घरगुती सांडपाणी : आधारित वृद्धी प्रक्रिया (Household Wastewater : Attached Growth Process)

आधारित वृद्धी या प्रकारच्या प्रक्रियांत सांडपाण्यामध्ये ठेवलेल्या घन माध्यमावर किंवा त्यावर शिंपडलेल्या सांडपाण्यामुळे जीवाणु वाढतात व शुद्धीकरण करतात, (पहा : घरगुती सांडपाणी : वायुमिश्रण) उदा., ठिबक गाळण पद्धत (Trickling Filter), जैविक संपर्क यंत्र (Rotating biological contactor), पटल जैविक प्रक्रिया (Membrane bioreactor MBR), चलत पटल जैविक प्रक्रिया (Moving bed bioreactor MBBR), बुडित माध्यम जैविक प्रक्रिया (Submerged media beds), क्रमशः विभागशः प्रक्रिया (Sequencing batch reactor SBR), जमीन माध्यम प्रक्रिया (Land treatment), कृत्रिम दलदलयुक्त माध्यम प्रक्रिया (Constructed Wetlands).  असे आणि त्यामधील बहुतांश आलंबित पदार्थ मातीत अडकून बसत आणि मातीमधील जीवाणू सेंद्रिय पदार्थांचे विघटन करीत असत. ह्या दोन्ही क्रियांमुळे सांडपाण्याचे शुद्धीकरण होत असे. ह्या प्रक्रियेचे अधिक शास्त्रशुद्धरूप म्हणजे Contact Filter ह्यामध्ये उघड्या टाकीमधील दगडांच्या राशीवर सांडपाणी भरून ठेवीत, टाकी भरल्यावर सांडपाण्याचा प्रवाह बंद करून काही काळानंतर टाकी रिकामी करीत व त्यानंतर ६ तासांनी पुन्हा सांडपाण्याने भरायला घेत असत. ह्या काळात हवेतील प्राणवायू, जीवाणू आणि सांडपाण्यातील सेंद्रिय पदार्थ ह्यांमध्ये प्रक्रिया होऊन सांडपाणी शुद्ध होत असे.

वरील दोन्ही प्रकारांमध्ये मातीच्या आणि दगडाच्या माध्यमातून पाणी झिरपण्याची क्रिया होत असल्यामुळे ह्या प्रक्रियेला निस्यंदन हे नाव पडले, परंतु सध्याच्या माध्यमांचा आकार खूप मोठा असल्यामुळे गाळण क्रिया होत नाही, तर माध्यमांवर वाढलेल्या जीवाणूंच्या थरांवरून सांडपाण्याची वहाण्याची क्रिया आणि सेंद्रिय पदार्थांचे पृष्ठशोषण ह्यामुळे शुद्धीकरण होते.

ठिबक निस्यंदक (trickling filter) : माध्यमावर सांडपाण्याचे वितरण करण्याच्या पद्धतीवर, उदा., फवार्‍याचे रुपांत किंवा संतत धार सोडणार्‍या रुपांत निस्यंदकाच्या टाकीचा आकार चौकोनी किंवा गोल असा ठरतो. दगड, खडी, अशुद्ध धातूची मळी, प्लॅस्टिकचे विविध आकाराचे खंड माध्यम म्हणून वापरांत आणतात. प्राथमिक निवळण केलेले सांडपाणी माध्यमावर सोडतात, त्यातील जीवाणू सेंद्रिय पदार्थ वापरून माध्यमाच्या पृष्ठभागावर वाढतात. जेव्हा जीवाणूंच्या थराची जाडी वाढत जाते आणि वातावरणातील प्राणवायू सर्वांत आतील थरापर्यंत पोहोचू शकत नाही. तेव्हा जीवाणूंची माध्यमावरील पकड सुटते आणि त्यांचा थर सांडपाण्याच्या प्रवाहाबरोबर वाहून जातो; पुन्हा एकदा नवीन थर उत्पन्न व्हायला लागतो. ह्या प्रक्रियेला पृष्ठक्षालन (sloughing) म्हणतात. सांडपाणी आणि जीवाणूंचा थर हे मिश्रण दुय्यम निवळण टाकी (Secondary setting tank) मध्ये घेऊन शुद्ध झालेले सांडपाणी सोडून देतात आणि गाळ प्राथमिक निवळण टाकीतील गाळाबरोबर मिसळून त्याची विल्हेवाट लावतात. (आ. १४.१)

ह्या झिरप पद्धतीचे त्यांच्यावरील सांडपाण्याचे प्रमाण आणि सेंद्रिय भार यांवरून सावकाश, द्रुत गतीने व अतिद्रुत गतीने काम करणारे असे तीन प्रकार होतात. (कोष्टक क्र. १).

