अपशिष्ट जल: मल-वहन, प्राथमिक व द्वितीयक उपचार, आपंक व पुनःउपयोग

अपशिष्ट जल उपचार उस प्रश्न को उलट देता है जिसका उत्तर पिछले अध्याय ने दिया। वहाँ मानक यह था कि व्यक्ति सुरक्षित रूप से क्या पी सकता है; यहाँ यह है कि नदी सुरक्षित रूप से क्या ले सकती है, और यही अंतर हर अभिकल्प-निर्णय बदल देता है। पेयजल संयंत्र वह हटाता है जो उपस्थित है; मल-कर्म को उपस्थित वस्तु हटानी भी है और जो हटाई उसे स्थिर भी करना है, क्योंकि जो कार्बनिक पदार्थ वह जल से निकालता है वह अब भी कार्बनिक पदार्थ है और उसे कहीं जाना है। यही कारण है कि अध्याय के दो आधे हैं — तरल श्रृंखला व आपंक श्रृंखला — और यही कारण है कि केवल पहला पढ़ने वाले परीक्षार्थी पाते हैं कि आधे अंक दूसरे में हैं। तरल श्रृंखला उत्तरोत्तर जैविक चरणों का क्रम है: छलनी व कंकड़-कक्ष वह निकालते हैं जो संयंत्र को क्षति पहुँचाए, प्राथमिक निक्षेपण वह निकालता है जो बैठ जाए, और द्वितीयक उपचार वह निकालता है जो नहीं बैठता — उसे जीवाणुओं को खिलाकर, फिर जीवाणुओं को बैठाकर। सम्पूर्ण विषय का वस्तुतः चतुर विचार उसी अंतिम उपवाक्य में है। सक्रियित आपंक इसलिए काम करता है कि ठोस पुनःचक्रित होते हैं: बैठा जैव-भार वायुयोजन टंकी के शीर्ष पर लौट जाता है, अतः सूक्ष्मजीव जल से कहीं अधिक समय संयंत्र में रहते हैं — नीचे के हल किए उदाहरण में लगभग दस दिन की आपंक-आयु बनाम सात घंटे से कम का जलीय प्रतिधारण। उन दोनों कालों को अलग कर देना ही वह उपाय है जो सँभालने योग्य आकार की टंकी से नगर का उपचार कराता है, और द्वितीयक उपचार का लगभग हर प्रश्न उसी अनुपात का प्रश्न है।

कितना मल-जल, और मल-नाली प्रवणता पर क्यों अभिकल्पित होती है

घरेलू अपशिष्ट जल की मात्रा परंपरागत रूप से आपूर्तित जल का 70 से 80 प्रतिशत ली जाती है, शेष वह है जो पिया जाए, वाष्पित हो, बगीचों में लगे या खो जाए। अतः 135 lpcd पर 50,000 का नगर 6.75 MLD खींचता है और लगभग 5.4 MLD = 5400 m³/दिन उत्पन्न करता है। उसमें जोड़ों व मैनहोल से अंतःस्पंदन जुड़ता है, जो प्रति मीटर छोटा और प्रति किलोमीटर बड़ा है, तथा संयुक्त तंत्र में तूफ़ानी प्रवाह, जो शेष सबसे मिलकर भी बड़ा है और यही कारण है कि अब पृथक तंत्र मानक हैं। तत्पश्चात् मल-नाली औसत पर नहीं, शिखर पर नापी जाती है: छोटे नगर हेतु 3 का शिखर-गुणक सामान्य है, बड़े नगर हेतु 2 की ओर गिरता है क्योंकि अनेक उप-जलग्रहणों के शिखर एक साथ नहीं आते। 3 के गुणक पर इस नगर की मल-नाली को 16.2 MLD = 0.1875 m³/s = 187.5 L/s ले जाना होगा।

