प्राणवायुजीवी शुद्धीकरणाचे आलंबित वृद्धी (suspended growth) व संलग्नवृद्धी (attached growth) असे दोन प्रकार केले जातात. आलंबित वृद्धी या प्रकारात सांडपाण्यातील सेंद्रिय पदार्थांचा अन्न म्हणून उपयोग करून जीवाणू वाढतात व ते पाण्यामध्ये स्वैर स्थितीत असतात; तर संलग्नवृद्धी या प्रकारात ते विशिष्ट पृष्ठभागावर वाढतात. त्यामुळे पहिल्या प्रकारात ते पाण्याबरोबर वाहत जातात आणि सांडपाणी त्यांच्यावरून वाहते. ह्या दोन्ही प्रकारांमध्ये आलंबित, कलिली (colloidal) आणि विरघळलेल्या सेंद्रिय पदार्थांचे रुपांतर जीवाणू ‘सहजपणे निवळणार्‍या’ पदार्थांमध्ये करतात. त्यामुळे ह्या दोन्ही प्रकारांत वायुजीवी प्रक्रिया झाल्यावर सांडपाण्याला दुय्यम निवळण टाकी (secondary setting tank) मध्ये सोडले जाते. येथे जीवाणू व रुपांतर न झालेले पदार्थ सांडपाण्यापासून अलग केले जातात. त्यामुळे सांडपाण्याची जैराप्रामा (जैवरासायनिक प्राणवायूची मागणी) कमी होते. ह्या गाळाला संस्कारित गाळ (activated sludge) म्हणतात.
पारंपारिक प्रभावित गाळ प्रक्रियेमध्ये वर उल्लेख केल्याप्रमाणे सांडपाण्याचे शुद्धीकरण होत रहाते व त्याची जैराप्रामा कमी होते. वायुमिश्रण टाकीमध्ये जीवाणूंची संख्या योग्य त्या पातळीवर ठेवण्यासाठी गाळाचा उरलेला भाग (surplus/excess activated sludge) प्राथमिक निवळण टाकीतील गाळाबरोबर मिसळून वायुजीवी किंवा अवायुजीवी पद्धतीने शुद्ध केला जातो.
निमुळत्या प्रमाणाने प्राणवायू उपलब्धता पद्धत : आकृती क्र. १३.५ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे वायुमिश्रण टाकीमध्ये एकाच ठिकाणी प्राथमिक निवळलेले सांडपाणी आणि पुनर्चक्रित गाळ प्रवेश करीत असल्यामुळे टाकीच्या पहिल्या भागात प्राणवायूची मागणी मोठी असते, म्हणून ह्या भागामध्ये हवेचा पुरवठा भरपूर केला जातो, तो बहिर्गम मार्गाजवळ कमी केला जातो. पण टाकीमधील तरंगते घन कण निवळून खाली बसणार नाहीत इतपत असतो.
टप्प्याटप्प्याने प्राणवायू उपलब्धता पद्धत : निवळलेले सांडपाणी आणि पुनर्चक्रित गाळ ह्यांचे मिश्रण वायुमिश्रण टाकीमध्ये एकाच ठिकाणी सोडण्याऐवजी दोन किंवा त्याहून अधिक ठिकाणी सोडले जाते, परंतु प्राणवायू टाकीभर सारख्याच प्रमाणात सोडला जातो, त्यामुळे टाकीमध्ये प्राणवायूची मागणी आणि पुरवठा ह्यांचे प्रमाण सारखेच राहते. (आ. क्र. १३.४)
दीर्घकाळ प्राणवायू उपलब्धता पद्धत : प्रारंभिक शुद्धीकरणानंतर सांडपाणी थेट वायुमिश्रण टाकीमध्ये घेऊन त्याला प्राणवायूचा पुरवठा पुरेशा प्रमाणात केला जातो, तसेच वायुमिश्रमाचा काळ इतर पद्धतींच्या तुलनेत बराच जास्त असल्यामुळे गाळाचे स्थिरीकरण ह्याच टाकीमध्ये केले जाते आणि येथूनच अतिरिक्त गाळ थेट निर्जलीकरणासाठी त्या यंत्रणेकडे पाठवला जातो. प्राथमिक निवळण टाकी आणि अवायुजीवी पचनक्रिया ह्या पद्धतीमध्ये वगळल्यामुळे एकूण प्रक्रिया सुटसुटीत होते, परंतु विजेचा खर्च वाढतो. (आ. क्र. १३.२)
