स्वच्छता, सीवरेज, अपशिष्ट जल उपचार व वर्षा-जल निकास
2. जल-वाहित प्रणालियाँ: पृथक, संयुक्त व आंशिक पृथक
जल-वाहित प्रणाली मलजल को बहते जल द्वारा भूमिगत नालियों से ले जाती है। सीवर में क्या जाता है, यही उसका प्रकार तय करता है।
| प्रणाली | सीवर में क्या बहता है | सबल पक्ष | दुर्बल पक्ष |
|---|---|---|---|
| पृथक | केवल स्वच्छता मलजल; वर्षा-जल अपने नालों में | छोटे सीवर, संयंत्र पर स्थिर भार, वर्षा-जल को उपचार नहीं, मलजल का अतिप्रवाह नहीं | दो जालक बनाने व अलग रखने होंगे; वर्षा-जल नाले मलजल के लिए दुरुपयोग हो सकते हैं |
| संयुक्त | मलजल व वर्षा-जल एक ही सीवर में साथ | एक जालक, संकरी गलियों में सस्ता, वर्षा पाइप को धो देती है | बड़े पाइप, शुष्क मौसम में निक्षेप, संयंत्र पर भारी उतार-चढ़ाव, वर्षा में तनु मलजल का नदियों में बहना |
| आंशिक पृथक | मलजल तथा कुछ वर्षा-जल, छतों व पक्के आँगनों से | बड़ा प्रवाह सीवर को बेहतर धोता है, वर्षा-जल नाले छोटे रहते हैं | संयंत्र व सीवरों को अतिरिक्त वर्षा-प्रवाह का प्रावधान रखना पड़ता है |
भारतीय व्यवहार पृथक प्रणाली के पक्ष में है। मानसूनी वर्षा तीव्र होती है, अतः वर्षा-प्रवाह शुष्क-मौसम प्रवाह का कई गुना हो सकता है, और वर्षा हेतु आमाप वाला संयुक्त सीवर शेष सभी दिन लगभग खाली चलता और ठोस जमा करता। उपचार संयंत्र, जिसके जीव-विज्ञान को स्थिर भरण चाहिए, डूब जाता या उसे लाँघा जाता। पृथक प्रणाली में निधि के अनुसार सीवर व वर्षा-जल नाले किसी भी क्रम में बनाए जा सकते हैं।
3. मलजल मात्रा व सीवरेज अभिन्यास
औसत शुष्क-मौसम प्रवाह लगभग आपूर्त जल का 80% लिया जाता है, शेष बगीचों, वाष्पन, रिसाव व धारण में चला जाता है। इसमें जोड़ा जाता है जोड़ों व मैनहोलों से भूजल का अंतःस्यंदन (ऊँचे जल-तल व खराब जोड़ों पर अधिक) तथा कोई औद्योगिक अपशिष्ट जल। सीवर चरम प्रवाह = औसत × चरम गुणक पर आमापित होते हैं, और गुणक जनसंख्या बढ़ने पर घटता है, छोटे नगरों हेतु लगभग 3 से बड़ों हेतु 2 की ओर। हार्मन सूत्र M = 1 + 14 / (4 + √P) है, P हज़ार में जनसंख्या। उदाहरण: 1,00,000 जनसंख्या को 150 lpcd पर 15 ML/d मिलता है; मलजल 0.8 × 15 = 12 ML/d; P = 100 से M = 1 + 14/14 = 2.0; चरम 24 ML/d है, अर्थात 277.8 L/s। न्यूनतम, रात्रिकालीन प्रवाह औसत का केवल एक अंश है, इसीलिए स्व-शोधन निम्न प्रवाह पर जाँचना पड़ता है।
अभिन्यास भूमि की ढाल व निर्गम-स्थल के अनुसार चलता है, लक्ष्य छोटे, उथले, गुरुत्व मार्ग व कम पंपिंग का है।
- लंबवत: सीवर सबसे छोटी रेखा में नदी या धारा तक जाते हैं, उपचार कम या नहीं; वर्षा-जल नालों हेतु उपयुक्त।
- अवरोधी (इंटरसेप्टर): लंबवत सीवर तथा नदी के साथ एक अवरोधी सीवर जो उन्हें एक उपचार संयंत्र हेतु एकत्र करता है।
- क्षेत्रीय (ज़ोन): नगर ऊँचाई से क्षेत्रों में बँटता है, प्रत्येक अपने संयंत्र या नीचे के स्तर के मुख्य सीवर में बहता है, निचले क्षेत्रों से पंपिंग सहित।
- पंखा (फ़ैन): सीवर पंखे की पसलियों की तरह एक बिंदु पर अभिसरित होते हैं, घाटी में या एक निर्गम की ओर ढलवाँ नगर हेतु।
- अरीय (रेडियल): सीवर ऊँचे केंद्रीय बिंदु से बाहर किनारे के कई निर्गमों की ओर अपसरित होते हैं, कटक या पठार पर बसे नगर हेतु।
4. सीवर काट व अभिकल्प: मैनिंग, वेग व जलीय अवयव
गुरुत्व सीवर आंशिक भरे खुले चैनल की तरह अभिकल्पित होता है, ऊपर वायु सहित, कभी दाब-पाइप की तरह नहीं (उत्थान मेन व साइफ़न अपवाद हैं)। मैनिंग समीकरण V = (1/n) R^(2/3) S^(1/2) है, V m/s में, जलीय त्रिज्या R = A/P m में, S तल-ढाल m/m में और n खुरदरापन (कंक्रीट व मृण्मय हेतु लगभग 0.013 सामान्य अभिकल्प मान); Q = A V। व्यास D के वृत्ताकार पाइप में, पूर्ण या आधे भरे, R = D/4। उदाहरण: D = 0.6 m, n = 0.013, S = 0.005 से R = 0.15 m, V = (1/0.013) × 0.15^(2/3) × 0.005^(1/2) = 1.54 m/s, Q_full = 1.54 × (π × 0.6²/4) = 0.434 m³/s, और आधे भरे में निस्सरण उसी वेग पर 0.217 m³/s है।
