موسم سرما کے دوران جنوب مغربی چین میں گندے پانی کے علاج کے پلانٹس کی کواسی-IV اپ گریڈنگ کے لیے MBBR کی نائٹروجن ہٹانے کی کارکردگی پر مطالعہ

موسم سرما کے دوران جنوب مغربی چین میں گندے پانی کے علاج کے پلانٹ کی کواسی-IV اپ گریڈنگ کے لیے MBBR کی نائٹروجن ہٹانے کی کارکردگی پر مطالعہ

چین کا جنوب مغربی خطہ وسیع ہے جس میں آب و ہوا اور ارضیاتی حالات میں نمایاں فرق ہے۔ گندے پانی کے معیار کے وسیع ذرائع پانی کے معیار میں بڑے اتار چڑھاؤ کا باعث بنتے ہیں۔ اگرچہ یہ خطہ جنوب میں واقع ہے، مجموعی طور پر اونچائی اور خطوں کی وجہ سے، سردی کے موسم میں گندے پانی کا درجہ حرارت 10 ڈگری سے نیچے گر سکتا ہے۔ خطے کے پیچیدہ خطوں کے ساتھ مل کر، آپس میں بنے ہوئے پہاڑوں اور گہری وادیوں، پہاڑیوں اور میدانوں، اور دن اور رات کے درمیان درجہ حرارت کے بڑے فرق کے ساتھ، گندے پانی کے درجہ حرارت میں روزانہ کا اتار چڑھاؤ بھی واضح ہے۔ پیچیدہ اثر انگیز خصوصیات اور سردیوں میں ضرورت سے زیادہ کم پانی کا درجہ حرارت اس خطے میں گندے پانی کو صاف کرنے والے پلانٹس کے ڈیزائن اور آپریشن پر زیادہ تقاضے عائد کرتا ہے۔ گھریلو گندے پانی کو صاف کرنے والے پلانٹس کی اپ گریڈنگ اور تعمیر نو کے پس منظر میں، یہ اور بھی اہم ہے کہ جنوب مغربی پلانٹس میں اپ گریڈ کرنے کے لیے مناسب علاج کے عمل کا انتخاب کیا جائے تاکہ کم درجہ حرارت کے موسم کے دوران مستحکم تعمیل کو یقینی بنایا جا سکے۔

موونگ بیڈ بائیو فلم ری ایکٹر (ایم بی بی آر) کا عمل، ایک مقررہ علاقے میں معطل کیریئرز کو شامل کرکے، فنکشنل بیکٹیریا کی افزودگی کو بہتر بناتا ہے اور کم-درجہ حرارت کی مزاحمت کو بڑھاتا ہے۔ یہ بڑے پیمانے پر گندے پانی کے علاج کے پلانٹس کے منصوبوں کو اپ گریڈ کرنے میں استعمال کیا گیا ہے. فی الحال، چین میں MBBR عمل کا اطلاق پیمانہ 2.5×10⁷ m³·d⁻¹ سے تجاوز کر گیا ہے، اور MBBR کو نئے نظرثانی شدہ "بیرونی ڈرینج ڈیزائن اسٹینڈرڈ" (GB 50014-2021) میں "بڑے پیمانے پر استعمال شدہ اور محفوظ اور قابل اعتماد عمل" کے طور پر شامل کیا گیا ہے۔ عمل کے وسیع پیمانے پر اطلاق نے تیزی سے فالو اپ تحقیق کو بھی فروغ دیا ہے۔ ایم بی بی آر کے عمل پر ریسرچ ہاٹ سپاٹ بنیادی طور پر پروسیس ڈیزائن تجزیہ، لیبارٹری میکانزم ریسرچ، اور انجینئرنگ ایفیکٹ ٹریکنگ پر فوکس کرتے ہیں۔ متعلقہ نتائج میں بنیادی طور پر MBBR میں بائیو کیمیکل کارکردگی کو بڑھانا، بایوفلم اثر مزاحمت کو بہتر بنانا اور کم-درجہ حرارت کی مزاحمت کو بڑھانا، MBBR فعال بیکٹیریا کی افزودگی کو بڑھانا، اور بائیو فلم SND نائٹروجن کو ہٹانا بڑھانا شامل ہے۔ مثال کے طور پر ہوانگ کنگ وغیرہ۔ نے پایا کہ MBBR کے عمل کے ساتھ اپ گریڈ کرنے کے بعد، گندے پانی کی صفائی کے پلانٹ کی اثر مزاحمت میں نمایاں بہتری آئی ہے، اور فضلہ اب بھی طویل مدتی اثر و رسوخ والے BOD اور TN کی حد سے تجاوز کے باوجود معیارات پر پورا اتر سکتا ہے۔ لیو کیانگ وغیرہ۔ پتہ چلا کہ MBBR کے عمل نے کم درجہ حرارت پر پلانٹ کی ٹریٹمنٹ کی صلاحیت کو نمایاں طور پر بڑھایا، اور پانی 9-11 ڈگری کے کم درجہ حرارت پر ڈیزائن کے معیارات کو مستحکم طور پر پورا کر سکتا ہے۔ Luan Zhixiang et al. نے پایا کہ MBBR عمل کے ساتھ شمالی گندے پانی کے علاج کے پلانٹ کو اپ گریڈ کرنے کے بعد، ایروبک MBBR زون معطل شدہ کیریئرز کے SND کے ذریعے TN کے 20.12% کو ہٹا سکتا ہے۔ ہان وینجی وغیرہ۔ پانچ میونسپل ویسٹ واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹس کا موازنہ ہائبرڈ ایم بی بی آر پروسیسز کے ساتھ یانگزی دریائے ڈیلٹا کے علاقے میں کم موسم سرما کے درجہ حرارت کے ساتھ کیا اور پتہ چلا کہ معطل کیریئرز کے اضافے سے سسٹم میں نائٹریفائنگ بیکٹیریا بائیو ماس میں نمایاں اضافہ ہوا ہے، معطل کیرئیرز نے ایکٹیریا کے 86.12%–95.36% کو افزودہ کیا ہے۔ تاہم، موجودہ تحقیق میں اب بھی کچھ حدود ہیں۔ مثال کے طور پر، مطالعات کی ایک بڑی تعداد MBBR ڈیزائن کو آپریشنل کارکردگی سے الگ کرتی ہے، جس میں ایک ہی پروجیکٹ کے لیے ڈیزائن اور کارکردگی کی تقابلی تصدیق کا فقدان ہے۔ MBBR کی اثر مزاحمت کے بارے میں، زیادہ سے زیادہ برداشت بوجھ کے مقداری تخمینہ کے بغیر، صرف "معیاری لیکن مقداری نہیں" نتائج دستیاب ہیں۔ SND رجحان کے بارے میں، یہ صرف "قابل پیمائش لیکن قابل کنٹرول نہیں" ہے، جس میں ڈیزائن کردہ میکرو تجربات کے ذریعے نائٹروجن کے اخراج کے ذریعہ کی براہ راست تصدیق کی کمی ہے، اور نہ ہی انجینئرنگ کنٹرول کے نقطہ نظر سے عقلی آپریشن کی تجاویز۔

موجودہ تحقیق کی حدود کی بنیاد پر، یہ مطالعہ ایم بی بی آر کے عمل کے ڈیزائن کے اصولوں اور منطق کی وضاحت کرنے کے لیے جنوب مغربی چین میں CASS گندے پانی کی صفائی کے پلانٹ کی اپ گریڈنگ کو ایک مثال کے طور پر لیتا ہے۔ موسم سرما کے انتہائی ناموافق حالات میں نظام کی اصل کارکردگی کے ساتھ مل کر، MBBR ڈیزائن کی معقولیت کا تجزیہ کیا گیا۔ حیاتیاتی ٹینک کے ساتھ پانی کے معیار میں تبدیلیوں اور اعلی-سبسٹریٹ لیبارٹری ٹیسٹوں کے ذریعے نظام کے علاج کی صلاحیت کا مقداری تجزیہ کیا گیا۔ ایروبک بائیو فلم کا استعمال کرتے ہوئے ایک ڈینیٹریفیکیشن لیبارٹری ٹیسٹ کو ہائبرڈ ایم بی بی آر سسٹم میں ایس این ڈی رجحان کے ماخذ کی براہ راست تصدیق کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا تھا۔ ایم بی بی آر سسٹم کے ایس این ڈی اثر پر انجینئرنگ آپریٹنگ پیرامیٹرز کے اثر و رسوخ کا مطالعہ کیا گیا، اور ڈیٹا فٹنگ کے ساتھ مل کر، ایس این ڈی کے لیے آپٹیمائزیشن آپریشن کی تجاویز تجویز کی گئیں۔ کیچڑ اور بائیو فلم کے مابین مائکروبیل کمیونٹی کی تقسیم میں فرق کا بیکٹیریل مرکب کے نقطہ نظر سے تجزیہ کیا گیا تھا ، اور ایس این ڈی کے مائکروسکوپک اثر انداز کرنے والے عوامل کا تجزیہ ایروبک ڈینیٹریفائنگ بیکٹیریا کی اقسام اور نسبتا کثرت سے کیا گیا تھا۔ امید ہے کہ یہ تحقیق دیگر اسی طرح کے ویسٹ واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹس کے MBBR پروسیس ڈیزائن کے لیے ایک حوالہ فراہم کر سکتی ہے، MBBR پلانٹس کے مستحکم آپریشن کے لیے بنیادی ڈیٹا فراہم کر سکتی ہے، اور MBBR سسٹمز میں SND کی موثر کارکردگی کے لیے آپریشن کی تجاویز فراہم کر سکتی ہے۔

