मुख्य सूत्र (Key Formulas)
कक्षा 12 जीव विज्ञान: मानव कल्याण में सूक्ष्मजीव (Microbes in Human Welfare) - त्वरित पुनरीक्षण नोट्स
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अध्याय परिचय
सूक्ष्मजीव (Microbes) हमारी आँखों से न दिखने वाले जीव हैं जो प्रमुख रूप से बैक्टीरिया, कवक (Fungi), वायरस, और कुछ शैवाल के रूप में पाए जाते हैं। यद्यपि कई सूक्ष्मजीव बीमारियाँ फैलाते हैं, लेकिन एक बहुत बड़ा वर्ग मानव कल्याण में अत्यंत महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
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1. घरेलू उत्पादों में सूक्ष्मजीव
- दही (Curd): लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया (LAB) जैसे Lactobacillus दूध को दही में बदलते हैं। यह दूध के प्रोटीन (कैसीन) को जमाता है और विटामिन $B_{12}$ की मात्रा को बढ़ाता है।
- डोसा और इडली: इस आटे का किण्वन (Fermentation) बैक्टीरिया द्वारा होता है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड ($\text{CO}_2$) गैस निकलती है और आटा फूला हुआ (Puffy) दिखाई देता है।
- बेकरी उत्पाद (ब्रेड): ब्रेड बनाने में 'बेकर्स यीस्ट' (Saccharomyces cerevisiae) का उपयोग किण्वन के लिए किया जाता है।
- स्विस चीज़: Propionibacterium sharmanii नामक बैक्टीरिया द्वारा बड़े-बड़े छिद्रों वाला स्विस चीज़ बनाया जाता है।
- रोकफोर्ड चीज़: एक विशेष कवक (Fungi) द्वारा इसे पकाया जाता है जिससे इसका विशिष्ट स्वाद आता है।
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2. औद्योगिक उत्पादों में सूक्ष्मजीव
औद्योगिक पैमाने पर सूक्ष्मजीवों को उगाने के लिए बड़े बर्तन (फर्मेंटर्स या किण्वक) का उपयोग किया जाता है।
- किण्वित पेय (Fermented Beverages):
- यीस्ट (Saccharomyces cerevisiae) का उपयोग वाइन, बियर, व्हिस्की, ब्रांडी आदि बनाने में होता है।
- आसवन (Distillation) के बिना: वाइन और बियर।
- आسवन के साथ: व्हिस्की, ब्रांडी और रम।
- एंटीबायोटिक्स (प्रतिजैविक):
- यह अन्य सूक्ष्मजीवों की वृद्धि को रोकने वाले रसायन हैं।
- पेनिसिलिन: सबसे पहली खोजी गई एंटीबायोटिक थी, जिसे एलेक्जेंडर फ्लेमिंग ने Penicillium notatum कवक से खोजा था। इसका उपयोग द्वितीय विश्व युद्ध में घायल सैनिकों के लिए किया गया।
- रसायन, एंजाइम और अन्य जैव सक्रिय अणु:
- एसिटिक अम्ल: Acetobacter aceti (बैक्टीरिया)
- ब्यूटिरिक अम्ल: Clostridium butylicum (बैक्टीरिया)
- लेक्टिक अम्ल: Lactobacillus (बैक्टीरिया)
- सिट्रिक अम्ल: Aspergillus niger (कवक)
- लाइपेजेस (Lipases): तेल के दाग हटाने में (डिटर्जेंट में उपयोग)।
- पैक्टिनेजेस और प्रोटीएजेस: फलों के रस को साफ करने में।
- स्ट्रेप्टोकाइनेज (Streptokinase): Streptococcus बैक्टीरिया से बनता है; इसे 'क्लॉट बस्टर' (थक्का स्फोटक) कहते हैं, जो दिल के दौरे के मरीजों की नसों से खून का थक्का हटाने में काम आता है।
- साइक्लोस्पोरिन A (Cyclosporin A): यह एक इम्युनोप्रेश्प्रैसिव (प्रतिरक्षा तंत्र को संदमित करने वाला) एजेंट है, जो अंग प्रत्यारोपण (Organ transplant) के समय मरीज को दिया जाता है। इसे Trichoderma polysporum (कवक) से प्राप्त किया जाता है।
- स्टेटिन्स (Statins): इसे Monascus purpureus (यीस्ट) से प्राप्त किया जाता है। यह रक्त में कोलेस्ट्रॉल के स्तर को कम (Blood-cholesterol lowering agent) करता है।
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3. वाहित मल (Sewage) उपचार में सूक्ष्मजीव
वाहित मल (गंदा पानी) को सीधे नदियों में नहीं छोड़ा जा सकता, इसलिए नगर पालिकाओं द्वारा उपचार संयंत्रों (STP) में इसका उपचार किया जाता है:
1. प्राथमिक उपचार (Primary Treatment):
- यह भौतिक प्रक्रिया है जिसमें निस्यंदन (Filtration) और अवसादन (Sedimentation) द्वारा तैरते हुए कचरे और मिट्टी/कंकड़ को हटाया जाता है।
- ठोस अवशेष प्राथमिक स्लज और तैरता हुआ भाग उत्प्लावक (Effluent) बनाता है।
2. द्वितीयक उपचार (Secondary Treatment या जैविक उपचार):
- प्राथमिक उपचार के उत्प्लावक को बड़े वातन टैंकों (Aeration tanks) में भेजा जाता है।
- यहाँ लाभकारी एरोबिक बैक्टीरिया तेजी से बढ़ते हैं और फ्लॉक्स (Flocs) बनाते हैं (जीवाणु + कवक के जाल)।
- ये बैक्टीरिया पानी की बी.ओ.डी. (BOD) को कम करते हैं।
- BOD (Biological Oxygen Demand - जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग): पानी में मौजूद कार्बनिक पदार्थों को पचाने के लिए सूक्ष्मजीवों द्वारा जितनी ऑक्सीजन की खपत होती है, उसे BOD कहते हैं। पानी की शुद्धता का माप BOD से होता है (जितनी कम BOD, पानी उतना ही शुद्ध)।
- जब BOD कम हो जाती है, तो पानी को अवसादन टैंक में भेजा जाता है जहाँ फ्लॉक्स तल पर बैठ जाते हैं, जिसे सक्रिय स्लज (Activated sludge) कहते हैं।
3. एनाएरोबिक स्लज डाइजेस्टर्स:
- सक्रिय स्लज का एक छोटा हिस्सा वातन टैंक में वापस भेज दिया जाता है। बाकी बचे हिस्से को एनाएरोबिक डाइजेस्टर्स में डालते हैं जहाँ एनाएरोबिक बैक्टीरिया एरोबिक बैक्टीरिया और कवक को मार देते हैं।
- इस प्रक्रिया में बायोगैस ($\text{CH}4, \text{CO}2, \text{H}_2\text{S}$ का मिश्रण) उत्पन्न होती है।
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4. बायोगैस उत्पादन (Biogas Production)
- बायोगैस एक प्रकार की गैसों का मिश्रण है (मुख्य रूप से मीथेन - $\text{CH}_4$) जिसका उपयोग खाना बनाने और रोशनी के लिए किया जाता है।
- मीथैनोजेन्स (Methanogens): ये ऐसे बैक्टीरिया हैं जो सेल्युलोज सामग्री पर अवायवीय रूप से उगते हैं और बायोगैस बनाते हैं। उदाहरण: Methanobacterium।
- यह बैक्टीरिया मवेशियों के गोबर (Rumen) में भी पाए जाते हैं, इसलिए गोबर का उपयोग बायोगैस (गोबर गैस) प्लांट में किया जाता है।
- भारतीय कृषि अनुसंधान संस्थान (IARI) और खादी एवं ग्रामोद्योग आयोग (KVIC) ने भारत में बायोगैस तकनीक के विकास में मुख्य योगदान दिया है।
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5. जैव नियंत्रण कारक (Biocontrol Agents) के रूप में सूक्ष्मजीव
रासायनिक कीटनाशकों के हानिकारक प्रभावों को कम करने के लिए जैविक तरीकों का उपयोग जैव नियंत्रण कहलाता है।
- एफिड्स और मच्छरों के लिए: ड्रैगनफ्लाई का उपयोग।
- बटरफ्लाई कैटरपिलर के लिए: Bacillus thuringiensis (Bt बैक्टीरिया) के बीजाणु। ये कीट की आंत में जहर पैदा कर उसे मार देते हैं।