- वृत्ताकार सीवर के जलीय अवयव: आधी गहराई पर V = V_full और Q = Q_full/2। वेग लगभग 0.8 D पर, लगभग 1.14 V_full, शिखर पर पहुँचता है, और निस्सरण लगभग 0.95 D पर, लगभग 1.07 Q_full, शिखर पर, अतः पूर्ण भरा पाइप सर्वाधिक नहीं ले जाता। चरम प्रवाह पर अभिकल्प गहराई D के लगभग दो-तिहाई से चार-पाँचवें तक रखी जाती है, वायु-स्थान हवादारी हेतु छोड़ते हुए।
- स्व-शोधन वेग: वह वेग जो निम्न प्रवाह में जमे ठोसों को, कम से कम लगभग दिन में एक बार, बहा ले जाए। यह कणों के आमाप व घनत्व पर निर्भर है, और अभिकल्प प्रवाह पर 0.6 से 0.8 m/s की कोटि का न्यूनतम सामान्यतः लक्षित होता है। ऊपरी सीमा, 2.4 से 3 m/s की कोटि, पाइप की दीवार को घिसाव से बचाती है।
- न्यूनतम ढाल वेग से निकलती है: S = (n V / R^(2/3))²। V = 0.8 m/s, n = 0.013 व D = 0.3 m (R = 0.075 m) हेतु S = 0.0034, लगभग 1 in 290। बड़े पाइप का R अधिक है, अतः उसे चपटी ढाल चाहिए; छोटे सीवरों को अधिक तीखी न्यूनतम ढाल चाहिए।
- आकार व सामग्री: वृत्ताकार काट सबसे सामान्य है (सुदृढ़, बनाने में सरल, पूर्ण भरे में सर्वोत्तम जलीय त्रिज्या); अंडाकार काट निम्न प्रवाह पर वेग बनाए रखती है, जो संयुक्त सीवरों के अनुकूल है; बड़े सीवर नाल-खुर, U या पेटीनुमा काट के हो सकते हैं। सामग्रियाँ हैं: RCC पाइप, विट्रिफ़ाइड क्ले या मृण्मय, साइफ़न व उत्थान मेन हेतु ढलवाँ या तन्य लोहा, छोटी लाइनों हेतु PVC या HDPE, और बड़ी हेतु ईंट या कंक्रीट।
5. सीवर सहायक संरचनाएँ
सहायक संरचनाएँ वे हैं जिनसे सीवर का निरीक्षण, सफ़ाई, हवादारी, अतिभार से राहत और बाधाओं के पार ले जाना संभव होता है। सीवर भूमिगत पाइप है जो दिखता नहीं, अतः इनके बिना उसका रख-रखाव नहीं हो सकता। भवन से प्रत्येक संयोजन निरीक्षण कक्ष में, जाल सहित, समाप्त होता है, और सीवर स्वयं मैनहोलों व गृह वात-पाइपों से हवादार होता है, ताकि सीवर गैसें (हाइड्रोजन सल्फ़ाइड, मीथेन) जमा न हों या भवनों में न घुसें।
| सहायक संरचना | प्रयोजन | कहाँ व कैसे |
|---|---|---|
| मैनहोल | निरीक्षण, सफ़ाई व धुलाई हेतु प्रवेश | दिशा, ढाल व आमाप के परिवर्तन पर, संगमों पर व सीधी राह में अंतराल से; फ़र्श में गढ़ी नाली (बेंचिंग) प्रवाह दिखाती है |
| ड्रॉप मैनहोल | मुख्य से बहुत ऊपर प्रवेश करती शाखा को मैनहोल का कटाव या कर्मियों पर छींटे किए बिना गिरने देता है | ऊर्ध्वाधर गिरावट पाइप, जब अंतः-तल मुख्य से लगभग 0.6 m या अधिक ऊँचा हो |
| उल्टा साइफ़न (अवनमित सीवर) | गुरुत्व सीवर को नदी, रेल या घाटी के नीचे से ले जाता है | उतरता व फिर चढ़ता है, दाब में पूर्ण भरा बहता है; कई बैरल निम्न प्रवाह पर वेग को स्व-शोधन से ऊपर रखते हैं; दोनों सिरों पर कक्ष सफ़ाई देते हैं |
| सड़क निवेशिका व कैच बेसिन | सड़क का अपवाह नाले में लेता है और कंकड़-रेत रोकता है | कर्ब या नाली निवेशिका; बेसिन गड्ढे में गंध के विरुद्ध जल-मुद्रा होती है |
| फ़्लशिंग टंकी, ग्रीस व तेल जाल | बहुत कम प्रवाह वाले अंध-सिरा सीवरों को धोती है; रसोई, होटल व गैराज की चर्बी व तेल को सीवर जाम करने से रोकता है | छोटे सीवरों के शीर्ष पर; निस्सरण के स्रोत पर |
| वर्षा अतिप्रवाह, पंपन केंद्र | संयुक्त सीवर का अतिप्रवाह शुष्क-मौसम प्रवाह के कई गुना से अधिक प्रवाह छोड़ देता है; पंपन केंद्र वहाँ सीवेज उठाता है जहाँ गुरुत्व सेवा न दे सके | वियर या लीपिंग वियर; कर्तव्य व आरक्षित पंपों सहित वेट वेल |
6. अपशिष्ट जल उपचार
