औद्योगिक सांडपाणी : शुद्धीकरणाच्या भौतिक पद्धती (Industrial Wastewater : Physical Methods of Purification)

औद्योगिक सांडपाण्याच्या शुद्धीकरणाच्या भौतिक, रासायनिक व जैविक पद्धतींनुसार घटक प्रचालन व घटक प्रक्रिया असे दोन गटांत वर्गीकरण करता येते.

घटक प्रचालन (Unit operations) : या गटात केवळ भौतिक प्रक्रियांचा वापर केला जातो. उदा., चाळणे, अवसादन/निवळण, तरण, कणसंकलन, मिश्रण, सुकवणे, दहन, गोठवणे, फेसाळणे, अपोहन, परासरण, पृष्ठशोषण, वायुसंक्रमण, निक्षालन, प्रवाहाचे यथाप्रमाण वाटप, गाळणे/निस्यंदन इ.

घटक प्रक्रिया (Unit processes) : या गटात रासायनिक आणि/अथवा जैविक पद्धतींचा उपयोग केला जातो. उदा., सामू बदलणे, किलाटन, निष्फेनीकरण, आयनविनिमय, ऑक्सिडीकरण, क्षपण, निर्जंतुकीकरण, वायुजीवी प्रक्रिया, अवायुजीवी प्रक्रिया, पाण्यात प्राणवायू असला किंवा नसला तरी चालू राहणारी प्रक्रिया.

जेव्हा फक्त घटक प्रचालन  किंवा घटक प्रक्रिया वापरून अपेक्षित शुद्धतेचे पाणी मिळत नाही, तेव्हा वर नमूद केलेल्या प्रक्रियांचे एकत्रीकरण करून, त्यांचा योग्य तो क्रम लावून शुद्धीकरण प्रक्रियेचा आराखडा बनवतात.

शुद्धीकरणाच्या भौतिक प्रक्रिया :

चाळणे : सांडपाण्यामधील तरंगणारे आणि मोठ्या आकाराचे पदार्थ वेगळे करण्यासाठी या पद्धतीचा उपयोग केला जातो. त्यामुळे पाण्याच्या नलिका, झडपा, पंप इ. यंत्रणेला ह्या पदार्थांपासून धोका संभवत नाही. चाळण्यांवर अडकलेले पदार्थ सहसा  सेंद्रिय असल्यामुळे त्यांची योग्य विल्हेवाट लावणे आवश्यक असते; उदा., वस्त्रोद्योगामधील चिंध्या, धागे; चर्मोद्योगातील चामड्याचे तुकडे; कागद उद्योगातील खोडांच्या साली; फलोद्योगामधील फळांच्या साली; साखर उद्योगातील उसाच्या चोयट्या इत्यादी.

अवसादन/निवळण : असेंद्रिय आणि सेंद्रिय आलंबित पदार्थ पाण्यापासून अलग करण्यासाठी अवसादन प्रक्रिया वापरतात. असेंद्रिय पदार्थांचे विशिष्ट गुरुत्व पाण्यापेक्षा अधिक असल्यामुळे ते वालुकाकुंडांच्या साहाय्याने अलग करता येतात, परंतु सेंद्रिय पदार्थासाठी निवळण टाक्या वापरतात. ह्या पदार्थांचे कण लहान असतात आणि त्यांचे विशिष्ट गुरुत्व जवळजवळ पाण्याइतकेच असल्यामुळे ते टाकीच्या तळाशी लवकर बसत नाहीत, म्हणून योग्य ते किलाटक (तुरटी, फेरीक क्लोराईड इ.) वापरून कणसंकलन करून घ्यावे लागते, त्यानंतर ते टाकीच्या तळाशी लवकर बसतात.

तरण : पाण्यापेक्षा हलके असणारे (तेल, ग्रीज, ओशट) पदार्थ वेगळे करण्यासाठी ह्याचा उपयोग करतात. हे दोन प्रकारांनी करता येते : (१) वितरित हवा तरण आणि (२) विसर्जित हवा तरण. पहिला प्रकार धातुविज्ञानामध्ये वापरतात; तर दुसऱ्या प्रकारात सांडपाण्याच्या तळाशी उच्च दाबाचे हवेचे असंख्य बुडबुडे सोडतात, ते पाण्याच्या पृष्ठभागावर येताना आपल्याबरोबर हलके पदार्थ घेवून येतात व ते वरच्यावर काढून घेतले जातात. ह्याचा उपयोग खनिज पदार्थ काढणाऱ्या आणि खाद्यतेले बनवणाऱ्या उद्योगात होतो.