- ट्राइकोडर्मा (Trichoderma): यह एक कवक है जो पादप रोगजनकों (Pathogens) का नियंत्रण करता है।
- बैकुलोवाइरस (Baculoviruses): मुख्य रूप से Nucleopolyhedrovirus जीनस के वायरस हैं। ये कीटों और अन्य आर्थ्रोपोड्स पर हमला करते हैं। ये पर्यावरण के अनुकूल (Species-specific) होते हैं और इनका कोई नकारात्मक प्रभाव नहीं होता (Integrated Pest Management - IPM में उपयोगी)।
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6. जैव उर्वरक (Biofertilisers) के रूप में सूक्ष्मजीव
जैव उर्वरक ऐसे जीव हैं जो मिट्टी की पोषक गुणवत्ता को समृद्ध करते हैं। रासायनिक उर्वरकों के अत्यधिक प्रयोग से होने वाले प्रदूषण से बचने के लिए इनका उपयोग किया जाता है।
- राइज़ोबियम (Rhizobium): लेग्यूमिनस (फलीदार) पौधों की जड़ों की गांठों (Root nodules) में रहकर वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण (Nitrogen fixation) करते हैं और उसे नाइट्रेट में बदलते हैं।
- मुक्तजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकारक (Free-living): जैसे Azotobacter और Azospirillum, जो मिट्टी में स्वतंत्र रूप से रहकर नाइट्रोजन स्थिर करते हैं।
- माइकोराइजा (Mycorrhiza): कवक (Fungi) और उच्च पौधों की जड़ों के बीच सहजीवी संबंध (Symbiotic association)। उदाहरण: Glomus जीनस के कवक। यह पौधे को फास्फोरस का अवशोषण करने में मदद करते हैं, सूखा सहन करने की क्षमता बढ़ाते हैं और मूल आक्रमणकारियों से रक्षा करते हैं।
- सायनोबैक्टीरिया (Cyanobacteria): ये ऑटोट्रॉफिक (स्वपोषी) सूक्ष्मजीव हैं जो वायुमंडलीय नाइट्रोजन का स्थिरीकरण करते हैं। उदाहरण: Anabaena, Nostoc, Oscillatoria।
- धान के खेतों में नीली-हरी शैवाल (Blue-Green Algae) एक प्रमुख जैव उर्वरक का काम करती है। यह मिट्टी की उर्वरता और कार्बनिक पदार्थों को बढ़ाती है।
माइंड मैप चार्ट (Mind Map Chart)
📍 मानव कल्याण में सूक्ष्मजीव
घरेलू उत्पादों में सूक्ष्मजीव
लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया (लैब)
दही का निर्माण
दूध को दही में बदलना और विटामिन बी12 बढ़ाना
खमीर (यीस्ट)
इडली और डोसा के आटे का किण्वन (फर्मेंटेशन)
ब्रेड का निर्माण (बेकर यीस्ट)
स्विस चीज़
प्रोपियोनीबैक्टीरियम शर्मीनी द्वारा बड़े छिद्रों का निर्माण
रोकफोर्ट चीज़
कवक (फंगस) द्वारा विशेष स्वाद
औद्योगिक उत्पादन में सूक्ष्मजीव
फर्मेंटर (किण्वक) का उपयोग
मादक पेय (बेवरेजेस)
ब्रेवर यीस्ट (सैकरोमाइसेज सेरेविसी)
वाइन और बियर (बिना आसवन के)
व्हिस्की, ब्रांडी और रम (आसवन द्वारा)
एंटीबायोटिक्स (प्रतिजैविक)
अलेक्जेंडर फ्लेमिंग द्वारा पेनिसिलिन की खोज
पेनिसिलियम नोटेटम से प्राप्ति
प्लेग, काली खांसी और डिप्थीरिया जैसी बीमारियों का इलाज
रसायन, एंजाइम और अन्य जैव सक्रिय अणु
ऑर्गेनिक अम्ल
एस्परगिलस नाइजर (साइट्रिक एसिड)
एसीटोबैटर एसिटाई (एसिटिक एसिड)
क्लोस्ट्रीडियम ब्यूटाइलिकम (ब्यूटिरिक एसिड)
लैक्टोबैसिलस (लैक्टिक एसिड)
एंजाइम
लाइपेस (तेल के धब्बे हटाने के लिए)
पैक्टिनाइज और प्रोटीएज (बोतलबंद जूस साफ करने में)
साइक्लोस्पोरिन ए
ट्राइकोडर्मा पोलिसपोरम द्वारा उत्पादित (इम्यूनोसुप्रेसेन्ट)
स्टैटिन
मोनासकस परप्यूरियस द्वारा उत्पादित (ब्लड कोलेस्ट्रॉल कम करने में)
वाहित मल (सीवेज) उपचार में सूक्ष्मजीव
प्राथमिक उपचार
भौतिक प्रक्रिया
तैरने वाले कचरे को हटाना (निथारना और छानना)
प्राथमिक आपंक (प्राइमरी स्लज) और बहिःस्राव
द्वितीयक उपचार (जैविक उपचार)
वायवीय सूक्ष्मजीवों का उपयोग
फ्लॉक्स (कवक और बैक्टीरिया के जाल)
बीओडी (BOD - जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग) को कम करना
सक्रिय आपंक (एक्टिवेटेड स्लज) का निर्माण
अवायवीय उपचार
अवायवीय आपंक डाइजेस्टर
बायोगैस (मीथेन, हाइड्रोजन सल्फाइड, कार्बन डाइऑक्साइड) का उत्पादन
जैव उर्वरक के रूप में सूक्ष्मजीव
नाइट्रोजन स्थिरीकरण (नाइन्ट्रोजन फिक्सेशन)
सहजीवी बैक्टीरिया (राइजोबियम - लेग्यूमिनस पौधे)
स्वतंत्रजीवी बैक्टीरिया (एजोस्पाइरिलम, एजोटोबैक्टर)
सायनोबैक्टीरिया (एनाबीना, नॉस्टॉक, ऑसिलेटोरिया - धान के खेत, नील-हरित शैवाल)
माइकोराइजा (Mycorrhiza)
कवक और उच्च पादपों की जड़ों का सहजीवी संबंध
ग्लोमस जीनस के कवक
फास्फोरस का अवशोषण और सूखा सहन करने की क्षमता
जैव नियंत्रण कारक के रूप में सूक्ष्मजीव
कीटों और रोगों की जैविक रोकथाम
बैसिल्स थुरिजिनिएसिस (Bt)
कैटरपिलर और कीटों का नियंत्रण (Bt कॉटन)
ट्राइकोडर्मा प्रजाति
मूल (रूट) पादप रोगों का जैव नियंत्रण
बैकुलोवायरस (न्यूक्लियोपॉलीहेड्रोवायरस)
आर्थ्रोपोड कीटों पर हमला
पर्यावरण के अनुकूल (स्पीशीज-स्पेसिफिक IPM रणनीति)
बायोगैस उत्पादन
गोबर गैस संयंत्र
मीथेनोजेन (जैसे - मेथेनोबैक्टीरियम)
पशुओं के रूमेन (प्रथम आमाशय) में सेल्यूलोज का पाचन
ऊर्जा का पर्यावरण-अनुकूल स्रोत
महत्वपूर्ण बोर्ड प्रश्न (Important Board Questions)
उत्तर (Answer): ### मलजल उपचार संयंत्रों (STPs) में सूक्ष्मजीवों की भूमिका\nनगरपालिका के अपशिष्ट जल, जिसे मलजल (सीवेज) भी कहा जाता है, में बड़ी मात्रा में कार्बनिक पदार्थ और रोगजनक सूक्ष्मजीव होते हैं। प्राकृतिक जल निकायों में छोड़ने से पहले, इसे कम प्रदूषणकारी बनाने के लिए सीवेज ट्रीटमेंट प्लांट (STP) में उपचारित किया जाना चाहिए। यह सीवेज में स्वाभाविक रूप से मौजूद विषमपोषी सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके किया जाता है।
* **प्राथमिक उपचार:** यह एक भौतिक प्रक्रिया है जिसमें क्रमिक निस्पंदन (तैरते हुए मलबे को हटाना) और अवसादन (कंकड़ और छोटे पत्थरों को हटाना) शामिल है। बैठने वाले सभी ठोस प्राथमिक कीचड़ बनाते हैं, और सुपरनेटेंट बहिर्वाह बनाता है।
* **द्वितीयक उपचार (जैविक उपचार):** प्राथमिक बहिर्वाह को बड़े वातन टैंकों में ले जाया जाता है जहाँ इसे लगातार यांत्रिक रूप से हिलाया जाता है और इसमें हवा पंप की जाती है। यह जाली जैसी संरचना बनाने के लिए कवक तंतुओं से जुड़े बैक्टीरिया के द्रव्यमान में उपयोगी एरोबिक सूक्ष्मजीवों के तेजी से विकास की अनुमति देता है। बढ़ते हुए, ये सूक्ष्मजीव बहिर्वाह में कार्बनिक पदार्थों के प्रमुख हिस्से का उपभोग करते हैं, जिससे बायोकेमिकल ऑक्सीजन डिमांड (BOD) काफी कम हो जाती है।
