अपशिष्ट जल शोधन के दौरान अमोनिया नाइट्रोजन की मात्रा बहुत अधिक हो जाती है, इसका कोई धन्यवाद
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अपशिष्ट जल शोधन में, यदि अमोनिया-नाइट्रोजन की मात्रा अत्यधिक हो जाए,
वास्तव में कौन-से घटक हैं???
हमारी कंपनी में एक बड़ा नियंत्रण टैंक है; अपशिष्ट जल को उसमें 10 दिनों से लेकर आधे महीने तक रखा जाता है, और इस दौरान उसमें ऑक्सीजन भी दी जाती है। जल निकासी के मापदंडों में अमोनिया-नाइट्रोजन की मात्रा में काफी कमी आई है। :लोल
इसे क्षारीय वातावरण में ही निकाला गया। सिद्धांत रूप से ऐसा करना अनुमेय नहीं है; इसलिए इसे अपनाने की सलाह नहीं दी जाती।
अमोनिया नाइट्रोजन को हटाने के कई तरीके हैं। आमतौर पर जैविक विधियों का उपयोग किया जाता है, क्योंकि इनकी लागत कम होती है। A/O, A2/O, SBR, CASS, ऑक्सीकरण गड्ढे आदि जैसी विधियों से अमोनिया नाइट्रोजन को अच्छी तरह हटाया जा सकता है; सर्वोत्तम स्थिति में इन विधियों से 98% से अधिक अमोनिया नाइट्रोजन हटाया जा सकता है।
क्षारीय परिस्थितियों में (pH > 10.5), अपशिष्ट जल में अमोनिया मुख्य रूप से NH3 के रूप में मौजूद होता है (चित्र 20-2)। जब अपशिष्ट जल को हवा के संपर्क में लाया जाता है, तो जल में मौजूद वाष्पशील NH3 तरल अवस्था से गैसीय अवस्था में चला जाता है; इस प्रकार जल से अमोनिया निकाल दिया जाता है। डिस्टिलेशन टॉवर में लकड़ी या प्लास्टिक की पट्टियों से बने फिलर लगे होते हैं। हवा टॉवर के निचले हिस्से से अंदर आती है, जबकि अपशिष्ट जल टॉवर के ऊपरी हिस्से से नीचे स्थित जल संग्रहण टैंक में जाता है। अमोनिया निष्कासन प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं: (1) pH मान – आमतौर पर pH मान को 10.8 से 11.5 तक बढ़ाया जाता है। ； (2) तापमान: जब पानी का तापमान कम होता है, तो अमोनिया की घुलनशीलता बढ़ जाती है, एवं वाष्पीकरण की दक्षता कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, 20℃ पर अमोनिया हटाने की दर 90–95% होती है, जबकि 10℃ पर यह दर लगभग 75% तक गिर जाती है। इस कारण सर्दियों में डिस्टिलेशन टॉवरों का संचालन करना कठिन हो जाता है। ； (3) जल भार: यदि जल भार (मी³/म²·घंटा) अत्यधिक हो, तो उच्च दक्षता वाली वाष्पीकरण प्रक्रिया हेतु आवश्यक जल प्रवाह की स्थिति बिगड़ जाती है; इससे जल-पर्दा बन जाता है। ； जल-भार बहुत कम होने के कारण, फिलर ठीक से गीला नहीं हो पाता, जिससे संचालन में समस्याएँ आती हैं एवं “शुष्क टॉवर” बन जाता है। आमतौर पर, जल-बोझ 2.5 से 5 मीटर³/मी²·घंटा होता है। ； (4) वायु-जल अनुपात: निश्चित टॉवर ऊँचाई के लिए, वायु प्रवाह में वृद्धि करने से अमोनिया हटाने की दर में वृद्धि होती है। ； लेकिन जैसे-जैसे हवा का प्रवाह बढ़ता है, दबाव में भी वृद्धि होती है; इसलिए हवा के प्रवाह की एक सीमा होती है। आम तौर पर, गैस/पानी का अनुपात 2500–5000 (m3/m2) हो सकता है। ； (5) भराव सामग्री की संरचना एवं ऊँचाई – चूँकि बार-बार पानी का छिड़काव होना एवं पानी की बूँदों का निर्माण, अमोनिया को निकालने की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है; इसलिए भराव सामग्री का आकार, आकृति, आपसी दूरी एवं व्यवस्था, सभी ही अमोनिया को निकालने की प्रक्रिया पर प्रभाव डालते हैं। आम तौर पर, भराव सामग्री के बीच की दूरी 40–50 मिमी होती है, जबकि भराव सामग्री की ऊँचाई 6–7.5 मीटर होती है। यदि फिलरों के बीच की दूरी बढ़ाई जाए, तो फिलरों की ऊँचाई भी अधिक होनी पड़ेगी। ； (6) जमाव-नियंत्रण: भराव पदार्थों के कारण होने वाला जमाव (CaCO3), ब्लोट टॉवर की प्रसंस्करण क्षमता को कम कर देता है। जमाव को नियंत्रित करने हेतु उपाय हैं: उच्च दबाव वाले पानी से जमाव को धोना। ； प्रवाहित पानी में स्केल-रोधक पदार्थ मिलाना: CO2 युक्त न होने वाली, या कम CO2 वाली हवा का उपयोग करके इस प्रक्रिया को किया जाता है (जैसे – अमोनिया हटाने हेतु एग्जॉस्ट गैसों का पुनः उपयोग)। ； लकड़ी आदि के स्थान पर, ऐसे प्लास्टिक भराव सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, जिन पर जमाव वायु-फ्लशिंग विधि से अमोनिया को हटाया जा सकता है; इस विधि में अमोनिया हटने की दर 60–95% तक होती है। इस प्रक्रिया में चरण कम होते हैं, परिणाम स्थिर रहते हैं, एवं निर्माण एवं संचालन लागत भी कम होती है। इस विधि का उपयोग उच्च सांद्रता वाले अमोनियायुक्त अपशिष्ट जल के उपचार हेतु भी किया जा सकता है। लेकिन कम तापमान पर वाष्पीकरण की दक्षता कम हो जाती है; इसके अलावा, जमा हुआ स्केल संचालन में बाधा डालता है। वाष्पीकृत होने वाला अमोनिया पर्यावरण में द्वितीयक प्रदूषण भी उत्पन्न करता है।