उपचार BOD, निलंबित ठोस, रोगाणु व पोषक तत्त्व घटाता है ताकि बहिःस्राव अपना निस्तारण या पुनः उपयोग मानक पूरा करे। प्रारंभिक उपचार (जालियाँ, ग्रिट चैंबर जो लगभग 0.3 m/s का क्षैतिज वेग रखता है ताकि भारी ग्रिट बैठे पर कार्बनिक पदार्थ निलंबित रहें, और तेल-चर्बी की परत हटाना) पंपों व आगे की इकाइयों की रक्षा करता है। प्राथमिक उपचार सादा अवसादन है, जो लगभग 60% निलंबित ठोस और बैठने योग्य भाग, लगभग एक-तिहाई BOD, हटाता है। द्वितीयक उपचार जैविक है, जिसमें सूक्ष्मजीव घुले व कोलॉइडी कार्बनिक पदार्थ का ऑक्सीकरण करते हैं, फिर अवसादन, और वह शेष अधिकांश BOD हटाता है। तृतीयक (उन्नत) उपचार बहिःस्राव को निस्यंदन, पोषक हटाने व विसंक्रमण से परिष्कृत करता है, पुनः उपयोग या संवेदनशील जल-निकाय हेतु। आपंक गाढ़ा किया जाता है, अवायवीय पचाया जाता है (जैव-गैस बनती है), सुखाया जाता है और प्रयुक्त या निस्तारित होता है।
| प्रक्रिया | यह कैसे कार्य करती है | सबल व दुर्बल पक्ष |
|---|---|---|
| सक्रियित आपंक (ASP) | निलंबित वृद्धि: वातन टंकी में, वायु देते हुए, मलजल फ़्लॉक बनाने वाले सूक्ष्मजीवों (MLSS) से मिलता है; निथारक उन्हें अलग करता है, और आपंक का कुछ भाग लौटाया जाता है | सुसंहत, उच्च गुणवत्ता का बहिःस्राव; शक्ति, कौशल और स्फीत आपंक से सावधानी चाहिए |
| ट्रिकलिंग फ़िल्टर | स्थिर परत: घूमता वितरक पत्थर या प्लास्टिक माध्यम की शय्या पर मलजल छिड़कता है जो जैव-परत से ढकी है; वायु प्राकृतिक प्रवाह से आती है | वातन-शक्ति नहीं, सरल; फ़िल्टर मक्खियाँ व गंध; उसके बाद अवसादन टंकी चाहिए |
| अपशिष्ट स्थिरीकरण तालाब (WSP) | अवायवीय, फिर वैकल्पिक, फिर परिपक्वन तालाब; शैवाल प्रकाश-संश्लेषण से ऑक्सीजन बनाती है और जीवाणु उसे प्रयुक्त करते हैं, अतः यांत्रिक वातन नहीं चाहिए | चलाने में सस्ते, कम कौशल, रोगाणुओं का अच्छा निष्कासन; बड़ी भूमि व धूप चाहिए; अवायवीय तालाबों से गंध |
ASP की दो संख्याएँ प्रायः प्रयुक्त होती हैं। भोजन-सूक्ष्मजीव अनुपात F/M = Q S₀ / (V X) है, टंकी में MLSS की प्रति इकाई संहति पर प्रतिदिन प्रयुक्त BOD। Q = 5,000 m³/d, S₀ = 200 mg/L, V = 1,000 m³ व X = 2,500 mg/L हेतु: F/M = 5,000 × 200 / (1,000 × 2,500) = 0.4 प्रति दिन। आपंक आयतन सूचकांक SVI = (30 मिनट का बैठा आयतन mL/L में × 1000) / MLSS mg/L में, mL/g में: 2,500 mg/L पर 250 mL/L से 100 mL/g मिलता है। 100 के निकट मान अच्छे बैठाव का, ऊँचा SVI स्फीति का संकेत है।
7. मलजल निस्तारण: तनुकरण, स्व-शुद्धिकरण व भूमि
उपचारित बहिःस्राव तनुकरण से जल-निकाय में (नदी, झील, या तरंग-क्षेत्र के पार विसारक सहित निर्गम पाइप से समुद्र में), भूमि पर (सिंचाई, फ़सल-प्रतिबंधों, लवणता व रोगाणुओं, और मृदा की क्षमता के अधीन), या पुनः उपयोग में (शीतलन, फ़्लश, बगीचे, पुनर्भरण) जाता है। चयन प्राप्तकर्ता जल की आत्मसात क्षमता तथा उन बहिःस्राव मानकों पर टिका है जो प्रदूषण नियंत्रण प्राधिकारी जल (प्रदूषण निवारण एवं नियंत्रण) अधिनियम, 1974 व पर्यावरण (संरक्षण) अधिनियम, 1986 के अंतर्गत तय करते हैं। मिश्रण भारित औसत है: मिश्रण का BOD = (Q_r BOD_r + Q_s BOD_s) / (Q_r + Q_s)। 2 mg/L पर 5 m³/s की नदी, जो 30 mg/L पर 1 m³/s बहिःस्राव पाती है, (5 × 2 + 1 × 30)/6 = 6.67 mg/L पर पहुँचती है।
धारा स्वयं को शुद्ध करती है: तनुकरण, अवसादन, ऑक्सीकरण, वायु से पुनर्वातन और सूर्य-प्रकाश से। निर्गम के नीचे वह अपघटन, सक्रिय अपघटन, पुनर्प्राप्ति व स्वच्छ जल के क्षेत्रों से गुज़रती है। ऑक्सीजन-सैग वक्र (स्ट्रीटर–फ़ेल्प्स) घुली ऑक्सीजन की कमी D को बढ़ते दिखाता है जब जीवाणु ऑक्सीजन खपाते हैं, फिर घटते जब वायु उसे लौटाती है: dD/dt = k₁ L − k₂ D, जहाँ k₁ विऑक्सीजनन स्थिरांक, k₂ पुनर्वातन स्थिरांक और L शेष BOD है। क्रांतिक बिंदु, जहाँ ऑक्सीजन न्यूनतम है, वह है जहाँ dD/dt = 0, अर्थात जहाँ विऑक्सीजनन की दर पुनर्वातन की दर के बराबर है और कमी सर्वाधिक है। उपचार इतना होना चाहिए कि यह न्यूनतम घुली ऑक्सीजन जलीय जीवन की आवश्यकता से ऊपर बनी रहे।