* **स्लज पाचन:** एक बार अपशिष्ट जल का BOD कम हो जाने के बाद, बहिर्वाह को एक अवसादन टैंक में पारित किया जाता है जहाँ जीवाणु फ्लॉक्स को तलछट करने की अनुमति दी जाती है। इस तलछट को सक्रिय कीचड़ (activated sludge) कहा जाता है। सक्रिय कीचड़ का एक छोटा सा हिस्सा इनोक्युलम के रूप में काम करने के लिए वातन टैंक में वापस पंप किया जाता है। कीचड़ के शेष प्रमुख हिस्से को बड़े टैंकों में पंप किया जाता है जिसे एनारोबिक स्लज डाइजेस्टर कहा जाता है। यहाँ, अन्य प्रकार के बैक्टीरिया, जो एनारोबिक रूप से बढ़ते हैं, कीचड़ में बैक्टीरिया और कवक को पचाते हैं, जिससे मीथेन, हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड जैसी गैसों का मिश्रण उत्पन्न होता है, जो बायोगैस का गठन करते हैं।
### जैव उर्वरक के रूप में सूक्ष्मजीवों की भूमिका\nजैव उर्वरक ऐसे जीव हैं जो मिट्टी की पोषक गुणवत्ता को समृद्ध करते हैं। जैव उर्वरकों के मुख्य स्रोत बैक्टीरिया, कवक और साइनोबैक्टरिया हैं।
* **राइज़ोबियम:** ये सहजीवी बैक्टीरिया फलीदार पौधों की जड़ की गांठों में रहते हैं और वायुमंडलीय नाइट्रोजन को कार्बनिक रूपों में ठीक करते हैं, जिसका उपयोग पौधे द्वारा पोषक तत्व के रूप में किया जाता है।
* **मुक्त-जीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरणकर्ता:** *Azospirillum* और *Azotobacter* जैसे बैक्टीरिया इसमें स्वतंत्र रूप से रहते हुए मिट्टी की नाइट्रोजन सामग्री को समृद्ध करते हैं।
* **माइकोराइजा:** कवक उच्च पौधों की जड़ों के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं। कवक सहजीवी मिट्टी से फास्फोरस को अवशोषित करता है और इसे पौधे को पास करता है, जिससे जड़-जनित रोगजनकों के लिए प्रतिरोध, लवणता और सूखे के लिए सहिष्णुता और समग्र पौधे की वृद्धि मिलती है।
* **साइनोबैक्टरिया:** ये जलीय और स्थलीय वातावरण में व्यापक रूप से वितरित स्वपोषी सूक्ष्मजीव हैं, जिनमें से कई वायुमंडलीय नाइट्रोजन को ठीक कर सकते हैं, जैसे, *Anabaena*, *Nostoc*, *Oscillatoria*। धान के खेतों में, साइनोबैक्टरिया एक महत्वपूर्ण जैव उर्वरक के रूप में काम करते हैं, जो मिट्टी में कार्बनिक पदार्थ जोड़ते हैं और इसकी उर्वरता बढ़ाते हैं।
उत्तर (Answer): ### घरेलू खाद्य प्रसंस्करण में सूक्ष्मजीवों की भूमिका\nसूक्ष्मजीव हमारे दैनिक जीवन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, विशेष रूप से विभिन्न खाद्य पदार्थों की तैयारी में। इसका सबसे आम उदाहरण लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया (LAB) जैसे *लैक्टोबैसिलस* द्वारा दूध का दही में परिवर्तन है। ये बैक्टीरिया दूध में गुणा करते हैं और एसिड का उत्पादन करते हैं जो दूध के प्रोटीन को जमा करते हैं और आंशिक रूप से पचाते हैं। दही दूध की तुलना में अधिक पौष्टिक होता है क्योंकि यह विटामिन B12 को कई गुना बढ़ा देता है। इसी तरह, डोसा और इडली जैसे खाद्य पदार्थों को बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले आटे को बैक्टीरिया द्वारा किण्वित किया जाता है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड गैस उत्पन्न होती है जो आटे को फूला हुआ रूप देती है। ब्रेड के आटे को किण्वित करने के लिए बेकर के खमीर (*सैकरोमाइसेस सेरेविसी*) का उपयोग किया जाता है। ताड़ी जैसे किण्वित खाद्य पदार्थ, जो दक्षिणी भारत का एक पारंपरिक पेय है, ताड़ के रस को किण्वित करके बनाए जाते हैं।
### औद्योगिक उत्पादन में सूक्ष्मजीवों की भूमिका\nउद्योगों में, मानव जाति के लिए मूल्यवान विभिन्न प्रकार के उत्पादों को संश्लेषित करने के लिए बड़े पैमाने पर सूक्ष्मजीवों का उपयोग किया जाता है। इस उद्देश्य के लिए बड़े जहाजों का उपयोग किया जाता है जिन्हें किण्वक कहा जाता है।
* **किण्वित पेय पदार्थ:** माल्टेड अनाज और फलों के रस को किण्वित करके इथेनॉल का उत्पादन करने के लिए ब्रुअर्स यीस्ट (*सैकरोमाइसेस सेरेविसी*) का उपयोग किया जाता है। उपयोग किए जाने वाले कच्चे माल के प्रकार और प्रसंस्करण के प्रकार के आधार पर, विभिन्न मादक पेय प्राप्त किए जाते हैं (शराब और बीयर का उत्पादन बिना आसवन के किया जाता है, जबकि व्हिस्की, ब्रांडी और रम का उत्पादन आसवन द्वारा किया जाता है)।
* **प्रतिजैविक (एंटीबायोटिक्स):** एंटीबायोटिक्स कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित रासायनिक पदार्थ हैं जो अन्य रोग पैदा करने वाले सूक्ष्मजीवों के विकास को मार सकते हैं या रोक सकते हैं। पेनिसिलिन अलेक्जेंडर फ्लेमिंग द्वारा *पेनिसिलियम नोटाटम* से खोजी गई पहली एंटीबायोटिक थी।
* **रसायन, एंजाइम और अन्य जैव सक्रिय अणु:** सूक्ष्मजीवों का उपयोग कार्बनिक अम्ल (जैसे *एसपर्जिलस नाइजर* द्वारा साइट्रिक एसिड, *एसिटोबैक्टर एसिटि* द्वारा एसिटिक एसिड), एंजाइम (जैसे लाइपेस, स्ट्रेप्टोकाइनेज), और जैव सक्रिय अणु (जैसे साइक्लोस्पोरिन ए और स्टैटिन जो रक्त-कोलेस्ट्रॉल कम करने वाले एजेंट के रूप में कार्य करते हैं) के उत्पादन के लिए किया जाता है।
उत्तर (Answer): ### औद्योगिक सूक्ष्म जीव विज्ञान का परिचय\nसूक्ष्मजीवों, विशेष रूप से खमीर, कवक और बैक्टीरिया, का उपयोग बड़े पैमाने पर मानव जाति के लिए मूल्यवान उत्पादों को संश्लेषित करने के लिए औद्योगिक पैमाने पर किया जाता है। बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए किण्वक (fermenters) नामक विशेष जहाजों की आवश्यकता होती है, जो तापमान, पीएच और वातन जैसी इष्टतम विकास स्थिति प्रदान करते हैं।
### 1. किण्वित पेय पदार्थ
* **उत्पादन तंत्र:** इथेनॉल का उत्पादन करने के लिए माल्टेड अनाज और फलों के रस को किण्वित करने के लिए सूक्ष्मजीवों, मुख्य रूप से यीस्ट (*सैकैरोमाइसेस सेरेविसी*, जिसे आमतौर पर ब्रेवर यीस्ट कहा जाता है) का उपयोग किया जाता है।
* **पेय पदार्थों की विविधता:** किण्वन के लिए उपयोग किए जाने वाले कच्चे माल के प्रकार और प्रसंस्करण के प्रकार (आसवन के साथ या बिना) के आधार पर, विभिन्न मादक पेय प्राप्त किए जाते हैं। वाइन और बीयर का उत्पादन बिना आसवन के किया जाता है, जबकि व्हिस्की, ब्रांडी और रम का उत्पादन किण्वित शोरबा के आसवन द्वारा किया जाता है।
### 2. एंटीबायोटिक्स
* **परिभाषा और खोज:** एंटीबायोटिक्स कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित रासायनिक पदार्थ हैं जो अन्य रोग पैदा करने वाले सूक्ष्मजीवों के विकास को मार सकते हैं या धीमा कर सकते हैं। अलेक्जेंडर फ्लेमिंग ने मोल्ड *पेनिसिलियम नोटाटम* से पेनिसिलिन की खोज की।
* **अनुप्रयोग:** एंटीबायोटिक्स ने प्लेग, काली खांसी, डिप्थीरिया और कुष्ठ रोग जैसी घातक जीवाणु रोगों के इलाज की हमारी क्षमता में काफी सुधार किया है।