🎯 मल-नाली की न्यूनतम चाल भी है और अधिकतम भी
जल-मुख्य नलिका को केवल पर्याप्त बड़ा होना है। मल-नाली की निम्न सीमा भी है, और वही बाधा अभिकल्प तय करती है। मल-जल कंकड़ व कार्बनिक ठोस ले जाता है; लगभग 0.6 m/s से नीचे वे बैठ जाते हैं, निक्षेप काट घटाता है, चाल और गिरती है, और मल-नाली स्वयं गाद से बंद हो जाती है — ऐसी विफलता जो चक्रवृद्धि करती है। लगभग 3 m/s से ऊपर वही कंकड़ तल को घिस देता है। अतः मल-नाली को उन प्रवाहों पर जो वह वस्तुतः देखेगी, दोनों के बीच चलना होगा, और चूँकि व्यास शिखर प्रवाह से नियत है, मुक्त चर प्रवणता है। 300 mm मल-नाली पूर्ण भरी हुई लीजिए, n = 0.013, R = D/4 = 0.075 m: 1 में 300 पर वह 0.790 m/s चलती है, 1 में 500 पर 0.612 m/s — बस स्वतः-स्वच्छ — और 1 में 1000 पर 0.433 m/s, जो गाद जमाएगी। भारतीय नगरों की समतल-भूमि समस्या ठीक यही है: प्रवणता उपलब्ध ही नहीं, अतः मल-नाली या तो उत्तरोत्तर गहरी बिछानी होगी, बढ़ती खुदाई-लागत पर, या पंप करनी होगी। और स्वतः-स्वच्छता की जाँच न्यूनतम प्रवाह पर करनी है, शिखर पर नहीं, क्योंकि अभी न बसे नगर के शिखर हेतु नापी गई मल-नाली वर्षों तक आंशिक भरी व धीमी चलती है।

प्रारंभिक व प्राथमिक उपचार

  1. छलनी — 20 से 50 mm पर छड़-छलनी चिथड़े, प्लास्टिक व वह सब हटाती है जो पंप बिगाड़े। वे मल-जल का उपचार नहीं, संयंत्र की रक्षा करती हैं, इसीलिए उन्हें प्रारंभिक कहते हैं।
  2. कंकड़-कक्ष — लगभग 0.15 से 0.3 mm की बालू व गाद बैठाने हेतु अभिकल्पित, कार्बनिक पदार्थ को निलंबित रखते हुए, जो चाल को 0.3 m/s के पास रखकर होता है: इतनी तेज़ कि कार्बनिक पदार्थ चलता रहे, इतनी धीमी कि खनिज कंकड़ गिर जाए।
  3. प्राथमिक निक्षेपण — जल-उपचार स्पष्टक जैसा ही अतिप्रवाह-दर अभिकल्प, लगभग 60% निलंबित ठोस व 30 से 35% BOD हटाता है। वह वही हटाता है जो बैठे, और कुछ नहीं।

ध्यान दीजिए कि प्राथमिक उपचार क्या नहीं कर सकता। एक-तिहाई BOD निष्कासन किसी बहिःस्राव मानक के आसपास भी नहीं है, क्योंकि घरेलू मल-जल की अधिकांश ऑक्सीजन-माँग घुली या कोलॉइडी है और गुरुत्व की उस पर पकड़ नहीं। वही अंतराल पाटने हेतु द्वितीयक उपचार है, और वह उसे पूर्णतः भिन्न क्रियाविधि से पाटता है — कार्बनिक पदार्थ बैठाकर नहीं, उसे खाकर।

द्वितीयक उपचार, और वे दो घड़ियाँ जिन्हें भिन्न होना है

सक्रियित आपंक प्रक्रम में बैठा मल-जल ऐसी टंकी में वायुयोजित होता है जिसमें जीवाणुओं का सघन निलंबन है — मिश्रित द्रव निलंबित ठोस, MLSS — जो घुले कार्बनिक पदार्थ का ऑक्सीकरण करते व बढ़ते हैं। तत्पश्चात् मिश्रण द्वितीयक स्पष्टक में जाता है जहाँ जैव-भार बैठता है, और निर्णायक चरण यह है कि उसका अधिकांश वापस पंप कर वायुयोजन टंकी के शीर्ष पर प्रत्यावर्ती आपंक के रूप में भेजा जाता है, केवल अतिरिक्त त्यागा जाता है। वही पुनःचक्रण दोनों घड़ियों को अलग करता है: जल घंटों के जलीय प्रतिधारण काल में निकल जाता है, जबकि जीवाणु दिनों की आपंक प्रतिधारण अवधि — आपंक-आयु — तक रुकते हैं।