संपर्क स्थिरीकरण पद्धत : प्राथमिक निवळलेले सांडपाणी दीड ते दोन तासांचा मिश्रणकाळ देऊन दुय्यम निवळण टाकीमध्ये घेतले जाते. येथे गाळ अलग करून त्याला दुसर्‍या वायुमिश्रण टाकीमध्ये घेऊन त्याचे वायुमिश्रण (४ ते ६ तास) केले जाते. पहिल्या टाकीमध्ये जीवाणू त्यांचे अन्न पृष्ठशोषणाने गोळा करतात आणि दुसर्‍या टाकीमध्ये त्याचे विघटन करतात. त्यांना जेव्हा पहिल्या टाकीमध्ये पुनर्चक्रित केले जाते. तेव्हा ते पुन्हा पृष्ठशोषणाच्या प्रक्रियेसाठी तयार असतात. ह्या पद्धतीमध्ये दोन्ही मिक्षणटाक्यांचे घनफळ सारखे ठेवले तर शुद्धीकरण यंत्रणेवर अतिरिक्त भार (overload) पद्धतीने आणि एरवी पारंपारिक गाळ पद्धतीने चालवता येते. (आ. क्र. १३.३)
वक्रनलिका वायुमिश्रण (U-tube aeration) : जमिनीमध्ये १२० ते १५० मीटर खोल खड्डा खणून त्यामध्ये सांडपाणी, पुनर्चक्रित गाळ आणि संपीडित हवा खोलवर सोडण्यात येते. ह्या खोल पातळीवर हवेतील प्राणवायू सांडपाण्यामध्ये पूर्णपणे विरघळतो; त्याचा उपयोग उच्च जैराप्रामा असलेल्या सांडपाण्याच्या शुद्धीकरणासाठी होतो. एरवी वायुमिश्रण टाकीनंतर येणार्‍या दुय्यम निवळण टाकीची जागा तरण टाकीने घेणे योग्य ठरते. कारण खड्ड्याबाहेर येणारे सांडपाणी हवेने संपृक्त (Saturated) झालेले असते म्हणून त्यामधला गाळ तरण प्रक्रियेने अलग करणे सोपे जाते. (आ. क्र. १३.६)
शुद्ध प्राणवायु उपलब्धता पद्धत : जीवाणूंना हवेवाटे प्राणवायू पुरवण्याऐवजी शुद्धप्राणवायुच पुरवून सेंद्रिय पदार्थांचे ऑक्सिडीकरण केले जाते. ह्या पद्धतीचे फायदे पुढीलप्रमाणे : (१) सांडपाण्यामध्ये प्राणवायू विरघळविण्यासाठी कमी ऊर्जा लागते. (२) उच्च जैराप्रामा असलेल्या सांडपाण्याचे शुद्धीकरण करता येते. (३) संस्कारित गाळाचे फुगणे कमी होते. (४) प्रभावित गाळाची निवळण क्षमता सुधारते. (५) अतिरिक्त किंवा अचानक येणारा सेंद्रिय भार (organic overload) सहन करू शकते. ह्या पद्धतीमध्ये वायुमिश्रण टाकीला झाकण करावे लागते, तसेच टाकीच्या आतील पृष्ठभावर आणि दुय्यम निवळण टाकीवर गंजण्याची प्रक्रिया होऊ शकते, कारण जीवाणूंच्या चयापचयामुळे उत्पन्न झालेला कार्बनडायऑक्साईड आणि टाकीमधील प्राणवायू हे दोन्ही वायू धातूना घातक (corrosive) आहेत, त्यांच्या जोडीला टाकीच्या आतील पाण्याच्या वरील मोकळ्या जागेमध्ये सांडपाण्यामधून येणार्‍या तेलकट पदार्थांच्या वाफा स्फोटक परिस्थिती निर्माण करू शकतात, ती टाळण्यासाठी विशेष व्यवस्था करावा लागते. (आ. क्र.१३.७)