कोष्टक क्र. १ : ठिबक निस्यंदकाचे प्रकार.

उच्च व अतिउच्च त्वरा असलेल्या निस्यंदकामध्ये निवळलेले पाणी पुनराभिसरीत केले जाते. पुनराभिसरण करण्यामागे असणारे हेतू : (१) केंद्रामध्ये येणार्‍या पाण्याची जैराप्रामा अधिक असेल किंवा त्या पाण्यामध्ये जीवाणूंना हानिकारक ठरणारे पदार्थ असतील तर पुनराभिसरीत पाण्याच्या साहाय्याने ते पदार्थ असंहत (dilute) करता येतात. (२) घरगुती सांडपाण्याचा प्रवाह, विशेषतः रात्री खूप कमी होतो, अशा काळात निस्यंदकाच्या जीवाणूंचे थर कोरडे पडू नयेत म्हणून पुनराभिसरण केले जाते. (३) जीवाणूंनी उत्पन्न केलेली विकरे (enzymes) शुद्धीकरणाच्या प्रक्रियेमध्ये पुन्हा उपयोगी पडतात आणि (४) निस्यंदकामध्ये माश्या उत्पन्न होण्याचे प्रमाण कमी होते आणि माध्यमावर सांडपाणी साठून राहत नाही.

वायुवीजन (Ventilation) : शुद्धीकरण प्रक्रियेमध्ये अन्न आणि पाण्याबरोबर एक महत्त्वाचा घटक म्हणजे वायुवीजन. कोणतीही यांत्रिक पद्धत न वापरता फक्त वातावरणामधील प्राणवायू जीवाणूंना उपलब्ध करून द्यायचा असतो. म्हणून निस्यंदची रचना हवा खेळती राहील अशी करतात. ह्यासाठी, (१) छोट्या आकाराचा निस्यंदक असल्यास त्याच्या माध्यमाभोवती भिंत न बांधता माध्यमाचा ढीग त्याच्या अभिशयन किंवा स्थैर्य कोनावरच (angle of repose) राहू देतात, फक्त ढीगाच्या सभोवताली निस्यंदकामधून बाहेर येणारे सांडपाणी गोळा करण्यासाठी एक नाली बांधतात किंवा (२) निस्यंदकाच्या परीघाच्या आतून एक खोल नाली बांधून घेतात आणि तिच्यापासून उभ्या नलिका काढून ते माध्यमाच्या बाहेर निस्यंदकाच्या पृष्ठभागाहून थोडे उंच आणून सोडतात. चयापचयामुळे निस्यंदकाच्या आतील हवा आणि वातावरणातील हवा ह्यांमध्ये तापमानाचा थोडासा फरक उत्पन्न होतो आणि हवेचा मंद प्रवाह चालू राहतो किंवा (३) खूप पाऊस पडणार्‍या प्रदेशांत निस्यंदक झाकून पंख्याच्या साहाय्याने हवा वरून खाली सोडतात, ती बाहेर जाण्यासाठी निस्यंदकाच्या भिंतीमध्ये तळाजवळ झरोके ठेवतात. (आ. १४.२)

निस्यंदकामधील माध्यमांचे काही प्रकार आणि त्यांची संक्षिप्त माहिती कोष्टक क्र. २ मध्ये दिली आहे.

कोष्टक क्र. २ : ठिबक निस्यंदक माध्यम.

 ज्या घरगुती सांडपाण्याची जैराप्रामा अधिक असेल किंवा त्याच्याबरोबर काही औद्योगिक सांडपाण्याचे प्रवाह मिसळले असतील, त्याचबरोबर सांडपाण्यामधील नायट्रोजनचे प्रमाण कमी करायचे असेल, अशा सांडपाण्याच्या शुद्धीकरणासाठी दोन टप्प्यांमध्ये (Two stage) ठिबक निस्यंदकाचा वापर केला जातो. अशा काही पद्धती आकृती क्र. १४.३ मध्ये दाखविल्या आहेत.

