Comparative Nutrient Removal and Biomass Production by Chaetoceros neogracile, Isochrysis galbana, and Tetraselmis chuii in Saline Aquaculture Wastewater

महासागर एक विशाल, जीवित प्रणाली है, लेकिन मछली फार्मों के आसपास का पानी एक अलग कहानी बताता है। जब मछलियों को बड़ी संख्या में पाला जाता है, तो जिस पानी में वे रहती हैं वह अपशिष्ट का एक सूप बन जाता है: बिना खाया हुआ भोजन, मछली का मल, और नाइट्रोजन एवं फास्फोरस जैसे घुले हुए रसायन। यदि इस पानी को बिना उपचार के वापस समुद्र में छोड़ दिया जाता है, तो यह ऑक्सीजन को कम करने वाली और समुद्री जीवन को नुकसान पहुँचाने वाली एक श्रृंखला शुरू कर सकता है, जिसे यूट्रोफिकेशन (eutrophication) कहा जाता है। दशकों से, वैज्ञानिक इस पानी को प्राकृतिक रूप से साफ करने के तरीके खोज रहे हैं। एक आशाजनक दृष्टिकोण में सूक्ष्म पौधों का उपयोग करना शामिल है जिन्हें माइक्रोएल्गी (microalgae) कहा जाता है। ये नन्हे जीव एक भूमिगत वैक्यूम क्लीनर की तरह कार्य करते हैं, जो अपने स्वयं के विकास को ईंधन देने के लिए अतिरिक्त पोषक तत्वों को सोख लेते हैं। हालाँकि, चुनौती उस सही प्रकार के शैवाल को खोजने की है जो मछली फार्म के नमकीन और परिवर्तनशील वातावरण में जीवित रह सके और उपयोगी होने के लिए पर्याप्त तेजी से बढ़ सके।

हाल ही में एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने वास्तविक मछली फार्म के अपशिष्ट जल के विरुद्ध तीन अलग-अलग प्रकार के समुद्री माइक्रोएल्गी का परीक्षण करके इस पहेली को सुलझाने का प्रयास किया। कराची विश्वविद्यालय में आयशा खान के नेतृत्व वाली टीम यह देखना चाहती थी कि कौन सी प्रजाति सबसे अधिक बायोमास—अर्थात, सबसे अधिक पादप सामग्री—बना सकती है और कौन प्रदूषण को सबसे अधिक हटा सकती है। उन्होंने तीन विशिष्ट स्ट्रेन का परीक्षण किया: Chaetoceros neogracile, जो एक प्रकार का डायटम है जिसे अपना कवच बनाने के लिए सिलिका की आवश्यकता होती है; Isochrysis galbana, एक छोटा, गोल शैवाल जिसका उपयोग अक्सर समुद्री लार्वा के भोजन के रूप में किया जाता है; और Tetraselmis chuii, एक बड़ा, चपटा शैवाल जिसे काटना अपेक्षाकृत आसान है। परिणामों को विश्वसनीय बनाने के लिए, शोधकर्ताओं ने केवल एल्गी को कच्चे, बिना मिले अपशिष्ट में नहीं डाला। इसके बजाय, उन्होंने शुद्ध समुद्री जल के साथ अपशिष्ट जल को मिलाकर चार अलग-अलग सांद्रता के मिश्रण बनाए: 25%, 50%, 75%, और 100% अपशिष्ट जल। उन्होंने एक नियंत्रण समूह (control group) भी शामिल किया जहाँ एल्गी को मानक प्रयोगशाला भोजन में उगाया गया ताकि यह देखा जा सके कि अपशिष्ट आदर्श स्थितियों की तुलना में कैसा है, और एक अन्य समूह जिसमें केवल अपशिष्ट जल था और कोई एल्गी नहीं थी ताकि प्राकृतिक परिवर्तनों को मापा जा सके।

प्रयोग दो सप्ताह तक कांच के पात्रों में चला, जिसमें पानी का तापमान स्थिर रखा गया और प्रकाश एवं अंधकार के एक निरंतर चक्र के संपर्क में रखा गया। शोधकर्ताओं ने हर कुछ दिनों में पानी की जाँच की, एल्गी कोशिकाओं की संख्या गिनी और यह मापा कि पानी से कितना नाइट्रोजन, फास्फोरस और कार्बनिक पदार्थ गायब हुआ। उन्होंने अंत में सूखे एल्गी को भी तौला ताकि यह गणना की जा सके कि वास्तव में कितनी नई पादप सामग्री का उत्पादन हुआ। परिणामों ने एक स्पष्ट समझौता (trade-off) प्रकट किया: जो एल्गी सबसे तेजी से बढ़ी, जरूरी नहीं कि वह पानी को सबसे अच्छी तरह साफ भी कर सके।