हल किया सक्रियित आपंक संयंत्र: 5000 m³/दिन, S₀ = 250 mg/L, MLSS = 3000 mg/L, F/M = 0.3/दिन
राशिसंबंधमान
वायुयोजन टंकी आयतनV = QS₀ / ((F/M)·X)1388.9 m³
जलीय प्रतिधारण कालHRT = V/Q6.67 घंटे
आपंक-आयु (Y = 0.6, k_d = 0.06/दिन, S_e = 25 mg/L)1/SRT = Y(S₀ − S_e)/(HRT·X) − k_d9.80 दिन
BOD निष्कासन(250 − 25)/25090%
🧠 आपंक-आयु द्रव्यमानों का अनुपात है, कालों का नहीं
वह परिभाषा जो सक्रियित-आपंक का हर प्रश्न सुलझने योग्य बनाती है, है SRT = (तंत्र में ठोसों का द्रव्यमान) / (प्रति दिन निकलते ठोसों का द्रव्यमान), अर्थात् VX / (Q_w X_r)। इस रूप में पढ़ने पर तीन अन्यथा रहस्यमय प्रचालन-नियम स्पष्ट हो जाते हैं। अधिक आपंक त्यागना आपंक-आयु घटाता है, क्योंकि वह हर बढ़ाता है — और संयंत्र इससे नियंत्रित होता है कि वह कितना त्यागता है, इससे नहीं कि कितना वायुयोजित करता है। छोटी आपंक-आयु तीव्र-वर्धी जीवों का चयन करती है और खराब बैठने वाला, प्रकीर्ण आपंक देती है; लंबी उन्हें भूखा रखती है और महीन, बिंदु-रूप ऊर्ण देती है जो भी खराब बैठता है, अतः दोनों चरम वायुयोजक में नहीं, स्पष्टक में विफल होते हैं। और नाइट्रीकरण को लंबी आपंक-आयु चाहिए, क्योंकि नाइट्रीकारी जीवाणु धीरे बढ़ते हैं: यदि आपंक-आयु उनके द्विगुणन काल से छोटी हो तो वे शब्दशः संयंत्र से इतनी तेज़ी से बह जाते हैं कि प्रजनन नहीं कर पाते, और कितना भी वायुयोजन नाइट्रीकरण नहीं देगा। यही अंतिम बिंदु बताता है कि केवल BOD निष्कासन हेतु अभिकल्पित संयंत्र को ब्लोअर तेज़ चलाकर नाइट्रीकरण के लिए नहीं मनाया जा सकता।

वैकल्पिक कुल संलग्न-वृद्धि प्रक्रम हैं — रिसाव निस्यंदक व उसके आधुनिक संबंधी — जहाँ जैव-भार निलंबन के रूप में नहीं, ऐसे माध्यम पर फ़िल्म के रूप में बढ़ता है जिस पर मल-जल वितरित होता है। उन्हें कम ऊर्जा व कहीं कम प्रचालक-कौशल चाहिए, और वे आघात-भार बेहतर सँभालते हैं क्योंकि जैव-भार बह नहीं सकता; वे उसी पदचिह्न पर कम दक्षता देते हैं, और शीत ऋतु में निष्पादन खोते हैं। NRC सूत्र एक को नापता है: 1000 kg BOD/दिन, 500 m³ माध्यम में, पुनःपरिसंचरण गुणक 1 पर दक्षता 100/(1 + 0.4432√(W/VF)) = 61.5% है — सम्मानजनक, और स्पष्टतः उन 90% से कम जो ऊपर का सक्रियित आपंक संयंत्र उसी मल-जल पर पहुँचा। दोनों में से कौन नगर हेतु उचित है, यह जितना अभियांत्रिकी का प्रश्न है उतना ही प्रचालन-क्षमता का, और इसे स्पष्ट कहना यह बहाना करने से अधिक उपयोगी है कि एक दूसरे पर हावी है।

