नगरपालिका के कीचड़ को सुखाने की विशेषताओं पर अध्ययन

लेना जल निकासी कीचड़क़िंगपु ज़िला नगर पालिका मलजल प्रबंध इस शोधपत्र में कच्चे माल के रूप में पौधों का उपयोग करते हुए, औद्योगिक विश्लेषण, सूक्ष्म आकारिकी, मूल संरचना और कैलोरी मान के पहलुओं से सुखाने से पहले और बाद में कीचड़ की विशेषताओं में अंतर का अध्ययन किया गया है, और कीचड़ को सुखाने और भस्म करने के लिए बुनियादी डेटा प्रदान किया गया है।

कीचड़ एक उप-उत्पाद है मलजल उपचार प्रक्रियाउच्च जल सामग्री (आमतौर पर लगभग 98%), विशाल मात्रा, निपटान में कठिनाई और जटिल संरचना वाले इस अपशिष्ट जल में बड़ी संख्या में कार्बनिक पदार्थ, भारी धातुएँ, लवण, अपघटनीय पदार्थ और रोगजनक सूक्ष्मजीव, परजीवी अंडे आदि पाए जाते हैं। सीवेज उपचार के उन्नत होने के साथ, अपशिष्ट जल का उचित उपचार और निपटान तेजी से महत्वपूर्ण होता जा रहा है, और अनुपचारित अपशिष्ट जल पर्यावरण के लिए एक बड़ा खतरा है।

ई20 अनुसंधान संस्थान के आंकड़ों के अनुसार, सीवेज उपचार संयंत्रों द्वारा उत्पन्न कीचड़ के आधे से अधिक भाग का उपचार करके उसे सैनिटरी लैंडफिल में निपटाया जाता है, और इस कीचड़ का 18% से अधिक भाग व्यर्थ हो जाता है। 80% तक शुष्क कीचड़ में मौजूद 50% से अधिक जल तत्व को लैंडफिल की साधारण विधि से निपटाया जाता है। इस निपटान विधि से न केवल गंभीर पर्यावरणीय द्वितीयक प्रदूषण होता है, बल्कि यह बहुत अधिक क्षेत्र भी घेरती है, और दीर्घकाल में इसे दफनाने के लिए कोई भूमि उपलब्ध नहीं होगी। कीचड़ उपचार "जल दस" और "13वीं पंचवर्षीय योजना" में निपटान संबंधी आवश्यकताओं ने अनुकूल नीतियों की स्थिति में कीचड़ उपचार और निपटान बाजार के विकास को बढ़ावा दिया है, और संबंधित उपचार प्रौद्योगिकी और उपकरण भी तेजी से विकसित हुए हैं।

"सीवेज ट्रीटमेंट प्लांट में कीचड़ के उपचार और निपटान के लिए सर्वोत्तम संभव तकनीकी दिशानिर्देश" नामक रिपोर्ट में यह माना गया है कि कीचड़ को सुखाना और जलाना ही भविष्य में हमारे देश द्वारा अपनाई जाने वाली दिशा है। उच्च दक्षता और कम ऊर्जा खपत के साथ कीचड़ को सुखाने और जलाने की प्रक्रिया को साकार करने के लिए, सुखाने से पहले और बाद में कीचड़ की विशेषताओं का कई दृष्टिकोणों से व्यवस्थित अध्ययन करना आवश्यक है।

इस शोधपत्र में, बुनियादी विश्लेषण, सूक्ष्म आकारिकी, बुनियादी संरचना और कैलोरी मान के पहलुओं से सुखाने से पहले और बाद में निर्जलित कीचड़ की विशेषताओं का अध्ययन किया गया, जिसने कीचड़ को सुखाने और भस्म करने की प्रक्रिया को साकार करने के लिए बुनियादी डेटा प्रदान किया।

प्रायोगिक उपकरण

नगरपालिका जल निकासी कीचड़ इसे पतली परत सुखाने वाले ड्रायर का उपयोग करके सुखाया जाता है, और पतली परत सुखाने वाले ड्रायर का संरचनात्मक आरेख चित्र में दिखाया गया है। पतली परत सुखाने वाली मशीन खोल, रोटर और चालक उपकरण से बनी होती है। रोटर निर्जलित कीचड़ को खोल जैकेट की भीतरी दीवार पर एक पतली परत में फैलाता है, और जैकेट में उच्च तापमान वाली भाप या ऊष्मा चालन तेल द्वारा कीचड़ को सुखाता है।

