10.3 एरोबिक उपचार

एरोबिक उपचार ऑक्सीजन के साथ अपने संपर्क का समर्थन करके कीचड़ के ऑक्सीकरण को बढ़ाता है। इस मामले में, कार्बनिक पदार्थ का ऑक्सीकरण मुख्य रूप से हेटरोट्रॉफिक सूक्ष्मजीवों के श्वसन द्वारा संचालित होता है। Cosub2/उप, श्वसन का अंतिम उत्पाद, जारी किया गया है जैसा कि Eq में दिखाया गया है (10.1)।

$ C_6H_ {12} O_6 + 6\ O_2\ rarr 6\ CO_2+6\ H_2O +ऊर्जा $ (10.1)

एरोबिक रिएक्टरों में यह प्रक्रिया मुख्य रूप से कीचड़ में हवा को इंजेक्शन करके हासिल की जाती है - डिफ्यूज़र और प्रोपेलर से जुड़े वायु ब्लोअर के साथ पानी का मिश्रण। वायु इंजेक्शन भी कीचड़ का एक उचित मिश्रण सुनिश्चित करता है।

इस ऑक्सीडेटिव प्रक्रिया के दौरान, कार्बनिक पदार्थ से बंधे मैक्रो- और सूक्ष्म पोषक तत्व जारी किए जाते हैं। इस प्रक्रिया को एरोबिक खनिज कहा जाता है। इसलिए, खनिज प्रक्रिया के दौरान और पोषक तत्वों का पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है, जबकि कुछ पोषक तत्व, जैसे सोडियम और क्लोराइड, हाइड्रोपोनिक अनुप्रयोग के लिए अपनी सीमा से अधिक हो सकते हैं और आवेदन से पहले सावधानी से निगरानी की जानी चाहिए (Rakocy et al. 2007)। आरएएस में ठोस हटाने इकाई (जैसे स्पष्टीकरण या ड्रम फिल्टर) से प्राप्त कार्बनिक पदार्थों का एरोबिक खनिज, बाद के एक्वापोनिक अनुप्रयोग के लिए पोषक तत्वों को रीसायकल करने का एक आसान तरीका है।

इसके अलावा, एरोबिक पाचन प्रक्रिया के दौरान, पीएच गिर जाता है और कीचड़ में फंसे हुए बाध्य खनिजों के खनिज को बढ़ावा देता है। उदाहरण के लिए, मोन्सी एट अल। (2017) ने दिखाया कि इस पीएच शिफ्ट के कारण पी आरएएस कीचड़ से जारी किया गया था। पीएच में यह कमी मुख्य रूप से श्वसन द्वारा संचालित होती है और शायद नाइट्रिफिकेशन द्वारा कम हद तक होती है।

खनिज कक्ष के वायुमंडल और कार्बनिक पदार्थों की बहुतायत के माध्यम से ऑक्सीजन की निरंतर आपूर्ति के कारण, हेटरोट्रॉफिक सूक्ष्मजीवों को विकसित करने के लिए आदर्श स्थितियां मिलती हैं। इसके परिणामस्वरूप श्वसन की वृद्धि और कॉसब2/सब की रिहाई होती है जो पानी में घुल जाती है। Cosub2/उप रूपों कार्बोनिक एसिड जो dissociates और इस तरह के रूप में निम्नलिखित समीकरण में सचित्र प्रक्रिया पानी के पीएच को कम करती है:

$ CO_ {2 (जी)} +2\ H_2O\ rarr H_3O ^ ++ {HCO_3} ^ - $ (10.2)

आरएएस व्युत्पन्न अपशिष्ट जल में अक्सर एनएचएसयूबी 4/सबसुप +/एसयूपी होता है और इसके अतिरिक्त लगभग 7 के तटस्थ पीएच द्वारा विशेषता होती है, क्योंकि आरएएस में पीएच को उस स्तर पर रखा जाना चाहिए ताकि एनएचएसयूबी 4/सबसुप +/एसयूपी के इष्टतम माइक्रोबियल रूपांतरण को सुनिश्चित किया जा सके बायोफिल्टर (यानी नाइट्रिफिकेशन) के भीतर। नाइट्रीफिकेशन प्रक्रिया प्रारंभिक चरण में एरोबिक रिएक्टरों में पीएच में कमी के लिए प्रोटॉन जारी करके योगदान दे सकती है, जैसा कि निम्नलिखित समीकरण में देखा जा सकता है:

$ {एनएच_4} ^+ + 2\ O_2\ rarr {NO_3} ^- +2\ h ^ ++ एच_2 ओ+ऊर्जा $ (10.3)

यह शुरुआती चरण के लिए कम से कम मान्य है जहां पीएच अभी भी 6 से ऊपर है। पीएच ≤ 6 पर, नाइट्रीफिकेशन काफी धीमा हो सकता है या यहां तक कि बंद भी हो सकता है (ईबेलिंग एट अल 2006)। हालांकि, यह खनिज इकाई के लिए किसी समस्या का प्रतिनिधित्व नहीं करता है।

चल रही प्रक्रिया में एरोबिक खनिज इकाई में पीएच की सामान्य कमी कैल्शियम फॉस्फेट के रूप में उपजी खनिजों के रूप में मौजूद पोषक तत्वों की रिहाई का मुख्य चालक है। Monsees एट अल. (2017) ने कहा कि चारों ओर 50% कीचड़ में फॉस्फेट एसिड घुलनशील था, एक Tilapia आरएएस जहां एक मानक फ़ीड fishmeal युक्त लागू किया गया था से ली गई। यहां, रास के भीतर लगभग 80% फॉस्फेट डिकेंटर की सफाई और कीचड़ के पानी के मिश्रण को छोड़कर खो गया था। इस तथ्य को ध्यान में रखते हुए, एक्वापोनिक अनुप्रयोगों के लिए खनिज इकाइयों की बड़ी क्षमता साफ हो जाती है।

एरोबिक खनिज के फायदे कुशल कर्मियों की आवश्यकता के साथ कम रखरखाव हैं और बाद में कोई पुनरुत्थान नहीं है। समृद्ध पानी का उपयोग सीधे पौधे के उर्वरक के लिए किया जा सकता है, आदर्श रूप से पोषक तत्व समाधान की पर्याप्त तैयारी के लिए एक ऑनलाइन प्रणाली द्वारा प्रबंधित किया जाता है। एनारोबिक खनिज की तुलना में एक नुकसान यह है कि कोई मीथेन का उत्पादन नहीं किया जाता है (चेन एट अल 1997) और, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, निरंतर वातन की आवश्यकता के कारण उच्च ऊर्जा मांग।

10.3.1 एरोबिक खनिज इकाइयां

चित्र 10.2 बैच मोड में संचालित एक एरोबिक खनिज इकाई का योजनाबद्ध उदाहरण। खनिज कक्ष (ब्राउन) को आउटलेट कक्ष (नीला) से एक चलनी प्लेट द्वारा अलग किया जाता है जो खनिज प्रक्रिया (मजबूत वातन) के दौरान एक ठोस कवर प्लेट द्वारा कवर किया जाता है ताकि ठीक कणों के क्लोजिंग और गठन को रोका जा सके। एक स्पष्टीकरण या ड्रम फिल्टर से कार्बनिक समृद्ध पानी इनलेट के माध्यम से खनिज इकाई में प्रवेश करता है। खनिज चक्र पूरा होने के बाद, पोषक तत्व युक्त, ठोस मुक्त पानी आउटलेट के माध्यम से खनिज इकाई से बाहर निकलता है और या तो सीधे हाइड्रोपोनिक इकाई में स्थानांतरित किया जाता है या जब तक आवश्यक हो तब तक भंडारण टैंक में रखा जाता है

एरोबिक खनिज इकाई का एक डिजाइन उदाहरण चित्र 10.2 में प्रस्तुत किया गया है। इनलेट एक वाल्व के माध्यम से ठोस हटाने इकाई से जुड़ा हुआ है, जो कीचड़ और पानी के मिश्रण के साथ खनिज कक्ष के असंतत फिर से भरने की अनुमति देता है। खनिज कक्ष को संपीड़ित हवा के माध्यम से वाष्पित किया जाता है ताकि हेटरोट्रॉफिक बैक्टीरिया के श्वसन को बढ़ावा दिया जा सके और जितना संभव हो सके एनारोबिक डेनिट्रिफिकेशन प्रक्रियाओं को बनाए रखा जा सके। कार्बनिक सामग्री को खनिज कक्ष छोड़ने से रोकने के लिए, एक छलनी प्लेट बाधा के रूप में काम कर सकती है। आदर्श रूप से, खनिज प्रक्रिया (वातन के दौरान) के दौरान छलनी को कवर करने के लिए एक दूसरी, अभेद्य कवर प्लेट का उपयोग किया जाना चाहिए। इससे छलनी प्लेट को क्लोजिंग से रोकना चाहिए क्योंकि भारी वातन के दौरान जैविक सामग्री को लगातार चलनी प्लेट के खिलाफ ले जाया जाएगा। खनिज कक्ष से हाइड्रोपोनिक इकाई में पोषक तत्व युक्त पानी को स्थानांतरित करने से पहले, कणों को व्यवस्थित करने की अनुमति देने के लिए वातन बंद कर दिया जाता है। इसके बाद, कवर प्लेट हटा दी जाती है, और पोषक तत्व समृद्ध पानी चलनी प्लेट से गुजर सकता है और चित्र 10.2 में सुझाए गए आउटलेट के माध्यम से खनिज कक्ष को छोड़ सकता है। अंत में, कवर प्लेट को फिर से रखा जाता है, खनिज कक्ष को रास-व्युत्पन्न कीचड़ - पानी के मिश्रण से फिर से भर दिया जाता है, और खनिज प्रक्रिया फिर से शुरू होती है (यानी बैच प्रक्रिया)।

