Impact of co-digesting fruit juice processing wastewater with primary sludge on VFA and methane production
इस अध्ययन में पाया गया कि फ्रूट जूस प्रोसेसिंग अपशिष्ट जल को प्राइमरी स्लज के साथ सह-पाचन (co-digesting) करने से सबस्ट्रेट के COD:N अनुपात में सुधार हुआ, लेकिन केवल फ्रूट जूस अपशिष्ट जल का उपयोग करने की तुलना में वाष्पशील फैटी एसिड (volatile fatty acid) के संचय या मीथेन की प्राप्ति में कोई महत्वपूर्ण वृद्धि नहीं हुई।
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एक ऐसी दुनिया की कल्पना करें जहाँ हम अपशिष्ट को खजाने में बदल सकते हैं, विशेष रूप से बदबूदार, मीठे अपशिष्ट जल को स्वच्छ ऊर्जा में। यह एनारोबिक डाइजेशन (anaerobic digestion) का जादू है, एक ऐसी प्रक्रिया जहाँ सूक्ष्म, अदृश्य सूक्ष्मजीव एक जैविक कारखाने की तरह कार्य करते हैं, जो अंधेरे में कार्बनिक पदार्थों को तोड़कर बायोगैस (मुख्य रूप से मीथेन, जिसे हम गर्मी और बिजली के लिए जला सकते है) का उत्पादन करते हैं। इन सूक्ष्मजीवों को श्रमिकों की एक टीम के रूप में सोचें: कुछ भोजन के बड़े टुकड़ों को छोटे टुकड़ों में तोड़ते हैं, अन्य उन टुकड़ों को एसिड में बदलते हैं, और अंतिम टीम उन एसिड्स को गैस में बदल देती है।
हालाँकि, इस कारखाने का एक नाजुक संतुलन होता है। यदि आप इसे बहुत अधिक चीनी बहुत तेज़ी से खिलाते हैं, तो "एसिड बनाने वाले" कार्यकर्ता उत्साहित हो जाते हैं और एसिड की बाढ़ ला देते है, जिससे pH स्तर गिर जाता है और वातावरण "गैस बनाने वाले" कार्यकर्ताओं के जीवित रहने के लिए बहुत अधिक अम्लीय (sour) हो जाता है। यह एक ऐसी पार्टी की तरह है जहाँ संगीत इतना तेज़ हो जाता है कि सभी लोग चले जाते हैं। इसे ठीक करने के लिए, वैज्ञानिक अक्सर विभिन्न प्रकार के कचरे को मिलाने की कोशिश करते हैं—एक रणनीति जिसे को-डाइजेशन (co-digestion) कहा जाता है। एक मीठे, अम्लीय कचरे को एक "बफर्ड" (buffered) कचरे (जो pH परिवर्तनों का विरोध करता है और अतिरिक्त पोषक तत्व प्रदान करता है) के साथ मिलाकर, वे उम्मीद करते हैं कि वे पार्टी को सुचारू रूप से जारी रख सकेंगे और अधिक ऊर्जा का उत्पादन कर सकेंगे। लेकिन क्या फलों के रस के अपशिष्ट जल में थोड़ा सा प्राइमरी स्लज मिलाना वास्तव में मदद करता है, या यह केवल पानी को गंदा कर देता है?
ब्रेसिया विश्वविद्यालय और इको सेंटर एसपीए (Eco center Spa) के सालेह अबुज़िर और उनकी टीम द्वारा किया गया यह अध्ययन सीधे इसी प्रश्न में उतरता है। उन्होंने फ्रूट जूस प्रोसेसिंग वेस्टवॉटर (FJPOмPOW)—जो मूल रूप से सेब का रस बनाने से निकलने वाला मीठा, अम्लीय अपशिष्ट है—को प्राइमरी स्लज (PS) के साथ मिलाया, जो एक नगर निगम अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र के प्राथमिक सेटलर (primary settler) के नीचे जमने वाला गाढ़ा, कार्बनिक कचरा है। शोधकर्ताओं ने यह देखने के लिए परीक्षण किया कि क्या इस स्लज को जोड़ने से यह एक सहायक "पोषक तत्व बूस्टर", "pH बफर" और अधिक सूक्ष्मजीव विविधता के स्रोत के रूप में कार्य करेगा ताकि उनके सूक्ष्मजीव वोलेटाइल फैटी एसिड्स (VFAs) (उपयोगी मध्यवर्ती एसिड) और अधिक मीथेन (अंतिम ऊर्जा उत्पाद) का उत्पादन कर सकें।
