्यावरण में वापस आने से पहले कार्बनिक भार के थोक को हटाने के लिए होता है।

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अपशिष्ट जल प्रबंधन में जैविक उपचार का 1.2 महत्व

अपशिष्ट जल का अनियंत्रित निर्वहन सार्वजनिक स्वास्थ्य और जलीय पारिस्थितिक तंत्र के लिए गंभीर जोखिम पैदा करता है। कार्बनिक पदार्थों की उच्च एकाग्रता घटती है विघटित ऑक्सीजन पानी प्राप्त करने में, मछली और अन्य जलीय जीवन की मृत्यु के लिए अग्रणी। इसके अतिरिक्त, अतिरिक्त पोषक तत्व बड़े पैमाने पर हो सकते हैं अल्गल ब्लूम्स (यूट्रोफिकेशन), और रोगजनकों को बीमारी फैल सकती है।

जैविक उपचार कई कारणों से आधुनिक अपशिष्ट जल प्रबंधन का लिंचपिन है:

• प्रभावी प्रदूषक हटाने: यह कुशलता से हटा देता है जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग (बीओडी) , जो बायोडिग्रेडेबल कार्बनिक पदार्थ का माप है।

• पोषक तत्व नियंत्रण: इसे विशेष रूप से हटाने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है नाइट्रोजन (ऑक्सीजन की कमी और विषाक्तता को रोकने के लिए) और फास्फोरस (यूट्रोफिकेशन को नियंत्रित करने के लिए)।

• लागत प्रभावशीलता: यह आम तौर पर बड़े पैमाने पर अनुप्रयोगों के लिए विशुद्ध रूप से रासायनिक या भौतिक उन्नत उपचार विकल्पों की तुलना में कम ऊर्जा-गहन और कम महंगा है।

माध्यमिक चरण के रूप में 1.2.1 जैविक उपचार

अपशिष्ट जल उपचार आमतौर पर चरणों के अनुक्रम में प्राप्त होता है:

1. प्राथमिक उपचार: एक भौतिक प्रक्रिया जहां गुरुत्वाकर्षण का उपयोग बड़े टैंकों में सबसे भारी ठोस (टीएसएस) को निपटाने और ग्रीस और फ्लोटिंग सामग्री को स्किम करने के लिए किया जाता है।

2. माध्यमिक उपचार: यह है जैविक उपचार चरण । प्राथमिक क्लेरिफायर से बहने वाले पानी में अभी भी उच्च स्तर को भंग और ठीक कोलाइडल कार्बनिक पदार्थ शामिल हैं; इस लोड का उपभोग करने के लिए सूक्ष्मजीवों को पेश किया जाता है।

3. तृतीयक/उन्नत उपचार: एक अंतिम पॉलिशिंग चरण जिसमें पानी को सुरक्षित रूप से डिस्चार्ज या पुन: उपयोग करने से पहले विशिष्ट संदूषक या पोषक तत्वों को निस्पंदन, कीटाणुशोधन और उन्नत हटाने में शामिल हो सकते हैं।

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1.3 जैविक प्रक्रियाओं का अवलोकन

जैविक अपशिष्ट जल उपचार प्रक्रियाओं को मोटे तौर पर शामिल सूक्ष्मजीवों की ऑक्सीजन आवश्यकताओं के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है:

• एरोबिक प्रक्रियाएं: इन प्रणालियों की आवश्यकता है विघटित ऑक्सीजन (DO) कार्य करने के लिए। सूक्ष्मजीव कार्बनिक प्रदूषकों को कार्बन डाइऑक्साइड, पानी और नई कोशिकाओं में मेटाबोलाइज करने के लिए ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं। यह बीओडी हटाने के लिए सबसे आम विधि है। उदाहरणों में शामिल हैं सक्रिय कीचड़ और ट्रिकलिंग फिल्टर .

• एनारोबिक प्रक्रियाएं: ये सिस्टम में काम करते हैं ऑक्सीजन की अनुपस्थिति । सूक्ष्मजीवों ने कार्बनिक पदार्थों को तोड़ दिया बायोगैस (मुख्य रूप से मीथेन और ${\text{सीओ}}_2$ ) और कीचड़ की कम मात्रा। इनका उपयोग अक्सर उच्च शक्ति वाले औद्योगिक अपशिष्ट जल के लिए या एरोबिक प्रक्रियाओं से परिणामी कीचड़ के इलाज के लिए किया जाता है। एक उदाहरण है अपफ़्लो एनारोबिक कीचड़ कंबल ( $\text{यूएएसबी}$ ) .

• एनोक्सिक प्रक्रियाएं: ये प्रक्रियाएं हैं ऑक्सीजन मुक्त , लेकिन सूक्ष्मजीव रासायनिक रूप से बाध्य ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं (विशेष रूप से से नाइट्रेट या नाइट्राट आणविकों के बजाय आयनों) ${\text{हे}}_2$ । यह महत्वपूर्ण कदम है अनाइट्रीकरण (नाइट्रोजन को हटाना) कई उन्नत उपचार संयंत्रों में।

2। जैविक अपशिष्ट जल उपचार के सिद्धांत

जैविक अपशिष्ट जल उपचार की प्रभावकारिता पूरी तरह से रिएक्टर के भीतर सूक्ष्म दुनिया को समझने और नियंत्रित करने पर टिका है। यह खंड मुख्य जैविक अभिनेताओं और मौलिक जैव रासायनिक प्रक्रियाओं का विवरण देता है जो वे ड्राइव करते हैं।