8. भू-सतही जल अपवाह व धाराओं का निस्सरण
अपवाह वर्षा का वह भाग है जो भूतल पर नालों में बहता है। जलग्रहण का नगरीकरण अपवाह गुणांक बढ़ाता और सांद्रण काल घटाता है, अतः चरम अधिक होता है और जल्दी आता है। छोटे जलग्रहण हेतु परिमेय विधि चरम देती है: Q = C i A / 360, Q m³/s में, i वर्षा तीव्रता mm/h में, A क्षेत्रफल हेक्टेयर में और C अपवाह गुणांक (चरम अपवाह भाग वर्षा, 0 से 1)। A km² में हो तो वही सूत्र Q = 0.278 C i A है। इकाइयाँ संगत होनी चाहिए: भाजक 360 केवल mm/h व हेक्टेयर का है। मान्यताएँ: वर्षा जलग्रहण पर समान रूप से स्थिर तीव्रता से गिरती है; अभिकल्प-वर्षा उतनी देर चलती है जितना सांद्रण काल t_c, ताकि पूरा जलग्रहण योगदान दे; C स्थिर है; कोई संचयन नहीं। अतः यह नगरीय निकास जैसे छोटे क्षेत्रों हेतु है।
सांद्रण काल प्रवेश-काल (पहले निवेशक तक भू-प्रवाह) जमा नाले में प्रवाह-काल, L/V, है। तीव्रता i तीव्रता–अवधि–आवृत्ति (IDF) वक्र से अवधि t_c व चुने प्रत्यावर्तन-काल हेतु पढ़ी जाती है। मिश्रित जलग्रहण हेतु गुणांक क्षेत्रफल-भारित माध्य C = Σ C_j A_j / Σ A_j है, जिसके मान घास-पार्कों हेतु लगभग 0.05 से 0.2 से लेकर छतों व पक्की सतहों हेतु 0.8 से 0.95 तक हैं। उदाहरण: 4 ha पक्का (C = 0.9), 6 ha आवास (C = 0.5) और 2 ha घास (C = 0.2): Σ C A = 3.6 + 3.0 + 0.4 = 7.0 ha; i = 72 mm/h पर Q = 7.0 × 72/360 = 1.4 m³/s।
धारा का निस्सरण कई प्रकार से मापा या आँका जाता है। वेग–क्षेत्र विधि अनुप्रस्थ-काट को पट्टियों में बाँटकर वेग (करंट मीटर, 0.6 गहराई पर या 0.2 व 0.8 गहराई का माध्य) × क्षेत्रफल जोड़ती है। स्तर–निस्सरण (रेटिंग) वक्र, Q = K (h − h₀)ⁿ, फिर केवल जल-स्तर से निस्सरण देता है। ढाल–क्षेत्र विधि बाढ़-चिह्नों पर मैनिंग समीकरण लगाती है, और तनुकरण मापन अनुरेखक प्रयुक्त करता है। बिना मापन वाले जलग्रहण हेतु डिकेन्स का Q = C A^(3/4) (A km² में, Q m³/s में, C क्षेत्रीय गुणांक) जैसे अनुभवजन्य सूत्र प्रयुक्त होते हैं, अन्य क्षेत्रों हेतु राइव्स का A^(2/3) रूप। अभिकल्प बाढ़ हेतु प्रत्यावर्तन-काल T = 1/p है, और n वर्षों में उस प्रत्यावर्तन-काल की कम से कम एक बाढ़ आने की संभावना 1 − (1 − 1/T)ⁿ है। T = 50 व n = 25 हेतु यह 1 − 0.98²⁵ = 0.40 है, इसीलिए ‘50-वर्षीय’ बाढ़ 25-वर्षीय परियोजना-आयु में सुरक्षित दाँव नहीं है।
9. बाढ़ संरक्षण व वर्षा-जल नाले
बाढ़ संरक्षण की दो श्रेणियाँ हैं। संरचनात्मक उपाय बाढ़ को बदलते हैं: संग्रहण जलाशय व निरोधन द्रोणियाँ जो चरम घटाती हैं; तटबंध (लेवी) व बाढ़-दीवारें जो नदी को सीमित करती हैं; चैनल सुधार (चौड़ा करना, गहरा करना, कट-ऑफ); तथा मोड़ चैनल या बाढ़-मार्ग। गैर-संरचनात्मक उपाय जोखिम-संपर्क को बदलते हैं: बाढ़-मैदान क्षेत्रीकरण, जो बाढ़-मार्ग में स्थायी निर्माण रोकता है और वहाँ केवल पार्क व खेती की अनुमति देता है; बाढ़ पूर्वानुमान व चेतावनी सहित निकासी योजनाएँ; भवनों की बाढ़-रोधन, जैसे ऊँची कुर्सी; बाढ़ बीमा; तथा जलसंभर प्रबंधन व बाढ़-जल संचित करने वाली झीलों व आर्द्रभूमियों का संरक्षण। नियोजक हेतु गैर-संरचनात्मक उपाय केंद्रीय हैं, क्योंकि क्षेत्रीकरण व विकास-नियंत्रण कम खर्च में हानि टाल देते हैं।
वर्षा-जल नाले भूमि-ढाल के अनुसार बिछते हैं ताकि छोटे मार्गों से निकटतम धारा, झील या निम्न बिंदु तक पहुँचें। कर्ब-और-नाली सड़क का अपवाह निवेशिकाओं (कंकड़-रेत रोकने वाले कैच बेसिन सहित) तक ले जाती हैं; नाले सड़कों के साथ चलते हैं, जहाँ स्थान है वहाँ खुले (आयताकार, समलंबाकार या U), जहाँ नहीं वहाँ ढके या पाइप में; मैनहोल संगमों पर रहते हैं, पुलिया उन्हें सड़कों के नीचे से ले जाती हैं, और धारा में निर्गम पर प्रतिप्रवाह व कटाव के विरुद्ध फ़्लैप-गेट व ऊर्जा-क्षयक होता है। उनमें मलजल व ठोस अपशिष्ट नहीं जाना चाहिए।