अपशिष्ट जल में अमोनिया-नाइट्रोजन का निष्कासन: अपशिष्ट जल में नाइट्रोजन आमतौर पर नाइट्रोजनयुक्त कार्बनिक पदार्थों, अमोनिया, नाइट्रेट एवं नाइट्राइट के रूप में मौजूद होता है। जैविक प्रसंस्करण के दौरान, अधिकांश कार्बनिक नाइट्रोजन अमोनिया में परिवर्तित हो जाता है; इसके बाद अमोनिया को नाइट्रेट में भी परिवर्तित किया जा सकता है। वर्तमान में नाइट्रोजन हटाने हेतु चार प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है – जैविक नाइट्रीकरण एवं रिडक्टिव नाइट्रीकरण, ज़िलेना द्वारा अधिशोषण, वायु द्वारा नाइट्रोजन हटाना, एवं डिपॉइंट क्लोरीनेशन। I. जैविक नाइट्रीकरण एवं रिनाइट्रीकरण (जैविक नाइट्रोजन हटाने की विधि)
(1) जैविक नाइट्रीकरण: ऑक्सीजनयुक्त परिस्थितियों में, नाइट्राइट बैक्टीरिया एवं नाइट्रेट बैक्टीरिया की मदद से अमोनिया नाइट्राइट एवं नाइट्रेट में परिवर्तित हो जाता है; इस प्रक्रिया को जैविक नाइट्रीकरण कहा जाता है। जैविक नाइट्रीकरण की अभिक्रिया इस प्रकार है: NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O
ऊपर दी गई समीकरण से पता चलता है कि: (1) नाइट्रीकरण की प्रक्रिया में, 1 ग्राम अमोनियम नाइट्रोजन को नाइट्रेट नाइट्रोजन में बदलने हेतु 4.57 ग्राम ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। ； (2) नाइट्रीकरण प्रक्रिया के दौरान H+ उत्पन्न होता है; इससे अपशिष्ट जल में मौजूद क्षारता कम हो जाती है। प्रति 1 ग्राम अमोनियम नाइट्रोजन के ऑक्सीकरण हेतु, CaCO3 के रूप में 7.1 ग्राम क्षारता आवश्यक होती है। नाइट्रीकरण प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं: (1) pH मान – जब pH मान 8.0 से 8.4 के बीच होता है (20°C पर), तब नाइट्रीकरण की गति सबसे अधिक होती है। नाइट्रीकरण प्रक्रिया के दौरान pH मान में कमी आ जाती है। जब अपशिष्ट जल में क्षारता की मात्रा पर्याप्त नहीं होती, तो pH मान को 7.5 से ऊपर बनाए रखने हेतु चूना मिलाना आवश्यक हो जाता है। ； (2) तापमान – जब तापमान अधिक होता है, तो नाइट्रीकरण की प्रक्रिया तेज हो जाती है। नाइट्राइट बैक्टीरिया के लिए सबसे उपयुक्त जल-तापमान 35°C है। 15°C से कम तापमान पर इन बैक्टीरियाओं की गतिविधि तेजी से कम हो जाती है; इसलिए जल-तापमान 15°C से कम नहीं होना चाहिए। ； (3) अवशेषों का निवास समय: नाइट्रीकरण बैक्टीरियों की वृद्धि दर बहुत कम होती है; इनकी अधिकतम वृद्धि दर 0.3–0.5 दिन⁻¹ है (तापमान 20°C, pH 8.0–8.4)। तालाब में आवश्यक मात्रा में नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया बने रह सकें, इसके लिए स्लर्ज के ठहरने का समय, नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के न्यूनतम पीढ़ी-समय से अधिक होना आवश्यक है। वास्तविक उपयोग में, आमतौर पर >2 ही लिया जाना चाहिए। ； (4) घुलित ऑक्सीजन: ऑक्सीजन, जैविक नाइट्रीकरण प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉनों का ग्राहक है; इसकी सांद्रता कम होने पर नाइट्रीकरण प्रक्रिया प्रभावित होती है। आम तौर पर, एक्टिव स्लज विधि में नाइट्रीफिकेशन की प्रक्रिया के दौरान, घुलनशील ऑक्सीजन का स्तर 2–3 मिलीग्राम/लीटर से अधिक होना आवश्यक है। ； (5) बीओडी भार: नाइट्रीकरण बैक्टीरिया ऑटोट्रॉफिक बैक्टीरिया हैं, जबकि बीओडी ऑक्सीकरण बैक्टीरिया हेटेरोट्रॉफिक बैक्टीरिया हैं। यदि BOD5 का स्तर बहुत अधिक हो, तो उच्च वृद्धि-दर वाले ऑर्गेनोहेटरोटिक बैक्टीरिया तेजी से प्रजनन करने लगते हैं। इसके परिणामस्वरूप नाइट्रोफाइलिक बैक्टीरियाओं को कोई लाभ नहीं मिलता, और इससे नाइट्रिफिकेशन की दर कम हो जाती है। अतः, नाइट्रीकरण की प्रक्रिया को पूर्ण रूप से होने हेतु, BOD5 भार को 0.3 किग्रा (BOD5)/किग्रा (SS).दिन से कम रखना आवश्यक है। (II) जैविक एंटीनाइट्रिफिकेशन – ऑक्सीजन-रहित परिस्थितियों में, उपदत्त नाइट्रोजन-हटाने वाले बैक्टीरियों की क्रिया के कारण NO2–N एवं NO3–N को N2 में परिवर्तित करने की प्रक्रिया को एंटीनाइट्रिफिकेशन कहा जाता है। डीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉन दाता (हाइड्रोजन दाता) विभिन्न प्रकार के कार्बनिक पदार्थ होते हैं। मेथनॉल को कार्बन स्रोत के रूप में लेते हुए, इसकी अभिक्रिया समीकरण निम्नलिखित है:
6NO3– + 5CH3OH → 5CO2 + 4H2O + 3N2 + 6OH–
ऊपर दिए गए समीकरण से स्पष्ट है कि जैव-डीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया में न केवल NO3–-N एवं NO2–-N को अपचयित किया जा सकता है, बल्कि कार्बनिक पदार्थों को भी ऑक्सीकृत/विघटित किया जा सकता है। एंटीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक: (1) तापमान – अन्य अपशिष्ट जल शोधन प्रक्रियाओं की तुलना में, तापमान का एंटीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया पर अधिक प्रभाव पड़ता है। आम तौर पर, 20–40℃ के तापमान को ही बनाए रखना उचित होता है। ठंड के मौसम में, अच्छे रिडनाइट्रिफिकेशन परिणामों को बनाए रखने हेतु, सीवेज के ठहरने के समय को बढ़ाना, लोड को कम करना आदि उपाय किए जा सकते हैं। ； (2) pH मान: डीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया के दौरान pH मान को 7.0 से 8.0 के बीच रखा जाता है। ； (3) घुलनशील ऑक्सीजन – ऑक्सीजन, डीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया में बाधा डालती है। आम तौर पर, एंटीनाइट्रिफिकेशन रिएक्टर में घुलनशील ऑक्सीजन की मात्रा को 0.5 मिलीग्राम/लीटर से कम (एक्टिव स्लज विधि में) या 1 मिलीग्राम/लीटर से कम (बायोफिल्म विधि में) रखना आवश्यक है। ； (4) कार्बन स्रोत: जब अपशिष्ट जल में पर्याप्त मात्रा में कार्बन स्रोत मौजूद हो, एवं BOD5/TN का मान (3–5) से अधिक हो, तो बाहर से कार्बन स्रोत डालने की आवश्यकता नहीं होती। जब अपशिष्ट जल में कार्बन एवं नाइट्रोजन का अनुपात इस मान से कम होता है, तो इसमें अतिरिक्त जैविक कार्बन मिलाना आवश्यक हो जाता है। अतिरिक्त कार्बन प्राप्त करने हेतु आमतौर पर मेथनॉल का उपयोग मेथनॉल द्वारा घुलनशील ऑक्सीजन के अतिरिक्त उपभोग को ध्यान में रखते हुए, मेथनॉल की मात्रा आमतौर पर NO3–N की मात्रा के 3 गुना होती है। इसके अलावा, सूक्ष्मजीवों की मृत्यु का भी उपयोग किया जा सकता ； ऑटोलाइसिस के बाद जो कार्बन उत्पन्न होता है, उसे “आंतरिक कार्बन स्रोत” कहा जाता है। लेकिन इसके लिए सीवेज को लंबे समय तक वहीं रहना होता है, या फिर भार-दर कम होनी चाहिए; ताकि सूक्ष्मजीव विकास-चक्र के स्थिर अवस्था या विनाशकारी अवस्था में रहें। इस कारण टैंक की क्षमता भी बढ़ जाती है। द्वितीय, ज़िलेनाइट का उपयोग विनिमय-अवशोषण हेतु किया जाता है। ज़िलेनाइट एक सिलिको-एल्यूमिनेट है; इसकी रासायनिक संरचना (M2+, 2M+)O·Al2O3·mSiO2•nH2O के रूप में व्यक्त की जा सकती है, जहाँ m = 2–10 एवं n = 0–9 है। यहाँ M2+ से तात्पर्य Ca2+, Sr2+ आदि द्विमूल्यक धनायनों से है, जबकि M+ से तात्पर्य Na+, K+ आदि एकमूल्यक धनायनों से है। ज़िलेनाइट एक कमजोर अम्लीय प्रकार का धनायन-विनिमयक है। ज़ियोलाइट की त्रिआयामी संरचना में नियमित छिद्र एवं खोखले स्थान होते हैं; इस कारण इसमें छानने की क्षमता, आदान-प्रदान/अधिशोषण की क्षमता, थर्मल स्थिरता एवं आकारिकीय स्थिरता जैसे उत्कृष्ट गुण होते हैं। प्राकृतिक ज़िलेटों की कई किस्में हैं; अमोनिया-नाइट्रोजन को हटाने हेतु मुख्य रूप से “ट्राइमेथिल ज़िलेट” का उपयोग किया जाता है। कुछ धनायनों के लिए क्लिनोप्टिलोलाइट की विनिमय-चयनात्मकता का क्रम इस प्रकार है: K+, NH4+ > Na+ > Ba2+ > Ca2+ > Mg2+. एनएच4+ के प्रति टिल्टाइट की उच्च चयनात्मकता का उपयोग करके, विनिमय-अवशोषण विधि के द्वारा जल में मौजूद अमोनियम नाइट्रोजन को हटाया जा सकता है। अवशोषण से संतृप्त हुए पत्थरों को पुनर्जीवित करके दोबारा उपयोग में लाया जा सकता है। विलयन का pH मान, ज़ियोलाइट द्वारा अमोनिया हटाने की प्रक्रिया पर बहुत ही प्रभाव ड जब pH मान बहुत अधिक होता है, तो NH4+ NH3 में परिवर्तित हो जाता है, जिससे आदान-अभिसरण की प्रक्रिया कमजोर