आपंक, और वह अंकगणित जो सबको एक बार चौंकाता है

तरल से हटा सब कुछ आपंक के रूप में आता है, और आपंक अधिकांशतः जल है — प्रायः उसका 95 से 99 प्रतिशत। अतः आपंक की उपचार-श्रृंखला जल हटाने की है, चार चरणों में: गाढ़ीकरण (गुरुत्व या प्लवन), स्थिरीकरण (प्रायः अवायवीय पाचन, जो वाष्पशील ठोस नष्ट करता है और जलाने योग्य मीथेन देता है), निर्जलीकरण (अपकेंद्रित्र, निस्यंद-प्रेस या सुखाने के तल), तथा निपटान या उपयोग — भराव, भस्मीकरण, या जहाँ मानक अनुमति दें वहाँ भूमि पर प्रयोग। पाचन वही चरण है जिसे समझना उचित है: वह द्वितीयक उपचार जैसी ही जीव-विज्ञान है, पर ऑक्सीजन के बिना, अतः कार्बन डाइऑक्साइड व नई कोशिकाओं पर समाप्त होने के बजाय वह मीथेन पर समाप्त होता है, और बड़ा कर्म अपने पाचकों से मिली गैस पर अपने अधिकांश वायुयोजन चला सकता है।

⚠️ जल के पाँच प्रतिशत-बिंदु आयतन आधा कर सकते हैं
गाढ़ा करने पर आपंक के ठोस नहीं बदलते — केवल जल बदलता है। अतः आयतन ठोस अंश के व्युत्क्रम की भाँति चलता है: V₂/V₁ = (100 − p₁)/(100 − p₂), जहाँ p आर्द्रता प्रतिशत है। इसमें संख्याएँ डालिए और परिणाम हर बार चौंकाता है। 100 m³ आपंक को 95% से 90% आर्द्रता तक गाढ़ा करना उसे आधा कर 50 m³ कर देता है, और 80% तक ले जाना उसे एक-चौथाई कर 25 m³ कर देता है। आर्द्रता के पाँच प्रतिशत-बिंदु — जो तुच्छ परिवर्तन लगता है और मीटर पर लगभग कुछ नहीं पढ़ा जाता — ने आधे टैंकर हटा दिए। भ्रमित करने वाली सहज-बुद्धि आर्द्रता को रैखिक मापनी मानना है; दोगुना तो ठोस अंश होता है, 5% से 10%। यही कारण है कि निर्जलीकरण आपंक-प्रबंधन की लागत पर हावी है और संयंत्र आपंक के लॉरी पर चढ़ने से पूर्व शुष्कता के हर बिंदु के लिए लड़ता है: ढुलाई का बिल आयतन के समानुपाती है, और आयतन एक व्युत्क्रम है, अंतर नहीं।

अंततः पुनःउपयोग। जल-अभावग्रस्त देश में उपचारित मल-जल एक संसाधन है, और उसे कौन-सा मानक पूरा करना है यह पूर्णतः इस पर निर्भर है कि उसका पुनःउपयोग किसलिए है — पाठ्यक्रम "विभिन्न अनुप्रयोगों हेतु" पुनःउपयोग ठीक इसलिए माँगता है कि कोई एक संख्या है ही नहीं। अखाद्य फसलों की सिंचाई व भू-दृश्य सिंचन को कॉलिफ़ॉर्म नियंत्रण चाहिए और लगभग कुछ नहीं; औद्योगिक शीतलन को न्यून BOD के बजाय न्यून ठोस व न्यून कठोरता चाहिए; भूजल पुनर्भरण तथा कोई भी अप्रत्यक्ष पेय-मार्ग सम्पूर्ण पेयजल उपचार-श्रृंखला दूसरी बार माँगता है। ले जाने योग्य अभियांत्रिकी बिंदु यह है कि पुनःउपयोग की गुणता संपर्क से तय होती है, मल-जल से नहीं: वही बहिःस्राव गोल्फ मैदान हेतु पूर्णतः सुरक्षित है और कच्ची खाई जाने वाली सब्ज़ी के खेत हेतु पूर्णतः अस्वीकार्य।