1 مواد اور طریقے

1.1 پروجیکٹ کا جائزہ

جنوب مغربی چین میں ایک گندے پانی کی صفائی کا پلانٹ، جس کی ڈیزائن کی گنجائش 1×10⁵ m³·d⁻¹ ہے، فضلے کو "میونسپل ویسٹ واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹ کے لیے آلودگیوں کے خارج ہونے والے معیار" (GB 18918-2002) کے کلاس A کے معیار کو پورا کرنے کی ضرورت تھی۔ ابتدائی تعمیر کے دوران زمین کے استعمال کی پابندیوں کی وجہ سے، روایتی ثانوی تلچھٹ ٹینکوں کے بغیر CASS کا عمل اپنایا گیا۔ تاہم، آپریشن کے دوران، سردیوں کے کم درجہ حرارت پر ناکافی نائٹریفیکیشن، خراب کیچڑ کا ٹھیک نہ ہونا، اور علاج کی کارکردگی میں کمی جیسے مسائل پیش آئے۔ 2019 میں، پلانٹ کو کواسی-کلاس IV معیارات پر اپ گریڈ کیا گیا تھا۔ اپ گریڈنگ کو متاثر کن نائٹروجن کی ارتکاز میں اضافے اور اخراج کے معیارات میں بہتری دونوں پر غور کرنا تھا۔ تعمیر نو سے پہلے اور بعد میں ڈیزائن پر اثر انداز اور پانی کا معیار دکھایا گیا ہے۔ٹیبل 1. اس بنیاد پر کہ بااثر NH₃-N اور TN کے بوجھ میں بالترتیب 66.67% اور 62.16% کا اضافہ ہوا، خارج ہونے والے کاربن، نائٹروجن، فاسفورس، وغیرہ کو GB 18918-کی کلاس A سے معیاری Survinofast کے معیار کے لیے 2002 میں اپ گریڈ کرنے کی ضرورت ہے۔ پانی" (GB 3838-2002)، جو بالترتیب 127.27% اور 94% تک نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن بوجھ بڑھانے کے برابر ہے۔ اس پروجیکٹ نے بارڈینفو-ایم بی بی آر کے عمل کو اپنایا، جس سے اصل CASS ٹینک کو حیاتیاتی ٹینک اور سیڈیمنٹیشن ٹینک میں تبدیل کیا گیا۔

تعمیر نو کے بعد، نائٹروجن کو ہٹانے کے لیے، فعال کیچڑ نے اہم کردار ادا کرنا جاری رکھا۔ اصل CASS ٹینک کے ڈینیٹریفکیشن برقرار رکھنے کا وقت 3.78 h سے بڑھا کر 6.35 h تک کیا گیا تھا، اور فعال کیچڑ کا ڈینیٹریفکیشن والیومیٹرک بوجھ 0.140 سے بڑھ کر 0.189 kg·(m³·d)⁻¹ ہو گیا ہے۔ چالو کیچڑ کی ڈینیٹریفکیشن کو بڑھانے کے لیے، پہلے سے-اونوکسک اور پوسٹ-اونوکسک زونز کو برقرار رکھنے کے اوقات بالترتیب 4.23 گھنٹے اور 2.12 گھنٹے کے ساتھ ترتیب دیا گیا تھا۔ پوسٹ-نے خام پانی میں کاربن کے ناکافی ماخذ کے مسئلے کو حل کرنے کے لیے خارجی کاربن ماخذ کے اضافے کا استعمال کیا ہے۔ نائٹریفیکیشن کے لیے، اصل CASS ٹینک کا نائٹریفیکیشن برقرار رکھنے کا وقت 7.55 h سے کم کر کے 4.23 h کر دیا گیا تھا، جبکہ نائٹریفیکیشن بوجھ کو 0.079 سے 0.275 kg·(m³·d)⁻¹ کرنے کی ضرورت تھی۔ نائٹریفیکیشن اثر کو بڑھانے کے لیے، معطل شدہ کیریئرز کو ایروبک زون میں شامل کیا گیا تاکہ ایروبک ایم بی بی آر زون بنایا جا سکے۔ استعمال کیے گئے کیریئرز SPR-III قسم کے تھے، جس کا قطر (25±0.5) ملی میٹر اور موٹائی (10±1) ملی میٹر تھی۔ بائیو فلم اٹیچمنٹ کے بعد، کثافت پانی کے قریب تھی، اور مؤثر مخصوص سطح کا رقبہ 800 m²·m⁻³ سے زیادہ تھا، جو صنعت کے معیار "ہائی-کثافت والی پولیتھیلین معطل شدہ کیریئر برائے پانی کے علاج" (CJ/T461-2014) کو پورا کرتا ہے۔ معطل کیریئرز پر بائیو فلم منسلک ہونے کے بعد گہرا سرمئی نظر آیا (تصویر 1)۔ MBBR زون ہائیڈرولک شیئر فراہم کرنے کے لیے صرف سوراخ شدہ ہوا کا استعمال کرتا ہے، بائیو فلم کی موٹائی کو (208.82±37.57) μm پر کنٹرول کرتا ہے، بڑے پیمانے پر منتقلی اور آکسیجن کی منتقلی کے لیے اچھی شرائط فراہم کرتا ہے۔

1.2 حیاتیاتی ٹینک میں نائٹروجن کے اخراج کا تعین

تعمیر نو کے بعد کم موسم سرما کے درجہ حرارت میں حیاتیاتی ٹینک کے ہر فنکشنل زون میں نائٹروجن ہٹانے کے راستے کو سمجھنے کے لیے، 15 دسمبر 2020 سے 22 دسمبر 2020 تک حیاتیاتی ٹینک کے ساتھ پانی کے معیار کی روزانہ نگرانی کی گئی۔ اس عرصے کے دوران، حیاتیاتی ٹینک میں پانی کا درجہ حرارت 9.5–10.2 ڈگری تھا۔ ان نمونوں میں بائیولوجیکل ٹینک کا اثر، اینیروبک زون کا اخراج، اینوکسک زون کا پانی، ایم بی بی آر زون کا پانی، پوسٹ-اانوکسک زون، پوسٹ-ایروبک زون کا اخراج، اور سی ای فلومنٹ ٹینک کا اخراج شامل تھا۔ نمونے ہر 2-3 گھنٹے بعد لیے گئے۔ جمع کرنے کے بعد، نمونوں کو فوری طور پر پہلے سے علاج کیا گیا تھا. تلچھٹ کے بعد، سپرناٹینٹ کو اکٹھا کیا گیا، اور NH₃-N, NO₃-N, TN، اور COD کا تعین کرنے کے لیے تین نمونوں کو مساوی مقدار میں ملایا گیا، جس سے آلودگی کو ہٹانے کے راستے اور ہر فنکشنل زون کے نائٹریفیکیشن/ڈینیٹریفیکیشن بوجھ کی تصدیق کی گئی۔

1.3 ایم بی بی آر سسٹم کے نٹریفیکیشن پوٹینشل کا تعین اور معطل شدہ کیریئرز کی شراکت کی شرح