2.1 सूक्ष्मजीवों की भूमिका

एक स्वस्थ जैविक उपचार प्रणाली, जिसे अक्सर के रूप में संदर्भित किया जाता है मिश्रित शराब या बायोमास , एक विविध पारिस्थितिकी तंत्र है। इस माइक्रोबियल समुदाय का सामूहिक लक्ष्य कार्बनिक प्रदूषकों ("भोजन") का उपभोग करना है, ताकि ऊर्जा को बढ़ाया जा सके और ऊर्जा उत्पन्न हो सके।

2.1.1 बैक्टीरिया

बैक्टीरिया उपचार प्रक्रिया के वर्कहॉर्स हैं। वे विशाल बहुमत के लिए जिम्मेदार हैं $\text{बीओडी}$ हटाना और पोषक तत्वों को हटाना । वे एफlocs (छोटे क्लस्टर) बनाते हैं जो कि सीlarifiers में बसने के लिए महत्वपूर्ण हैं। प्रमुख समूहों में हेटरोट्रोफिक बैक्टीरिया (कार्बन यौगिकों का उपभोग) और ऑटोट्रॉफिक बैक्टीरिया (नाइट्रिफिकेशन प्रदर्शन) शामिल हैं।

2.1.2 कवक

कवक आम तौर पर कम प्रमुख होते हैं, लेकिन कुछ शर्तों में महत्वपूर्ण हो जाते हैं, विशेष रूप से उपचार करने वाले सिस्टम में कम $\text{पीएच}$ या high-strength industrial wastes. While they contribute to organic degradation, excessive fungal growth can cause बुलबुला (कीचड़ का गरीब बसना) उनके फिलामेंटस संरचना के कारण।

2.1.3 प्रोटोजोआ

प्रोटोजोआ और अन्य उच्च जीव (जैसे रोटिफ़र्स) प्राथमिक अपमानजनक नहीं हैं, लेकिन महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं घर्षण प्रवाह। वे बिखरे हुए बैक्टीरिया और ठीक पार्टिकुलेट मैटर का सेवन करते हैं, "क्लीनर" के रूप में कार्य करते हैं जो एक स्पष्ट अंतिम अपशिष्ट में योगदान करते हैं। उनकी उपस्थिति और विविधता भी के प्रमुख संकेतक हैं स्वास्थ्य और स्थिरता जैविक प्रणाली की।

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2.2 जैव रासायनिक प्रतिक्रियाएं

प्रदूषकों को हटाने से जटिल जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं के अनुक्रम के माध्यम से होता है, जिसे सूक्ष्मजीवों द्वारा उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता द्वारा वर्गीकृत किया जाता है।

2.2.1 एरोबिक प्रक्रियाएं

ये प्रतिक्रियाएं की उपस्थिति में होती हैं विघटित ऑक्सीजन ( $\text{करना}$ ) । बैक्टीरिया का उपयोग करें $\text{करना}$ कार्बनिक पदार्थों को स्थिर, हानिरहित उत्पादों में परिवर्तित करने के लिए अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता के रूप में।

कार्बनिक पदार्थ हे2 → बैक्टीरिया सीओ2 एच2 हे नई कोशिकाएं

नाइट्रीकरण , एक दो-चरणीय एरोबिक प्रक्रिया, नाइट्रोजन हटाने के लिए महत्वपूर्ण है:

1. नाइट्रिटेशन: अमोनिया ( ${\text{राष्ट्रीय राजमार्ग}}_4^{}$ ) नाइट्राइट में परिवर्तित हो जाता है ( ${\text{नहीं}}_2^{-}$ )।

2. नाइट्रैटेशन: नाइट्राइट ( ${\text{नहीं}}_2^{-}$ ) नाइट्रेट में परिवर्तित हो जाता है ( ${\text{नहीं}}_3^{-}$ )।

2.2.2 एनारोबिक प्रक्रियाएं

ये प्रतिक्रियाएं पूर्ण अनुपस्थिति में होती हैं ${\text{O}}_2$ । प्रक्रिया में जटिल कार्बनिक पदार्थों को बदलने के लिए कई चरण शामिल हैं बायोगैस (मुख्य रूप से मीथेन ( ${\text{चौधरी}}_4$ ) और ${\text{सीओ}}_2$ ), जिसका उपयोग ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जा सकता है। मुख्य चरण हाइड्रोलिसिस, एसिडोजेनेसिस, एसिटोजेनेसिस और अंत में हैं, मेथनोजेनेसिस .

कार्बनिक पदार्थ → बैक्टीरिया चौधरी4 CO2 नई कोशिकाएं गर्मी

2.2.3 एनोक्सिक प्रक्रियाएं

ये प्रतिक्रियाएं कब होती हैं $\text{करना}$ अनुपस्थित है, लेकिन नाइट्रेट ( ${\text{नहीं}}_3^{-}$ ) मौजूद है। कुछ बैक्टीरिया नाइट्रेट अणु में रासायनिक रूप से बंधे ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं, नाइट्रेट को हानिरहित करने के लिए कम करते हैं नाइट्रोजन गैस ( ${\text{एन}}_2$ ) जिसे वातावरण में जारी किया गया है। इस प्रक्रिया को कहा जाता है अनाइट्रीकरण और is essential for preventing nitrogen pollution.