कीचड़ सुखाने से पहले और बाद में बुनियादी विश्लेषण और तुलना

160℃ तापमान और 0.6 एमपीए के अत्यधिक गर्म भाप को पतली परत वाले ड्रायर में प्रवाहित किया गया ताकि लगभग 80% नमी वाले निर्जलित कीचड़ को सुखाकर उसकी नमी की मात्रा 30% से कम की जा सके। सुखाने से पहले और बाद में कीचड़ के नमूने कई बार लिए गए और उनका विश्लेषण किया गया। परिणामों से पता चला कि सुखाने के बाद कीचड़ में वाष्पशील पदार्थों की मात्रा कम हो गई, और सुखाने के आधार में वाष्पशील पदार्थों की मात्रा 4.53% से 8.66% तक कम हो गई। साथ ही, कीचड़ में राख की मात्रा बढ़ गई, और सुखाने के आधार का उच्च कैलोरी मान 0.335 से 1.15 एमजे/किलोग्राम तक कम हो गया। इसका मुख्य कारण यह है कि ऊष्मीय सुखाने की प्रक्रिया में, कीचड़ में मौजूद वाष्पशील कार्बनिक यौगिक और कुछ महीन कीचड़ कण, सुखाने के बाद निकलने वाली जल वाष्प के साथ मिलकर अपशिष्ट गैस बन जाते हैं और बाद के अपशिष्ट गैस उपचार अनुभाग में प्रवेश करते हैं।

सुखाने से पहले और बाद में कीचड़ की सूक्ष्मसंरचना की तुलना

नीचे दिए गए चित्र में सुखाने से पहले और बाद में स्लज की सूक्ष्म संरचना दिखाई गई है। चित्र से स्पष्ट है कि सुखाने से पहले स्लज की संरचना अपेक्षाकृत ढीली होती है, और बड़ी संख्या में बाह्यकोशिकीय बहुलक कोलाइड के बाहर लिपटे और एकत्रित होते हैं, जिससे एक स्पष्ट समुच्चय संरचना बनती है। इस प्रकार, स्लज में मौजूद बंधित जल, अंतरालीय जल और अंतःकोशिकीय जल स्लज के गुच्छे में समाहित हो जाते हैं, जिससे भौतिक और रासायनिक क्रियाओं द्वारा इसका और अधिक निर्जलीकरण करना कठिन हो जाता है। सुखाने के बाद के स्लज की तुलना में, सुखाने से पहले के स्लज में उच्च सरंध्रता, बड़ा विशिष्ट पृष्ठीय क्षेत्रफल, प्रबल संपीड्यता होती है, और स्लज के गुच्छे को कम यांत्रिक बल लगाकर या ऊष्मा प्रदान करके नष्ट किया जा सकता है। स्लज में जल के वाष्पीकरण के साथ, स्लज के गुच्छे की संरचना धीरे-धीरे ढह जाती है, जिससे एक तंग सतह संरचना वाली समुच्चय संरचना बनती है और दाईं ओर के चित्र में दिखाए गए रिक्त स्थान धीरे-धीरे सिकुड़ते जाते हैं। हालांकि, स्लज के रिक्त स्थान अनुपात में कमी के साथ जल वाष्पीकरण दक्षता भी कम हो जाएगी।

सुखाने से पहले और बाद में कीचड़ की संरचना की तुलना

चित्र में स्लज सुखाने से पहले और बाद में इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रल स्कैनिंग विश्लेषण के परिणाम दर्शाए गए हैं। स्लज के शुष्क समूह के प्रतिनिधि कार्यात्मक समूह मुख्य रूप से मुक्त H2O, -OH, -CH2, -CH3, एरोमैटिक रिंग, C=C, CO, हैलोजेनेटेड हाइड्रोकार्बन आदि हैं। यह इंगित करता है कि स्लज में कार्बनिक पदार्थ की मात्रा अधिक है, और कार्बनिक पदार्थ प्रोटीन, लिपिड, स्टार्च और सेलुलोज हो सकते हैं। अध्ययनों से पता चला है कि स्लज के कार्बनिक पदार्थ में प्रोटीन की मात्रा 60% से अधिक, लिपिड लगभग 20%, स्टार्च और सेलुलोज लगभग 15% है। इन कार्बनिक पदार्थों के अपघटन से NH3, H2S, VOCs और अन्य गंधयुक्त गैसें उत्पन्न होती हैं।