शुद्धीकारक तळे : ही पद्धत प्रदीर्घ प्राणवायु उपलब्धतेच्या तत्त्वावर चालते. ह्यामध्ये वायुमिश्रण टाकी म्हणजे एक लांब, अरुंद खड्डा असून त्यातील सांडपाण्याची खोली १ ते १.५ मीटर असते. वायुमिश्रणासाठी आडव्या आसावर बसवलेल्या पट्ट्या ठराविक खोलीपर्यंत सांडपाण्यामध्ये बुडवून फिरवल्या जातात, त्यामुळे होणार्‍या खळबळाटामुळे हवेतील प्राणवायू सांडपाण्यात शिरतो. तसेच सांडपाणी व आलंबित पदार्थ पुढे ढकलले जातात. सेंद्रिय पदार्थांचे ऑक्सिडीकरण होऊन सांडपाण्याची जैराप्रामा कमी होते; हे सांडपाणी दुय्यम निवळण टाकीमध्ये घेऊन त्यामधील आलंबित पदार्थ (activated sludge) वेगळे केले जातात आणि त्यांचा काही भाग वायुमिश्रण टाकीमध्ये पुनर्चक्रित केला जातो आणि उरलेला भाग गाळ सुकवण्याच्या यंत्रणेमध्ये घालून कोरडा केला जातो. वायुमिश्रण टाकीचा तळ जलप्रतिबंधक (water tight) केल्यामुळे भूगर्भजलाचे प्रदूषण होण्याचे प्रमाण कमी होते. (आ. क्र. १३.८)
ह्या प्रक्रियांमध्ये सामान्यत: पुढील घटक असतात : (१) वायुमिश्रण टाकी, (२) प्राणवायूचा स्रोत, (३) द्वितीय निवळण टाकी, (४) ह्या टाकीमध्ये बसलेला गाळवायुमिश्रण टाकीमध्ये पुनर्चक्रित करणारी यंत्रणा आणि (५) जीवाणूंच्या चयापचयामुळे उत्पन्न झालेल्या अतिरिक्त गाळाची विल्हेवाट लावणारी व्यवस्था. (पहा : आ. १३.१ ते १३.५ व आ. १३.९)
कमीत कमी विजेचा वापर करून जास्तीत जास्त प्राणवायूचा विनियोग करण्याच्या हेतूने आणि एकूण शुध्दीकरण प्रक्रिया साधी व सोपी करण्याच्या दृष्टीने पारंपारिक प्रभावित गाळ प्रक्रियेमध्ये करण्यात आलेले बदल पहाण्याआधी ही प्रक्रिया आकृती क्र. १३.१ मध्ये दाखवली आहे.
पृष्ठीय वायुमिश्रक (surface aerator) हवेमध्ये सांडपाण्याचा जास्तीत जास्त पृष्ठभाग हवेच्या संपर्कात आणतो, त्यामुळे हवेमधला प्राणवायू सांडपाण्यांत मिसळतो किंवा वायवीय वायुमिश्रक (pneumatic aeration) मिश्रण टाकीच्या तळाशी संपीडित हवेचे जे बुडबुडे सांडपाण्यामध्ये सोडले जातात ते सांडपाण्याच्या पृष्ठभागावर येईपर्यंत त्यांच्यामधला प्राणवायू सांडपाण्यांत मिसळतो.
वायुजीवी तळे (Aerobic lagoon) ह्या तळ्यांमध्ये प्राणवायूचे प्रमाण पृष्ठभागापासून तळापर्यंत एकसमान रहावे. ह्यासाठी सांडपाण्याची खोली मर्यादित आणि प्राणवायू पुरवणारी यंत्रणा पुरेशा अश्वशक्तीची (सहस्त यांत्रिक मिश्रक) असते. ह्या तळ्यांचा आकार मोठा असल्यामुळे ती जमिनीमध्ये खड्डे करून आणि मातीचा भराव टाकून बांधलेली असतात, तसेच त्यांचे तळ व मातीचे भराव जलरोधक करण्यांत येतात, त्यामुळे भूगर्भातील पाण्याचे प्रदूषण टाळता येते. ह्या तळ्यांमध्ये संपूर्ण सांडपाण्याचे शुद्धीकरण वायुजीवी (Aerobic) पद्धतीने होते. (आ. क्र. १३.९).