खनिज इकाई में निरंतर खनिज की अनुमति देने के लिए स्पष्टीकरण की मात्रा कम से कम दो बार होनी चाहिए। सिस्टम, जैविक भार और आवश्यक पोषक तत्व प्रोफाइल के आधार पर एक खनिज चक्र 5-30 दिनों तक चल सकता है और प्रत्येक व्यक्तिगत प्रणाली के लिए विस्तृत किया जाना चाहिए। ड्रम फ़िल्टर सहित सिस्टम के लिए, क्योंकि यह अधिकांश आधुनिक आरएएस में मामला है, खनिज इकाई आकार को ड्रम फ़िल्टर के दैनिक या साप्ताहिक कीचड़ बहिर्वाह के अनुसार समायोजित किया जाना चाहिए। चूंकि अब तक प्रयोगात्मक सेटअप में इसका परीक्षण नहीं किया गया है, इसलिए वर्तमान में विशिष्ट सिफारिशें संभव नहीं हैं।

10.3.2 कार्यान्वयन

एक decoupled एक्वापोनिक प्रणाली में एरोबिक खनिज इकाई के कार्यान्वयन का एक उदाहरण चित्र 10.3 में प्रस्तुत किया गया है। चूंकि कोई पूर्व और पोस्ट-ट्रीटमेंट (जैसे पुन: ऑक्सीजनकरण) की आवश्यकता नहीं है, इसलिए खनिज इकाई को ठोस हटाने इकाई और हाइड्रोपोनिक बेड के बीच सीधे रखा जा सकता है। खनिज इकाई से पहले और बाद में एक वाल्व स्थापित करके, हाइड्रोपोनिक इकाई के लिए एक असंतत संचालन और पोषक तत्व वितरण संभव है, लेकिन कई मामलों में, एक अतिरिक्त भंडारण टैंक की आवश्यकता होगी। आदर्श रूप से, हाइड्रोपोनिक इकाई में पोषक तत्व युक्त पानी को निर्देशित करने के बाद, विस्थापित पानी को ठोस हटाने इकाई से नई कीचड़ और पानी से बदल दिया जाता है। खनिज इकाई की मात्रा के आधार पर, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि नई कीचड़ के साथ फिर से भरना - पानी के मिश्रण से पीएच में वृद्धि हो सकती है, और इस प्रकार खनिज प्रक्रिया को बाधित किया जा सकता है। खनिज इकाई के आकार को बढ़ाकर, यह प्रभाव buffered किया जाएगा। Rakocy et al द्वारा अध्ययन में. (2007) दो जलीय कृषि प्रणालियों से तरल कार्बनिक अपशिष्ट की जांच, एरोबिक खनिज के लिए 29 दिनों का एक प्रतिधारण समय एक पर्याप्त खनिज सफलता के परिणामस्वरूप। फिर भी, यह खनिज कक्ष के भीतर टीएस सामग्री पर निर्भर करता है, आरएएस पर लागू फ़ीड पर, तापमान पर और हाइड्रोपोनिक इकाई के भीतर उत्पादित पौधों की पोषक तत्वों की आवश्यकताओं पर।

चित्र 10.3 एक एरोबिक खनिज इकाई सहित एक decoupled एक्वापोनिक प्रणाली की योजनाबद्ध तस्वीर। पानी को पोषक तत्व जलाशय में या तो आरएएस वॉटर लूप से या सीधे खनिज इकाई से स्थानांतरित किया जा सकता है