موجودہ MBBR سسٹم کے زیادہ سے زیادہ بوجھ برداشت کرنے کی تصدیق کرنے کے لیے، 27 اور 28 فروری 2021 کو ایک نائٹریفیکیشن لیبارٹری ٹیسٹ کرایا گیا۔ پلانٹ کے ایروبک زون سے معطل کیرئیر اور چالو کیچڑ کو روزانہ جمع کیا جاتا تھا تاکہ موسم سرما میں فلو لوڈ میں اضافہ ہونے پر MBBR سسٹم کی اثر مزاحمت کی نقالی کی جا سکے۔ لیبارٹری ٹیسٹ نے بہاؤ کے راستے کے ساتھ MBBR زون کے اصل اثر و رسوخ کو نقل کیا۔ تلچھٹ کے بعد انوکسک زون کے اخراج کا سپرناٹینٹ استعمال کیا گیا تھا، اور NH₃-N اور الکلائنٹی کو ٹیسٹ کے لیے اثر انگیز کے طور پر امونیم کلورائیڈ اور سوڈیم بائک کاربونیٹ شامل کر کے پورا کیا گیا تھا۔ نائٹریفیکیشن ٹیسٹ ڈیوائس میں دکھایا گیا ہے۔تصویر 2. خالص-بائیو فلم، خالص-سلج، اور ہائبرڈ سسٹم ترتیب وار ترتیب دیے گئے تھے۔ کیچڑ کا ارتکاز اور کیریئر بھرنے کا تناسب حیاتیاتی ٹینک کے اصل حالات کے مطابق تھا۔ ایم بی بی آر سسٹم کی نائٹریفیکیشن کی صلاحیت کو مکمل طور پر استعمال کرنے اور بڑے پیمانے پر منتقلی اور آکسیجن کی منتقلی کو بڑھانے کے لیے، بااثر NH₃-N کا ارتکاز تقریباً 10 mg·L⁻¹ سے بڑھا کر تقریباً 25 mg·L⁻¹، اور DO کو تقریباً L⁻7g¹ سے بڑھا کر تقریباً 2–4mg کے راستے پر کر دیا گیا۔ mg·L⁻¹. ٹیسٹ کے دوران پانی کا درجہ حرارت 9.7–10.4 ڈگری تھا۔ سسٹم آکسیجنیشن اور کیریئر فلوڈائزیشن کو برقرار رکھنے کے لیے ایریشن پمپس اور ویو میکرز کا استعمال کیا گیا۔ امونیا نائٹروجن کے ارتکاز میں تبدیلی کا تعین کرنے کے لیے ہر 30 منٹ بعد نمونے لیے گئے اور پہلے سے علاج کیا گیا۔ رپورٹ شدہ طریقوں کے مطابق، ہائبرڈ ایم بی بی آر سسٹم میں بائیو فلم لوڈ کیلکولیشن کا طریقہ مساوات (1) اور (2) میں دکھایا گیا ہے۔

کہاں: N₂ ہائبرڈ سسٹم میں بائیو فلم کا نائٹریفیکیشن والیومیٹرک بوجھ ہے، kg·(m³·d)⁻¹; N₁ MBBR ہائبرڈ سسٹم کا مجموعی نائٹریفیکیشن والیومیٹرک بوجھ ہے، kg·(m³·d)⁻¹; N₃ چالو کیچڑ کا نائٹریفیکیشن والیومیٹرک بوجھ ہے، kg·(m³·d)⁻¹; η معطل شدہ کیریئرز کی نائٹریفیکیشن شراکت کی شرح ہے، %۔

1.4 ایم بی بی آر سسٹم میں ایس این ڈی کی توثیق اور آپٹیمائزیشن کنٹرول تجزیہ

MBBR سسٹم میں بیک وقت نائٹریفیکیشن اینڈ ڈینیٹریفیکیشن (SND) کے رجحان کے لیے، SND اثر کے ماخذ کی براہ راست تصدیق کرنے کے لیے، 28 فروری 2021 کو خالص MBBR بائیو فلم کا استعمال کرتے ہوئے ایک ڈینیٹریفیکیشن لیبارٹری ٹیسٹ کیا گیا۔ ایروبک زون سے معطل کیریئرز کو جمع کیا گیا۔ کیریئر بھرنے کا تناسب حیاتیاتی ٹینک کے اصل حالات کے مطابق تھا۔ ٹیسٹ کے لیے اثر پوٹاشیم نائٹریٹ کو پلانٹ کے خام پانی کے اثر میں شامل کرکے تیار کیا گیا تھا۔ نائٹریٹ نائٹروجن کی حراستی کا تعین کرنے کے لئے نمونے ہر 20 منٹ پر لئے گئے اور پہلے سے علاج کیا گیا۔

یکم دسمبر 2020 سے 28 فروری 2021 تک، تعمیر نو کے بعد MBBR زون کے پانی کے معیار اور آپریٹنگ پیرامیٹرز کو پورے موسم سرما میں روزانہ ٹریک کیا جاتا تھا۔ نمونوں میں اینوکسک زون کا فضلہ اور ایم بی بی آر زون کا فضلہ شامل تھا۔ نمونے ہر 2-3 گھنٹے بعد لیے گئے۔ جمع کرنے کے بعد، نمونوں کو فوری طور پر پہلے سے علاج کیا گیا تھا. تلچھٹ کے بعد، سپرنٹنٹ کو جمع کیا گیا، اور TN، NH₃-N، NO₃-N، اور COD کا تعین کرنے کے لیے تین نمونوں کو مساوی مقدار میں ملایا گیا۔ اسی وقت، ایروبک ایم بی بی آر زون میں ڈی او کی سطح کی پیمائش کی گئی۔ ایروبک زون میں ایس این ڈی اثر کو متاثر کرنے والے اہم ردعمل کے پیرامیٹرز کی تصدیق کرنے کے لیے ماپا ڈیٹا کو پرنسپل جزو تجزیہ (PCA) کا نشانہ بنایا گیا۔ بہترین کنٹرول کے پیرامیٹرز کا تعین فٹنگ تجزیہ کے ذریعے کیا گیا تھا تاکہ SND کے پیمانے پر کنٹرول کے لیے بنیاد فراہم کی جا سکے۔

1.5 ہائی-ویسٹ واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹ میں مائکروجنزموں کی ترتیب

مائکروبیل تنوع، غالب پرجاتیوں، اور فعال بیکٹیریا کی افزودگی کی کارکردگی کے لحاظ سے ایم بی بی آر سسٹم میں کیچڑ اور بائیو فلم کے مراحل کے درمیان فرق کا تجزیہ کرنے کے لیے، اور ایس این ڈی کے ماخذ کی خوردبینی طور پر تصدیق کرنے کے لیے، ایکٹیویٹڈ کیچڑ اور معطل شدہ کیریئرز کو فروری 202 کے MBBR سسٹم سے اکٹھا کیا گیا۔ متوازی نمونے، 16S rDNA amplicons کی اعلی-تھرو پٹ ترتیب کے لیے۔ اس وقت، نظام نے پورے موسم سرما کا تجربہ کیا تھا، اور مائکروبیل کمیونٹی کی ساخت کم-درجہ حرارت کے حالات میں اصل صورتحال کو بہتر طریقے سے ظاہر کر سکتی ہے۔ اعلی-تھرو پٹ کے تعین اور تجزیہ کے مخصوص طریقے پہلے رپورٹ شدہ لٹریچر کا حوالہ دیتے ہیں۔

1.6 پانی کے معیار کے تعین کے روایتی طریقے

اس مطالعے میں شامل پانی کے معیار کے تمام پیرامیٹرز کا تعین معیاری طریقوں سے کیا گیا تھا۔ COD کا تعین قومی معیاری طریقہ سے کیا گیا تھا۔ NH₃-N کا تعین نیسلر کے ریجنٹ سپیکٹرو فوٹومیٹرک طریقہ سے کیا گیا تھا۔ NO₃-N کا تعین الٹرا وایلیٹ سپیکٹرو فوٹومیٹرک طریقہ سے کیا گیا تھا۔ TN کا تعین الکلائن پوٹاشیم پرسلفیٹ ہاضمہ-UV سپیکٹرو فوٹومیٹرک طریقہ سے کیا گیا تھا۔ ٹی پی کا تعین امونیم مولیبڈیٹ سپیکٹرو فوٹومیٹرک طریقہ سے کیا گیا تھا۔ DO اور پانی کا درجہ حرارت پورٹیبل تحلیل شدہ آکسیجن میٹر کا استعمال کرتے ہوئے ماپا گیا۔

2 نتائج اور بحث

2.1 تعمیر نو سے پہلے اور بعد میں کم-درجہ حرارت کے حالات کے تحت علاج کا مجموعی اثر

سب سے پہلے، تعمیر نو سے پہلے اور بعد میں سردیوں کے کم درجہ حرارت کے تحت نظام کے مجموعی علاج کے اثر (2018-12-01 سے 2019-02-28، 2020-12-01 سے 2021-02-28) کا موازنہ کیا گیا۔ تعمیر نو سے پہلے اور بعد میں، موسم سرما کے پانی کا درجہ حرارت بنیادی طور پر 9-13 ڈگری پر برقرار رکھا جاتا تھا۔ تعمیر نو سے پہلے، موسم سرما کا بہاؤ (9.12±0.58)×10⁴ m³·d⁻¹ تھا، اور تعمیر نو کے بعد، یہ بڑھ کر (9.42±0.44)×10⁴ m³·d⁻¹ ہو گیا۔ جیسا کہ میں دکھایا گیا ہے۔تصویر 3(a)-(d)، تعمیر نو کے بعد، تعمیر نو سے پہلے کے مقابلے میں اوسطاً بااثر COD اور BOD₅ بوجھ میں بالترتیب 16.82% اور 26.97% اضافہ ہوا، لیکن اخراج کم ہو کر (20.04±2.38) اور (4.47±0.84m. تعمیر نو کے بعد، تعمیر نو سے پہلے کے مقابلے میں اوسطاً بااثر TP بوجھ میں 23.40% اضافہ ہوا، لیکن بہنے والا TP پھر بھی (0.26±0.02) mg·L⁻¹ تک کم ہو سکتا ہے۔ تعمیر نو کے بعد، اثر انگیز SS کا بوجھ پہلے کے مقابلے میں تھوڑا کم تھا، لیکن Ffluent SS پہلے کے مقابلے میں 17.51% سے زیادہ کم ہوا، (3.44±1.17) mg·L⁻¹، زیادہ سے زیادہ صرف 4.75 mg·L⁻¹۔