नाइट्रेट कार्बनिक पदार्थ → बैक्टीरिया नाइट्रोजन गैस (एन2) CO2 H2 O

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2.3 जैविक उपचार को प्रभावित करने वाले कारक

माइक्रोबियल समुदाय की दक्षता रिएक्टर के भीतर स्थितियों के प्रति अत्यधिक संवेदनशील है। परिचालन नियंत्रण इन कारकों को इष्टतम श्रेणियों के भीतर बनाए रखने पर केंद्रित है।

2.3.1 तापमान

माइक्रोबियल गतिविधि तापमान के साथ एक इष्टतम बिंदु तक बढ़ जाती है (आमतौर पर $20-35^{\circ }\text{C}$ नगरपालिका के पौधों के लिए)। कम तापमान प्रतिक्रिया दरों को धीमा कर देता है, जबकि अत्यधिक उच्च तापमान एंजाइमों को अस्वीकार कर सकता है, जिससे रोगाणुओं की मौत हो सकती है।

2.3.2 $\text{पीएच}$

अधिकांश सूक्ष्मजीव एक निकट-तटस्थ में पनपते हैं $\text{पीएच}$ रेंज (आमतौर पर) $6.5-7.5$ )। चरम $\text{पीएच}$ (अम्लीय या बुनियादी) बैक्टीरिया के विकास को रोक सकता है और नाइट्रिफिकेशन जैसी महत्वपूर्ण प्रक्रियाओं को रोक सकता है।

2.3.3 पोषक उपलब्धता

सूक्ष्मजीवों को बढ़ने के लिए एक संतुलित आहार की आवश्यकता होती है। चाबी मैक्रोन्यूट्रिएंट्स - नाइट्रोजन (एन) और फास्फोरस -must be available, often in the ratio of $\text{बीओडी}:\text{एन}:\text{पी}$ के विषय का $100:5:1$ । कमी कचरे के इलाज के लिए आवश्यक बायोमास के विकास को गंभीर रूप से सीमित कर सकती है।

2.3.4 भंग ऑक्सीजन ( $\text{करना}$ )

$\text{करना}$ के लिए स्तर महत्वपूर्ण हैं एरोबिक प्रक्रियाएँ (आमतौर पर बनाए रखा गया $1-3\text{एमजी/एल}$ ), अपर्याप्त ऑक्सीजन के रूप में गिरावट की प्रक्रिया को धीमा कर देगा। इसके विपरीत, $\text{करना}$ में सख्ती से नियंत्रित या अनुपस्थित होना चाहिए अवायवीय और ऑक्सीजन में कमी उन संबंधित प्रक्रियाओं के लिए क्षेत्र।

यहाँ के लिए मसौदा सामग्री है तीसरा भाग अपने लेख पर, ध्यान केंद्रित कर रहा है जैविक अपशिष्ट जल उपचार प्रक्रियाओं के प्रकार .

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3। जैविक अपशिष्ट जल उपचार प्रक्रियाओं के प्रकार

जैविक उपचार प्रणालियों को मौलिक रूप से वर्गीकृत किया जाता है कि कैसे माइक्रोबियल समुदाय को बनाए रखा जाता है और क्या ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है। इन प्रक्रियाओं को एरोबिक (ऑक्सीजन की आवश्यकता), एनारोबिक (ऑक्सीजन की कमी), और हाइब्रिड सिस्टम में वर्गीकृत किया जा सकता है।

3.1 एरोबिक उपचार प्रक्रियाएं

एरोबिक प्रक्रियाएं सबसे आम प्रकार का द्वितीयक उपचार हैं, जो माइक्रोबियल चयापचय को बनाए रखने के लिए ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति पर निर्भर करते हैं। वे कार्बनिक पदार्थ (बीओडी) को हटाने में अत्यधिक प्रभावी हैं।

3.1.1 सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया

यह विश्व स्तर पर सबसे व्यापक एरोबिक प्रणाली है। इसमें सूक्ष्मजीवों के निलंबन वाले एक वातित टैंक में अपशिष्ट जल को पेश करना शामिल है ( सक्रिय कीचड़ )। रोगाणु प्रदूषकों का सेवन करते हैं, घने, सेट करने योग्य माइक्रोबियल क्लंप (एफLOCs) बनाते हैं, और फिर एक माध्यमिक स्पष्टीकरण में उपचारित पानी से अलग हो जाते हैं। इस कीचड़ के एक हिस्से को सक्रिय बायोमास की उच्च एकाग्रता बनाए रखने के लिए वातन टैंक में वापस पुनर्नवीनीकरण किया जाता है।

3.1.2 ट्रिकलिंग फिल्टर

ट्रिकलिंग फिल्टर (या जैविक फिल्टर) फिक्स्ड-फिल्म सिस्टम हैं जहां अपशिष्ट जल को मीडिया के एक बिस्तर पर वितरित किया जाता है (जैसे, चट्टानें, प्लास्टिक)। ए बायोफिल्म (सूक्ष्मजीवों की एक परत) मीडिया की सतह पर बढ़ती है। जैसा कि अपशिष्ट जल "चाल" नीचे, बायोफिल्म में रोगाणु कार्बनिक पदार्थ को अवशोषित और नीचा दिखाते हैं। प्राकृतिक वायु परिसंचरण आवश्यक ऑक्सीजन प्रदान करता है।

3.1.3 घूर्णन जैविक संपर्ककर्ता (आरबीसी)

आरबीसी एक और निश्चित-फिल्म प्रणाली है जिसमें एक क्षैतिज शाफ्ट पर बड़े, बारीकी से फैला हुआ, घूर्णन डिस्क शामिल हैं। डिस्क आंशिक रूप से अपशिष्ट जल में जलमग्न हैं। जैसे ही डिस्क घूमती है, वे वैकल्पिक रूप से अपशिष्ट जल की एक फिल्म उठाते हैं और फिर ऑक्सीजन हस्तांतरण के लिए बायोफिल्म को वायुमंडल में उजागर करते हैं।

3.1.4 वातित लैगून

ये बड़े, उथले बेसिन हैं जो अपशिष्ट जल के भीतर माइक्रोबियल आबादी को ऑक्सीजन प्रदान करने के लिए सतह के एरेटर या विसरित वायु प्रणालियों का उपयोग करते हैं। उन्हें एक बड़े भूमि क्षेत्र की आवश्यकता होती है, लेकिन कम जनसंख्या घनत्व वाले क्षेत्रों के लिए संचालित और आदर्श होते हैं।