वायुमिश्रित तळ्यांमध्ये (Aerated lagoons) बसवलेले वायुमिश्रक सांडपाण्याच्या विशिष्ट खोलीपर्यंत प्राणवायू पोहोचविणे आणि आलंबित पदार्थ आलंबित स्थितीमध्ये राहतील इतक्याच अश्वशक्तीचे असतात; त्यामुळे ह्या तळ्यांमध्ये सांडपाण्याचा वरचा भाग वायुजीवी व तळाकडचा भाग अवायुजीवी स्थितीत असतो. अवायुजीवी प्रक्रियेमुळे उत्पन्न झालेले सीमित शुद्ध सांडपाणी विसरणा (Diffusion) मुळे वायुजीवी भागामध्ये येतात, तेथे त्यांचे वायुजीवी पद्धतीने विघटन होते. ह्या प्रकारच्या तळ्यांना उभय शुद्धीकरण प्रक्रियेचे तळ (फॅकल्टेटिव्हलॅगून्स) असेही म्हणतात.
ऑक्सिडीकरण तळी (Oxidation ponds) : ह्या तळ्यांमध्ये दोन प्रकार असून सांडपाण्याची खोली त्यांमध्ये सूर्यप्रकाश पोहोंचू शकेल एवढीच असते, तेव्हा त्यांना वायुजीवी ऑक्सिडीकरण तळी (Aerobic Oxidation ponds) म्हणतात, त्याहून अधिक खोली असलेल्या तळ्यांना वैकल्पिक ऑक्सिडीकरण तळी (facultative oxidation ponds) म्हणतात. ह्या दोन्ही प्रकारच्या तळ्यांमध्ये प्राणवायूचा पुरवठा होतो तो शैवाल व जीवाणू ह्यांच्या परस्पर अनुरूप साहाय्यामुळे त्यामध्ये दोन्ही प्रकारच्या तळ्यांमध्ये प्राणवायूचा पुरवठा होतो तो शैवाल व जीवाणू ह्यांच्या परस्पर अनूरूप सहाय्यामुळे त्यामध्ये सूर्यप्रकाशामुळे शैवाल हे प्रकाशसंश्लेषण (photosynthesis) करून जीवाणूंनी सेंद्रिय पदार्थांच्या विघटनातून उत्पन्न झालेल्या कार्बन डायऑक्साइडमधला प्राणवायू जीवाणूंना देतात आणि कार्बनचा वापर नवीन शैवाल आणि जीवाणूंच्या उत्पादनासाठी करतात. प्रकाशसंश्लेषणाची क्रिया फक्त दिवसा होते आणि सूर्यास्तापासून ते सूर्योदयापर्यंत शैवाल आणि जीवाणू सांडपाण्यांत विरघळलेल्या प्राणवायूचा उपयोग करतात.
वायुमिश्रणासाठी अत्युच्च दाबाची हवा वापरण्यामुळे तिच्यामधील प्राणवायू सांडपाण्यामध्ये पूर्णपणे विरघळतो; ह्याचा उपयोग खूप मोठी जैराप्रामा असलेल्या सांडपाण्याच्या शुद्धीकरणासाठी होतो, तसेच शुद्ध केलेल्या सांडपाण्याचे पुन्हा वायुमिश्रण करावे लागत नाही. अतिरिक्त गाळ लवकर सुकतो.
संदर्भ :
- Arceivala, S. J.; Asolekar, S. R.; Wastewater Treatment for Pollution Control and Reuse, New Delhi, 2007.
- Tehobanoglous, G.; Burton, F. L.; David, H. Wastewater Engineering –Treatment and Reuse, 4th ed., New Delhi, 2003.