تعمیر نو کے بعد اس منصوبے کی بنیادی خاص بات نائٹروجن کو ہٹانے کی صلاحیت میں اضافہ تھا۔ تعمیر نو کے بعد، تعمیر نو سے پہلے کے مقابلے میں اوسطاً بااثر NH₃-N اور TN کے بوجھ میں بالترتیب 21.56% اور 19.79% اضافہ ہوا، لیکن اخراج کم ہو کر (0.94±0.22) اور (8.59±0.64) mg·L⁻ بالترتیب ہو گیا۔ زیادہ سے زیادہ اخراج NH₃-N صرف 1.33 mg·L⁻¹، اور زیادہ سے زیادہ TN صرف 9.7 mg·L⁻¹ تھا۔ نائٹروجن کو ہٹانے کے لیے، چونکہ فعال کیچڑ نے تعمیر نو کے بعد بھی بنیادی کردار ادا کیا ہے، انوکسک برقرار رکھنے کے وقت کی نمایاں توسیع کی بنیاد پر، تعمیر نو سے پہلے اور بعد میں نظام کا اصل سرمائی ڈینیٹریفکیشن والیومیٹرک بوجھ زیادہ تبدیل نہیں ہوا۔ نائٹریفیکیشن کے لیے، تعمیر نو کے بعد، NH₃-N ہٹانے کو مضبوط کرنے کے لیے ایک ہائبرڈ MBBR سسٹم بنانے کے لیے معطل کیریئرز کو شامل کرکے نائٹریفیکیشن اثر کو بڑھایا گیا۔ ایروبک برقرار رکھنے کے وقت میں نمایاں کمی کی بنیاد پر، تعمیر نو کے بعد اصل موسم سرما میں نائٹریفیکیشن بوجھ 0.081 سے بڑھ کر 0.182 kg·(m³·d)⁻¹ ہو گیا، تعمیر نو سے پہلے کے مقابلے میں 124.69% کا اضافہ ہوا۔ اس پروجیکٹ میں ایم بی بی آر کے عمل کے اطلاق سے نائٹریفیکیشن کی کارکردگی میں نمایاں بہتری آئی۔

2.2 نظام نائٹروجن ہٹانے کی کارکردگی، ممکنہ، اور معطل کیریئرز کے کردار کا تجزیہ

تعمیر نو کے بعد حیاتیاتی سیکشن میں ہر فنکشنل زون کے نائٹروجن ہٹانے کے اثر کا مزید تعین کرنے کے لیے، حیاتیاتی ٹینک کے ساتھ پانی کے معیار کو ٹریک کیا گیا، اور تعمیر نو کے بعد ہر فنکشنل زون کے نائٹروجن ہٹانے کے راستے کا ہر فنکشنل سیکشن کے اوسط پانی کے معیار کے پیرامیٹرز کے ذریعے تجزیہ کیا گیا۔ جیسا کہ میں دکھایا گیا ہے۔تصویر 4، پیمائش کی مدت کے دوران، حیاتیاتی ٹینک کی اوسط اصل بااثر TN، NH₃-N، اور COD کی ارتکاز بالترتیب 43.59، 38.50، اور 278.00 mg·L⁻¹ تھی، اور اخراج TN، NH₃ اور COD میں کمی واقع ہوئی،{4}}۔ بالترتیب 0.51، اور 24.46 mg·L⁻¹۔ TN ہٹانے کے لیے، نظام TN ہٹانے کی شرح جس کا تخمینہ اثر و رسوخ والے TN کی تعداد سے لگایا گیا تھا 78.95±6.01% تھا، اور ہٹانا بنیادی طور پر پری{11}}انوکسک زون میں ہوا، جس میں نائٹروجن ہٹانے کی مقدار 27.51 mg·L⁻¹ تھی۔ ڈینیٹریفیکیشن بوجھ اور شراکت کی شرح بالترتیب 0.149 kg·(m³·d)⁻¹ اور 79.16%±2.24% تھی۔ COD ارتکاز میں تبدیلی کے ساتھ مل کر، پری- anoxic زون میں denitrification کے لیے استعمال ہونے والا COD/TN 5.22±0.21 تھا۔ پوسٹ-اونوکسک زون نے خارجی سوڈیم ایسٹیٹ کو خارج کرنے کے لیے استعمال کیا، جس میں نائٹروجن ہٹانے کی مقدار اور بالترتیب 4.35 mg·L⁻¹ اور 0.024 kg·(m³·d)⁻¹ کا بوجھ ہے۔ ڈینیٹریفیکیشن کے لیے استعمال شدہ COD/TN کا حساب کتاب 4.66±0.57 تھا۔ سوڈیم ایسیٹیٹ، ایک چھوٹے مالیکیولر آرگینک ایسڈ نمک کے طور پر، مائکروجنزموں کے ذریعے آسانی سے استعمال کیا جاتا ہے اور خام پانی میں پیچیدہ نامیاتی کاربن کے ماخذ سے زیادہ ڈینیٹریفیکیشن کی کارکردگی ہے۔ تعمیر نو کے بعد، بااثر کی بایوڈیگریڈیبلٹی اچھی تھی، اور ڈینیٹریفکیشن کی ضروریات کو بنیادی طور پر صرف پری-اونوکسک زون کے ذریعے پورا کیا جا سکتا ہے، اس طرح پوسٹ-اونوکسک ڈینیٹریفیکیشن پر دباؤ اور بیرونی کاربن ماخذ کی مقدار کو کم کیا جا سکتا ہے۔ NH₃-N ہٹانے کے لیے، اصل آپریشن کے دوران MBBR زون میں DO 2–4 mg·L⁻¹ تھا، اور نظام NH₃-N ہٹانے کی شرح جو کہ اثر و رسوخ والے NH₃- NH₃- N کی ارتکاز 98%7.4% تھی۔

ویسٹ واٹر ٹریٹمنٹ پلانٹس کے اصل آپریشن میں، قدرتی عوامل جیسے بارش اور برف پگھلنے، صنعتی عوامل جیسے صنعتی اداروں میں اضافہ یا عارضی کاروباری اسامانیتاوں، اور سماجی عوامل جیسے تعطیلات اور خصوصی تقریبات کی وجہ سے متاثر کن کوالٹی جھٹکے لگتے ہیں۔ حیاتیاتی علاج کے نظام کی اثر مزاحمت کو بہتر بنانا پلانٹ کے محفوظ اور مستحکم آپریشن کی کلید بن گیا ہے۔ سسٹم کے زیادہ سے زیادہ برداشت کے بوجھ کی تصدیق کرنے کے لیے، ہائی سبسٹریٹ اور ہائی ڈی او کے تحت ایک نائٹریفیکیشن لیبارٹری ٹیسٹ کرایا گیا۔ ایک ہی وقت میں، ہائبرڈ MBBR سسٹم میں معطل کیریئرز کے اصل کردار کی توثیق کرنے کے لیے، تجربات کے تین گروپس (ہائبرڈ، خالص-بائیو فلم، اور خالص-سلج) کو دو مرتبہ ترتیب دیا گیا۔ ٹیسٹ کے دوران ہر سسٹم میں NH₃-N میں تبدیلیاں دکھائی گئی ہیں۔تصویر 5. 25 mg·L⁻¹ پر اثر انداز NH₃-N کے ساتھ، ہائبرڈ اور خالص-بائیو فلم سسٹمز نے NH₃-N کو بالترتیب 2.5 اور 3.0 h میں 1.5 mg·L⁻¹ سے کم کر دیا، جبکہ خالص نظام میں کافی سست{8} کمی واقع ہوئی۔ NH₃-N پوری آزمائشی مدت میں۔ خالص-کیچڑ، خالص-بائیو فلم، اور ہائبرڈ سسٹمز کے حساب سے اوسط نائٹریفیکیشن والیومیٹرک بوجھ بالترتیب 0.072، 0.215، اور 0.286 kg·(m³·d)⁻¹ تھے۔ مساوات (1) کے مطابق، چالو کیچڑ کی موجودگی کے تحت، MBBR سسٹم میں معطل شدہ کیریئرز کا حجمی بوجھ 0.214 kg·(m³·d)⁻¹ تھا، جو خالص بائیو فلم گروپ کے ناپے ہوئے بوجھ سے نمایاں طور پر مختلف نہیں تھا۔ ہائبرڈ MBBR عمل کا استعمال کرنے والے دوسرے پودوں کے مقابلے میں، اسی طرح کے کیریئر فلنگ تناسب کے ساتھ، اس پروجیکٹ میں معطل کیریئرز کا زیادہ سے زیادہ نائٹریفیکیشن بوجھ بھی نسبتاً زیادہ سطح پر تھا، جس کا تعلق معطل کیریئرز کی بڑے پیمانے پر منتقلی اور زیادہ اثر والے بوجھ کے حالات میں فعال بیکٹیریا کی بڑھتی ہوئی سرگرمی سے ہو سکتا ہے۔ اس کے علاوہ، چالو کیچڑ کے امتزاج کے ساتھ، ہائی سبسٹریٹ اور اعلی DO حالات میں زیادہ سے زیادہ نائٹریفیکیشن والیومیٹرک بوجھ 0.286 kg·(m³·d)⁻¹ تک پہنچ گیا، ڈیزائن بوجھ (0.275 kg·(m³·d)⁻¹)، ڈیزائن کی توقعات کو پورا کرنا۔