चक्राकार जैविक संपर्क यंत्रणा (rotating biological contactor; RBC) : संलग्न वाढ प्रक्रियेचा हा एक प्रकार असून ह्यामध्ये पॉलिव्हिनिल क्लोराइड (PVC) किंवा पॉलिस्टीरिनच्या तबकड्या आडव्या आसावर बसवून त्या सांडपाण्यामध्ये सतत फिरवून त्यांच्यावर जीवाणूंना वाढण्यासाठी पृष्ठभाग मिळवून दिला जातो. ह्या तबकड्यांचा ३०% ते ४०% पृष्ठभाग पाण्याखाली बुडालेला असतो, त्यामुळे जीवाणूंना तबकड्या पाण्यामध्ये असताना सेंद्रिय पदार्थ (अन्न) मिळतात आणि त्या पाण्‍याबाहेर आल्या म्हणजे हवेतील प्राणवायू मिळतो. तबकड्या पाण्यामध्ये शिरताना होणार्‍या खळबळाटामुळे सुद्धा पाण्यामध्ये ऑक्सिजन शिरतो. तबकड्यांवर जमलेला जीवाणूंचा थर अधून मधून पडून जातो आणि नवा थर जमण्याची क्रिया सुरू होते. हा पडलेला थर द्वितीय निवळण टाकीमध्ये अलग करून निवळलेले पाणी पुढील प्रक्रियेसाठी घेतले जाते. RBC चा उपयोग फक्त जैराप्रामा कमी करण्यासाठी किंवा सांडपाण्यातील नायट्रोजन कमी करण्यासाठी करता येतो (आकृती क्र. १४.४ अ व आ).

RBC चे फायदे : (१) देखभाल व विजेचा खर्च कमी होतो. (२) जमिनीचे क्षेत्र कमी लागते. (३) जीवाणूंच्या वाढीसाठी खूप मोठा पृष्ठभाग मिळाल्यामुळे सांडपाण्याचे नायट्रजन आवेशन (nitrification) मोठ्या प्रमाणावर होते. (४) प्रत्येक तबकडीचा हवेशी संपर्क ५०% पेक्षा अधिक वेळा येत असल्यामुळे शुद्धीकरणामध्ये अवायुजीवी परिस्थिती उत्पन्न होत नाही. (५) उत्पन्न झालेला गाळ तबकड्यांवरच राहत असल्यामुळे गाळाच्या पुनराभिसरणाचा खर्च वाचतो. (६) ह्या गाळामधून पाणी सहज काढता येते (सुलभ निर्जलीकरण). (७) जीवाणूंची संख्या मोठी असल्यामुळे जलीय आणि सेंद्रिय दुर्गुण बोजा) सहज घेता येतात. (८) जलीय शीर्ष व्यय (hydraulic head loss) फक्त काही सेंमी. इतके कमी होते. (९) प्रत्येक तबकडी पाण्यात बुडत असल्यामुळे माश्यांची वाढ होत नाही. (१०) RBC प्रक्रिया समुच्चयित प्रकल्पाच्या (package plant)  रुपांत सहज वापरता येते.

RBC ची पूर्ण यंत्रणा फायबरग्लासच्या आच्छादनाने सुरक्षित केली तर त्यामुळे PVC किंवा पॉलिस्टीरिनच्या तबकड्यांचे सूर्यप्रकाशातील अतिनील किरणांपासून संरक्षण होते. (२) कमी तापमानाच्या प्रदेशांत शुद्धीकरण प्रक्रियेवर अनिष्ट परिणाम होत नाही. (३) तबकड्यांवर शैवालाची (Algae) ची वाढ होत नाही.

घरगुती सांडपाण्याचे शुद्धीकरणासाठी एके ठिकाणी ही पद्धत अमेरिेकेमध्ये १९७४ च्या सुमारात वापरली गेला. ह्या यंत्रणेमध्ये दररोज २२७० घ. मी. सांडपाणी शुद्ध करण्याची क्षमता होती. तसेच अस्तित्वात असलेल्या शुद्धीकरण यंत्रणेला पूरक म्हणून, समुच्चयित संस्करण प्रकल्प आणि काही प्रकारच्या औद्योगिक सांडपाण्याच्या शुद्धीकरणासाठी ही पद्धत वापरली गेली आहे. उदा., दुग्धशाळा (१०९० घ.मी./दिन), कागद उत्पादन (१,३६,२०० घ.मी./दिन) आसवनी, खनिज तेल शुद्धीकरण (१६,३०० घ.मी./दिन) इत्यादी.