हो जाती है। ； जब pH मान बहुत कम होता है, तो H+ का प्रतिस्पर्धात्मक अधिशोषण बढ़ जाता है; इससे NH4+ के निष्कासन में बाधा आती है। आमतौर पर, जल के pH मान के लिए 6 से 8 की सीमा उपयुक्त मानी जाती है। जब 10–20 मिलीग्राम/लीटर की मात्रा वाले अमोनियम नाइट्रोजन युक्त शहरी अपशिष्ट जल का उपचार किया जाता है, तो आउटपुट जल में इस पदार्थ की सांद्रता 1 मिलीग्राम/लीटर से भी कम हो जाती है। पारगमन के समय, पानी की मात्रा लगभग 100–150 बेडों के बराबर होती है। ज़िलेना की कार्यात्मक विनिमय क्षमता लगभग 0.4×10-3 n-1 mol/g होती है। जिस ज़िलेटा में अमोनियम की मात्रा संतृप्त स्तर तक पहुँच जाती है, उसे 5 ग्राम/लीटर की दर से चूने के घोल या संतृप्त चूने के पानी का उपयोग करके पुनर्उपयो पुनर्उत्पादित तरल पदार्थ की मात्रा, संसाधित पानी की मात्रा का लगभग 3–5% होती है। अध्ययनों से पता चलता है कि चूने के पुनर्उत्पादन घोल में 0.1 मोल NaCl मिलाने से पुनर्उत्पादन की दक्षता में वृद्धि होती है। चूने के पुनर्जीवन संबंधी जमाव-संबंधी समस्याओं को दूर करने हेतु, 2% सोडियम क्लोराइड वाले घोल का भी उपयोग पुनर्जीवन हेतु किया जाता है; ऐसी स्थिति में पुनर्जीवन हेतु आवश्यक घोल की मात्रा अधिक होती है। पुनर्उत्पादन के दौरान उत्पन्न होने वाले उच्च सांद्रता वाले अमोनिया युक्त अपशिष्ट तरल पदार्थों को अवश्य ही संसाधित किया जाना चाहिए। इनके संसाधन हेतु निम्नलिखित तरीके उपयोग में आते हैं: (1) वायु द्वारा निकालना – निकाले गए NH3 को या तो वायु में छोड़ दिया जाता है, या H2SO4 के द्वारा अवशोषित करके उर्वरक के रूप ； (2) वाष्पीकरण द्वारा अलग करना: ठोस पदार्थ 1% अमोनिया वाले घोल के रूप में होता है; इसका उपयोग खाद के रूप में किया जा सकता ह ； (3) विद्युत-ऑक्सीकरण (विद्युत-क्लोरीकरण): अमोनिया को ऑक्सीकृत करके N2 में परिवर्तित किया जाता है। तीन, वायु द्वारा निष्कासन: क्षारीय परिस्थितियों में (pH > 10.5), सीवेज में मौजूद अमोनियम नाइट्रोजन मुख्य रूप से NH3 के रूप में ही मौजूद होता है (चित्र 20-2)। जब अपशिष्ट जल को हवा के संपर्क में लाया जाता है, तो जल में मौजूद वाष्पशील NH3 तरल अवस्था से गैसीय अवस्था में चला जाता है; इस प्रकार जल से अमोनिया निकाल दिया जाता है। डिस्टिलेशन टॉवर में लकड़ी या प्लास्टिक की पट्टियों से बने फिलर लगे होते हैं। हवा टॉवर के निचले हिस्से से अंदर आती है, जबकि अपशिष्ट जल टॉवर के ऊपरी हिस्से से नीचे स्थित जल संग्रहण टैंक में जाता है। अमोनिया निष्कासन प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं: (1) pH मान – आमतौर पर pH मान को 10.8 से 11.5 तक बढ़ाया जाता है। ； (2) तापमान: जब पानी का तापमान कम होता है, तो अमोनिया की घुलनशीलता बढ़ जाती है, एवं वाष्पीकरण की दक्षता कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, 20℃ पर अमोनिया हटाने की दर 90–95% होती है, जबकि 10℃ पर यह दर लगभग 75% तक गिर जाती है। इस कारण सर्दियों में डिस्टिलेशन टॉवरों का संचालन करना कठिन हो जाता है। ； (3) जल भार: यदि जल भार (मी³/म²·घंटा) अत्यधिक हो, तो उच्च दक्षता वाली वाष्पीकरण प्रक्रिया हेतु आवश्यक जल प्रवाह की स्थिति बिगड़ जाती है; इससे जल-पर्दा बन जाता है। ； जल-भार बहुत कम होने के कारण, फिलर ठीक से गीला नहीं हो पाता, जिससे संचालन में समस्याएँ आती हैं एवं “शुष्क टॉवर” बन जाता है। आमतौर पर, जल-बोझ 2.5 से 5 मीटर³/मी²·घंटा होता है। ； (4) वायु-जल अनुपात: निश्चित टॉवर ऊँचाई के लिए, वायु प्रवाह में वृद्धि करने से अमोनिया हटाने की दर में वृद्धि होती है। ； लेकिन जैसे-जैसे हवा का प्रवाह बढ़ता है, दबाव में भी वृद्धि होती है; इसलिए हवा के प्रवाह की एक सीमा होती है। आम तौर पर, गैस/पानी का अनुपात 2500–5000 (m3/m2) हो सकता है। ； (5) भराव सामग्री की संरचना एवं ऊँचाई – चूँकि बार-बार पानी का छिड़काव होना एवं पानी की बूँदों का निर्माण, अमोनिया को निकालने की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है; इसलिए भराव सामग्री का आकार, आकृति, आपसी दूरी एवं व्यवस्था, सभी ही अमोनिया को निकालने की प्रक्रिया पर प्रभाव डालते हैं। आम तौर पर, भराव सामग्री के बीच की दूरी 