اس پراجیکٹ میں حیاتیاتی نظام کے زیادہ سے زیادہ برداشت کے بوجھ کا مقداری تجزیہ کرنے کے لیے، لیبارٹری ٹیسٹ میں ماپا جانے والے ہائبرڈ سسٹم کے حجمی بوجھ کی بنیاد پر، بہاؤ کے راستے پر اثر انداز پانی کے معیار کے اعداد و شمار کے ساتھ مل کر، نظام 1.23×10⁵ کی زیادہ سے زیادہ ٹریٹمنٹ کی صلاحیت کو برداشت کر سکتا ہے۔ لوڈ اور ہائیڈرولک برقرار رکھنے کا وقت) مستحکم اخراج کو یقینی بناتے ہوئے NH₃-N کی تعمیل۔ یہ اس پروجیکٹ کی اصل موسم سرما کے علاج کی صلاحیت کے مقابلے میں 30.57 فیصد کا اضافہ ہے، سسٹم ہائیڈرولک برقرار رکھنے کا وقت مزید گھٹ کر 3.43 گھنٹے تک رہ گیا ہے۔ اسی طرح، تعمیر نو کے بعد علاج کی اصل صلاحیت کی بنیاد پر، حیاتیاتی ٹینک میں قابل برداشت اثر انگیز NH₃-N کا ارتکاز زیادہ سے زیادہ 55 mg·L⁻¹ تھا، جو کہ اس پروجیکٹ کے موسم سرما کے اصل اثر والے NH₃-N کے مقابلے میں 56.96 فیصد زیادہ ہے۔

اس پروجیکٹ کے ہائبرڈ ایم بی بی آر سسٹم میں معطل کیریئرز کے کردار کے بارے میں، مساوات (2) کے مطابق، اس پروجیکٹ میں معطل کیریئر بائیو فلم کی نائٹریفیکیشن شراکت کی شرح 74.83% تھی۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ کم-درجہ حرارت کے حالات میں، معطل شدہ کیریئر ہائبرڈ MBBR نظام میں نائٹریفیکیشن کے لیے غالب عنصر بن گئے ہیں۔ لٹریچر رپورٹس کے ساتھ مل کر، یہ تجزیہ کیا گیا ہے کہ سردیوں کے کم درجہ حرارت کے تحت، فعال کیچڑ کا نظام، جو اس کی ڈھیلی ساخت اور اعلی مخصوص سطح کے رقبے کی وجہ سے محدود ہے، اچھی گرمی کی کھپت کی کارکردگی اور اندرونی مائکروجنزموں کے لیے خراب تھرمل موصلیت رکھتا ہے، جس کی وجہ سے نائٹریفیکیشن کی کارکردگی کم ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، معلق کیریئرز پر بائیو فلم، اس کی گھنی ساخت اور اعلی EPS تحفظ سے فائدہ اٹھاتے ہوئے، بائیو فلم کی اندرونی تہہ کے لیے اچھی تھرمل موصلیت فراہم کرتی ہے، اس طرح کم درجہ حرارت کے حالات میں اچھی نائٹریفیکیشن کارکردگی کو یقینی بناتی ہے۔ اس کے علاوہ، اس پروجیکٹ کے بہاؤ کی پیمائش کے نتائج نے MBBR زون میں TN کو ہٹانے کا ایک اہم رجحان دکھایا۔ ایروبک زون کے ساتھ NH₃-N ارتکاز میں تبدیلی اور دوبارہ گردش کے تناسب کے ساتھ مل کر، حسابی TN ہٹانا (3.42±0.11) mg·L⁻¹ تھا، جس کی شراکت کی شرح 9.83%±0.67% تھی، جو نظام میں SND کے اثر کی نشاندہی کرتی ہے۔

2.3 SND اثر کی تصدیق اور متاثر کرنے والے عوامل کا تجزیہ

اس وقت، ایم بی بی آر کے عمل کو لاگو کرنے والے زیادہ تر گندے پانی کو صاف کرنے والے پلانٹس ایروبک زون میں نائٹروجن کے اخراج کا مشاہدہ کر سکتے ہیں، عام طور پر TN کے 3–8 mg·L⁻¹ کو ہٹاتے ہیں۔ اس رجحان کی وجہ بنیادی طور پر بائیو فلم کے ایس این ڈی اثر سے منسوب ہے۔ یعنی جیسے جیسے تحلیل شدہ آکسیجن کی دخول کی صلاحیت کمزور ہوتی جاتی ہے، بائیو فلم کی اندرونی تہہ میں ایک اینوکسک/ہائپوکسک پرت بنتی ہے، جو ڈینائٹریفائنگ بیکٹیریا کی افزودگی کے لیے حالات فراہم کرتی ہے، اس طرح SND نائٹروجن کے اخراج کی بنیاد پڑتی ہے۔

ایروبک ایس این ڈی کے ماخذ کی مزید تصدیق کرنے کے لیے، ایروبک بائیو فلم کا استعمال کرتے ہوئے ڈینیٹریفیکیشن لیبارٹری ٹیسٹ کیا گیا، جیسا کہ اس میں دکھایا گیا ہے۔تصویر 6. جانچ کی پوری مدت کے دوران، NO₃-N میں کمی نسبتاً نرم اور یکساں تھی، نظام نے 120 منٹ میں 3.72 mg·L⁻¹ نائٹریٹ نائٹروجن کو ہٹا دیا۔ سسٹم کے ذریعہ استعمال ہونے والی اوسط C/N 3.43±0.05 تھی۔ نظریاتی طور پر، ڈینیٹریفیکیشن کے لیے درکار C/N 2.86 ہے۔ خام پانی میں حیاتیاتی انضمام اور DO کے ذریعہ استعمال پر غور کرتے ہوئے، مطلوبہ C/N عام طور پر 4 سے اوپر پہنچ جاتا ہے۔ تاہم، اس پروجیکٹ میں معطل کیریئرز کے ذریعے نائٹروجن کے اخراج کے لیے درکار C/N عام مائکروبیل ڈینیٹریفیکیشن کے استعمال سے کم تھا۔ یہ قیاس کیا جاتا ہے کہ جب MBBR زون میں معطل کیریئرز SND نائٹروجن کو ہٹانے کا کام کرتے ہیں، تو وہ بنیادی طور پر بائیو فلم کی عمر بڑھنے اور lysis سے پیدا ہونے والے اندرونی کاربن ذرائع کو الیکٹران ڈونرز کے طور پر استعمال کرتے ہیں، لہذا خام پانی میں نامیاتی مادے (بیرونی کاربن ماخذ) کے استعمال کی شرح عام طور پر کم ہوتی ہے۔ عمر رسیدہ بائیوفیلم کا استعمال خارجی کاربن کے اندرونی ماخذ کے طور پر یہ بھی بتاتا ہے کہ ایم بی بی آر کے عمل میں کیچڑ کی پیداوار کم ہو سکتی ہے۔ ایک نوڈ کے طور پر پورے ٹیسٹ کی مدت کا استعمال کرتے ہوئے، ایروبک بائیو فلم کا حساب شدہ ڈینیٹریفیکیشن والیومیٹرک بوجھ (0.045±0.003) kg·(m³·d)⁻¹ تھا۔ ایروبک زون میں شامل معطل شدہ کیریئرز پر بائیو فلم کا ڈینیٹریفیکیشن اثر تھا، جو بائیو فلم میں بیک وقت نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن کی موجودگی کا ثبوت فراہم کرتا ہے۔