3.1.5 झिल्ली बायोरिएक्टर (एमबीआर)

एमबीआरएस एक पारंपरिक सक्रिय कीचड़ प्रक्रिया को एक के साथ जोड़ती है झिल्लीन निस्पंदन यूनिट (माइक्रोफिल्ट्रेशन या अल्ट्राफिल्ट्रेशन)। झिल्ली ठोस को अलग करती है, एक माध्यमिक स्पष्टीकरण की आवश्यकता को समाप्त करती है। यह बायोमास की बहुत अधिक एकाग्रता के लिए अनुमति देता है (उच्च) $\text{संस्था}$ ) और पुन: उपयोग के लिए तैयार, असाधारण रूप से उच्च-गुणवत्ता वाले प्रवाह का उत्पादन करता है।

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3.2 एनारोबिक उपचार प्रक्रियाएं

एनारोबिक प्रक्रियाएं ऑक्सीजन के बिना काम करती हैं और विशेष रूप से उच्च शक्ति वाले अपशिष्ट जल के इलाज के लिए या कीचड़ को स्थिर करने के लिए अनुकूल होती हैं, क्योंकि वे एक मूल्यवान ऊर्जा स्रोत-बोगास का उत्पादन करते हैं।

3.2.1 एनारोबिक पाचन

यह मुख्य रूप से स्थिर करने के लिए उपयोग किया जाता है कीचड़ (बायोसोलिड्स) एरोबिक उपचार द्वारा उत्पन्न। कीचड़ को सील, गर्म टैंकों में रखा जाता है जहां एनारोबिक बैक्टीरिया कार्बनिक ठोस पदार्थों के एक महत्वपूर्ण हिस्से को बायोगैस में परिवर्तित करते हैं ( ${\text{चौधरी}}_4$ )। यह कीचड़ की मात्रा और गंध को कम करता है।

3.2.2 अपफ्लो एनारोबिक कीचड़ कंबल ( $\text{यूएएसबी}$ ) रिएक्टर

$\text{यूएएसबी}$ एक उच्च दर एनारोबिक प्रणाली है जहां अपशिष्ट जल माइक्रोबियल कणिकाओं (कीचड़) के एक घने "कंबल" के माध्यम से ऊपर की ओर बहती है। जैसा कि कार्बनिक पदार्थ को नीचा दिखाया जाता है, उत्पादित बायोगैस के कारण ग्रैन्यूल प्रसारित होते हैं, जिससे बायोमास और अपशिष्ट जल के बीच उत्कृष्ट संपर्क होता है।

3.2.3 एनारोबिक फिल्टर

se fixed-film reactors are packed with media. Wastewater flows through the packed bed, and the anaerobic microbes grow attached to the media, creating a highly efficient system for treating soluble organic waste.

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3.3 हाइब्रिड उपचार प्रक्रियाएं

हाइब्रिड सिस्टम दक्षता बढ़ाने के लिए पारंपरिक या अलग रिएक्टर प्रकारों की विशेषताओं को जोड़ते हैं, विशेष रूप से पोषक तत्वों को हटाने और अंतरिक्ष बाधाओं के लिए।

3.3.1 अनुक्रमण बैच रिएक्टर ( $\text{एसबीआरएस}$ )

$\text{एसबीआरएस}$ इसमें अद्वितीय हैं कि सभी उपचार चरण (भरें, प्रतिक्रिया, सेटल, ड्रा) क्रमिक रूप से होते हैं एकल टैंक । वे चक्र के भीतर एरोबिक, एनोक्सिक और अवायवीय चरणों की अवधि को नियंत्रित करके सटीक पोषक तत्वों को हटाने के लिए अनुकूल करने के लिए अत्यधिक लचीले और आसान हैं।

3.3.2 एकीकृत निश्चित-फिल्म सक्रिय कीचड़ ( $\text{IएफएS}$ ) सिस्टम

$\text{IएफएS}$ सिस्टम सक्रिय कीचड़ (निलंबित वृद्धि) और फिक्स्ड-फिल्म तकनीक का एक हाइब्रिड हैं। बायोफिल्म वाहक (प्लास्टिक मीडिया) को सीधे सक्रिय कीचड़ वातन बेसिन में जोड़ा जाता है। यह एक उच्च बायोमास एकाग्रता के लिए अनुमति देता है, निलंबित कीचड़ प्रणाली के लचीलेपन को बनाए रखते हुए धीमी गति से बढ़ते बैक्टीरिया (जैसे नाइट्रिफायर) के लिए एक स्थिर वातावरण प्रदान करता है।

4। जैविक उपचार प्रणालियों के लिए डिजाइन विचार

एक प्रभावी और स्थिर जैविक उपचार संयंत्र को डिजाइन करने के लिए अपशिष्ट जल विशेषताओं और रिएक्टर मापदंडों के सावधानीपूर्वक अंशांकन की गहरी समझ की आवश्यकता होती है। लक्ष्य सूक्ष्मजीवों को पनपने और कुशलता से प्रदूषकों को हटाने के लिए इष्टतम वातावरण बनाना है।

4.1 अपशिष्ट जल विशेषताएं

success of a biological system starts with accurately characterizing the influent (incoming) wastewater.