40–50 मिमी होती है, जबकि भराव सामग्री की ऊँचाई 6–7.5 मीटर होती है। यदि फिलरों के बीच की दूरी बढ़ाई जाए, तो फिलरों की ऊँचाई भी अधिक होनी पड़ेगी। ； (6) जमाव-नियंत्रण: भराव पदार्थों के कारण होने वाला जमाव (CaCO3), ब्लोट टॉवर की प्रसंस्करण क्षमता को कम कर देता है। जमाव को नियंत्रित करने हेतु उपाय हैं: उच्च दबाव वाले पानी से जमाव को धोना। ； प्रवाहित पानी में स्केल-रोधक पदार्थ मिलाना: CO2 युक्त न होने वाली, या कम CO2 वाली हवा का उपयोग करके इस प्रक्रिया को किया जाता है (जैसे – अमोनिया हटाने हेतु एग्जॉस्ट गैसों का पुनः उपयोग)। ； लकड़ी आदि के स्थान पर, ऐसे प्लास्टिक भराव सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, जिन पर जमाव वायु-फ्लशिंग विधि से अमोनिया को हटाया जा सकता है; इस विधि में अमोनिया हटने की दर 60–95% तक होती है। इस प्रक्रिया में चरण कम होते हैं, परिणाम स्थिर रहते हैं, एवं निर्माण एवं संचालन लागत भी कम होती है। इस विधि का उपयोग उच्च सांद्रता वाले अमोनियायुक्त अपशिष्ट जल के उपचार हेतु भी किया जा सकता है। लेकिन कम तापमान पर वाष्पीकरण की दक्षता कम हो जाती है; इसके अलावा, जमा हुआ स्केल संचालन में बाधा डालता है। वाष्पीकृत होने वाला अमोनिया पर्यावरण में द्वितीयक प्रदूषण भी उत्पन्न करता है। चौथा, ब्रेकपॉइंट क्लोरीनीकरण – अतिरिक्त मात्रा में क्लोरीन या सोडियम हाइपोक्लोराइट का उपयोग करके, अपशिष्ट जल में मौजूद अमोनिया को पूरी तरह N2 में ऑक्सीकृत करने की विधि को “ब्रेकपॉइंट क्लोरीनीकरण” कहा जाता है। इस प्रक्रिया को निम्न समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:
NH4+ + 1.5HOCl → 0.5N2 + 1.5H2O + 2.5H+ + 1.5Cl-
समीकरण से पता चलता है कि ब्रेकपॉइंट तक पहुँचने हेतु आवश्यक क्लोरीन की मात्रा 7.6 किग्रा/किग्रा (NH3-N) है; जबकि वास्तव में आवश्यक क्लोरीन की मात्रा 8–10 किग्रा/किग्रा (NH3-N) होती है। जब pH = 6–7 होता है, तो अभिक्रिया के लिए आवश्यक दवा की मात्रा कम से कम रहती है। संपर्क का समय आमतौर पर 0.5 से 2 घंटे होता है। pH मान एवं क्लोरीन की मात्रा पर सख्त नियंत्रण रखने से, अभिक्रिया के दौरान हानिकारक क्लोरामाइन (जैसे NCl3) एवं क्लोरीनयुक्त कार्बनिक पदार्थों का उत्पादन कम हो जाता है। ब्रेकपॉइंट क्लोरिनेशन विधि से अमोनियाकल नाइट्रोजन को 90–100% तक हटाया जा सकता है। इस विधि का प्रभाव स्थिर रहता है; जल के तापमान से इस पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता। साथ ही, इसकी निर्माण लागत भी कम होती है। लेकिन इसकी संचालन लागत अधिक है। ； अवशिष्ट क्लोरीन एवं क्लोरीनयुक्त कार्बनिक पदार्थों का बाद में उपचार किया जाना आ
(1) जैविक नाइट्रीकरण: ऑक्सीजनयुक्त परिस्थितियों में, नाइट्राइट बैक्टीरिया एवं नाइट्रेट बैक्टीरिया की मदद से अमोनिया नाइट्राइट एवं नाइट्रेट में परिवर्तित हो जाता है; इस प्रक्रिया को जैविक नाइट्रीकरण कहा जाता है। जैविक नाइट्रीकरण की अभिक्रिया इस प्रकार है: NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + H2O
ऊपर दी गई समीकरण से पता चलता है कि: (1) नाइट्रीकरण की प्रक्रिया में, 1 ग्राम अमोनियम नाइट्रोजन को नाइट्रेट नाइट्रोजन में बदलने हेतु 4.57 ग्राम ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। ； (2) नाइट्रीकरण प्रक्रिया के दौरान H+ उत्पन्न होता है; इससे अपशिष्ट जल में मौजूद क्षारता कम हो जाती है। प्रति 1 ग्राम अमोनियम नाइट्रोजन के ऑक्सीकरण हेतु, CaCO3 के रूप में 7.1 ग्राम क्षारता आवश्यक होती है। नाइट्रीकरण प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं: (1) pH मान – जब pH मान 8.0 से 8.4 के बीच होता है (20°C पर), तब नाइट्रीकरण की गति सबसे अधिक होती है। नाइट्रीकरण प्रक्रिया के दौरान pH मान में कमी आ जाती है। जब अपशिष्ट जल में क्षारता की मात्रा पर्याप्त नहीं होती, तो pH मान को 7.5 से ऊपर बनाए रखने हेतु चूना मिलाना आवश्यक हो जाता है। ； (2) तापमान – जब तापमान अधिक होता है, तो नाइट्रीकरण की प्रक्रिया तेज हो जाती है। नाइट्राइट बैक्टीरिया के लिए सबसे उपयुक्त जल-तापमान 35°C है। 