SND، اس پراجیکٹ میں اپ گریڈنگ کے لیے MBBR کے عمل کو لاگو کرنے کے بعد ایک فائدہ مند اثر کے طور پر، سسٹم TN ہٹانے کی شرح کو مزید بہتر بناتا ہے اور denitrification کے لیے بیرونی کاربن ذرائع پر انحصار کو ایک حد تک کم کر دیتا ہے۔ ایروبک ایس این ڈی اثر کو مزید وسعت دینے کے لیے، آپٹمائزڈ آپریشن کے نقطہ نظر سے، ایم بی بی آر زون کے ایس این ڈی اثر پر اثر و رسوخ اور پانی کے معیار اور کنٹرول کے پیرامیٹرز کے اثر و رسوخ کو مزید تلاش کیا گیا۔ کنٹرول کے پیرامیٹرز کی طویل مدتی ٹریکنگ کے ذریعے جیسے انفلوئنٹ نائٹریٹ نائٹروجن (NO₃-Ninf)، ایفلوئنٹ نائٹریٹ نائٹروجن (NO₃-Neff)، انفلوئنٹ آرگینک مادہ (CODinf)، ایفلوئنٹ آرگینک مادہ (CODemonia)، انفلوئنٹ نائٹریٹ نائٹروجن (NH₃-Ninf)، ایفلوئنٹ امونیا نائٹروجن (NH₃-Neff)، کل نائٹروجن ریموول (ΔTN)، اور پورے موسم سرما میں MBBR زون میں DO، ان پیرامیٹر کے درمیان ارتباط کو تلاش کرنے کے لیے پرنسپل جزو تجزیہ (PCA) کا استعمال کیا گیا تھا۔ نتائج میں دکھائے گئے ہیں۔تصویر 7. ایروبک زون میں ΔTN نے DO کے ساتھ نسبتاً اہم منفی تعلق ظاہر کیا، جبکہ CODinf، CODeff، اور NO₃-Ninf کے ساتھ ارتباط واضح نہیں تھا۔ بہت زیادہ DO بائیو فلم میں زیادہ مکمل بڑے پیمانے پر منتقلی کا باعث بنتا ہے، جس سے اندر ایک اینوکسک زون بنانا مشکل ہو جاتا ہے، جو ڈینیٹریفیکیشن کے عمل کے لیے ناگوار ہے اور SND اثر کو روکتا ہے۔ اس کے علاوہ، MBBR زون میں CODinf اور NO₃-Ninf کا معطل شدہ کیریئرز کے SND اثر پر کوئی خاص اثر نہیں پڑا۔ ایک طرف، یہ دوبارہ تصدیق کرتا ہے کہ بائیو فلم کا SND عمل بنیادی طور پر بیرونی کاربن ذرائع کے بجائے اندرونی کاربن ذرائع کا استعمال کرتا ہے۔ دوسری طرف، یہ یہ بھی اشارہ کرتا ہے کہ MBBR زون میں SND کے ذریعے ہٹایا گیا NO₃-N اثرانداز NO₃-N سے نہیں آتا، بلکہ بنیادی طور پر NO₃-N سے پیدا ہوتا ہے جو ایروبک ٹینک میں نائٹریفیکیشن سے پیدا ہوتا ہے۔ NO₃-Neff کا ایروبک زون میں ΔTN کے ساتھ منفی تعلق ہے۔ ایروبک زون میں نائٹریفیکیشن اور SND کے مشترکہ عمل کے نتیجے میں، ایک طرف، زیادہ ڈی او بہتر نائٹریفیکیشن اور زیادہ اخراج کا باعث بنتا ہے NO₃-Neff; دوسری طرف، زیادہ DO غریب SND اور زیادہ روکے ہوئے نائٹروجن کے اخراج کا باعث بنتا ہے، جس کے نتیجے میں زیادہ اخراج NO₃-Neff ہوتا ہے۔

"قابل پیمائش اور قابل کنٹرول" SND حاصل کرنے اور پلانٹ آپریشن کنٹرول کے لیے رہنمائی فراہم کرنے کے لیے، DO، جسے دستی طور پر کنٹرول کیا جا سکتا ہے، کو آزاد متغیر کے طور پر منتخب کیا گیا تھا، اور ΔTN کو لکیری ریگریشن تجزیہ کے لیے منحصر متغیر کے طور پر استعمال کیا گیا تھا۔ نتائج میں دکھائے گئے ہیں۔تصویر 8(a) جب پلانٹ کے MBBR زون میں اصل DO 2.06–3.67 mg·L⁻¹ تھا، ایک SND اثر موجود تھا، جس میں 2.36–4.10 mg·L⁻¹، اور ΔTN اور DO بنیادی طور پر مطمئن ΔTN {{9}2{7} DO{7})۔ مزید برآں، نصب شدہ وکر کا استعمال کرتے ہوئے، یہ حساب لگایا گیا کہ نظریاتی طور پر، جب DO کو 6.27 mg·L⁻¹ سے نیچے کنٹرول کیا جاتا ہے، تو MBBR زون SND نائٹروجن ہٹانے کا اثر ڈال سکتا ہے۔ یہ Wang Xuejiang et al کے نتیجے سے مطابقت رکھتا ہے۔ MBBR سسٹم کے SND اثر پر DO کے اثر کا مطالعہ کرتے ہوئے، جہاں انہوں نے پایا کہ TN ہٹانے کی شرح 30% سے زیادہ ہو سکتی ہے جب DO 6.0 mg·L⁻¹ تک زیادہ ہو۔ تاہم، یہ غور کرنا چاہیے کہ یہ قدر ایک نظریاتی قدر ہے جو فٹنگ کے ذریعے حاصل کی گئی ہے، اور اصل اطلاق کے اثر کو بعد کے آپریشن میں مزید مطالعہ کی ضرورت ہے۔ اس کے علاوہ، اس بات پر غور کیا جانا چاہیے کہ ڈی او ریگولیشن بیک وقت سسٹم کے نائٹریفیکیشن اثر کو متاثر کرتا ہے، اس طرح NH₃-N ہٹانے کی کارکردگی کو متاثر کرتا ہے۔ لہذا، DO کو آزاد متغیر کے طور پر اور ΔNH₃-N کو بطور منحصر متغیر استعمال کرتے ہوئے لکیری ریگریشن تجزیہ کے نتائج شکل 8(b) میں دکھائے گئے ہیں۔ موسم سرما میں MBBR زون کے اوسط اثر والے NH₃-N (10.47 mg·L⁻¹) اور ڈیزائن کے اخراج کے معیار (1.50 mg·L⁻¹) کے مطابق، یہ شمار کیا جاتا ہے کہ ΔNH₃-N کو 8.7mg·L9.¹ سے کم نہیں کنٹرول کیا جانا چاہیے۔ لکیری رجعت کے نتائج کے ساتھ مل کر، DO کو 2.47 mg·L⁻¹ سے اوپر کنٹرول کیا جانا چاہیے۔ خلاصہ یہ کہ جب اس پروجیکٹ میں DO 2.06–3.67 mg·L⁻¹ تھا، ایک SND اثر موجود تھا۔ تاہم، ہوا بازی کی توانائی کی کھپت کو کم کرتے ہوئے خارج ہونے والے امونیا نائٹروجن کے معیارات کو پورا کرنے کے اصول کی بنیاد پر، DO کو 2.47 mg·L⁻¹ کے ارد گرد کنٹرول کیا جا سکتا ہے، جہاں سسٹم کا SND اثر بہترین ہوتا ہے، TN کے 3.64 mg·L⁻¹ کو ہٹاتا ہے۔

بائیو فلم کے ایس این ڈی اثر پر آپریٹنگ پیرامیٹرز کے اثر و رسوخ کی تصدیق کرنے اور ایک عام نمونہ حاصل کرنے کے لیے، مختلف آپریٹنگ حالات میں ایم بی بی آر کے عمل کو لاگو کرنے والے چھ گندے پانی کی صفائی کرنے والے پلانٹس کے ایس این ڈی اثرات کا موازنہ کیا گیا۔ نتائج میں دکھائے گئے ہیں۔جدول 2. سب سے پہلے، ہر پودے کے ایروبک زون میں DO زیادہ تر 2–3 mg·L⁻¹ پر کنٹرول کیا جاتا تھا، اور کیچڑ کا ارتکاز 3.0–4.0 g·L⁻¹ تھا۔ ان حالات میں، نسبتاً واضح SND اثر حاصل کیا جا سکتا ہے۔ اس پروجیکٹ میں ΔTN اور DO کے موزوں نتائج کے مطابق، جب DO کو 6.27 mg·L⁻¹ سے کم کنٹرول کیا گیا تو SND اثر ہو سکتا ہے۔ یہ پروجیکٹ، موسم سرما میں نسبتاً زیادہ موٹی بائیو فلم کے ساتھ، ڈی او کے لیے زیادہ رواداری رکھتا تھا۔ دوسرا، پلانٹ بی، سب سے کم کیچڑ کے ارتکاز کے ساتھ، بہترین SND اثر رکھتا ہے۔ پودوں A، D، اور E، اعلی کیریئر بھرنے کے تناسب کے ساتھ، زیادہ واضح SND اثرات تھے، یہ سب اس بات کی نشاندہی کرتے ہیں کہ ہائبرڈ MBBR نظام میں، SND رجحان بنیادی طور پر بائیو فلم سے شروع ہوتا ہے۔