### 3. जैव सक्रिय अणु\nजैव सक्रिय अणु सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित कार्यात्मक अणु हैं जो मानव चिकित्सा में विशिष्ट अनुप्रयोग पाते हैं:
* **साइक्लोस्पोरिन ए:** कवक *ट्राइकोडर्मा पॉलीस्पोरम* द्वारा उत्पादित, इस अणु का उपयोग अंग प्रत्यारोपण रोगियों में अंग अस्वीकृति को रोकने के लिए एक इम्युनोसुप्रेссив एजेंट के रूप में किया जाता है।
* **स्टेटिन:** यीस्ट *मोनास्कस पर्प्यूरीअस* द्वारा उत्पादित, स्टेटिन को रक्त-कोलेस्ट्रॉल कम करने वाले एजेंटों के रूप में व्यावसायिक रूप their गया है। वे कोलेस्ट्रॉल के संश्लेषण के लिए जिम्मेदार एंजाइम को प्रतिस्पर्धी रूप से रोककर कार्य करते हैं।
* **एंजाइम:** लाइपेज (तैलीय धब्बों को हटाने के लिए डिटर्जेंट फॉर्मूलेशन में उपयोग किया जाता है), स्ट्रेप्टोकाइनेज (मायोकार्डियल इंफार्क्शन से पीड़ित रोगियों के रक्त वाहिकाओं से थक्कों को हटाने के लिए 'क्लॉट बस्टर' के रूप में उपयोग किया जाता है), और पेक्टिनाइज और प्रोटीएज।
### निष्कर्ष\nसूक्ष्मजीवीय किण्वन और औद्योगिक जैव प्रौद्योगिकी ने चिकित्सा और खाद्य उद्योगों में क्रांति ला दी है, यह साबित करते हुए कि ये सूक्ष्म इकाइयाँ मानव कल्याण और आर्थिक विकास के लिए भारी संपत्ति हैं।
उत्तर (Answer): ### द्वितीयक उपचार का परिचय\nप्राथमिक मलजल उपचार एक भौतिक प्रक्रिया है जिसमें अनुक्रमिक निस्पंदन और अवसादन के माध्यम से तैरते और बैठे हुए मलबे को हटाना शामिल है। हालांकि, प्राथमिक बहिःस्राव में अभी भी बड़ी मात्रा में कार्बनिक पदार्थ और घुले हुए रोगजनक होते हैं, जिससे यह प्राकृतिक जल निकायों में सीधे छोड़ने के लिए अनुपयुक्त हो जाता है। इसलिए, अपशिष्ट जल की जैविक ऑक्सीजन मांग (BOD) को कम करने के लिए द्वितीयक उपचार, जिसे जैविक उपचार भी कहा जाता है, आवश्यक है।
### वातन टैंक और सक्रियित आपंक का निर्माण
* **वातन टैंकों में स्थानांतरण:** प्राथमिक बहिःस्राव को लगातार बड़े वातन टैंकों में पंप किया जाता है जहाँ इसे यांत्रिक रूप से हिलाया जाता है और इसके माध्यम से हवा पंप की जाती है।
* **वायवीय सूक्ष्मजीवों की वृद्धि:** यह जोरदार वातन उपयोगी वायवीय सूक्ष्मजीवों को फ्लोक्स (कवक तंतुओं से जुड़े बैक्टीरिया के द्रव्यमान जो जाली जैसी संरचनाएँ बनाते हैं) में तेजी से बढ़ने की अनुमति देता है।
* **BOD में कमी:** बढ़ते हुए, ये सूक्ष्मजीव बहिःस्राव में कार्बनिक पदार्थों के बड़े हिस्से का उपभोग करते हैं। यह मलजल की जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग (BOD) को काफी कम कर देता है, जो पानी में मौजूद कार्बनिक पदार्थों का माप है।
### अवसादन और बैठना
* एक बार अपशिष्ट जल की BOD काफी कम हो जाने के बाद, बहिःस्राव को एक अवसादन टैंक में भेजा जाता है जहाँ जीवाणु फ्लोक्स को तलछट करने की अनुमति दी जाती है। इस तलछट को **सक्रियित आपंक (activated sludge)** कहा जाता है।
* सक्रियित आपंक का एक छोटा हिस्सा इनोक्युलम के रूप में कार्य करने के लिए वापस वातन टैंक में पंप किया जाता है।
### अवायवीय आपंक डाइजेस्टर
* **शेष आपंक का प्रसंस्करण:** सक्रियित आपंक के शेष प्रमुख हिस्से को अवायवीय आपंक डाइजेस्टर नामक बड़े टैंकों में पंप किया जाता है।
* **अवायवीय बैक्टीरिया की क्रिया:** यहाँ, अन्य प्रकार के बैक्टीरिया, जो अवायवीय रूप से बढ़ते हैं, आपंक में बैक्टीरिया और कवक को पचाते हैं।
* **बायोगैस उत्पादन:** इस पाचन प्रक्रिया के दौरान, बैक्टीरिया मीथेन, हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड जैसी गैसों का मिश्रण पैदा करते हैं। इस गैस को **बायोगैस** कहा जाता है और इसका उपयोग ऊर्जा के स्रोत के रूप में किया जा सकता है क्योंकि यह ज्वलनशील होती है।
### अंतिम निष्कासन\nद्वितीयक उपचार संयंत्र से निकलने वाले बहिःस्राव को आम तौर पर नदियों और धाराओं जैसे प्राकृतिक जल निकायों में छोड़ दिया जाता है। यह उपचारित पानी सुरक्षित है और जलीय पारिस्थितिक तंत्र में प्रदूषण या घुले हुए ऑक्सीजन की कमी का कारण नहीं बनता है।
उत्तर (Answer): ### कृषि में सूक्ष्मजीवों का परिचय\nसूक्ष्मजीव पर्यावरण को नुकसान पहुँचाए बिना मिट्टी की उर्वरता बनाए रखने और पादप कीटों को नियंत्रित करने में एक अनिवार्य भूमिका निभाते हैं, जो उन्हें सतत कृषि के लिए महत्वपूर्ण घटक बनाते हैं। सिंथेटिक रासायनिक उर्वरकों और कीटनाशकों के विपरीत जो जल प्रदूषण, मिट्टी की विषाक्तता और कीटों में प्रतिरोध विकास का कारण बनते हैं, सूक्ष्मजीवीय कारक पर्यावरण के अनुकूल, लक्ष्य-विशिष्ट और दीर्घकालिक पारिस्थितिक संतुलन को बढ़ावा देने वाले होते हैं।
### जैव उर्वरक के रूप में सूक्ष्मजीव\nजैव उर्वरक वे जीव हैं जो मिट्टी की पोषक गुणवत्ता को समृद्ध करते हैं। जैव उर्वरकों के मुख्य स्रोतों में बैक्टीरिया, कवक और साइनोबैक्टीरिया शामिल हैं।
* **नाइट्रोजन-स्थिरीकरण करने वाले बैक्टीरिया:** *राइझोबियम* जैसे जीव फलदार पौधों की जड़ की ग्रंथियों के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं। वे वायुमंडलीय नाइट्रोजन को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर करते हैं, जो पौधों द्वारा आसानी से उपयोग किए जा सकते हैं। मुक्त-जीवी बैक्टीरिया जैसे *एज़ोस्पिरिलम* और *एज़ोटोबैक्टर* भी मिट्टी की नाइट्रोजन सामग्री को समृद्ध करते हैं।
* **कवक संबंध (माइकोराइजा):** कई कवक उच्च पौधों की जड़ों के साथ सहजीवी संबंध बनाते हैं, जिन्हें माइकोराइजा कहा जाता है। *ग्लोमस* प्रजातियाँ इसके प्रमुख उदाहरण हैं। कवक सहजीवी मिट्टी से फास्फोरस को अवशोषित करता है और इसे पौधे तक पहुँचाता है। माइकोराइजा वाले पौधे जड़-जनित रोगजनकों के प्रति प्रतिरोध, लवणता और सूखे के प्रति सहनशीलता और कुल मिलाकर पौधे की वृद्धि और विकास में वृद्धि दिखाते हैं।
* **साइनोबैक्टीरिया:** ये जलीय और स्थलीय वातावरण में व्यापक रूप से वितरित स्वपोषी सूक्ष्मजीव हैं, जिनमें से कई वायुमंडलीय नाइट्रोजन को स्थिर कर सकते हैं, जैसे कि *एनाबीना*, *नॉस्टॉक*, *ऑसिलेटोरिया*। धान के खेतों में, साइनोबैक्टीरिया एक महत्वपूर्ण जैव उर्वरक के रूप में काम करते हैं, जो मिट्टी के कार्बनिक पदार्थों को बढ़ाते हैं।
### जैव कीटनाशक के रूप में सूक्ष्मजीव\nजैव कीटनाशक जैविक कीट नियंत्रण के कुछ प्रकार हैं जिन्हें रासायनिक कीटनाशकों के समान तरीके से लागू किया जाता है।
* **बैसिलस थ्यूरीजिएंसिस (Bt):** *बैसिलस थ्यूरीजिएंसिस* के सूखे बीजाणु चूर्ण को पानी में मिलाया जाता है और ब्रासिका और फलों के पेड़ों जैसे संवेदनशील पौधों पर छिड़का जाता है, जहाँ इन्हें कीटों के लार्वा द्वारा खाया जाता है। लार्वा की आंत में, विष छोड़ा जाता है और लार्वा को मार देता है।