15°C से कम तापमान पर इन बैक्टीरियाओं की गतिविधि तेजी से कम हो जाती है; इसलिए जल-तापमान 15°C से कम नहीं होना चाहिए। ； (3) अवशेषों का निवास समय: नाइट्रीकरण बैक्टीरियों की वृद्धि दर बहुत कम होती है; इनकी अधिकतम वृद्धि दर 0.3–0.5 दिन⁻¹ है (तापमान 20°C, pH 8.0–8.4)। तालाब में आवश्यक मात्रा में नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया बने रह सकें, इसके लिए स्लर्ज के ठहरने का समय, नाइट्रिफाइंग बैक्टीरिया के न्यूनतम पीढ़ी-समय से अधिक होना आवश्यक है। वास्तविक उपयोग में, आमतौर पर >2 ही लिया जाना चाहिए। ； (4) घुलित ऑक्सीजन: ऑक्सीजन, जैविक नाइट्रीकरण प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉनों का ग्राहक है; इसकी सांद्रता कम होने पर नाइट्रीकरण प्रक्रिया प्रभावित होती है। आम तौर पर, एक्टिव स्लज विधि में नाइट्रीफिकेशन की प्रक्रिया के दौरान, घुलनशील ऑक्सीजन का स्तर 2–3 मिलीग्राम/लीटर से अधिक होना आवश्यक है। ； (5) बीओडी भार: नाइट्रीकरण बैक्टीरिया ऑटोट्रॉफिक बैक्टीरिया हैं, जबकि बीओडी ऑक्सीकरण बैक्टीरिया हेटेरोट्रॉफिक बैक्टीरिया हैं। यदि BOD5 का स्तर बहुत अधिक हो, तो उच्च वृद्धि-दर वाले ऑर्गेनोहेटरोटिक बैक्टीरिया तेजी से प्रजनन करने लगते हैं। इसके परिणामस्वरूप नाइट्रोफाइलिक बैक्टीरियाओं को कोई लाभ नहीं मिलता, और इससे नाइट्रिफिकेशन की दर कम हो जाती है। अतः, नाइट्रीकरण की प्रक्रिया को पूर्ण रूप से होने हेतु, BOD5 भार को 0.3 किग्रा (BOD5)/किग्रा (SS).दिन से कम रखना आवश्यक है। (II) जैविक एंटीनाइट्रिफिकेशन – ऑक्सीजन-रहित परिस्थितियों में, उपदत्त नाइट्रोजन-हटाने वाले बैक्टीरियों की क्रिया के कारण NO2–N एवं NO3–N को N2 में परिवर्तित करने की प्रक्रिया को एंटीनाइट्रिफिकेशन कहा जाता है। डीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉन दाता (हाइड्रोजन दाता) विभिन्न प्रकार के कार्बनिक पदार्थ होते हैं। मेथनॉल को कार्बन स्रोत के रूप में लेते हुए, इसकी अभिक्रिया समीकरण निम्नलिखित है:
6NO3– + 5CH3OH → 5CO2 + 4H2O + 3N2 + 6OH–
ऊपर दिए गए समीकरण से स्पष्ट है कि जैव-डीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया में न केवल NO3–-N एवं NO2–-N को अपचयित किया जा सकता है, बल्कि कार्बनिक पदार्थों को भी ऑक्सीकृत/विघटित किया जा सकता है। एंटीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक: (1) तापमान – अन्य अपशिष्ट जल शोधन प्रक्रियाओं की तुलना में, तापमान का एंटीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया पर अधिक प्रभाव पड़ता है। आम तौर पर, 20–40℃ के तापमान को ही बनाए रखना उचित होता है। ठंड के मौसम में, अच्छे रिडनाइट्रिफिकेशन परिणामों को बनाए रखने हेतु, सीवेज के ठहरने के समय को बढ़ाना, लोड को कम करना आदि उपाय किए जा सकते हैं। ； (2) pH मान: डीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया के दौरान pH मान को 7.0 से 8.0 के बीच रखा जाता है। ； (3) घुलनशील ऑक्सीजन – ऑक्सीजन, डीनाइट्रिफिकेशन प्रक्रिया में बाधा डालती है। आम तौर पर, एंटीनाइट्रिफिकेशन रिएक्टर में घुलनशील ऑक्सीजन की मात्रा को 0.5 मिलीग्राम/लीटर से कम (एक्टिव स्लज विधि में) या 1 मिलीग्राम/लीटर से कम (बायोफिल्म विधि में) रखना आवश्यक है। ； (4) कार्बन स्रोत: जब अपशिष्ट जल में पर्याप्त मात्रा में कार्बन स्रोत मौजूद हो, एवं BOD5/TN का मान (3–5) से अधिक हो, तो बाहर से कार्बन स्रोत डालने की आवश्यकता नहीं होती। जब अपशिष्ट जल में कार्बन एवं नाइट्रोजन का अनुपात इस मान से कम होता है, तो इसमें अतिरिक्त जैविक कार्बन मिलाना आवश्यक हो जाता है। अतिरिक्त कार्बन प्राप्त करने हेतु आमतौर पर मेथनॉल का उपयोग मेथनॉल द्वारा घुलनशील ऑक्सीजन के अतिरिक्त उपभोग को ध्यान में रखते हुए, मेथनॉल की मात्रा आमतौर पर NO3–N की मात्रा के 3 गुना होती है। इसके अलावा, सूक्ष्मजीवों की मृत्यु का भी उपयोग किया जा सकता ； ऑटोलाइसिस के बाद जो कार्बन उत्पन्न होता है, उसे “आंतरिक कार्बन स्रोत” कहा जाता है। लेकिन इसके लिए सीवेज को लंबे समय तक वहीं रहना होता है, या फिर भार-दर कम होनी चाहिए; ताकि सूक्ष्मजीव विकास-चक्र के स्थिर अवस्था या विनाशकारी अवस्था में रहें। इस कारण टैंक की क्षमता भी बढ़ जाती