خلاصہ یہ کہ، DO کو کنٹرول کرکے SND اثر کو بڑھانے کے علاوہ، یہ پروجیکٹ بتدریج سسٹم سلج کو تقریباً 3.0 g·L⁻¹ تک کم کرنے کی بھی کوشش کر سکتا ہے، جس سے بائیو فلم کی موٹائی کی کاشت اور کم کیچڑ کے ارتکاز کے ذریعے اینوکسک پرت کی تشکیل کے لیے بہتر حالات فراہم کیے جاسکتے ہیں، اس طرح مزید SND کی کارکردگی کے لیے حالات فراہم کیے جاسکتے ہیں۔

2.4 نائٹروجن کا تجزیہ-بیکٹیریل کمیونٹی کی ساخت کو ہٹانا

کیچڑ اور بائیو فلم کے مراحل کے درمیان انواع کی فراوانی اور تنوع میں فرق کے لحاظ سے، دو ایمپلی کون سیکوینسنگ رنز کے نتائج میں چھوٹے فرق کی بنیاد پر، ڈیٹا کا ایک سیٹ تجزیہ کے لیے منتخب کیا گیا تھا۔ جیسا کہ میں دکھایا گیا ہے۔تصویر 9، چاو، Ace، اور سمپسن انڈیکس مائکروبیل کمیونٹی کی بھرپوریت اور تقسیم کی یکسانیت کو ظاہر کرتے ہیں، جبکہ شینن انڈیکس مائکروبیل کمیونٹی کے تنوع کی نمائندگی کرتا ہے۔ اعلی چاو اور Ace انڈیکس اعلی OTU امیریت کی نشاندہی کرتا ہے، ایک کم سمپسن انڈیکس بہتر پرجاتیوں کی تقسیم کی یکسانیت کی نشاندہی کرتا ہے، اور اعلی شینن انڈیکس اعلی برادری کے تنوع کی نشاندہی کرتا ہے۔ نتائج سے ظاہر ہوا کہ بایوفلم میں انواع کی فراوانی اور تنوع دونوں فعال کیچڑ کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ تھے، اور بایوفلم میں پرجاتیوں کی تقسیم بھی فعال کیچڑ کے مقابلے میں زیادہ یکساں تھی۔ بائیو فلم اور چالو کیچڑ میں OTUs کی کل تعداد بالترتیب 1,652 اور 1,372 تھی، 770 مشترکہ OTUs کے ساتھ، جو بایوفلم اور چالو کیچڑ میں بالترتیب 46.6% اور 56.1% OTUs ہیں۔ بائیو فلم میں 882 منفرد OTUs تھے، جو کل OTUs کا تقریباً 40% ہیں۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ بائیو فلم نے مائکروجنزموں کے ایک حصے کو افزودہ کیا جو اصل فعال کیچڑ میں موجود نہیں تھے۔ معطل کیریئرز کے اضافے نے نظام میں مائکروبیل کمیونٹی کی بھرپوریت اور تنوع میں نمایاں اضافہ کیا، اور زیادہ پیچیدہ مائکروبیل کمیونٹی کی ساخت نے بھی MBBR نظام کے اثر مزاحمت کی بنیاد رکھی۔

بایوفلم اور چالو کیچڑ کے درمیان غالب پرجاتیوں اور فعال بیکٹیریل ساخت میں فرق کو مزید سمجھنے اور بائیو فلم میں ایس این ڈی رجحان کے لیے خوردبینی مدد فراہم کرنے کے لیے، جینس کی سطح پر مائکروبیل ساخت کا تجزیہ کیا گیا۔ جیسا کہ میں دکھایا گیا ہے۔تصویر 10، اس پروجیکٹ کے حیاتیاتی نظام میں غالب انواع میں شامل ہیں norank_f_Caldilineaceae, norank_f_JG30-KF-CM45, Nitrospira, Pedomicrobium, اور SWB02۔ ان میں سے، norank_f_Caldilineaceae اور norank_f_JG30-KF-CM45 کو بایوفلم اور ایکٹیویٹڈ سلج دونوں میں افزودہ کیا جا سکتا ہے، بایوفلم میں نسبتا کثرت اور چالو کیچڑ بالترتیب 3.05، 5.69% اور 7.08%، 7.08%۔ norank_f_Caldilineaceae زیادہ تر filamentous بیکٹیریا ہیں، اور کچھ نسلوں میں denitrification کی صلاحیت ہوتی ہے۔ وہ بائیو فلم میں افزودہ تھے کیونکہ بائیو فلم ان کے پھیلاؤ کے لئے زیادہ ای پی ایس چھپا سکتی ہے۔ دوسری طرف، انہیں PAOs کے طور پر فعال کیچڑ میں بھی افزودہ کیا جا سکتا ہے، فاسفورس کے اخراج کو فروغ دے کر۔ norank_f_JG30-KF-CM45 کاربن اور نائٹروجن کی تبدیلی کے عمل میں حصہ لے سکتا ہے، نامیاتی مادے اور نائٹروجن کے اخراج کو بڑھاتا ہے۔

لٹریچر رپورٹس کے مطابق، یہ پایا گیا ہے کہ ایم بی بی آر کا عمل کم درجہ حرارت پر نائٹریفائنگ بیکٹیریا جیسے نائٹرو اسپیروٹا، نائٹروسوموناس اور نائٹرولنسیا کی موثر افزودگی حاصل کر سکتا ہے۔ اس پراجیکٹ میں نائٹریفائنگ کرنے والی اہم جینس نائٹروسپیرا تھی، جس میں نائٹریفیکیشن کی مکمل صلاحیت ہے۔ بائیو فلم اور چالو کیچڑ میں اس کی نسبتا کثرت بالترتیب 4.73% اور 0.39% تھی۔ لٹریچر رپورٹس کے مطابق، سردیوں کے کم درجہ حرارت میں فعال کیچڑ کے نظام کو استعمال کرنے والے دوسرے پودوں میں نائٹریفائنگ بیکٹیریا کی نسبتا کثرت زیادہ تر 1٪ سے کم ہے۔ اس پروجیکٹ میں ہائبرڈ MBBR کی تعمیر نو کے بعد، چالو کیچڑ میں نائٹریفائنگ بیکٹیریا کی نسبتاً کثرت نسبتاً کم تھی، جو MBBR سسٹم میں کم-درجہ حرارت کے حالات میں نائٹریفائنگ بیکٹیریا کی دوبارہ تقسیم کا ثبوت فراہم کرتا ہے، جیسا کہ پہلے ذکر کیا گیا ہے۔ اس پروجیکٹ کی بائیو فلم میں نائٹروسپیرا کی نسبتا کثرت چالو کیچڑ میں 10 گنا سے زیادہ تھی، اور یہ شمار کیا گیا تھا کہ سسٹم میں نائٹریفائنگ بیکٹیریا کا 92 فیصد سے زیادہ بایو فلم میں افزودہ کیا گیا تھا۔ یہ کم درجہ حرارت کے حالات میں MBBR عمل کا فائدہ ہے، سسٹم کے مستحکم آپریشن کو یقینی بناتا ہے۔