अभिकल्प प्रवाह चुने प्रत्यावर्तन-काल हेतु परिमेय विधि का चरम है, महत्त्वपूर्ण या बाढ़-प्रवण क्षेत्रों हेतु लंबा। काट मैनिंग समीकरण से अभिकल्पित होती है ताकि वेग अ-गादकारी न्यूनतम से ऊपर व अ-कटावकारी अधिकतम से नीचे रहे, जल के ऊपर मुक्त-फलक सहित। सर्वाधिक दक्ष आयताकार काट अपने क्षेत्रफल हेतु न्यूनतम आर्द्र परिमाप रखती है, जिससे b = 2y व R = y/2 आता है। उदाहरण: b = 2 m, y = 1 m, n = 0.015, S = 0.001 से A = 2 m², P = 4 m, R = 0.5 m, V = (1/0.015) × 0.5^(2/3) × 0.001^(1/2) = 1.33 m/s और Q = 2.66 m³/s।
10. वर्षा-जल संचयन
वर्षा-जल संचयन (RWH) वर्षा को वहीं पकड़ता है जहाँ वह गिरती है, उपयोग हेतु या जलभृत पुनर्भरण हेतु। छत-स्तरीय RWH छत को जलग्रहण मानता है: नालियाँ व उतार-पाइप जल को प्रथम-धार विचलक से ले जाते हैं, जो पहला मैला अपवाह, जो छत को धोता है, फेंक देता है, फिर जाली, बजरी व रेत के फ़िल्टर से, और अंत में या तो संग्रहण टंकी (उपयोग हेतु) या भूजल हेतु पुनर्भरण संरचना (गड्ढा, खाई, शाफ़्ट या पुनर्भरण कूप) में। भू-सतही अपवाह संचयन बड़े खुले क्षेत्रों से तालाबों, चेक डैम व रिसाव टंकियों में एकत्र करता है।
संचयनीय आयतन V = R × A × C है, R वर्षा-गहराई m में, A जलग्रहण क्षेत्रफल m² में और C हानियों हेतु अपवाह गुणांक (छतों हेतु अधिक, प्रायः 0.8 या अधिक)। उदाहरण: R = 800 mm, A = 150 m², C = 0.8 से V = 0.8 × 150 × 0.8 = 96 m³ प्रतिवर्ष। संग्रहण टंकी का आमाप शुष्क-अवधि विधि से तय होता है: दैनिक माँग × पाटे जाने वाले शुष्क दिन, अतः 120 शुष्क दिनों हेतु 400 L/दिन को 48,000 L = 48 m³ चाहिए; पर टंकी केवल उस आयतन तक उपयोगी है जितना छत दे सके, अतः दोनों सीमाओं में छोटी निर्णायक है।
मुख्य बिंदु
- स्थल-स्थित स्वच्छता (सोखता गड्ढे सहित सेप्टिक टैंक, द्वि-गड्ढा शौचालय) को सुरक्षित गाद प्रबंधन चाहिए; विकेंद्रीकृत सीवरेज स्रोत के निकट उपचार व स्थानीय पुनः उपयोग करता है; सेप्टिक-टैंक बहिःस्राव बिना उपचार छोड़ना सुरक्षित नहीं।
- तीव्र मानसूनी वर्षा हेतु पृथक प्रणाली उपयुक्त है; मलजल आपूर्ति का लगभग 80%, चरम = औसत × चरम गुणक (हार्मन M = 1 + 14/(4 + √P)); अभिन्यास लंबवत, अवरोधी, क्षेत्रीय, पंखा व अरीय हैं।
- सीवर मैनिंग से खुले-चैनल अभिकल्प हैं, V = (1/n) R^(2/3) S^(1/2); आधा भरा पूर्ण पाइप का वेग और उसका आधा निस्सरण रखता है; अधिकतम वेग व निस्सरण 0.8 D व 0.95 D पर आते हैं; न्यूनतम ढाल स्व-शोधन वेग से तय होती है और छोटे पाइपों हेतु तीखी होती है।
- सहायक संरचनाएँ प्रवेश (मैनहोल), ऊँचे प्रवेश (ड्रॉप मैनहोल), बाधाओं (उल्टे साइफ़न) व अतिप्रवाह हेतु हैं; उपचार प्रारंभिक, प्राथमिक, द्वितीयक (ASP, ट्रिकलिंग फ़िल्टर, WSP) व तृतीयक क्रम में चलता है, ASP के नियंत्रण अंक F/M = Q S₀/(V X) व SVI हैं।
- निस्तारण तनुकरण, भूमि या पुनः उपयोग से बहिःस्राव मानकों के भीतर होता है; ऑक्सीजन-सैग का क्रांतिक बिंदु वहाँ है जहाँ विऑक्सीजनन = पुनर्वातन; परिमेय विधि Q = C i A / 360 (m³/s, mm/h, ha) है जिसमें i सांद्रण काल पर लिया जाता है; n वर्षों में बाढ़-जोखिम 1 − (1 − 1/T)ⁿ है।
- गैर-संरचनात्मक बाढ़ उपाय (क्षेत्रीकरण, चेतावनी, बाढ़-रोधन) नियोजक के मुख्य उपकरण हैं क्योंकि लेवी केवल बाढ़ खिसकाती है; वर्षा-जल नाले ढाल का अनुसरण करते हैं, प्रत्यावर्तन-काल के चरम हेतु मैनिंग से अभिकल्पित होते हैं, और दक्ष आयत में b = 2y है; RWH आयतन R × A × C है, और पुनर्भरण गड्ढे केवल स्वच्छ जल लेते हैं।
अभ्यास प्रश्न (20)
उत्तर खोलने से पहले प्रत्येक प्रश्न हल करें। हर व्याख्या सही विकल्प के साथ लुभावना गलत विकल्प भी बताती है, क्योंकि अंक वहीं जाते हैं।
दो मल-वाहकों के संगम पर, या जहाँ मल-वाहक की दिशा, ढाल या आकार बदलता है, निरीक्षण व सफ़ाई हेतु सामान्यतः कौन-सा सहायक अंग दिया जाता है?