* **न्यूक्लियोपॉलीहेड्रोवायरस (NPV):** ये ऐसे रोगजनक हैं जो कीटों और अन्य आर्थ्रोपोड पर हमला करते हैं। जैविक नियंत्रण एजेंटों के रूप में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश NPV *बैकुलोवायरस* वंश के हैं।
### निष्कर्ष\nइस प्रकार, कृषि पद्धतियों में जैव उर्वरकों और जैव कीटनाशकों को एकीकृत करने से हानिकारक रसायनों पर निर्भरता कम होती है, प्राकृतिक मिट्टी के पारिस्थितिक तंत्र को पुनर्स्थापित किया जाता है, और भावी पीढ़ियों के लिए स्थायी रूप से उच्च कृषि उपज सुनिश्चित होती है।
उत्तर (Answer): ### मलजल उपचार और सूक्ष्मजीवों का परिचय\nनगरपालिका के गंदे पानी, जिसे आमतौर पर सीवेज कहा जाता है, में बड़ी मात्रा में कार्बनिक पदार्थ और रोगजनक सूक्ष्मजीव होते हैं। अनुपचारित सीवेज को सीधे प्राकृतिक जल निकायों में नहीं छोड़ा जा सकता है क्योंकि इससे गंभीर जल प्रदूषण होता है और घुली हुई ऑक्सीजन की मात्रा समाप्त हो जाती है। सीवेज का उपचार अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों (WWTPs) में सीवेज में स्वाभाविक रूप से मौजूद विषमपोषी (heterotrophic) सूक्ष्मजीवों का उपयोग करके किया जाता है, जिन्हें मुख्य रूप से प्राथमिक और द्वितीयक उपचार चरणों में वर्गीकृत किया जाता है।
### प्राथमिक उपचार (भौतिक निष्कासन)\nप्राथमिक उपचार एक भौतिक प्रक्रिया है जिसमें अवसादन और निस्पंदन (sedimentation and filtration) के माध्यम से सीवेज से बड़े और छोटे कणों को हटाना शामिल है।
- **क्रमिक चरण:**
1. **तैरते मलबे को हटाना:** तार की जाली वाली स्क्रीन का उपयोग करके शुरुआती निस्पंदन से तैरता हुआ मलबा, प्लास्टिक की थैली और बड़ी वस्तुएं हट जाती हैं।
2. **कंकड़ हटाना:** छना हुआ अपशिष्ट जल ग्रिट चैंबरों से गुजरता है जहां रेत, कंकड़ और छोटे कण गुरुत्वाकर्षण द्वारा नीचे बैठ जाते हैं।
3. **अवसादन:** इसके बाद अपशिष्ट जल को बड़े तलछट टैंकों में भेजा जाता है जहां निलंबित ठोस पदार्थ प्राथमिक स्लज बनाने के लिए बैठ जाते हैं, जबकि सुपरनेटेंट प्राथमिक बहिःस्राव (effluent) बनाता है। प्राथमिक बहिःस्राव को बाद में द्वितीयक उपचार के लिए ले जाया जाता है।
### द्वितीयक उपचार (जैविक उपचार और BOD)\nद्वितीयक उपचार एक जैविक प्रक्रिया है जो प्राथमिक बहिःस्राव में मौजूद घुले हुए और निलंबित कार्बनिक पदार्थों को तोड़ने के लिए एरोबिक (वायवीय) और एनारोबिक (अवायवीय) सूक्ष्मजीवों पर बहुत अधिक निर्भर करती है।
- **एरेशन टैंक प्रक्रिया:**
- प्राथमिक बहिःस्राव को बड़े एरोरेशन टैंकों में पारित किया जाता है और लगातार यांत्रिक रूप से हिलाया जाता है जबकि इसके माध्यम से हवा पंप की जाती है।
- यह कवक तंतुओं से जुड़े बैक्टीरिया के द्रव्यमान में वायवीय सूक्ष्मजीवों की जोरदार वृद्धि को बढ़ावा देता है ताकि **फ्लॉक्स (flocs)** नामक जाली जैसी संरचनाएं बन सकें।
- जैसे-जैसे ये सूक्ष्मजीव बढ़ते हैं, वे बहिःस्राव में कार्बनिक पदार्थों के एक बड़े हिस्से का उपभोग करते हैं, जिससे **जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग (BOD)** में महत्वपूर्ण कमी आती है।
- **BOD की परिभाषा:** BOD उस ऑक्सीजन की मात्रा को संदर्भित करता है जो खपत हो जाएगी यदि एक लीटर पानी में सभी कार्बनिक पदार्थों को बैक्टीरिया द्वारा ऑक्सीकृत किया जाता है। उच्च BOD अपशिष्ट जल की उच्च कार्बनिक प्रदूषण क्षमता को इंगित करता है।
- **सेकेंडरी क्लेरिफायर में अवसादन:**
- जब सीवेज का BOD काफी कम हो जाता है, तो बहिःस्राव को एक सेलिंग टैंक में पारित किया जाता है जहां बैक्टीरियल फ्लॉक्स को तलछट करने की अनुमति दी जाती है। इस तलछट को **सक्रिय कीचड़ (activated sludge)** कहा जाता है।
- सक्रिय कीचड़ का एक छोटा हिस्सा इनोकुलम के रूप में काम करने के लिए एरोरेशन टैंक में वापस पंप किया जाता है, जबकि शेष प्रमुख हिस्सा एनारोबिक स्लज डाइजेस्टर में स्थानांतरित कर दिया जाता है।
- **अवायवीय स्लज पाचन:**
- एनारोबिक स्लज डाइजेस्टर में, अवायवीय बैक्टीरिया सक्रिय स्लज में बैक्टीरिया और कवक को पचाते हैं, जिससे मीथेन, हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड जैसी गैसों का मिश्रण उत्पन्न होता है, जो बायोगैस बनाता है।
- द्वितीयक उपचार संयंत्र से उपचारित बहिःस्राव को अंततः नदियों और धाराओं जैसे प्राकृतिक जल निकायों में छोड़ दिया जाता है।
### निष्कर्ष\nद्वितीयक उपचार के दौरान सूक्ष्मजीवों की क्रिया खतरनाक कार्बनिक प्रदूषकों को हानिरहित अंत उत्पादों में बदल देती है, जिससे BOD में भारी कमी आती है और अपशिष्ट जल के निपटान से पहले पारिस्थितिक सुरक्षा सुनिश्चित होती है।
उत्तर (Answer): ### बायोगैस और सूक्ष्मजीवों का परिचय\nबायोगैस एक गैसीय ईंधन है जिसमें मुख्य रूप से मीथेन ($CH_4$), कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$), हाइड्रोजन ($H_2$), और हाइड्रोजन सल्फाइड ($H_2S$) होते हैं। यह बायोमास के अवायवीय सूक्ष्मजीवों द्वारा अपघटन से उत्पन्न होता है, जिसमें मुख्य रूप से मवेशियों का गोबर (गोबर), कृषि अपशिष्ट और जैविक नगरपालिका कचरा शामिल हैं। चूंकि मवेशियों के गोबर में प्रचुर मात्रा में अवायवीय बैक्टीरिया (मेथनोजेन) होते हैं, इसलिए इसका उपयोग बायोगैस उत्पादन के लिए व्यापक रूप से किया जाता है, जिसे अक्सर 'गोबर गैस' कहा जाता है।
### बायोगैस संयंत्र की संरचना\nएक मानक बायोगैस संयंत्र (जैसे खादी और ग्रामोद्योग आयोग की डिजाइन) में आमतौर पर निम्नलिखित संरचनात्मक घटक होते हैं:
- **डाइजेस्टर टैंक:** एक भूमिगत, हवा-रोधी ईंट और सीमेंट टैंक जहां जैविक घोल (स्लरी) का अवायवीय पाचन होता है।
- **इनलेट टैंक:** एक चिनाई वाला टैंक जहां डाइजेस्टर में डाले जाने से पहले गोबर को एक समान घोल बनाने के लिए पानी के साथ मिलाया जाता है।
- **गैस होल्डर / गुंबद:** उत्पादित बायोगैस को एकत्र करने के लिए डाइजेस्टर टैंक के ऊपर स्थित एक उलटा गुंबद।
- **आउटलेट पाइप / स्लज चैंबर:** खर्च किए गए घोल को हटाने के लिए डाइजेस्टर से जुड़ा एक कक्ष, जिसे बाद में सुखाया जाता है और उच्च गुणवत्ता वाले खाद के रूप में उपयोग किया जाता है।
### बायोगैस उत्पादन में जैव रासायनिक प्रक्रियाएं\nअवायवीय पाचन सूक्ष्मजीवों के विभिन्न समूहों द्वारा मध्यस्थता किए जाने वाले तीन क्रमिक जैव रासायनिक चरणों के माध्यम से होता है:
1. **जल अपघटन / घुलनशीलता:**