है। द्वितीय, ज़िलेनाइट का उपयोग विनिमय-अवशोषण हेतु किया जाता है। ज़िलेनाइट एक सिलिको-एल्यूमिनेट है; इसकी रासायनिक संरचना (M2+, 2M+)O·Al2O3·mSiO2•nH2O के रूप में व्यक्त की जा सकती है, जहाँ m = 2–10 एवं n = 0–9 है। यहाँ M2+ से तात्पर्य Ca2+, Sr2+ आदि द्विमूल्यक धनायनों से है, जबकि M+ से तात्पर्य Na+, K+ आदि एकमूल्यक धनायनों से है। ज़िलेनाइट एक कमजोर अम्लीय प्रकार का धनायन-विनिमयक है। ज़ियोलाइट की त्रिआयामी संरचना में नियमित छिद्र एवं खोखले स्थान होते हैं; इस कारण इसमें छानने की क्षमता, आदान-प्रदान/अधिशोषण की क्षमता, थर्मल स्थिरता एवं आकारिकीय स्थिरता जैसे उत्कृष्ट गुण होते हैं। प्राकृतिक ज़िलेटों की कई किस्में हैं; अमोनिया-नाइट्रोजन को हटाने हेतु मुख्य रूप से “ट्राइमेथिल ज़िलेट” का उपयोग किया जाता है। कुछ धनायनों के लिए क्लिनोप्टिलोलाइट की विनिमय-चयनात्मकता का क्रम इस प्रकार है: K+, NH4+ > Na+ > Ba2+ > Ca2+ > Mg2+. एनएच4+ के प्रति टिल्टाइट की उच्च चयनात्मकता का उपयोग करके, विनिमय-अवशोषण विधि के द्वारा जल में मौजूद अमोनियम नाइट्रोजन को हटाया जा सकता है। अवशोषण से संतृप्त हुए पत्थरों को पुनर्जीवित करके दोबारा उपयोग में लाया जा सकता है। विलयन का pH मान, ज़ियोलाइट द्वारा अमोनिया हटाने की प्रक्रिया पर बहुत ही प्रभाव ड जब pH मान बहुत अधिक होता है, तो NH4+ NH3 में परिवर्तित हो जाता है, जिससे आदान-अभिसरण की प्रक्रिया कमजोर हो जाती है। ； जब pH मान बहुत कम होता है, तो H+ का प्रतिस्पर्धात्मक अधिशोषण बढ़ जाता है; इससे NH4+ के निष्कासन में बाधा आती है। आमतौर पर, जल के pH मान के लिए 6 से 8 की सीमा उपयुक्त मानी जाती है। जब 10–20 मिलीग्राम/लीटर की मात्रा वाले अमोनियम नाइट्रोजन युक्त शहरी अपशिष्ट जल का उपचार किया जाता है, तो आउटपुट जल में इस पदार्थ की सांद्रता 1 मिलीग्राम/लीटर से भी कम हो जाती है। पारगमन के समय, पानी की मात्रा लगभग 100–150 बेडों के बराबर होती है। ज़िलेना की कार्यात्मक विनिमय क्षमता लगभग 0.4×10-3 n-1 mol/g होती है। जिस ज़िलेटा में अमोनियम की मात्रा संतृप्त स्तर तक पहुँच जाती है, उसे 5 ग्राम/लीटर की दर से चूने के घोल या संतृप्त चूने के पानी का उपयोग करके पुनर्उपयो पुनर्उत्पादित तरल पदार्थ की मात्रा, संसाधित पानी की मात्रा का लगभग 3–5% होती है। अध्ययनों से पता चलता है कि चूने के पुनर्उत्पादन घोल में 0.1 मोल NaCl मिलाने से पुनर्उत्पादन की दक्षता में वृद्धि होती है। चूने के पुनर्जीवन संबंधी जमाव-संबंधी समस्याओं को दूर करने हेतु, 2% सोडियम क्लोराइड वाले घोल का भी उपयोग पुनर्जीवन हेतु किया जाता है; ऐसी स्थिति में पुनर्जीवन हेतु आवश्यक घोल की मात्रा अधिक होती है। पुनर्उत्पादन के दौरान उत्पन्न होने वाले उच्च सांद्रता वाले अमोनिया युक्त अपशिष्ट तरल पदार्थों को अवश्य ही संसाधित किया जाना चाहिए। इनके संसाधन हेतु निम्नलिखित तरीके उपयोग में आते हैं: (1) वायु द्वारा निकालना – निकाले गए NH3 को या तो वायु में छोड़ दिया जाता है, या H2SO4 के द्वारा अवशोषित करके उर्वरक के रूप ； (2) वाष्पीकरण द्वारा अलग करना: ठोस पदार्थ 1% अमोनिया वाले घोल के रूप में होता है; इसका उपयोग खाद के रूप में किया जा सकता ह ； (3) विद्युत-ऑक्सीकरण (विद्युत-क्लोरीकरण): अमोनिया को ऑक्सीकृत करके N2 में परिवर्तित किया जाता है। तीन, वायु द्वारा निष्कासन: क्षारीय परिस्थितियों में (pH > 10.5), सीवेज में मौजूद अमोनियम नाइट्रोजन मुख्य रूप से NH3 के रूप में ही मौजूद होता है (चित्र 20-2)। जब अपशिष्ट जल को हवा के संपर्क में लाया जाता है, तो जल में मौजूद वाष्पशील NH3 तरल अवस्था से गैसीय अवस्था में चला जाता है; इस प्रकार जल से अमोनिया निकाल दिया जाता है। डिस्टिलेशन टॉवर में लकड़ी या प्लास्टिक की पट्टियों से बने फिलर लगे होते हैं। हवा टॉवर के निचले हिस्से से अंदर आती है, जबकि अपशिष्ट जल टॉवर के ऊपरी हिस्से से नीचे स्थित जल संग्रहण टैंक में जाता है। अमोनिया निष्कासन प्रक्रिया को प्रभावित करने वाले मुख्य कारक हैं: (1) pH मान – आमतौर पर pH मान को 10.8 से 11.5 तक बढ़ाया जाता है। ； (2) तापमान: जब पानी का तापमान कम होता है, तो अमोनिया की घुलनशीलता