4.1.1 $\text{बीओडी}$ (जैव रासायनिक ऑक्सीजन की मांग)

$\text{बीओडी}$ सूक्ष्मजीवों द्वारा आवश्यक ऑक्सीजन की मात्रा एक विशिष्ट समय पर पानी में कार्बनिक पदार्थ को विघटित करने के लिए आवश्यक है (आमतौर पर पांच दिन, ${\text{बीओडी}}_5$ )। यह है प्राथमिक अभिकर्मक पारसिगर जैविक रिएक्टर को आकार देने के लिए उपयोग किया जाता है, क्योंकि यह कार्बनिक लोड की मात्रा को निर्धारित करता है जो माइक्रोबियल आबादी का उपभोग करना चाहिए।

4.1.2 $\text{सीओडी}$ (रासायनिक ऑक्सीजन मांग)

$\text{सीओडी}$ रासायनिक रूप से ऑक्सीकरण करने के लिए आवश्यक ऑक्सीजन की मात्रा है सभी याganic and inorganic matter. It measures both biodegradable and non-biodegradable components. The $\text{बीओडी}/\text{सीओडी}$ अनुपात महत्वपूर्ण है: एक उच्च अनुपात (जैसे,> 0.5) इंगित करता है कि अपशिष्ट अत्यधिक है बाइओडिग्रेड्डबल और well-suited for biological treatment.

4.1.3 $\text{स्वाभाविक विकास}$ (कुल निलंबित ठोस)

$\text{स्वाभाविक विकास}$ निलंबन में आयोजित किए जाने वाले ठोस पदार्थों का प्रतिनिधित्व करता है। उच्च $\text{स्वाभाविक विकास}$ अधिक व्यापक प्राथमिक उपचार की आवश्यकता हो सकती है और जैविक कीचड़ (बायोसोलिड्स) के प्रबंधन को प्रभावित करती है। की अच्छी बस $\text{स्वाभाविक विकास}$ स्वच्छ अपशिष्ट का उत्पादन करने के लिए महत्वपूर्ण है।

4.1.4 पोषक तत्व (नाइट्रोजन और फास्फोरस)

concentration of नाइट्रोजन ( $\text{एन}$ ) और फास्फोरस ( $\text{पी}$ ) दो कारणों से महत्वपूर्ण है:

1. माइक्रोबियल स्वास्थ्य: पर्याप्त $\text{एन}$ और $\text{पी}$ बायोमास वृद्धि के लिए आवश्यक हैं ( $100:\text{बीओडी}:5:\text{एन}:1:\text{पी}$ अनुपात)।

2. Effluent गुणवत्ता: यदि ये पोषक तत्व उच्च मात्रा में मौजूद हैं, तो सिस्टम को विशेष रूप से डिज़ाइन किया जाना चाहिए पोषक तत्वों को हटाना (नाइट्रिफिकेशन/डेनिट्रिफिकेशन और बढ़ाया जैविक फास्फोरस रिमूवल, $\text{स्वामी}$ ) पानी प्राप्त करने में यूट्रोफिकेशन को रोकने के लिए।

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4.2 प्रक्रिया चयन मानदंड

सही जैविक प्रक्रिया चुनना कई कारकों पर निर्भर करता है:

• अपशिष्ट जल शक्ति: उच्च शक्ति $\text{सीओडी}/\text{बीओडी}$ ) औद्योगिक कचरा अक्सर एहसान करता है अवायवीय processes बायोगैस उत्पादन के लिए, उसके बाद पॉलिशिंग। कम-से-मध्यम शक्ति नगरपालिका कचरा आमतौर पर उपयोग करता है एरोबिक सक्रिय कीचड़ .

• अपशिष्ट आवश्यकताएं: सख्त डिस्चार्ज सीमा (विशेष रूप से पोषक तत्वों के लिए) जैसे जटिल प्रणालियों की मांग करें $\text{एमबीआरएस}$ या multi-stage processes ( $\text{एसबीआरएस}$ , बहु-चरण सक्रिय कीचड़)।

• भूमि की उपलब्धता: अंतरिक्ष-विवश स्थानों को अक्सर उच्च दर, कॉम्पैक्ट प्रौद्योगिकियों की आवश्यकता होती है $\text{एमबीआरएस}$ या $\text{IएफएS}$ , जबकि लैगून उपयुक्त हैं जहां भूमि सस्ती और भरपूर है।

• परिचालन लागत: एरोबिक प्रक्रियाओं को वातन के लिए उच्च ऊर्जा इनपुट की आवश्यकता होती है, जबकि एनारोबिक प्रक्रियाएं ऊर्जा (बायोगैस) उत्पन्न करती हैं, जो दीर्घकालिक लागत को प्रभावित करती हैं।

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4.3 रिएक्टर डिजाइन पैरामीटर

se parameters are the operational levers used to control the microbial ecosystem within the reactor.

4.3.1 हाइड्रोलिक प्रतिधारण समय ( $\text{एचआरटी}$ )

$\text{एचआरटी}$ क्या औसत समय रिएक्टर के अंदर पानी की एक इकाई बनी रहती है।

एक लंबे समय तक $\text{एचआरटी}$ सूक्ष्मजीवों और प्रदूषकों के बीच अधिक संपर्क समय प्रदान करता है, लेकिन एक बड़े टैंक आकार की आवश्यकता होती है।

4.3.2 ठोस प्रतिधारण समय ( $\text{संस्था}$ )

$\text{संस्था}$ (यह भी कहा जाता है $\text{मेक्रेटी}$ या Sludge Retention Time) is the average time the सूक्ष्मजीवों (solids) सिस्टम में सक्रिय रहें।

$\text{संस्था}$ है सबसे महत्वपूर्ण नियंत्रण पैरामीटर जैविक गतिविधि के लिए। साथ में $\text{संस्था}$ (उदा। $10-30$ दिन) धीमी गति से बढ़ते जीवों की खेती करना आवश्यक है नाइट्रिफायर नाइट्रोजन हटाने के लिए।