बायोमास में मौजूद जटिल कार्बनिक पॉलिमर (सेल्युलोज, हेमीसेल्युलोज, प्रोटीन और लिपिड) को किण्वनकारी बैक्टीरिया द्वारा स्रावित बाह्यकोशिकीय हाइड्रोलाइटिक एंजाइमों द्वारा सरल घुलनशील मोनोमर्स (शर्करा, अमीनो एसिड और फैटी एसिड) में तोड़ दिया जाता है।
2. **एसिडोजेनेसिस (अम्ल किण्वन):**
वैकल्पिक और बाध्य अवायवीय अम्ल-उत्पादक बैक्टीरिया (एसिडोजेन) घुलनशील मोनोमर्स को वाष्पशील फैटी एसिड (जैसे एसिटिक एसिड, प्रोपियोनिक एसिड और ब्यूटिरिक एसिड) में बदलते हैं, साथ ही कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन गैस भी बनाते हैं।
3. **मेथनोजेनेसिस:**
सख्त अवायवीय बैक्टीरिया जिन्हें मेथनोजेन (जैसे *मेथैनोबैक्टेरियम*) कहा जाता है, पिछले चरणों में उत्पादित वाष्पशील फैटी एसिड और कार्बन डाइऑक्साइड-हाइड्रोजन मिश्रण पर कार्य करते हैं।
- *शामिल प्रतिक्रियाएँ:*
$CO_2 + 4H_2 \rightarrow CH_4 + 2H_2O$
$CH_3COOH \rightarrow CH_4 + CO_2$
- यह प्रक्रिया बायोगैस के मुख्य घटक के रूप में मीथेन गैस का उत्पादन करती है।
### बायोगैस के लाभ
- खाना पकाने और प्रकाश व्यवस्था के लिए स्वच्छ, धुआं रहित ईंधन प्रदान करता है।
- जैविक कचरे के सुरक्षित निपटान के माध्यम से जल जनित रोगों की घटनाओं को कम करता है।
- उपोत्पाद के रूप में पोषक तत्वों से भरपूर जैविक खाद प्राप्त होती है, जिससे रासायनिक उर्वरकों पर निर्भरता कम होती है।
- पशुधन अपशिष्ट से मीथेन उत्सर्जन को रोककर ग्लोबल वार्मिंग को कम करने में मदद करता है।
उत्तर (Answer): ### मलजल उपचार का परिचय\nशहरों और कस्बों में हर दिन बड़ी मात्रा में अपशिष्ट जल उत्पन्न होता है, जिसे नगरपालिका अपशिष्ट जल या मलजल कहा जाता है। इसमें बड़ी मात्रा में कार्बनिक पदार्थ और रोगजनक सूक्ष्मजीव होते हैं। अनुपचारित मलजल को सीधे नदियों और धाराओं जैसे प्राकृतिक जल निकायों में नहीं छोड़ा जा सकता है क्योंकि इससे गंभीर जल प्रदूषण और घुले हुए ऑक्सीजन की कमी हो जाएगी। इसलिए, निपटान से पहले मलजल उपचार संयंत्रों (STPs) में मलजल का उपचार किया जाता है, मुख्य रूप से मलजल में स्वाभाविक रूप से मौजूद विषमपोषी सूक्ष्मजीवों के माध्यम से।
### प्राथमिक उपचार\nप्राथमिक उपचार एक भौतिक प्रक्रिया है जिसमें निस्पंदन और अवसादन के माध्यम से मलजल से बड़े और छोटे कणों को निकालना शामिल है।
1. **क्रमिक निस्पंदन:** तार की जाली के परदों का उपयोग करके क्रमिक निस्पंदन द्वारा तैरते हुए मलबे को हटा दिया जाता है।
2. **अवसादन:** ग्रिट (मिट्टी और छोटे कंकड़) को अवसादन टैंकों में व्यवस्थित करके हटा दिया जाता है। जो ठोस पदार्थ बैठ जाता है वह प्राथमिक कीचड़ बनाता है, और सुपरनेटेन्ट अपशिष्ट जल बनाता है।
### द्वितीयक उपचार (जैविक उपचार)\nद्वितीयक उपचार एक जैविक प्रक्रिया है जहाँ प्राथमिक अपशिष्ट जल को बड़े वातन टैंकों में भेजा जाता है।
1. **वायवीय पाचन:** अपशिष्ट जल को लगातार यांत्रिक रूप से हिलाया जाता है और इसमें हवा पंप की जाती है। यह जाल जैसी संरचनाएं बनाने के लिए कवक तंतुओं से जुड़े बैक्टीरिया के द्रव्यमान (फ्लॉक्स) में उपयोगी वायवीय सूक्ष्मजीवों की तेजी से वृद्धि की अनुमति देता है।
2. **कार्बनिक पदार्थों का उपभोग:** बढ़ते समय, ये सूक्ष्मजीव अपशिष्ट में कार्बनिक पदार्थों के अधिकांश भाग का उपभोग करते हैं, जो अपशिष्ट की जैव रासायनिक ऑक्सीजन मांग (BOD) को काफी कम कर देता है।
3. **फ्लॉक्स का बैठना:** एक बार BOD काफी कम हो जाने के बाद, अपशिष्ट को एक सेडिफ़िकेशन टैंक में भेजा जाता है जहाँ जीवाणु फ्लॉक्स को तलछट करने की अनुमति दी जाती है। इस तलछट को सक्रिय कीचड़ कहा जाता है।
4. **अवायवीय कीचड़ डाइजेस्टर:** सक्रिय कीचड़ का एक छोटा सा हिस्सा इनोक्युलम के रूप में काम करने के लिए वातन टैंक में वापस पंप किया जाता है। कीचड़ के शेष प्रमुख हिस्से को अवायवीय कीचड़ डाइजेस्टर नामक बड़े टैंकों में पंप किया जाता है। यहाँ, अन्य प्रकार के बैक्टीरिया, जो अवायवीय रूप से बढ़ते हैं, कीचड़ में बैक्टीरिया और कवक को पचाते हैं, जिससे मीथेन, हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड (बायोगैस) जैसी गैसों का मिश्रण उत्पन्न होता है।
### अपशिष्ट का निपटान\nद्वितीयक उपचार संयंत्र से अपशिष्ट को आम तौर पर नदियों और धाराओं जैसे प्राकृतिक जल निकायों में छोड़ दिया जाता है, जो अब सुरक्षित और पर्यावरण के अनुकूल है।
उत्तर (Answer): ### परिचय\nसूक्ष्मजीव न केवल बीमारियां पैदा करने वाले रोगजनक एजेंट हैं बल्कि विभिन्न तरीकों से मानव जाति के लिए अत्यधिक फायदेमंद भी हैं। मानव कल्याण के लाभ के लिए घरेलू तैयारियों के साथ-साथ बड़े पैमाने पर औद्योगिक प्रक्रियाओं में सूक्ष्मजीवों और उनके उत्पादों का बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है।
### घरेलू उत्पादों में सूक्ष्मजीव
1. **दही का उत्पादन:** लैक्टिक एसिड बैक्टीरिया (LAB) जैसे *लैक्टोबैसिलस* दूध में बढ़ते हैं और इसे दही में बदलते हैं। LAB ऐसे एसिड पैदा करते हैं जो दूध के प्रोटीन कैसिइन को जमा और आंशिक रूप से पचाते हैं। दही विटामिन बी12 को बढ़ाकर पोषण गुणवत्ता में भी सुधार करता है।
2. **आटे का किण्वन:** डोसा और इडली जैसे खाद्य पदार्थों को बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले आटे की फूला हुआ रूप किण्वन के दौरान खमीर की गतिविधि द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड गैस के उत्पादन के कारण होता है।
3. **ब्रेड बनाना:** ब्रेड के आटे को किण्वित करने के लिए बेकर यीस्ट (*सैकरोमाइसेस सेरेविसी*) का उपयोग किया जाता है, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड निकलती है जो ब्रेड को छिद्रयुक्त और नरम बनाती है।
4. **पनीर का उत्पादन:** पनीर की विभिन्न किस्में उनकी विशिष्ट बनावट, स्वाद और सुगंध के लिए जानी जाती हैं, विशिष्ट सूक्ष्मजीवों से विशिष्टता आती है। उदाहरण के लिए, स्विस चीज़ में *प्रोपियोबैक्टीरियम शर्मानी* द्वारा बड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड के उत्पादन के कारण बड़े छेद होते हैं, और रोकफोर्ट चीज़ को कवक द्वारा पकाया जाता है।
### औद्योगिक उत्पादों में सूक्ष्मजीव
1. **किण्वित पेय पदार्थ:** वाइन, बीयर, व्हिस्की, ब्रांडी या रम जैसे पेय पदार्थों का उत्पादन माल्टेड अनाज और फलों के रस को醸क यीस्ट (*सैकरोमाइसेस सेरेविसी*) का उपयोग करके औद्योगिक पैमाने पर किया जाता है।