ईपीएस प्रोटीन, पॉलीसेकेराइड और थोड़ी मात्रा में लिपिड, न्यूक्लिक एसिड और ह्यूमस से बना एक उच्च बहुलक है। ईपीएस के विशिष्ट यौगिकों की पहचान स्लज में ईपीएस की बड़ी मात्रा की उपस्थिति को दर्शाती है। स्लज के एक महत्वपूर्ण कार्बनिक घटक के रूप में, ईपीएस की मात्रा स्लज के विशिष्ट कार्यात्मक समूहों की अवरक्त अवशोषण तीव्रता को निर्धारित करती है। विश्लेषण प्रक्रिया के दौरान स्लज में मौजूद अशुद्धियों के सूक्ष्म हस्तक्षेप को छोड़कर, सुखाने से पहले और बाद में स्लज के अवरक्त स्पेक्ट्रा की तुलना करने पर यह देखा जा सकता है कि सुखाने से पहले स्लज की अवरक्त अवशोषण तीव्रता सुखाने के बाद स्लज की तुलना में काफी अधिक है। सुखाने से पहले स्लज की तुलना में, सुखाने के बाद स्लज के स्पेक्ट्रा में 1654 और 1543 सेमी⁻¹ (C=C), 2924 सेमी⁻¹ (CH) और 1076 सेमी⁻¹ (CO) पर शोल्डर पीक छोटे थे, जो स्लज सुखाने की प्रक्रिया के दौरान प्रोटीन जैसे पदार्थों के अपघटन को दर्शाता है। इससे स्लज के सूखने के बाद कार्बनिक पदार्थ और वाष्पशील पदार्थ की मात्रा में कमी आने की भी व्याख्या हो जाती है।

सुखाने से पहले और बाद में स्लज की नमी की मात्रा, कार्बनिक पदार्थ और कैलोरी मान की तुलना

कीचड़ में मौजूद कार्बनिक पदार्थ ही उसके कैलोरी मान का मुख्य स्रोत होते हैं, जबकि कीचड़ में नमी की मात्रा भी उसके कैलोरी मान को काफी प्रभावित करती है। कीचड़ में नमी की मात्रा अधिक होने पर उसका कैलोरी मान कम हो जाता है, जिससे कीचड़ के भस्मीकरण पर निश्चित रूप से असर पड़ेगा। इसके अलावा, कीचड़ को सुखाने की प्रक्रिया में सिस्टम की ऊर्जा खपत का अधिकांश हिस्सा कीचड़ में मौजूद पानी को वाष्पित करने में खर्च होता है।

सुखाने के बाद स्लज में कार्बनिक पदार्थ की मात्रा थोड़ी कम हो गई, और इसके परिणामस्वरूप शुष्क आधार का उच्च कैलोरी मान भी थोड़ा कम हो गया। स्लज की नमी की मात्रा और कैलोरी मान के बीच तथा स्लज के कार्बनिक पदार्थ और कैलोरी मान के बीच सहसंबंध का अध्ययन किया गया, और रैखिक प्रतिगमन द्वारा चरों के बीच सहसंबंध गुणांक प्राप्त किया गया तथा सहसंबंध विश्लेषण किया गया।

शुष्क स्लज की नमी की मात्रा और उसके निम्न कैलोरी मान के बीच नकारात्मक सहसंबंध है, जो नमी की मात्रा बढ़ने के साथ घटता जाता है। हालांकि, शुष्क स्लज की नमी की मात्रा और निम्न कैलोरी मान के बीच सहसंबंध गुणांक 0.882 है, और 95% विश्वास स्तर पर एफ परीक्षण का पी मान 0.061 है। चूंकि एफ परीक्षण का पी मान 0.05 से अधिक है, इसलिए शुष्क स्लज की नमी की मात्रा का निम्न कैलोरी मान के साथ कोई महत्वपूर्ण रैखिक सहसंबंध नहीं है।