उत्तर देखें
उत्तर: C — मैनहोल, जो कर्मियों को प्रवेश देता है और छड़ों व कैमरों को नाली में उतरने देता है
मैनहोल संगमों पर, दिशा, ढाल या आकार बदलने के स्थानों पर, तथा सीधे खंड में नियमित अंतरालों पर रखे जाते हैं, ताकि मल-वाहक का निरीक्षण, छड़ाई व सफ़ाई हो सके। कैच बेसिन वर्षा-जल प्रवेश-मुखों का अंग है, उलटा साइफ़न बाधा के नीचे से पार कराता है, और अतिप्रवाह बाँध तूफ़ान में संयुक्त मल-वाहक को राहत देता है; इनमें से कोई भी नाली तक पहुँच देने हेतु नहीं है।एक नगर में तीव्र पर छोटी मानसूनी वर्षा होती है और वह पहले अपने सीवर बनाकर वर्षा-जल नाले वर्षों में बनाना चाहता है। सर्वाधिक उपयुक्त जल-वाहित प्रणाली है
उत्तर देखें
उत्तर: A — पृथक, क्योंकि संयंत्र पर केवल मलजल आता है और वर्षा-जल को उपचार नहीं चाहिए
तीव्र वर्षा में वर्षा-प्रवाह शुष्क-मौसम प्रवाह का कई गुना होता है, अतः संयुक्त सीवर अत्यधिक बड़ा होता और शुष्क दिनों में लगभग खाली चलता, और संयंत्र, जिसे स्थिर भरण चाहिए, डूब जाता। पृथक प्रणाली सीवर को नालों से पहले बनाने भी देती है। संयंत्र का आमाप वर्षा-प्रवाह पर रखना लुभावना विचार है, पर वह शेष सभी दिन संयंत्र को अलाभकारी बना देता है।पठार पर बसे नगर का मलजल सीवरों द्वारा कई दिशाओं में बाहर नगर के किनारे उपचार कार्यों तक ले जाया जाता है। इस अभिन्यास को कहते हैं
उत्तर देखें
उत्तर: D — अरीय
ऊँचे केंद्रीय बिंदु से परिधि के कई निर्गमों की ओर अपसरित सीवर अरीय अभिन्यास बनाते हैं। पंखा अभिन्यास उसका उलटा है, जिसमें सीवर एक बिंदु पर अभिसरित होते हैं, जैसे घाटी के नगर हेतु। लंबवत अभिन्यास नदी तक सबसे छोटी रेखा में जाता है, और अवरोधी अभिन्यास उसके साथ एक संग्राहक सीवर जोड़ता है।समान स्व-शोधन वेग देने हेतु छोटा सीवर बड़े सीवर से तीखी ढाल पर बिछाना पड़ता है, क्योंकि
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उत्तर: C — उसकी जलीय त्रिज्या छोटी है, अतः मैनिंग को समान वेग हेतु अधिक ढाल चाहिए
मैनिंग से S = (n V / R^(2/3))²। वृत्ताकार पाइप में R = D/4, अतः छोटा D अर्थात छोटा R और समान V पर अधिक आवश्यक S। खुरदरापन n पाइप की सामग्री व परिष्कार पर निर्भर है, उसके व्यास पर नहीं, अतः n को दोष देना लुभावनी भूल है।मलजल निर्गम के नीचे ऑक्सीजन-सैग वक्र पर क्रांतिक बिंदु, जहाँ घुली ऑक्सीजन न्यूनतम है, वहाँ आता है जहाँ
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उत्तर: B — विऑक्सीजनन की दर पुनर्वातन की दर के बराबर हो, अतः कमी सर्वाधिक हो
विऑक्सीजनन के पुनर्वातन से आगे रहने तक कमी बढ़ती है और उलटा होने पर घटती है, अतः वह वहाँ शिखर पर होती है जहाँ दोनों दरें बराबर हों, dD/dt = 0। उस बिंदु पर BOD अभी शेष है, अतः धारा अभी भार-मुक्त नहीं; शून्य-BOD का विचार अपघटन के अंत को अधिकतम कमी के बिंदु से मिला देता है।उल्टा साइफ़न (अवनमित सीवर) तब प्रयुक्त होता है जब गुरुत्व सीवर को
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उत्तर: A — नदी या रेल के नीचे उतरकर दूसरी ओर चढ़ना हो, बीच में दाब में पूर्ण भरा बहते हुए
उल्टा साइफ़न बाधा के नीचे से गुज़रता है और दाब में पूर्ण भरा बहता है, कई बैरल सहित ताकि निम्न प्रवाह में भी स्व-शोधन वेग बना रहे। मलजल को ऊपर चढ़ाने हेतु पंप व उत्थान मेन चाहिए, साइफ़न नहीं; मुख्य सीवर में ऊर्ध्वाधर गिरावट ड्रॉप मैनहोल है; और अतिरिक्त प्रवाह को वियर पर से निकालना वर्षा अतिप्रवाह है।1,500 m³ की वातन टंकी 250 mg/L BOD वाला 6,000 m³/day निथारा मलजल पाती है, और MLSS 3,000 mg/L है। F/M अनुपात, kg BOD प्रति kg MLSS प्रति दिन, है