2. **प्रतिजैविक (एंटीबायोटिक्स):** एंटीबायोटिक्स कुछ सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित रासायनिक पदार्थ हैं जो अन्य रोग पैदा करने वाले सूक्ष्मजीवों के विकास को मार सकते हैं या मंद कर सकते हैं। अलेक्जेंडर फ्लेमिंग ने *पेनिसिलियम नोटाटम* से पेनिसिलिन की खोज की।
3. **रसायन, एंजाइम और जैव सक्रिय अणु:**
- कार्बनिक अम्ल जैसे साइट्रिक एसिड (*एसपरगिलस नाइजर*), एसिटिक एसिड (*एसिटोबैक्टर एसिटी*), और ब्यूटिरिक एसिड (*क्लोस्ट्रिडियम ब्यूटिलिकम*)।
- डिटर्जेंट फॉर्मूलेशन में प्रयुक्त लाइपेस जैसे एंजाइम और स्ट्रेप्टोकोकस द्वारा उत्पादित स्ट्रेप्टोकाइनेज का उपयोग 'क्लॉट बस्टर' के रूप में किया जाता है।
- *ट्राइकोडर्मा पॉलीस्पोरम* द्वारा उत्पादित साइक्लोस्पोरिन ए (इम्यूनोसप्रेसिव एजेंट) और *मोनसस परप्यूरियस* द्वारा उत्पादित स्टैटिन (रक्त-कोलेस्ट्रॉल कम करने वाले एजेंट) जैसे जैव सक्रिय अणु।
उत्तर (Answer): ### जैव उर्वरकों का परिचय\nजैव उर्वरक ऐसे जीव हैं जो मिट्टी की पोषक गुणवत्ता को समृद्ध करते हैं। जैव उर्वरकों के मुख्य स्रोत बैक्टीरिया, कवक और साइनोबैक्टीरिया हैं। रासायनिक उर्वरकों के विपरीत जो प्रदूषण और पर्यावरण क्षरण का कारण बनते हैं, जैव उर्वरक आधुनिक कृषि में पर्यावरण-अनुकूल और टिकाऊ विकल्प हैं।
### राइजोबियम की भूमिका (सहजीवी नाइट्रोजन स्थिरीकरण)\nराइजोबियम सहजीवी बैक्टीरिया का एक उत्कृष्ट उदाहरण है जो लेग्यूमिनस पौधों (जैसे सेम, मटर और दालें) की जड़ों में गांठें बनाता है। ये बैक्टीरिया वायुमंडलीय नाइट्रोजन को कार्बनिक यौगिकों में स्थिर करते हैं, जिनका उपयोग पोषक तत्व के रूप में पौधे आसानी से करते हैं। इसके बदले में, पौधा बैक्टीरिया को आश्रय और भोजन प्रदान करता है।
### मुक्तजीवी नाइट्रोजन-स्थिरीकरण बैक्टीरिया\nएजोटोबैक्टर और एजोस्पिरिलम जैसे जीव मिट्टी में रहने वाले मुक्तजीवी बैक्टीरिया हैं। वे वायुमंडल से मुक्त नाइट्रोजन गैस लेते हैं और इसे नाइट्रोजनयुक्त यौगिकों में बदलते हैं, जिससे किसी विशिष्ट पौधे की आवश्यकता के बिना मिट्टी की नाइट्रोजन सामग्री स्वतंत्र रूप से समृद्ध होती है।
### माइकोराइजा (कवक सहजीवी संबंध)\nमाइकोराइजा कवक और उच्च पौधों की जड़ों के बीच एक सहजीवी संबंध का प्रतिनिधित्व करता है। *ग्लोमस* प्रजाति जैसी कवक इस संबंध को बनाती है। कवक सहजीवी मिट्टी से फास्फोरस को अवशोषित करता है और इसे पौधे को पहुंचाता है। माइकोराइजा वाले पौधे जड़ जनित रोगजनकों के प्रति प्रतिरोध, लवणता और सूखे के प्रति सहनशीलता, और समग्र रूप से पौधों की वृद्धि और विकास में वृद्धि दिखाते हैं।
### जैव उर्वरक के रूप में साइनोबैक्टीरिया\nसाइनोबैक्टीरिया स्वपोषी सूक्ष्मजीव हैं जो जलीय और स्थलीय वातावरण में व्यापक रूप से वितरित हैं, जैसे *एनाबेना*, *नस्टॉक*, और *ऑसिलेटोरिया*। धान के खेतों में, साइनोबैक्टीरिया एक महत्वपूर्ण जैव उर्वरक के रूप में कार्य करते हैं। नीले-हरे शैवाल मिट्टी में कार्बनिक पदार्थ भी जोड़ते हैं और इसकी समग्र उर्वरता और नमी बनाए रखने की क्षमता को बढ़ाते हैं।
उत्तर (Answer): बायोगैस संयंत्र जैविक बायोमास, जैसे पशु गोबर, कृषि अपशिष्ट और सीवेज के एनारोबिक पाचन के लिए डिज़ाइन की गई एक विशेष संरचना है, ताकि स्वच्छ, दहनशील बायोगैस और पोषक तत्वों से भरपूर जैविक खाद का उत्पादन किया जा सके। संयंत्र में आम तौर पर एक कंक्रीट डाइजेस्टर टैंक (10-15 फीट गहरा) होता है जहाँ जैव-अपशिष्ट एकत्र किए जाते हैं और घोल बनाने के लिए पानी के साथ मिलाए जाते हैं, टैंक के ऊपर एक तैरता हुआ या तय गैस होल्डर गुंबद होता है, और इनलेट/आउटलेट टैंक होते हैं।
\nबायोगैस उत्पादन की प्रक्रिया एक तीन-चरण सूक्ष्मजीव एनारोबिक पाचन है: सबसे पहले, फैकल्टेटिव एनारोबिक हाइड्रोलिटिक बैक्टीरिया जटिल बहुलकों (सेल्युलोज, प्रोटीन, लिपिड) को सरल शर्करा, अमीनो एसिड और फैटी एसिड जैसे घुलनशील मोनोमर में तोड़ देते हैं। दूसरा, एसिडोजेनिक बैक्टीरिया (किण्वन रोगाणु) इन मोनोमर्स को एसिटिक एसिड जैसे कार्बनिक अम्लों में बदलते हैं। अंत में, कड़ाई से एनारोबिक मेथेनोजेनिक बैक्टीरिया, जिन्हें आमतौर पर मेथेनोजेन (उदा. मेथेनोबैक्टीरियम) के रूप में जाना जाता है, कार्बन डाइऑक्साइड और हाइड्रोजन के साथ मीथेन गैस का उत्पादन करने के लिए इन कार्बनिक अम्लों और कार्बन डाइऑक्साइड पर कार्य करते हैं।
\nउत्पन्न बायोगैस गैस होल्डर गुंबद में एकत्र होती है, जहाँ से इसे घरेलू खाना पकाने और प्रकाश की जरूरतों के लिए पाइप से बाहर निकाला जाता है। टैंक में बचा हुआ खर्च किया हुआ घोल समय-समय पर हटा दिया जाता है और उच्च गुणवत्ता वाले जैविक उर्वरक के रूप में उपयोग करने के लिए सुखाया जाता है, जो एक पर्यावरण-अनुकूल चक्र को पूरा करता है।
उत्तर (Answer): जैव नियंत्रण से तात्पर्य पादप रोगों और कीटों को नियंत्रित करने के लिए जैविक तरीकों के उपयोग से है, जो जहरीले रासायनिक कीटनाशकों और कीटनाशकों से दूर हटते हैं जो पर्यावरण प्रदूषण और जैव संचय का कारण बनते हैं। बैक्टीरिया, कवक और वायरस सहित सूक्ष्मजीव, शिकार, परजीवीवाद या प्रतियोगिता के माध्यम से हानिकारक कीटों और रोगजनकों की आबादी को स्वाभाविक रूप से दबाकर असाधारण जैव नियंत्रण एजेंट के रूप में कार्य करते हैं।
\nएक जीवाणु जैव नियंत्रण एजेंट का एक प्रमुख उदाहरण बैसिलस थुरिंजीएंसिस (जिसे अक्सर बीटी कहा जाता है) है। इस जीवाणु के बीजाणु पाउच में उपलब्ध हैं और ब्रैसिका और फल के पेड़ों जैसी कमजोर फसलों पर छिड़काव किए जाते हैं। कीट के लार्वा द्वारा सेवन किए जाने पर, जीवाणु विष उनके क्षारीय आंत में सक्रिय हो जाता है और मिडगट उपकला कोशिकाओं को तोड़ देता है, गैर-लक्ष्य लाभकारी कीड़ों को नुकसान पहुँचाए बिना कीटों को मार देता है। आनुवंशिक इंजीनियरिंग ने बीटी टॉक्सिन जीन को सीधे बीटी कपास जैसे फसल पौधों में भी एकीकृत किया है।
\nएक अन्य प्रमुख उदाहरण ट्राइकोडर्मा कवक है, जिसकी मुक्त-जीवित प्रजातियां जड़ पारिस्थितिकी प्रणालियों में बहुत आम हैं। ट्राइकोडर्मा प्रजातियां कई पादप रोगजनकों के खिलाफ प्रभावी जैव नियंत्रण एजेंट के रूप में कार्य करती हैं जो जड़ सड़न और मुरझाने वाले रोगों का कारण बनती हैं। वे जड़ क्षेत्र को उपनिवेशित करते हैं, अंतरिक्ष और पोषक तत्वों के लिए रोगजनकों को पीछे छोड़ते हैं, और रोगजनक कवक को सीधे परजीवी बनाते हैं, जिससे फसलों की रक्षा होती है।
\nइसके अलावा, न्यूक्लियोपॉलीहेड्रोवायरस (NPV) उत्कृष्ट वायरल जैव नियंत्रण एजेंट हैं जिनका उपयोग विशिष्ट कीटों और आर्थ्रोपोडों पर हमला करने के लिए किया जाता है। वे प्रजाति-विशिष्ट, संकीर्ण-स्पेक्ट्रम कीटनाशक हैं जो स्तनधारियों, पक्षियों, मछलियों या गैर-लक्ष्य लाभकारी कीड़ों को प्रभावित नहीं करते हैं, जिससे वे टिकाऊ कृषि में एकीकृत कीट प्रबंधन (IPM) कार्यक्रमों के आदर्श घटक बन जाते हैं।