निस्यंदन : निवळण आणि तरण ह्यामधून सुटलेले पदार्थ निस्यंदनाने काढता येतात. सांडपाण्याचे उदासिनीकरण, जडधातूंचे गाळाच्या रूपातील निवळण, जैविक शुद्धीकरणानंतर उत्पन्न झालेले सेंद्रिय आणि असेंद्रिय पदार्थ काढण्यास ह्याचा उपयोग होतो. शुद्ध केलेल्या पाण्याचा पुनर्वापर शेतीसाठी, ठिबक सिंचनासाठी किंवा तुषार सिंचनासाठी करायचा असेल तर किंवा अत्यंत स्वच्छ पाणी पाहिजे असेल तर सूक्ष्मनिस्यंदन, सूक्ष्मतरनिस्यंदन आणि विपरीत परासरण ह्यांचा उपयोग करतात.

मिश्रण : ही  एक अत्यंत साधी आणि सोपी प्रक्रिया असून तिचा उपयोग निर्जंतुकीकरण, संस्कारित/प्रभावित गाळ प्रक्रिया, वायुजीवी आणि अवायुजीवी पचन, सूक्ष्मकणांचे संकलन, उष्णतेचे संक्रमण, अम्लधर्मी  आणि अल्कधर्मी प्रवाहांचे परस्पर उदासिनीकरण ह्यासाठी होतो. ही प्रक्रिया उघड्या टाकीमध्ये मिश्रक वापरून, पाण्याच्या प्रवाहात आडवे अडथळे घालून किंवा पंपाच्या साहाय्याने घडवून आणता येते. बंद नळातून वाहणाऱ्या  पाण्यामध्ये अचल मिश्रक वापरून मिश्रण करता येते.

ज्या सांडपाण्याची मात्रा  आणि प्रत वारंवार बदलत असते, त्याच्या मिश्रण आणि समानीकरण  ह्या दोन्ही क्रिया एकाच टाकीमध्ये करता येतात.

समानीकरण : शुद्धीकरण यंत्रणेवर वारंवार बदलत राहणारा भार कमी करणे, तिच्यामधील वेगवेगळ्या टाक्यांची धारणक्षमता आणि बांधकामासाठी येणार खर्च कमी करणे, सांडपाण्यातील विषारी दूषितकांचे विरलीकरण करणे आणि  यंत्रणेची कार्यक्षमता टिकवून धरणे असे फायदे समानीकरणामुळे  मिळतात. समानीकरण टाकीमध्ये मिश्रक वापरणे आवश्यक असते. त्यामुळे सांडपाण्यामधील आलंबित पदार्थ टाकीच्या तळाशी बसून कुजत नाहीत. हे पाणी पंप केल्यामुळे शुद्धीकरण यंत्रणेला जवळजवळ सारख्या प्रतीचे सांडपाणी मिळते, त्यामुळे तिची कार्यक्षमता टिकून राहते.

सुकवणे : शुद्धीकरण प्रक्रियेमुळे  उत्पन्न झालेल्या गाळामधील पाण्याचे प्रमाण कमी करणे, जेणेकरून त्याची  विल्हेवाट लावणे सोपे व्हावे हा सुकवण्याचा उद्देश असतो. गाळाचे प्रमाण कमी असेल आणि कारखान्याकडे पुरेशी जमीन असेल तर चाळलेली वाळू आणि दगड ह्यांच्या थरावर गाळाचा थर पसरून सुकवणे करतात, पण कमी जागा असेल तर निर्वात निस्यंदन, अपकेंद्रीकरण, Plate and frame press, पट्टा दाब गाळणी (Belt filter press) ह्यासारख्या यांत्रिक पद्धती वापरतात. सुकवलेला गाळ शेतजमीनीवर पसरून त्यातील नायट्रोजन, फॉस्फरस, पोटॅशियम पिकांना उपलब्ध करून दिला जातो. ह्या गाळामध्ये जडधातूंचे प्रमाण जास्त असेल तर तो भराव टाकायला वापरतात.