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उत्तर: C — 0.33
F/M = Q S₀ / (V X) = (6,000 × 250) / (1,500 × 3,000) = 1,500,000 / 4,500,000 = 0.33 प्रति दिन; kg में BOD भार 1,500 kg/दिन है 4,500 kg MLSS पर। 0.50 तब आता है जब टंकी आयतन 1,500 m³ के बजाय 1,000 m³ लिया जाए।गर्म जलवायु के एक छोटे उप-नगरीय कस्बे में सस्ती, प्रचुर भूमि, अविश्वसनीय बिजली और कम कुशल संचालक हैं, और उसे मध्यम बहिःस्राव गुणवत्ता व अच्छा रोगाणु-निष्कासन चाहिए। सर्वाधिक उपयुक्त द्वितीयक उपचार है
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उत्तर: D — अपशिष्ट स्थिरीकरण तालाबों की श्रृंखला: अवायवीय, वैकल्पिक व परिपक्वन
अपशिष्ट स्थिरीकरण तालाबों को भूमि, धूप व गर्मी चाहिए, जो कस्बे के पास हैं, और लगभग न शक्ति न कौशल; परिपक्वन तालाब रोगाणु भी अच्छे हटाता है। वातित व पंपित विकल्प विश्वसनीय बिजली व प्रशिक्षित संचालकों पर निर्भर हैं, जो कस्बे में नहीं, अतः वे लुभावने पर अनुपयुक्त चयन हैं।परिमेय विधि में अभिकल्प चरम प्रवाह हेतु प्रयुक्त वर्षा तीव्रता उस अवधि की होती है जो बराबर हो
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उत्तर: B — जलग्रहण के सांद्रण काल के
चरम तब आता है जब पूरा जलग्रहण योगदान दे, जो सांद्रण काल के बाद ही पहली बार होता है, अतः अभिकल्प-वर्षा t_c चलती है और i को उसी अवधि पर IDF वक्र से पढ़ा जाता है। लंबी वर्षा की तीव्रता कम होती है और छोटी अभी पूरे क्षेत्र को नहीं जोड़ती; प्रत्यावर्तन-काल IDF वक्र का बिलकुल भिन्न अक्ष है।किसी नगर से होकर गुज़रती नदी के दोनों तटों पर तटबंध (लेवी) बनाए जाते हैं। नियोजक को जिस परिणाम का प्रावधान रखना चाहिए वह है
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उत्तर: A — ऊपरी धारा में ऊँचे बाढ़-स्तर, निचली धारा में तेज़ व ऊँची बाढ़, और आंतरिक निकास हेतु कपाट या पंप
नदी को सीमित करना उसके बाढ़-मैदान का संचयन हटाता है, अतः जल ऊपरी धारा में चढ़ता है और बाढ़ निचली धारा में तेज़ व ऊँची गुज़रती है। नगर की अपनी वर्षा ऊँची नदी में नहीं जा सकती, अतः भीतर फ़्लैप-गेट सहित कपाट व पंप चाहिए। लेवी जोखिम कभी समाप्त नहीं करती: अतिप्रवाह व भंग शेष रहते हैं, इसीलिए ‘लाँघी नहीं जा सकती’ का दावा गलत है।दिए गए अनुप्रस्थ-काट क्षेत्रफल हेतु सर्वाधिक दक्ष आयताकार नाला-काट में होता है
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उत्तर: C — चौड़ाई गहराई की दुगुनी
आर्द्र परिमाप b + 2y, स्थिर क्षेत्रफल b y पर, तब न्यूनतम होता है जब b = 2y। तब R = A/P = 2y²/4y = y/2। वर्गाकार काट कम दक्ष है क्योंकि समान क्षेत्रफल हेतु उसका परिमाप अधिक है।आंशिक भरे बहते वृत्ताकार सीवर के संबंध में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — आधी गहराई पर वेग पूर्ण-पाइप वेग के बराबर और निस्सरण पूर्ण-पाइप निस्सरण का आधा होता है; B — वेग व्यास की लगभग 0.8 गहराई पर सर्वाधिक होता है; C — निस्सरण व्यास की लगभग 0.95 गहराई पर सर्वाधिक होता है, पूर्ण-पाइप निस्सरण से थोड़ा ऊपर
आधी गहराई पर R पूर्ण गहराई जितना, D/4, है, अतः V वही है, और क्षेत्रफल आधा। शीर्ष के निकट आर्द्र परिमाप बढ़ता रहता है जबकि जुड़ने वाला क्षेत्रफल छोटा हो जाता है, अतः R, और उसके साथ V, पूर्ण गहराई से थोड़ा नीचे, लगभग 0.8 D पर (लगभग 1.14 V_full) और Q लगभग 0.95 D पर (लगभग 1.07 Q_full) शिखर पर होता है। अतः पूर्ण भरा पाइप सर्वाधिक नहीं ले जाता, जिससे पूर्ण गहराई पर निस्सरण सर्वाधिक होने का दावा असत्य है।संयुक्त प्रणाली के पृथक प्रणाली की तुलना में निम्नलिखित में से कौन-से दोष हैं?