कच्चे स्लज की कार्बनिक पदार्थ सामग्री और शुष्क आधार पर उच्च कैलोरी मान के बीच सहसंबंध गुणांक 0.997 था, और 95% विश्वास स्तर के तहत एफ परीक्षण का पी मान 0.0033 था। एफ परीक्षण का पी मान 0.05 से कम है, इसलिए कच्चे स्लज की कार्बनिक पदार्थ सामग्री का उसके शुष्क आधार पर उच्च कैलोरी मान के साथ महत्वपूर्ण सहसंबंध है।

शुष्क स्लज की कार्बनिक पदार्थ मात्रा शुष्क आधार के उच्च कैलोरी मान से सकारात्मक रूप से सहसंबंधित थी, और कार्बनिक पदार्थ मात्रा में वृद्धि के साथ शुष्क आधार का उच्च कैलोरी मान भी बढ़ता गया। इसके अलावा, शुष्क स्लज की कार्बनिक पदार्थ मात्रा और शुष्क सब्सट्रेट के उच्च कैलोरी मान के बीच सहसंबंध गुणांक 0.973 था, और 95% विश्वास स्तर पर F परीक्षण का P मान 0.014 था। चूंकि F परीक्षण का P मान 0.05 से कम है, इससे यह स्पष्ट होता है कि शुष्क स्लज की कार्बनिक पदार्थ मात्रा और शुष्क आधार के उच्च कैलोरी मान के बीच महत्वपूर्ण सहसंबंध है।

उपरोक्त विश्लेषण से यह स्पष्ट है कि गाद का कैलोरी मान नमी की मात्रा और कार्बनिक पदार्थ की मात्रा से घनिष्ठ रूप से संबंधित है, और गाद में कार्बनिक पदार्थ की मात्रा और गाद के शुष्क आधार के कैलोरी मान के बीच एक महत्वपूर्ण सकारात्मक सहसंबंध है। इससे यह भी पता चलता है कि यदि सीवेज उपचार संयंत्र से प्राप्त गाद के उपचार और निर्जलीकरण के लिए बड़ी संख्या में अकार्बनिक योजकों का उपयोग किया जाता है, तो इससे निर्जलीकरण का महत्वपूर्ण प्रभाव तो पड़ता है, लेकिन बड़ी संख्या में अकार्बनिक पदार्थों के उपयोग से न केवल गाद सुखाने की प्रक्रिया का सिस्टम लोड बढ़ता है, बल्कि गाद में कार्बनिक पदार्थ की मात्रा भी काफी कम हो जाती है, जिससे बाद में गाद को सुखाने और भस्म करने पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है।

निष्कर्ष

इस शोधपत्र में, शंघाई के किंगपु जिले से प्राप्त निर्जलित कीचड़ को कच्चे माल के रूप में उपयोग करके, सुखाने से पहले और बाद में निर्जलित कीचड़ की विशेषताओं का विश्लेषण किया गया है।

(1) सुखाने की प्रक्रिया आगे बढ़ने के साथ, कीचड़ की सतह संरचना धीरे-धीरे बंद हो जाती है, अंतराल धीरे-धीरे कम हो जाता है, और सुखाने की दक्षता धीरे-धीरे कम हो जाती है।

(2) कीचड़ की सुखाने की प्रक्रिया में कार्बनिक पदार्थ का थोड़ा अपघटन होगा, जिससे सुखाने के बाद कीचड़ में कार्बनिक पदार्थ और वाष्पशील पदार्थ की मात्रा थोड़ी कम हो जाएगी।

(3) स्लज का कम कैलोरी मान उसकी नमी की मात्रा से नकारात्मक रूप से संबंधित है, लेकिन कोई स्पष्ट रैखिक संबंध नहीं है; स्लज के उच्च कैलोरी मान और उसमें मौजूद कार्बनिक पदार्थ की मात्रा के बीच सकारात्मक रैखिक संबंध पाया गया। इसलिए, स्लज के कैलोरी मान को सुनिश्चित करने के लिए स्लज की नमी की मात्रा को कम करना और उसमें मौजूद कार्बनिक पदार्थ की मात्रा में होने वाली हानि को कम करना आवश्यक है।