मुख्य बिंदु

  • मल-जल जल-आपूर्ति का 70–80% लिया जाता है; मल-नाली शिखर पर नापी जाती है, छोटे नगर हेतु प्रायः औसत का 3 गुना।
  • मल-नाली को अधिकतम के साथ लगभग 0.6 m/s की न्यूनतम चाल भी चाहिए, और मुक्त चर प्रवणता है।
  • प्राथमिक निक्षेपण ~60% SS हटाता है पर BOD केवल ~33%, क्योंकि अधिकांश माँग घुली या कोलॉइडी है।
  • सक्रियित आपंक ठोस पुनःचक्रित कर काम करता है, अतः आपंक-आयु ≫ जलीय प्रतिधारण — यहाँ 6.67 घंटे बनाम 9.8 दिन।
  • नाइट्रीकरण को लंबी आपंक-आयु चाहिए: बहुत छोटी हो तो धीमे बढ़ते नाइट्रीकारी प्रजनन से तेज़ी से बह जाते हैं।
  • आपंक आयतन 1/(100 − आर्द्रता %) की भाँति चलता है: 95% → 90% आर्द्रता आयतन आधा कर देती है, 95% → 80% एक-चौथाई।

अभ्यास प्रश्न (8)

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।

  1. कोई सक्रियित आपंक संयंत्र 250 mg/L BOD वाले 5000 m³/दिन मल-जल का उपचार करता है। MLSS 3000 mg/L है और अभिकल्प F/M अनुपात 0.3 प्रति दिन। वायुयोजन टंकी का आयतन m³ में ______ है (एक दशमलव तक)

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    उत्तर: 1388.9

    1388.9 m³। भोजन-से-सूक्ष्मजीव अनुपात है F/M = QS₀/(VX) — प्रतिदिन आता भोजन, उसे धारण करते सूक्ष्मजीवों के द्रव्यमान से भाग। पुनर्व्यवस्थित करने पर V = QS₀/((F/M)·X) = (5000 × 250)/(0.3 × 3000) = 1,250,000/900 = 1388.9 m³। इकाइयाँ पहली दृष्टि में गलत लगती हैं और हैं नहीं: mg/L व m³/दिन गुणा होकर अनुपात के दोनों ओर ग्राम प्रति दिन देते हैं, अतः वे कट जाते हैं और F/M प्रति दिन निकलता है। इसे सूत्र-प्रतिस्थापन से अधिक मूल्यवान वह दूसरी संख्या बनाती है जो यह मुफ़्त देता है। जलीय प्रतिधारण काल है V/Q = 1388.9/5000 = 0.278 दिन = 6.67 घंटे, जो मल-जल के जैविक उपचार हेतु कहीं अधिक छोटा लगता है — और होता भी, यदि जीवाणु जल के साथ चले जाते। वे नहीं जाते: द्वितीयक स्पष्टक उन्हें बैठाता है और प्रत्यावर्ती लाइन वापस लाती है, अतः मानक बलगतिकी पर आपंक-आयु लगभग 9.8 दिन निकलती है। संयंत्र अपने सूक्ष्मजीवों को अपने जल से चौदह गुना अधिक समय रोकता है, और वही वियोजन इस मामूली आकार की टंकी को पर्याप्त बनाता है। जो परीक्षार्थी HRT को उपचार-काल बताए उसने अंकगणित समझा और प्रक्रम छोड़ दिया।

  2. 95% आर्द्रता वाले 100 m³ आपंक को 90% आर्द्रता तक गाढ़ा किया जाता है। कोई ठोस नष्ट न होने की अभिधारणा पर उसका नया आयतन m³ में ______ है