بائیو فلم میں SND رجحان کے بارے میں، معطل شدہ کیریئرز نے فعال کیچڑ کے مقابلے میں کچھ denitrifying بیکٹیریا کے لیے مضبوط افزودگی کی صلاحیت بھی ظاہر کی۔ مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ SWB02 اور Pedomicrobium دونوں ہی ڈینیٹریفیکیشن کے عمل میں حصہ لے سکتے ہیں، اور SWB02 C6-HSL کو خارج کر سکتا ہے، جس کا کیچڑ کے بلکنگ پر اچھا روکا اثر ہوتا ہے۔ بائیو فلم میں SWB02 اور پیڈومائکروبیم کی نسبتہ کثرت بالترتیب 3.68% اور 3.78% تھی، جو فعال کیچڑ (0.21% اور 0.22%) میں ان کی نسبتہ کثرت سے بہت زیادہ تھی۔ مزید برآں، یہ حساب لگایا گیا کہ پورے ہائبرڈ سسٹم میں SWB02 اور Pedomicrobium کا تناسب 94.5% سے زیادہ تھا۔ اگرچہ معطل شدہ کیریئرز کو صرف ایروبک زون میں شامل کیا گیا تھا، لیکن بالغ بائیو فلم کی ایک خاص موٹائی ہوتی ہے۔ بڑے پیمانے پر منتقلی اور آکسیجن کی منتقلی کی حدود کی وجہ سے، بائیوفیلم کی اندرونی تہہ میں ایک انوکسک/ہائپوکسک ماحول موجود ہے، جو ڈینائٹریفائنگ بیکٹیریا کو افزودہ کرتا ہے، اس طرح بائیوفیلم کو ڈینیٹریفکیشن کی صلاحیت سے نوازا جاتا ہے۔ یہ بائیو فلم کی بیک وقت نائٹریفیکیشن اور ڈینیٹریفیکیشن کی قابلیت کی مائکرو بائیولوجیکل بنیاد ہے۔ اس کے علاوہ، یہ بھی پایا گیا کہ کم درجہ حرارت والے ماحول میں بھی Hyphomicrobium کو افزودہ کیا جا سکتا ہے۔ یہ جینس زہریلے اور ریفریکٹری نامیاتی مرکبات کو ڈینیٹریفیکیشن کے لیے استعمال کر سکتی ہے۔ بائیو فلم میں اس کی نسبتا کثرت 1.80% تھی، جو کہ فعال کیچڑ (0.12%) میں اس کی نسبتہ کثرت سے بھی بہت زیادہ تھی۔

دوسرے پودوں کے بائیو فلم میں غالب denitrifying بیکٹیریا (DNB) اور ان کی نسبتا کثرت کا موازنہ کرتے ہوئے، نتائج میں دکھایا گیا ہےجدول 3. سب سے پہلے، ایروبک بایوفلم میں denitrifying بیکٹیریا کی ساخت کے لحاظ سے، ہر پروجیکٹ کے ایروبک بائیو فلم میں افزودہ denitrifying بیکٹیریا کی اقسام مطابقت نہیں رکھتی تھیں۔ ٹیریموناس اور ہائفومائیکروبیئم صرف بار بار آنے والی نسلیں تھیں۔ ٹیریموناس بھی فعال کیچڑ کے نظام میں ایک عام denitrifying بیکٹیریا ہے، اور Hyphomicrobium کی طرح، یہ اینتھراسین مرکبات کو کم کر سکتا ہے، اور کچھ کو ایروبک denitrifying بیکٹیریا کے طور پر درجہ بندی کیا جاتا ہے. یہ دو بیکٹیریا پلانٹس ایف، ایچ اور اس پروجیکٹ میں نمودار ہوئے۔ پلانٹ ایچ اور یہ پروجیکٹ اصل آپریشن کے دوران صنعتی گندے پانی سے اکثر متاثر ہوئے، اور صنعتی پانی کا مخصوص پانی کا معیار ان دو بیکٹیریل گروپوں کی افزودگی کی ایک وجہ ہو سکتا ہے۔ لہذا، یہ اندازہ لگایا جا سکتا ہے کہ ایروبک بائیو فلم میں مخصوص denitrifying جینرا SND کے لئے ضروری شرط نہیں ہے، اور مختلف منصوبوں کے درمیان پانی کے معیار میں فرق بیکٹیریل گروپوں کو denitrifying میں فرق کی بنیادی وجہ ہو سکتا ہے۔ دوسرا، ایروبک بائیو فلم میں ڈینائٹریفائنگ بیکٹیریا کی نسبتا کثرت کے لحاظ سے، پلانٹس ایف، ایچ، اور اس پروجیکٹ کے علاوہ، دیگر پروجیکٹس نے تقریباً 8% کی ایروبک بائیو فلم میں ڈینائٹریفائنگ بیکٹیریا کی نسبتا کثرت حاصل کی، جس میں SND نائٹروجن کو ہٹانا 2 ملی گرام سے زیادہ تھا۔ صنعتی پانی کے اثرات کے تحت، اگرچہ پلانٹ ایچ اور اس پروجیکٹ کے ایروبک بائیو فلم میں denitrifying بیکٹیریا کی نسبتا کثرت نسبتا زیادہ تھی، denitrification کی کارکردگی خاص طور پر شاندار نہیں تھی۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ ایروبک بائیو فلم میں ڈینائٹریفائنگ بیکٹیریا کی اقسام کو منتخب کرنے میں بااثر پانی کے معیار کو اعلی ترجیح حاصل ہے، اور صنعتی پانی کا اثر ایروبک بائیو فلم کی ڈینیٹریفکیشن کی کارکردگی کو روکتا ہے۔

خلاصہ یہ کہ ایم بی بی آر کا عمل نظام میں مائکروبیل کمیونٹی کی بھرپوری اور تنوع کو نمایاں طور پر بڑھا سکتا ہے۔ نائٹریفائنگ جینس نائٹروسپیرا کے لیے بائیو فلم کی افزودگی کی صلاحیت چالو کیچڑ سے 10 گنا زیادہ ہے، جس سے نظام کے نائٹریفیکیشن اثر میں بہت اضافہ ہوتا ہے۔ ایس ڈبلیو بی02، پیڈومائکروبیئم، اور ہائفومائیکروبیئم جیسے ڈینیٹریفائنگ جنیرا کو ایروبک بائیو فلم میں بہتر طور پر افزودہ کیا جاتا ہے، جو ایس این ڈی کی کارکردگی کے لیے مائکروسکوپک بنیاد فراہم کرتے ہیں اور ٹی این کو ہٹانے میں اضافہ کرتے ہیں۔ تاہم، صنعتی پانی کے اثرات کی وجہ سے، SND denitrification کی کارکردگی نمایاں نہیں ہے۔

3 نتیجہ

① جنوب مغربی چین میں گندے پانی کی صفائی کے پلانٹ نے اپنے اصل CASS ٹینک کو بارڈینفو-ایم بی بی آر بائیولوجیکل ٹینک اور سیڈیمینٹیشن ٹینک میں اپ گریڈ کیا تاکہ کلاس A سے کواسی-کلاس IV معیارات تک اپ گریڈ کیا جا سکے۔ تعمیر نو کے بعد، موسم سرما کے پانی کے درجہ حرارت میں 9.3–13.1 ڈگری اور اوسطاً اثر انداز ہونے والے NH₃-N اور TN کے بوجھ میں تعمیر نو سے پہلے کے مقابلے میں تقریباً 20% اضافہ ہوا، فضلے کے اشارے مستحکم طور پر درجہ IV کے پانی کے معیارات پر پورا اترے۔ MBBR سسٹم کا زیادہ سے زیادہ نائٹریفیکیشن بوجھ 0.286 kg·(m³·d)⁻¹ تک پہنچ گیا، جو ڈیزائن کی توقعات کو پورا کرتا ہے۔ معطل شدہ کیریئرز کی نائٹریفیکیشن شراکت کی شرح 74.83% تھی، جو غالب پوزیشن پر ہے۔ سسٹم میں اب بھی پانی کے معیار میں 56.96 فیصد اور بہاؤ میں 30.57 فیصد اضافہ کرنے کی صلاحیت موجود ہے۔

② MBBR زون میں، معطل کیے گئے کیریئرز SND اثر ڈالنے کے لیے اندرونی کاربن ذرائع کا استعمال کرتے ہیں، جس سے نائٹروجن ہٹانے کی شراکت کی شرح 9.83%±0.67% حاصل ہوتی ہے۔ SND اثر کو بڑھانے کے لیے، DO کو زیادہ سے زیادہ 2.47 mg·L⁻¹ پر اصل آپریشن میں کنٹرول کیا جانا چاہیے، جہاں SND TN کے 3.64 mg·L⁻¹ کو ہٹا سکتا ہے۔ بعد میں، کیچڑ کے ارتکاز کو تقریباً 3.0 g·L⁻¹ تک کم کرنے کی کوششیں کی جا سکتی ہیں تاکہ بائیو فلم کے SND اثر کو مزید بڑھانے کے لیے حالات فراہم کیے جا سکیں۔

③ MBBR کے عمل نے نظام میں مائکروبیل کمیونٹی کی بھرپوری اور تنوع میں نمایاں اضافہ کیا۔ نائٹریفائنگ جینس نائٹروسپیرا کے لیے بائیو فلم کی افزودگی کی صلاحیت چالو کیچڑ سے 10 گنا زیادہ تھی، جو اس پروجیکٹ میں نائٹریفیکیشن کو بڑھانے کے لیے مائکرو بائیولوجیکل بنیاد فراہم کرتی ہے۔ ایروبک بایوفلم میں افزودہ ڈینیٹریفائنگ جنیرا، جیسے SWB02، پیڈومائکروبیئم، اور ہائفومائکروبیئم، نے بائیو فلم میں SND رجحان کی موجودگی کی خوردبین بنیاد رکھی۔