दहन : ज्या कारखान्यांमधून विषारी गाळ आणि सेंद्रिय घनकचरा निघतो, तेथे सुकवलेला गाळ जाळणे हा उपाय करावा लागतो; ह्यासाठी द्रुत शुष्कक (Flash dryers), तुषार शुष्कक (Spray dryers), फिरता शुष्कक (Rotary dryers), बहू चूलतळ शुष्कक (Multiple hearth dryers), बहुविध प्रभाव बाष्पित्र (Multiple effect evaporators) वापरून गाळातील पाण्याचे प्रमाण १०% पेक्षा कमी करून मग तो जाळतात, त्यासाठी बहू चूलतळ भट्टीचा (Multiple hearth furnace)  वापर केला जातो.

दहनाची आधुनिक पद्धत म्हणजे प्लाविका वायवीकरण पद्धत (Plasma gasification process). ह्या पद्धतीमध्ये भौतिक, रासायनिक आणि जैविक पद्धतींना दाद न देणारी दूषितके जाळतात. हवेच्या मर्यादित पुरवठ्याबरोबर योग्य ते अभिवाह (Flux) वापरून विजेवर चालणाऱ्या प्लाविका दिव्याच्या (Plasma torches) साहाय्याने १८००^० से. पर्यंत तापमान वाढवून दूषितके जाळली जातात, त्यामुळे दूषितकांचे रूपांतर आयनित (ionized) वायूमध्ये होते, त्याला सिनगॅस (Syngas) म्हणतात. अतिउच्च तापमानामुळे अभिवाहाचे रूपांतर खंगरमध्ये होते, तो बांधकामासाठी वापरता येतो.

शीतकरण : दूषित पाणी गोठवले तर त्यातील ज्या पाण्याचा बर्फ होतो ते पाणी शुद्ध असते. ही प्रक्रिया तीन टप्प्यांमध्ये केली जाते : (१) पाण्याचे तापमान गोठणबिंदूपर्यंत कमी करणे, (२) ब्यूटेनसारख्या  प्रशीतकाच्या साहाय्याने तापमान आणखी कमी करणे, त्यामुळे तयार झालेला बर्फ दूषितकांपासून अलग होतो, (३) हे मिश्रण एका  वेगळ्या टाकीमध्ये घेवून त्यातील दूषितके काढून टाकल्यावर उरते ते शुद्ध पाणी.

फेसाळणे : प्रक्षालक किंवा पाण्यापेक्षा कमी विशिष्ट गुरुत्व असणारे पदार्थ काढायला ह्या प्रक्रियेचा उपयोग होतो. पाण्यामध्ये हवेचे बुडबुडे सोडून हे पदार्थ पाण्याच्या पृष्ठभागावर एकत्रित केले जातात व तेथून ते काढले जातात.

अपोहन : प्रदूषित, क्षारयुक्त पाण्यामध्ये एकदिशा विद्युतप्रवाह सोडला तर त्यातील धनप्रभारित आयन धनाग्राकडे व ऋणप्रभावित आयन ऋणाग्राकडे ओढले जातात. धन आणि ऋण आयनांना आरपार जावू देणारी पटले ह्या अग्रामध्ये एकाआड बसवली तर ह्या आयनांचे प्रमाण दोन पटलांमध्ये वाढेल आणि त्यांच्या शेजारील पटलांमध्ये कमी होईल. आयनांचा हा प्रवाह सतत होऊ दिला तर पाण्यामधील क्षार मोठ्या प्रमाणावर काढणे शक्य होईल, पण ही पद्धत फक्त आयनांना लागू असल्यामुळे तिचा वापर मर्यादित आहे.