बढ़ जाती है, एवं वाष्पीकरण की दक्षता कम हो जाती है। उदाहरण के लिए, 20℃ पर अमोनिया हटाने की दर 90–95% होती है, जबकि 10℃ पर यह दर लगभग 75% तक गिर जाती है। इस कारण सर्दियों में डिस्टिलेशन टॉवरों का संचालन करना कठिन हो जाता है। ； (3) जल भार: यदि जल भार (मी³/म²·घंटा) अत्यधिक हो, तो उच्च दक्षता वाली वाष्पीकरण प्रक्रिया हेतु आवश्यक जल प्रवाह की स्थिति बिगड़ जाती है; इससे जल-पर्दा बन जाता है। ； जल-भार बहुत कम होने के कारण, फिलर ठीक से गीला नहीं हो पाता, जिससे संचालन में समस्याएँ आती हैं एवं “शुष्क टॉवर” बन जाता है। आमतौर पर, जल-बोझ 2.5 से 5 मीटर³/मी²·घंटा होता है। ； (4) वायु-जल अनुपात: निश्चित टॉवर ऊँचाई के लिए, वायु प्रवाह में वृद्धि करने से अमोनिया हटाने की दर में वृद्धि होती है। ； लेकिन जैसे-जैसे हवा का प्रवाह बढ़ता है, दबाव में भी वृद्धि होती है; इसलिए हवा के प्रवाह की एक सीमा होती है। आम तौर पर, गैस/पानी का अनुपात 2500–5000 (m3/m2) हो सकता है। ； (5) भराव सामग्री की संरचना एवं ऊँचाई – चूँकि बार-बार पानी का छिड़काव होना एवं पानी की बूँदों का निर्माण, अमोनिया को निकालने की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है; इसलिए भराव सामग्री का आकार, आकृति, आपसी दूरी एवं व्यवस्था, सभी ही अमोनिया को निकालने की प्रक्रिया पर प्रभाव डालते हैं। आम तौर पर, भराव सामग्री के बीच की दूरी 40–50 मिमी होती है, जबकि भराव सामग्री की ऊँचाई 6–7.5 मीटर होती है। यदि फिलरों के बीच की दूरी बढ़ाई जाए, तो फिलरों की ऊँचाई भी अधिक होनी पड़ेगी। ； (6) जमाव-नियंत्रण: भराव पदार्थों के कारण होने वाला जमाव (CaCO3), ब्लोट टॉवर की प्रसंस्करण क्षमता को कम कर देता है। जमाव को नियंत्रित करने हेतु उपाय हैं: उच्च दबाव वाले पानी से जमाव को धोना। ； प्रवाहित पानी में स्केल-रोधक पदार्थ मिलाना: CO2 युक्त न होने वाली, या कम CO2 वाली हवा का उपयोग करके इस प्रक्रिया को किया जाता है (जैसे – अमोनिया हटाने हेतु एग्जॉस्ट गैसों का पुनः उपयोग)। ； लकड़ी आदि के स्थान पर, ऐसे प्लास्टिक भराव सामग्रियों का उपयोग किया जाता है, जिन पर जमाव वायु-फ्लशिंग विधि से अमोनिया को हटाया जा सकता है; इस विधि में अमोनिया हटने की दर 60–95% तक होती है। इस प्रक्रिया में चरण कम होते हैं, परिणाम स्थिर रहते हैं, एवं निर्माण एवं संचालन लागत भी कम होती है। इस विधि का उपयोग उच्च सांद्रता वाले अमोनियायुक्त अपशिष्ट जल के उपचार हेतु भी किया जा सकता है। लेकिन कम तापमान पर वाष्पीकरण की दक्षता कम हो जाती है; इसके अलावा, जमा हुआ स्केल संचालन में बाधा डालता है। वाष्पीकृत होने वाला अमोनिया पर्यावरण में द्वितीयक प्रदूषण भी उत्पन्न करता है। चौथा, ब्रेकपॉइंट क्लोरीनीकरण – अतिरिक्त मात्रा में क्लोरीन या सोडियम हाइपोक्लोराइट का उपयोग करके, अपशिष्ट जल में मौजूद अमोनिया को पूरी तरह N2 में ऑक्सीकृत करने की विधि को “ब्रेकपॉइंट क्लोरीनीकरण” कहा जाता है। इस प्रक्रिया को निम्न समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:
NH4+ + 1.5HOCl → 0.5N2 + 1.5H2O + 2.5H+ + 1.5Cl-
समीकरण से पता चलता है कि ब्रेकपॉइंट तक पहुँचने हेतु आवश्यक क्लोरीन की मात्रा 7.6 किग्रा/किग्रा (NH3-N) है; जबकि वास्तव में आवश्यक क्लोरीन की मात्रा 8–10 किग्रा/किग्रा (NH3-N) होती है। जब pH = 6–7 होता है, तो अभिक्रिया के लिए आवश्यक दवा की मात्रा कम से कम रहती है। संपर्क का समय आमतौर पर 0.5 से 2 घंटे होता है। pH मान एवं क्लोरीन की मात्रा पर सख्त नियंत्रण रखने से, अभिक्रिया के दौरान हानिकारक क्लोरामाइन (जैसे NCl3) एवं क्लोरीनयुक्त कार्बनिक पदार्थों का उत्पादन कम हो जाता है। ब्रेकपॉइंट क्लोरिनेशन विधि से अमोनियाकल नाइट्रोजन को 90–100% तक हटाया जा सकता है। इस विधि का प्रभाव स्थिर रहता है; जल के तापमान से इस पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता। साथ ही, इसकी निर्माण लागत भी कम होती है। लेकिन इसकी संचालन लागत अधिक है। ； अवशिष्ट क्लोरीन एवं क्लोरीनयुक्त कार्बनिक पदार्थों का बाद में उपचार किया जाना आ
क्षारीय वातावरण में, स्ट्रिपिंग टॉवर में स्ट्रिपिंग करने पर परिणाम बहुत ही अच्छे मिलते हैं।