4.3.3 फूड-टू-माइक्रोर्गनिज्म ( $\text{F}/\text{एम}$ ) अनुपात

$\text{F}/\text{एम}$ अनुपात दैनिक कार्बनिक भार है (भोजन, के रूप में मापा जाता है $\text{बीओडी}$ या $\text{सीओडी}$ ) सूक्ष्मजीवों की प्रति यूनिट द्रव्यमान की आपूर्ति ( $\text{एम}$ , मिश्रित शराब वाष्पशील निलंबित ठोस के रूप में मापा जाता है या $\text{एमLVSS}$ ) रिएक्टर में।

• A उच्च $\text{F}/\text{एम}$ (उदा। > 0.5 $\text{किलोभास}\text{बीओडी}/\text{किलोभास}\text{एमLVSS}\cdot \text{डी}$ ) का मतलब है कि रोगाणुओं "भूखे" हैं और पानी का जल्दी से इलाज करते हैं, लेकिन कीचड़ खराब तरीके से बस जाती है।

• A कम $\text{F}/\text{एम}$ (उदा। < 0.1 $\text{किलोभास}\text{बीओडी}/\text{किलोभास}\text{एमLVSS}\cdot \text{डी}$ ) पुराने, अच्छी तरह से सेटलिंग कीचड़ में परिणाम, लेकिन एक बड़े टैंक की आवश्यकता होती है और धीमी होती है।

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4.4 कीचड़ प्रबंधन

सभी जैविक प्रक्रियाएं उत्पादन करती हैं अतिरिक्त बायोमास (कीचड़) इसे सिस्टम से हटा दिया जाना चाहिए। यह कीचड़ अक्सर होती है $95-99\%$ पानी लेकिन केंद्रित प्रदूषक शामिल हैं, जिससे यह एक निपटान चुनौती है। कीचड़ उपचार (मोटा होना, ओसिंग, और अक्सर अवायवीय digestion ) समग्र अपशिष्ट जल प्रबंधन का एक महत्वपूर्ण, उच्च लागत वाला घटक है, जिसका उद्देश्य सामग्री को स्थिर करना है और अंतिम निपटान (जैसे, भूमि आवेदन या लैंडफिलिंग) से पहले इसकी मात्रा को कम करना है।

5। जैविक अपशिष्ट जल उपचार के अनुप्रयोग

जैविक उपचार एक अत्यधिक अनुकूलनीय तकनीक है, जो विभिन्न स्रोतों से अपशिष्ट जल को संसाधित करने के लिए आवश्यक है, बड़े महानगरीय क्षेत्रों से लेकर विशेष औद्योगिक सुविधाओं तक।

5.1 नगरपालिका अपशिष्ट जल उपचार

नगरपालिका अपशिष्ट जल, मुख्य रूप से आवासीय घरों, वाणिज्यिक व्यवसायों और संस्थानों से प्राप्त, जैविक उपचार के लिए क्लासिक अनुप्रयोग है।

• विशेषताएँ: इसमें आमतौर पर एक मध्यम-शक्ति कार्बनिक लोड होता है ( $\text{बीओडी}$ और $\text{सीओडी}$ ), निलंबित ठोस के उच्च स्तर ( $\text{स्वाभाविक विकास}$ ), और महत्वपूर्ण मात्रा में पोषक तत्व (नाइट्रोजन और फास्फोरस)।

• उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाएं: standard treatment train relies heavily on सक्रिय कीचड़ Processes (अक्सर के लिए संशोधित किया गया जैविक पोषक तत्वों को हटाना या $\text{बीएनआर}$ ) और कभी-कभी फिक्स्ड-फिल्म सिस्टम जैसे ट्रिकलिंग फिल्टर या $\text{लाल रक्त कोशिकाओं}$ । प्राथमिक लक्ष्य सार्वजनिक जलमार्गों की सुरक्षा के लिए कड़े निर्वहन मानकों को पूरा करना है।

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5.2 औद्योगिक अपशिष्ट जल उपचार

औद्योगिक अपशिष्ट जल नगरपालिका सीवेज की तुलना में संरचना और एकाग्रता में कहीं अधिक परिवर्तनशील है, अक्सर अद्वितीय चुनौतियों को प्रस्तुत करता है जिसमें अनुकूलित जैविक समाधान की आवश्यकता होती है।

5.2.1 खाद्य और पेय उद्योग

• विशेषताएँ: उच्च कार्बनिक भार (शर्करा, वसा, स्टार्च) और अक्सर उच्च तापमान।

• उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाएं: एनारोबिक तंत्र पसंद $\text{यूएएसबी}$ रिएक्टरों को अक्सर उच्च को संभालने के लिए पहले नियोजित किया जाता है $\text{सीओडी}$ और generate valuable बायोगैस ( ${\text{चौधरी}}_4$ ) । यह आमतौर पर एक कॉम्पैक्ट एरोबिक प्रणाली के बाद होता है ( $\text{एमBR}$ या $\text{सक्रिय कीचड़}$ ) अंतिम पॉलिशिंग के लिए।

5.2.2 लुगदी और कागज उद्योग

• विशेषताएँ: उच्च मात्रा, रंग, और धीरे -धीरे बायोडिग्रेडेबल लिग्निन यौगिक।

• उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाएं: बड़े पैमाने पर सिस्टम जैसे वातित लैगून या high-rate activated sludge are common due to the massive flow rates. Specialized fungal or bacterial strains may be needed for color and persistent compound removal.