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उत्तर: A — उपचार संयंत्र को बड़े व तेज़ी से बदलते प्रवाह सँभालने पड़ते हैं; B — तीव्र वर्षा में तनु मलजल जल-निकायों में बह सकता है
संयुक्त प्रणाली वर्षा के उतार-चढ़ाव को संयंत्र पर डालती है और अतिप्रवाह चलने पर तनु मलजल नदियों में बहाती है। संयुक्त सीवर छोटा नहीं, बड़ा होता है क्योंकि वह वर्षा-प्रवाह ले जाता है, अतः छोटे व सस्ते सीवरों का दावा असत्य है; और दो जालकों की आवश्यकता पृथक प्रणाली की विशेषता है, संयुक्त की नहीं।निम्नलिखित में से कौन-से गैर-संरचनात्मक बाढ़-प्रबंधन उपाय हैं?
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उत्तर: B — बाढ़-मैदान क्षेत्रीकरण जो बाढ़-मार्ग में स्थायी निर्माण रोकता है; C — निकासी योजनाओं सहित बाढ़ पूर्वानुमान व चेतावनी; D — बाढ़-प्रवण क्षेत्रों में भवनों की कुर्सी ऊँची उठाना
गैर-संरचनात्मक उपाय बाढ़ को बदले बिना जोखिम-संपर्क व हानि घटाते हैं: क्षेत्रीकरण, चेतावनी व निकासी, और ऊँची कुर्सी जैसी बाढ़-रोधन। तटबंध क्लासिक संरचनात्मक उपाय हैं, क्योंकि वे बाढ़ के बहने का ढंग बदलते हैं।छत-स्तरीय वर्षा-जल संचयन के संबंध में निम्नलिखित में से कौन-से कथन सही हैं?
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उत्तर: A — प्रथम-धार विचलक छत को धोने वाला आरंभिक मैला अपवाह फेंक देता है; B — संचयनीय आयतन वर्षा-गहराई × छत क्षेत्रफल × अपवाह गुणांक है
प्रथम धार धूल व बीट ले जाती है, इसलिए उसे मोड़ा जाता है, और आयतन R × A × C है। पुनर्भरण गड्ढे में मलजल या सेप्टिक अतिप्रवाह जलभृत को प्रदूषित करता है, और छत जितना दे सके उससे अधिक भंडार बस खाली रहता है।36,000 जनसंख्या के एक नगर को 135 lpcd की दर से जल मिलता है और आपूर्ति का 80% सीवरों में पहुँचता है। चरम गुणक हार्मन सूत्र M = 1 + 14/(4 + √P) से दिया गया है, P हज़ार में। चरम मलजल प्रवाह, L/s में, ____ है।
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उत्तर: 108
आपूर्त जल = 36,000 × 135 = 4,860,000 L/d; मलजल = 0.8 × 4,860,000 = 3,888,000 L/d। P = 36, √36 = 6, अतः M = 1 + 14/10 = 2.4। चरम = 3,888,000 × 2.4 = 9,331,200 L/d, और 86,400 s/d से भाग देने पर 108 L/s। जाँच: 3,888,000/86,400 = 45 L/s औसत, और 45 × 2.4 = 108।0.3 m व्यास का वृत्ताकार सीवर, मैनिंग n = 0.013 सहित, 0.004 की ढाल पर बिछा है और आधा भरा बहता है। उसका वेग, m/s में, दो दशमलव तक, ____ है।
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उत्तर: 0.87
आधी गहराई पर जलीय त्रिज्या पूर्ण पाइप जितनी, R = D/4 = 0.075 m, होती है। V = (1/0.013) × 0.075^(2/3) × 0.004^(1/2) = 76.92 × 0.1778 × 0.06325 = 0.865, अतः 0.87 m/s। वेग पूर्ण पाइप जितना ही है, अतः आधे भरे का वेग पूर्ण-पाइप सूत्र से मिल सकता है।एक जलग्रहण में 5 ha पक्का (C = 0.85), 3 ha आवास (C = 0.4) और 2 ha घास (C = 0.15) है। प्रवेश-काल 12 मिनट है, और जल फिर नाले में 1.0 m/s से 600 m बहता है। अभिकल्प तीव्रता i = 2400/(t + 20) mm/h है, t मिनट में। परिमेय विधि Q = C i A / 360 (Q m³/s में, i mm/h में, A ha में) से चरम प्रवाह, m³/s में दो दशमलव तक, ____ है।
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उत्तर: 0.91
Σ C A = 5×0.85 + 3×0.4 + 2×0.15 = 4.25 + 1.2 + 0.3 = 5.75 ha। प्रवाह-काल = 600/1.0 = 600 s = 10 मिनट, अतः t_c = 12 + 10 = 22 मिनट। i = 2400/(22 + 20) = 57.14 mm/h। Q = 5.75 × 57.14/360 = 0.913, अतः 0.91 m³/s। जाँच: 5.75 × 57.14 = 328.6, और 328.6/360 = 0.913।120 m² की छत पर वार्षिक वर्षा 900 mm होती है। अपवाह गुणांक 0.85 के साथ, एक वर्ष में संचित किया जा सकने वाला आयतन, m³ में एक दशमलव तक, ____ है।
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उत्तर: 91.8
V = R × A × C = 0.9 m × 120 m² × 0.85 = 108 × 0.85 = 91.8 m³। पहले 900 mm को 0.9 m में बदलें; 900 सीधे लेने पर 91,800 आता, जो हज़ार गुना अधिक है।अभिकल्प हेतु 50 वर्ष प्रत्यावर्तन-काल की बाढ़ अपनाई गई है। 25 वर्ष की परियोजना-आयु में उसके बराबर या उससे बड़ी कम से कम एक बाढ़ आने की प्रायिकता, दो दशमलव तक, ____ है।
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उत्तर: 0.40
किसी वर्ष अतिक्रमण की संभावना p = 1/50 = 0.02। 25 वर्ष में एक भी न आने की संभावना 0.98^25 = 0.6035। कम से कम एक की संभावना 1 − 0.6035 = 0.3965, अतः 0.40। लुभावना उत्तर 25/50 = 0.5 वार्षिक संभावनाएँ जोड़ता है, जो अधिक गिनती है।