उन्होंने दो भागों वाला एक प्रयोग स्थापित किया। पहले, उन्होंने यह देखने के लिए कि कितना एसिड उत्पन्न किया जा सकता है, मिश्रण को 100 घंटों तक किण्वन (ferment) के लिए छोड़ा। फिर, उन्होंने उस किण्वण से प्राप्त तरल को सूक्ष्मजीवों के दूसरे बैच को खिलाया ताकि यह देखा जा सके कि वे कितनी मीथेन का उत्पादन कर सकते हैं। उन्होंने तीन परिदृश्यों का परीक्षण किया: शुद्ध फलों के रस का अपशिष्ट जल, स्लज की एक छोटी सी मात्रा के साथ मिश्रण (97% जूस, 3% स्लज), और स्लज की बड़ी मात्रा के साथ मिश्रण (90% जूस, 10% स्लज)।
परिणाम उन लोगों के लिए आश्चर्यजनक थे जो किसी जादुई समाधान की उम्मीद कर रहे थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि फ्रूट जूस प्रोसेसिंग वेस्टवॉटर को प्राइमरी स्लज के साथ को-डाइज करने से सबस्ट्रेट के COD अनुपात में सुधार हुआ, लेकिन केवल फलों के रस के अपशिष्ट जल के उपयोग की तुलना में इसने वोलेटाइल फैटी एसिड संचय या मीथेन उत्पादन को महत्वपूर्ण रूप से नहीं बढ़ाया। वास्तव में, अधिक स्लज जोड़ने से प्रक्रिया थोड़ी धीमी होती हुई प्रतीत हुई।
विवरण में क्या हुआ:
- एसिड चरण: पहले 24 घंटों में, सूक्ष्मजीवों ने काम शुरू किया। "डिग्री ऑफ एसिडिफिकेशन" (एसिड बनने की मात्रा का एक माप) शुद्ध फलों के रस के लिए 33%, 97:3 मिश्रण के लिए 31%, और केवल 90:10 मिश्रण के लिए 15% पर चरम पर पहुँचा। टीम ने पाया कि फलों के रस ने अकेले ही प्रति इकाई ठोस कचरे के आधार पर सबसे अधिक एसिड बनाया, जिसका उत्पादन 0.89 g net TVFA-COD g VS⁻¹ था। स्लज जोड़ने से कोई मदद नहीं मिली; 90:10 के मिश्रण में, यह घटकर 0.45 g net TVFA-COD g VS⁻¹ रह गया। स्लज ने ऐसा रेशेदार, पचाने में कठिन पदार्थ पेश किया जिसने प्रक्रिया को तेज करने के बजाय धीमा कर दिया।
- मीथेन चरण: जब उन्होंने परिणामी तरल से कितनी मीथेन बनाई, इसका परीक्षण किया, तो परिणाम शुद्ध रस और 97:3 मिश्रण के लिए लगभग समान थे, दोनों ने लगभग 504.3 से 504.5 NmL CH₄ g VS⁻¹ का उत्पादन किया। हालाँकि, सबसे अधिक स्लज वाले मिश्रण (90:10) ने वास्तव में कम उत्पादन किया, जो 483.7 NmL CH₄ g VS⁻¹ था।
तो, निष्कर्ष क्या है? पेपर सुझाव देता है कि हालांकि फलों के रस के अपशिष्ट जल के साथ प्राइमरी स्लज का को-डाइजेशन करने से पोषक तत्वों का संतुलन (विशेष रूप से कार्बन-टू-नाइट्रोजन अनुपात) में सुधार हुआ, लेकिन इससे ऊर्जा उत्पादन में कोई महत्वपूर्ण वृद्धि नहीं हुई। लेखक तर्क देते हैं कि उनके द्वारा जोड़े गए स्लज की छोटी मात्राएँ इस तथ्य को दूर करने के लिए पर्याप्त नहीं थीं कि स्लज में स्वयं मीठे रस की तुलना में बहुत कम ऊर्जा क्षमता है। उन्होंने यह भी नोट किया कि उनके द्वारा उपयोग किया गया स्लज एक ऐसे संयंत्र से आया था जहाँ फलों के रस का अपशिष्ट जल पहले से ही दैनिक प्रवाह का 50% था, जिससे स्लज की प्रभावशीलता कम हो सकती है।
अंततः, अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि फलों के रस के अपसेट जल में बस थोड़ा सा प्राइमरी स्लज डाल देना अधिक बायोगैस बनाने के लिए गारंटीकृत जीत नहीं है। लेखक सुझाव देते कि भविष्य के शोध को विभिन्न प्रकार के उपचार संयंत्रों से स्लज को देखना चाहिए और विभिन्न स्थितियों का परीक्षण करना चाहिए, शायद निरंतर प्रणालियों (continuous systems) में, न कि इन लघु "बैच" परीक्षणों में, यह देखने के लिए कि क्या बेहतर पोषक तत्व संतुलन के लाभ लंबे समय में दिखाई दे सकते हैं। फिलहाल के लिए, इस विशिष्ट सेटअप में वह "जादुई मिश्रण" उम्मीद के मुताबिक काम नहीं कर सका।
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