5.2.3 रासायनिक उद्योग

• विशेषताएँ: इसमें विशिष्ट विषाक्त या गैर-पारंपरिक प्रदूषक (पुनरावर्ती ऑर्गेनिक्स, भारी धातु) शामिल हैं जो मानक माइक्रोबियल गतिविधि को रोक सकते हैं।

• उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाएं: उपचार में अक्सर विशेष, मजबूत बायोरिएक्टर या कई चरणों की आवश्यकता होती है, कभी -कभी शामिल होते हैं बायोएगमेंट (विशेष रूप से चयनित माइक्रोब संस्कृतियों को जोड़ना) या उन्नत तरीकों के साथ युग्मन उन्नत ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं ( $\text{एओपीएस}$ ) जैविक चरण से पहले या बाद में।

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5.3 कृषि अपशिष्ट जल उपचार

इसमें खेतों से अपवाह और, विशेष रूप से, केंद्रित पशु आहार संचालन से अपशिष्ट जल शामिल हैं ( $\text{कैफोस}$ ), या खाद।

• विशेषताएँ: की अत्यधिक उच्च सांद्रता $\text{बीओडी}$ , $\text{स्वाभाविक विकास}$ , रोगजनकों और विशेष रूप से पोषक तत्व।

• उपयोग की जाने वाली प्रक्रियाएं: उपचार में पंक्तिबद्ध लैगून शामिल हैं, इसके बाद एनारोबिक पाचन (मात्रा को कम करने और ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए) और बाद में भूमि आवेदन या निर्वहन से पहले पोषक तत्व और रोगज़नक़ हटाने के लिए एरोबिक उपचार।

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5.4 ऑन-साइट अपशिष्ट जल उपचार

केंद्रीकृत नगरपालिका प्रणालियों तक पहुंच के बिना क्षेत्रों में सीवेज का इलाज करने के लिए जैविक तरीके आवश्यक हैं।

• सेप्टिक टैंक: जबकि मुख्य रूप से भौतिक, एक सेप्टिक टैंक में कीचड़ की परत एनारोबिक पाचन को धीमा कर देती है।

• छोटे पैमाने के पौधे: कॉम्पैक्ट जैसी प्रणालियाँ $\text{एसबीआरएस}$ या package $\text{एमBRs}$ व्यक्तिगत स्कूलों, अस्पतालों, आवास विकास, या दूरस्थ औद्योगिक साइटों के लिए उपयोग किया जाता है, जो एक छोटे से पदचिह्न में उच्च गुणवत्ता वाले प्रवाह की पेशकश करता है।

यहाँ के लिए मसौदा सामग्री है छठा भाग अपने लेख पर, ध्यान केंद्रित कर रहा है जैविक उपचार के लाभ और नुकसान .

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6। जैविक उपचार के लाभ और नुकसान

जबकि जैविक प्रक्रियाएं आधुनिक अपशिष्ट जल प्रबंधन की रीढ़ का निर्माण करती हैं, वे कुछ सीमाओं के अधीन हैं जिन्हें सावधान डिजाइन और संचालन के माध्यम से प्रबंधित किया जाना चाहिए।

6.1 फायदे

जैविक उपचार विशुद्ध रूप से भौतिक या रासायनिक विकल्पों पर मजबूर लाभ प्रदान करता है।

6.1.1 प्रभावी प्रदूषक हटाना

जैविक प्रणाली असाधारण रूप से हटाने में कुशल हैं याganic $\text{बीओडी}$ और $\text{सीओडी}$ अपशिष्ट जल से, अक्सर प्राप्त करना $90\%$ -प्लस हटाने की दरें। इसके अलावा, वे बड़े पैमाने पर सबसे व्यावहारिक और लागत प्रभावी साधन हैं जैविक पोषक तत्व हटाने ( $\text{बीएनआर}$ ) , अतिरिक्त नाइट्रोजन और फास्फोरस के कारण होने वाले यूट्रोफिकेशन से संवेदनशील जलमार्गों की रक्षा के लिए आवश्यक है।

6.1.2 लागत-प्रभावशीलता

एक बार निर्मित होने के बाद, जैविक प्रक्रियाओं के लिए परिचालन लागत आमतौर पर रासायनिक उपचार के लिए उन लोगों की तुलना में कम होती है। जबकि एरोबिक सिस्टम को वातन के लिए महत्वपूर्ण ऊर्जा की आवश्यकता होती है, यह अक्सर उच्च लागत और गैर-जैविक तरीकों में आवश्यक रासायनिक flocculants या अवक्षेपणों के लिए आवश्यक निरंतर आपूर्ति द्वारा ऑफसेट होता है। एनारोबिक तंत्र यहां तक ​​कि हो सकता है शुद्ध ऊर्जा उत्पादक बायोगैस की पीढ़ी और उपयोग के माध्यम से ( ${\text{चौधरी}}_4$ )।

6.1.3 पर्यावरण के अनुकूल

जैविक उपचार में मौलिक रूप से प्राकृतिक प्रक्रियाएं शामिल हैं, प्रदूषकों को स्थिर, गैर विषैले उत्पादों में परिवर्तित करना ( ${\text{सीओ}}_2$ , ${\text{H}}_2\text{O}$ , और बायोमास)। परिणामस्वरूप बायोसोलिड्स (कीचड़) अक्सर इलाज किया जा सकता है और सुरक्षित रूप से एक मृदा संशोधन के रूप में पुन: उपयोग किया जा सकता है, अपशिष्ट प्रबंधन के लिए एक परिपत्र अर्थव्यवस्था दृष्टिकोण को बढ़ावा देता है।

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6.2 नुकसान

reliance on a living microbial community introduces certain operational vulnerabilities.

6.2.1 विषाक्त पदार्थों के प्रति संवेदनशीलता

सूक्ष्मजीव जीवित कोशिकाएं हैं और आसानी से अचानक इनपुट द्वारा बाधित या मारे जा सकते हैं विषाक्त औद्योगिक रसायन , भारी धातु, उच्च $\text{पीएच}$ (एसिड या आधार), या उच्च नमक सांद्रता। एक "शॉक लोड" एक सिस्टम के बायोमास को मिटा सकता है, जिससे जनसंख्या को ठीक करने के लिए दिनों या हफ्तों की आवश्यकता होती है और वापस लौटने के लिए उपचार की गुणवत्ता।

6.2.2 प्रक्रिया अस्थिरता

जैविक प्रणाली माइक्रोबियल स्वास्थ्य से संबंधित अस्थिरता के मुद्दों से पीड़ित हो सकती है, जैसे कीचड़ bulking या झाग .