परासरण : क्षारांची कमीजास्त तीव्रता असलेल्या दोन द्रावांमध्ये अर्धपारगम्य पटल बसवले तर कमी तीव्रता असलेल्या द्रावामधील पाणी अधिक तीव्रता असलेल्या द्रावाकडे वाहते, ह्याला कारण होतो तो त्या पाण्याचा परासरण दाब. क्षाराची अधिक तीव्रता असलेल्या पाण्यावरील दाब वाढवला तर ते पाणी कमी तीव्रता असलेल्या पाण्याकडे वाहते. ह्याला विपरीत परासरण म्हणतात. ह्याचा उपयोग पाण्यातील जवळजवळ सर्व प्रकारची दूषितके काढण्यास होतो. उदा.,  कापड उद्योगातील एकदा वापरलेल्या कॉस्टिक सोड्याच्या पुनर्निर्माणासाठी, निष्फेनीकरणासाठी, जड धातू काढण्यासाठी, विरघळलेले पदार्थ काढण्यासाठी, जीवाणू, विषाणू, आदीजीववर्ग काढण्यासाठी इत्यादी.

पृष्ठशोषण : औद्योगिक सांडपाण्यामधील कलील, विरघळलेले आणि सूक्ष्मजंतूंच्या मदतीने विघटन न करता येण्यासारखे पदार्थ अलग करता येतात. ह्या पद्धतीचा उपयोग सांडपाण्यावर प्राथमिक व दुय्यम प्रक्रियांच्या नंतर केला जातो त्यामुळे ह्या दोन प्रक्रियांमधून सुटलेली दूषितकेसुद्धा अलग करून पाणी अधिक स्वच्छ करता येते. ह्यामध्ये सहज काढता येण्यासारखे पदार्थ म्हणजे सुगंधी विद्रावक, क्लोरिनित आणि बहुवलयी सुगंधी संयुगे (Chlorinated and polynuclear aromatics), कीटकनाशके, उच्च भारांक असलेली कार्बन आणि हायड्रोजनची संयुगे इत्यादी.

वायुविनिमय : ह्या प्रक्रियेमध्ये हवेतील उपयुक्त वायू, उदा., प्राणवायू सांडपाण्यामध्ये सोडणे, सांडपाण्यामधील कार्बन डाय-ऑक्साइड, हायड्रोजन सल्फाइड, बाष्पनशील विद्रावक काढणे, निर्जंतुकीकरणासाठी क्लोरीन पाण्यात पसरवणे, सांडपाण्यामधील अतिरिक्त नैट्रोजन आणि त्याची संयुगे काढणे ह्यासाठी वायुविनिमयाचा उपयोग होतो.

निक्षालन : ह्या प्रक्रियेचा उपयोग विशेषतः गाळामधील अतिरिक्त अल्कता कमी करण्यासाठी होतो. अवायुजीवी पद्धतीने शुद्ध केलेल्या गाळामध्ये मोठ्या प्रमाणावर अल्कता असते. ह्या गाळाचे घनफळ कमी करण्यासाठी तुरटीसारख्या किलाटकाचा उपयोग केल्यास त्याची फार मोठी मात्रा वापरावी लागते, कारण तुरटीची अल्कतेबरोबर प्रतिक्रिया होते आणि किलाटक म्हणून तिची मात्रा कमी होते. हाच गाळ कमी अल्कता असलेल्या पाण्याबरोबर धुवून घेतला तर विरलीकरणामुळे गाळातील अल्कता कमी होते आणि किलाटकाच्या कमी मात्रेमध्ये घनफळ कमी करण्याचे उद्दिष्ट साध्य होते.

प्रवाहाचे यथाप्रमाण वाटप (Flow proportioning): ही पद्धत समानीकरणाच्या जोडीने वापरता येते. हिच्यामध्ये एखादा अत्यंत प्रदूषित प्रवाह योग्य त्या धारणक्षमतेच्या टाकीमध्ये साठवून कारखान्यामधील इतर एकूण प्रवाहांच्या मात्रेच्या प्रमाणात ह्या टाकीमधील प्रवाह इतपतच सोडला जातो की, त्यामुळे शुद्धीकरण यंत्रणेवर अतिरिक्त भार येणार नाही आणि यंत्रणेचे काम सुरळीतपणे चालू राहील.

(आकृत्यांकरिता पहा : घरगुती सांडपाणी)

संदर्भ :

• Arceivala, S. J.; Asolekar, S. R. Wastewater Treatment for Pollution Control and Reuse, New Delhi, 2007.
• Eckenfelder, W. W. Jr.; Ford, D. L. Water Pollution Control- Experimental Procedures for Process Design, New York, 1970.
• Rich, L. G. Unit operations of sanitary engineering, New York, 1961.

समीक्षण : मराठी विश्वकोश संपादक