Tetraselmis chuii विकास का चैंपियन साबित हुआ। जब इसे आधा अपशिष्ट जल और आधा स्वच्छ समुद्री जल में रखा गया, तो इस प्रजाति ने उच्चतम बायोमास का उत्पादन किया, जो 0.870 ग्राम प्रति लीटर के अंतिम वजन तक पहुँच गया। यह विशेष मिश्रण में अन्य दो प्रजातियों की तुलना में अधिक कुशलता से और निरंतर विकसित हुई, जिससे पोषक तत्वों को नए सेल्स में बदला। हालाँकि, जब लक्ष्य शुद्ध रूप से पानी को साफ करना था, तो एक अलग प्रजाति आगे निकल गई। Isochrysis galbana ने, जिसे 75% अपशिष्ट जल में उगाया गया था, प्रदूषकों का उच्चतम प्रतिशत हटाया। इसने 92% अमोनियम, 76% नाइट्रेट और 87% फॉस्फेट को साफ कर दिया। इसने रासायनिक ऑक्सीजन मांग (COD)—जो कार्बनिक प्रदूषण का एक माप है—को 63% तक कम कर दिया। इसका अर्थ है कि जबकि Tetraselmis chuii पौधे का भोजन बनाने में बेहतर थी, Isochrysis galbana पानी को साफ करने में बेहतर थी।

अध्ययन ने यह भी रेखांकित किया कि अपशिष्ट जल की सांद्रता बहुत मायने रखती है। सबसे मजबूत, बिना मिले अपशिष्ट जल में, एल्गी को अधिक संघर्ष करना पड़ा, जो मिश्रित मिश्रणों की तुलना में धीमी गति से बढ़ी और कम पोषक तत्व हटा पाई। इससे पता चलता है कि कच्चे अपशिष्ट में अमोनिया और अन्य रसायनों का उच्च स्तर एल्गी को तनाव देता है, जिससे उनके काम करने की क्षमता सीमित हो जाती है। दिलचस्प बात यह है कि शोधकर्ताओं ने पाया कि एक कार्य के लिए सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन करने वाला दूसरे कार्य के लिए सर्वश्रेष्ठ नहीं था। जिस प्रजाति ने सबसे अधिक बायोमास का उत्पादन किया, उसने सबसे अधिक पोषक तत्व नहीं हटाए, और इसके विपरीत भी। यह निष्कर्ष महत्वपूर्ण है क्योंकि इसका मतलब है कि एक मछली फार्म केवल एक "सुपर एल्गी" चुनकर यह उम्मीद नहीं कर सकता कि वह सब कुछ पूरी तरह से करेगी। एल्गी का चयन पूरी तरह से फार्म के लक्ष्य पर निर्भर करता है: यदि प्राथमिकता एल्गी को फीड या ईंधन के लिए प्राप्त करना है, तो 50% मिश्रण में Tetraselmis chuii बेहतर विकल्प है। यदि प्राथमिकता पानी को छोड़ने से पहले उसे साफ करना है, तो 75% मिश्रण में Isochrysis galbana श्रेष्ठ विकल्प है।

इन उत्साहजनक परिणामों के बावजूद, शोधकर्ता सावधानीपूर्वक यह नोट करते हैं कि यह एक नियंत्रित प्रयोगशाला प्रयोग था। अध्ययन छोटे कांच के पात्रों में एक छोटी अवधि के लिए किया गया था, जो वास्तविक दुनिया के मछली पालन में उपयोग की जाने वाली जटिल, खुले-हवा वाले प्रणालियों से बहुत अलग है। टीम ने स्पष्ट रूप से कहा है कि ये निष्कर्ष अभी बड़े पैमाने पर व्यावसायिक उपयोग के लिए तैयार नहीं हैं। इससे पहले कि इनमें से किसी भी एल्गी स्ट्रेन का उपयोग बड़े पैमाने पर अपशिष्ट जल के उपचार के लिए किया जा सके, आगे के परीक्षण की आवश्यकता है। भविष्य के कार्यों को पायलट-स्केल प्रणालियों में इन परिणामों को मान्य करना होगा जो निरंतर चलती हैं, विभिन्न मौसमों में एल्गी के प्रदर्शन का परीक्षण करना होगा, और यह सुनिश्चित करना होगा कि एकत्रित की गई एल्गी भारी धातुओं या रोगजनकों जैसे दूषित पदार्थों से सुरक्षित है। फिलहाल, यह अध्ययन क्षमता और सीमाओं का एक स्पष्ट मानचित्र प्रदान करता है, जो यह दर्शाता है कि हालांकि माइक्रोएल्गी हमारे महासागरों को साफ करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण हैं, लेकिन सही उपकरण विशिष्ट कार्य पर निर्भर करता है।