• बुलबुला तब होता है जब फिलामेंटस बैक्टीरिया अत्यधिक बढ़ते हैं, कीचड़ को स्पष्ट रूप से ठीक से बसने से रोकते हैं, जिससे उच्चतर होता है $\text{स्वाभाविक विकास}$ अंतिम अपशिष्ट में।

• फोमिंग अक्सर विशिष्ट प्रकार के बैक्टीरिया के कारण होता है और वातन टैंक की सतह पर परिचालन मुद्दों और सुरक्षा खतरों को जन्म दे सकता है।

6.2.3 कीचड़ उत्पादन

fundamental goal of biological treatment is to convert dissolved pollutants into solid biomass (sludge). This necessary conversion creates the ongoing challenge and cost of कीचड़ management (dewatering, स्थिरीकरण और निपटान)। कीचड़ से निपटने की लागत का हिसाब हो सकता है $30\%\text{को}50\%$ अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र के लिए कुल परिचालन बजट।

7। हाल के अग्रिम और नवाचार

field of biological wastewater treatment is continually evolving, driven by the need for greater efficiency, smaller footprints, and increased resource recovery. Recent innovations are transforming traditional systems.

7.1 उन्नत ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं ( $\text{एओपीएस}$ )

$\text{एओपीएस}$ सख्ती से जैविक नहीं हैं, लेकिन तेजी से उपयोग किए जा रहे हैं उत्तरोत्तर जैविक प्रणालियों के साथ। वे अत्यधिक प्रतिक्रियाशील क्षणिक प्रजातियों को उत्पन्न करते हैं, जैसे कि हाइड्रॉक्सिल रेडिकल ( $\cdot \text{ओह}$ ) , जो तेजी से ऑक्सीकरण और कार्बनिक संदूषकों को नष्ट कर देता है जो गैर-बायोडिग्रेडेबल (पुनरावर्ती या माइक्रोप्रोल्यूटेंट्स) हैं।

• आवेदन पत्र: $\text{एओपीएस}$ एक के रूप में उपयोग किया जाता है पूर्व-उपचार विषाक्त यौगिकों को तोड़ने के लिए, उन्हें सूक्ष्मजीवों के लिए सुलभ बना रहा है, या एक के रूप में उपचार के बाद (तृतीयक चरण) फार्मास्यूटिकल्स और कीटनाशकों के निशान को हटाकर अपशिष्ट को चमकाने के लिए।

7.2 बायोएगमेंटेशन और बायोस्टिमुलेशन

se techniques focus on actively managing the microbial population:

• बायोएगमेंट: शामिल है विशेष रूप से चयनित, गैर-देशी माइक्रोबियल संस्कृतियों का जोड़ एक रिएक्टर के लिए। यह आमतौर पर विशिष्ट, जटिल औद्योगिक प्रदूषकों को अपमानित करने में सक्षम जीवों को पेश करने के लिए किया जाता है जो देशी बायोमास संभाल नहीं सकते हैं।

• बायोस्टिमुलेशन: शामिल रिएक्टर वातावरण का अनुकूलन (उदा। adding specific limiting nutrients like trace metals or vitamins) to enhance the growth and activity of the existing, native biomass to improve treatment efficiency.

7.3 दानेदार कीचड़ प्रौद्योगिकी

यह नवाचार सिस्टम दक्षता और पदचिह्न में कमी में एक बड़ी छलांग प्रदान करता है, मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है एरोबिक दाने कीचड़ ( $\text{बाणलकाओं}$ ) सिस्टम।

• सिद्धांत: पारंपरिक सक्रिय कीचड़ फ्लोक्स बनाने के बजाय, बायोमास अनायास घने, कॉम्पैक्ट, गोलाकार में आयोजित करता है granules । ये ग्रैन्यूल काफी तेजी से निपटते हैं और अलग -अलग क्षेत्र (एरोबिक बाहरी, एनोक्सिक/अवायवीय इंटीरियर) होते हैं जो एक ही रिएक्टर में कार्बन, नाइट्रोजन और फास्फोरस को एक साथ हटाने में सक्षम बनाते हैं।

• फ़ायदा: बहुत अधिक बायोमास एकाग्रता के लिए अनुमति देता है और एक अलग स्पष्टीकरण की आवश्यकता को समाप्त करता है, पौधे के पदचिह्न को कम करके ऊपर तक $75\%$ .

7.4 सूक्ष्मजीवों की आनुवंशिक इंजीनियरिंग

हालांकि अभी भी मुख्य रूप से अनुसंधान और पायलट चरण में, जेनेटिक इंजीनियरिंग का बहुत बड़ा वादा है। वैज्ञानिकों की जांच के तरीकों की जांच कर रहे हैं:

• गिरावट को बढ़ाएं: लगातार कार्बनिक प्रदूषकों के टूटने में तेजी लाने के लिए रोगाणुओं को संशोधित करें ( $\text{पीOPs}$ )।

• दक्षता में सुधार: इंजीनियर जीव कई प्रतिक्रियाओं (जैसे, एक साथ नाइट्रिफिकेशन और डेनिट्रिफिकेशन) को अधिक प्रभावी ढंग से करने या विषाक्त परिस्थितियों को सहन करने के लिए हैं जो अन्यथा प्राकृतिक आबादी को बाधित करेंगे। $