उत्तर (Answer): माइकोराइजा विशिष्ट कवक और उच्च पौधों की जड़ों के बीच पारस्परिक रूप से लाभप्रद सहजीवी संघ का प्रतिनिधित्व करता है। इस संघ में, कवक सहजीवी को पौधे से आश्रय और तैयार जैविक भोजन मिलता है, जबकि बदले में, यह मेजबान पौधे को कई महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, विभिन्न पर्यावरणीय परिस्थितियों में इसकी जीवित रहने और विकास की क्षमताओं को काफी बढ़ाता है।
\nकवक हाइफा नेटवर्क पौधे की जड़ों के आसपास की मिट्टी में बड़े पैमाने पर फैलता है, जो एक विस्तारित जड़ प्रणाली के रूप में कार्य करता है। यह मिट्टी से पानी और आवश्यक खनिज पोषक तत्वों, विशेष रूप से फास्फोरस, जो अक्सर अघुलनशील और दुर्लभ होता है, के अवशोषण के लिए सतह क्षेत्र को काफी बढ़ा देता है। मिट्टी के फास्फोरस को घोलकर और सेवन दक्षता में सुधार करके, माइकोराइज़ल कवक मजबूत पौधे के विकास को बढ़ावा देते हैं।
\nबढ़े हुए पोषक तत्व अधिग्रहण के अलावा, माइकोराइज़ल एसोसिएशन विभिन्न पर्यावरणीय तनावों के खिलाफ मेजबान पौधों को असाधारण प्रतिरोध प्रदान करते हैं। इनमें मिट्टी की लवणता, सूखे की स्थिति और अत्यधिक जड़-रोगजनक हमलों के प्रति सहनशीलता शामिल है। कवक अक्सर एंटीबायोटिक पदार्थ स्रावित करते हैं जो पौधे की जड़ों को परजीवी कवक और हानिकारक नेमाटोड से बचाते हैं।
\nकृषि और वानिकी में, माइकोराइजा एक परिवर्तनकारी भूमिका निभाते हैं। वे पोषक तत्वों की कमी वाली मिट्टी में वन पेड़ों की स्थापना और विकास के लिए विशेष रूप से अपरिहार्य हैं और वनीकरण परियोजनाओं में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। रासायनिक फॉस्फेट उर्वरकों पर निर्भरता को कम करके, माइकोराइज़ल कवक टिकाऊ कृषि प्रथाओं को बढ़ावा देते हैं, मिट्टी की संरचना में सुधार करते हैं, और विविध कृषि-पारिस्थितिकी तंत्रों में स्वस्थ फसल पैदावार सुनिश्चित करते हैं।
उत्तर (Answer): सीवेज के प्राथमिक उपचार में मुख्य रूप से निस्पंदन और अवसादन के माध्यम से तैरते और निलंबित ठोस पदार्थों को भौतिक रूप से हटाना शामिल है, जिससे प्राथमिक अपशिष्ट निकलता है जिसमें बड़ी मात्रा में घुला हुआ कार्बनिक पदार्थ और सूक्ष्मजीव होते हैं। इस अपशिष्ट को इसकी बायोकेमिकल ऑक्सीजन डिमांड (BOD) को बड़े पैमाने पर कम करने के लिए द्वितीयक उपचार, जिसे जैविक उपचार भी कहा जाता है, के अधीन किया जाता है, जो पानी के नमूने में मौजूद कार्बनिक पदार्थों को ऑक्सीकरण करने के लिए एरोबिक सूक्ष्मजीवों द्वारा उपभोग की जाने वाली घुली हुई ऑक्सीजन की मात्रा को मापता है।
\nप्राथमिक अपशिष्ट को बड़े वातन टैंकों में पंप किया जाता है जहाँ इसे लगातार यांत्रिक रूप से हिलाया जाता है और इसके माध्यम से हवा पंप की जाती है। यह एक ऐसा वातावरण बनाता है जो कवक तंतुओं से जुड़े बैक्टीरिया के द्रव्यमान में एरोबिक सूक्ष्मजीवों के तेजी से विकास को बढ़ावा देता है ताकि जाली जैसी संरचनाएं बन सकें जिन्हें फ्लॉक्स कहा जाता है। जैसे-जैसे ये सूक्ष्मजीव बढ़ते हैं, वे अपने भोजन के स्रोत के रूप में अपशिष्ट में कार्बनिक पदार्थों के एक बड़े हिस्से का उपभोग करते हैं।
\nचूंकि एरोबिक रोगाणु कार्बनिक प्रदूषकों का उपभोग करते हैं, इसलिए अपशिष्ट जल की बायोकेमिकल ऑक्सीजन डिमांड (BOD) काफी कम हो जाती है। एक बार BOD को सुरक्षित स्तर तक कम कर दिया जाता है, तो अपशिष्ट को एक सेलिंग टैंक में पारित किया जाता है जहाँ जीवाणु फ्लॉक्स को तलछट करने की अनुमति दी जाती है, जिससे सक्रिय कीचड़ के रूप में जाना जाता है। इस सक्रिय कीचड़ के एक छोटे से हिस्से को इनोक्युलम के रूप में काम करने के लिए वातन टैंक में वापस पंप किया जाता है, जबकि शेष प्रमुख हिस्से को एनारोबिक कीचड़ डाइजेस्टर्स में स्थानांतरित कर दिया जाता है।
\nएनारोबिक कीचड़ डाइजेस्टर्स में, विशेष एनारोबिक बैक्टीरिया कीचड़ में मौजूद एरोबिक बैक्टीरिया और कवक को पचाते हैं, जिससे मीथेन, हाइड्रोजन सल्फाइड और कार्बन डाइऑक्साइड जैसी गैसों का मिश्रण उत्पन्न होता है, जो बायोगैस बनाता है। इस व्यापक जैविक उपचार के बाद, अपशिष्ट ऑक्सीजन की कमी या जलीय प्रदूषण पैदा किए बिना नदियों और धाराओं जैसे प्राकृतिक जल निकायों में छोड़े जाने के लिए सुरक्षित है।
उत्तर (Answer): खाद्य, फार्मास्यूटिकल और रासायनिक उद्योगों में व्यापक अनुप्रयोग पाने वाले विभिन्न कार्बनिक अम्लों के बड़े पैमाने पर किण्वन उत्पादन के लिए औद्योगिक जैव प्रौद्योगिकी में सूक्ष्मजीवों का बड़े पैमाने पर उपयोग किया जाता है। इन कार्बनिक अम्लों की उपज को अनुकूलित करने के लिए नियंत्रित किण्वन स्थितियों के तहत कवक और बैक्टीरिया के विशिष्ट उपभेदों को सावधानीपूर्वक सुसंस्कृत किया जाता है।
\nसबसे प्रमुख उदाहरणों में से एक साइट्रिक एसिड है, जिसका व्यावसायिक रूप से कवक एस्परगिलस नाइजर का उपयोग करके उत्पादन किया जाता है। किण्वन प्रक्रिया के दौरान, कवक साइट्रिक एसिड का उत्पादन करने के लिए शीरा या स्टार्च हाइड्रोलाइज़ेट जैसे शर्करा सब्सट्रेट को चयापचय करता है, जिसका उपयोग खाद्य और पेय उद्योगों में परिरक्षक, स्वाद बढ़ाने वाले और अम्लीय एजेंट के रूप में व्यापक रूप से किया जाता है।
\nएक अन्य महत्वपूर्ण कार्बनिक अम्ल एसिटिक एसिड (जिसे आमतौर पर सिरका कहा जाता है) है, जो शर्करा के दो-चरण किण्वन के माध्यम से उत्पन्न होता है। शुरुआत में, यीस्ट शर्करा को इथेनॉल में किण्वित करते हैं, जिसे बाद में एसीटोबैक्टर एसिटि बैक्टीरिया द्वारा एसिटिक एसिड में ऑक्सीकृत किया जाता है। एसिटिक एसिड का उपयोग खाद्य मसाला, आचार और रासायनिक संश्लेषण में व्यापक रूप से किया जाता है।
\nइसके अलावा, ब्यूटिरिक एसिड का उत्पादन जीवाणु क्लोस्ट्रिडियम ब्यूटिलिकम की किण्वन क्रिया के माध्यम से औद्योगिक रूप से किया जाता है, जो रासायनिक निर्माण और खाद्य योजक में अनुप्रयोग पाता है। लैक्टिक एसिड, जिसका उपयोग खाद्य संरक्षण, बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक और प्रसाधन सामग्री में बड़े पैमाने पर किया जाता है, लैक्टोबैसिलस प्रजातियों के विभिन्न उपभेदों का उपयोग करके कार्बोहाइड्रेट को किण्वित करके व्यावसायिक रूप से उत्पादित किया जाता है। ये सूक्ष्मजीव प्रक्रियाएं टिकाऊ, अत्यधिक कुशल और औद्योगिक अर्थव्यवस्थाओं के लिए महत्वपूर्ण हैं।