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    उत्तर: 50

    50 m³ — ठीक आधा। ठोस संरक्षित हैं, अतः उन्हें बराबर कीजिए: 95% आर्द्रता पर ठोस अंश 5% है, जो 100 × 0.05 = 5 m³ ठोस देता है; 90% आर्द्रता पर ठोस अंश 10% है, अतः नया आयतन 5/0.10 = 50 m³। सामान्य संबंध है V₂/V₁ = (100 − p₁)/(100 − p₂), और वह इसलिए चौंकाता है कि आर्द्रता रैखिक मापनी दिखती है जबकि आयतन उसके पूरक पर व्युत्क्रम रूप में निर्भर है। 95% से 90% जाना जल का 5% नहीं हटाता — वह ठोस सांद्रता दोगुनी कर देता है, 5% से 10%, और अतः आयतन आधा। एक चरण और बढ़ाइए और प्रभाव चक्रवृद्धि करता है: 80% आर्द्रता पर वही ठोस 5/0.20 = 25 m³ घेरते हैं, मूल का एक-चौथाई। यही एक संबंध बताता है कि निर्जलीकरण आपंक-प्रबंधन के अर्थशास्त्र पर क्यों हावी है। ढुलाई, भंडारण व निपटान सब आयतन से लगते हैं, अतः जो संयंत्र अपने पिंड को 80% से 75% आर्द्रता पर ले जाए वह अपनी लॉरी-आवाजाही 20% घटा लेता है — और यह भी कि शुष्कता के अंतिम कुछ बिंदु महँगे क्यों हैं, क्योंकि वही व्युत्क्रम जो आरंभ में पुरस्कृत करता है, उत्तरोत्तर अधिक ऊर्जा माँगता है क्योंकि बचा जल उत्तरोत्तर अधिक कसकर बँधा है।

  3. BOD निष्कासन हेतु अभिकल्पित कोई सक्रियित आपंक संयंत्र नाइट्रीकरण नहीं कर रहा। प्रचालक वायु-आपूर्ति काफी बढ़ाता है और फिर भी नाइट्रीकरण नहीं होता। सर्वाधिक संभावित कारण है कि

    1. आपंक-आयु नाइट्रीकारी जीवाणुओं के द्विगुणन काल से छोटी है, अतः वे बह जाते हैं
    2. नाइट्रीकरण अवायवीय प्रक्रम है और अतिरिक्त वायु उसे दबाती है
    3. BOD बहुत अधिक है, और नाइट्रीकारी तब तक काम नहीं कर सकते जब तक वह 5 mg/L से नीचे न हो
    4. MLSS बहुत अधिक है, और भीड़ से नाइट्रीकारी अवरोधित होते हैं
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    उत्तर: A — आपंक-आयु नाइट्रीकारी जीवाणुओं के द्विगुणन काल से छोटी है, अतः वे बह जाते हैं

    आपंक-आयु बहुत छोटी है और नाइट्रीकारी बह जाते हैं। यह इसका सबसे स्वच्छ उदाहरण है कि सक्रियित आपंक संयंत्र पर मुख्य नियंत्रण वायुयोजन नहीं, आपंक-आयु है। नाइट्रीकारी जीवाणु — नाइट्रोसोमोनास व नाइट्रोबैक्टर — न्यून वृद्धि-दर वाले स्वपोषी हैं, जो घंटों में नहीं दिनों में दोगुने होते हैं, जबकि कार्बनिक BOD हटाने वाले विषमपोषी घंटों में दोगुने होते हैं। अब आपंक-आयु की परिभाषा को भौतिक रूप में पढ़िए: SRT = (तंत्र में ठोस)/(प्रति दिन निकलते ठोस) वस्तुतः संयंत्र में किसी जीव का औसत निवास-काल है। यदि वह काल नाइट्रीकारियों के द्विगुणन काल से छोटा हो तो वे प्रजनन से तेज़ी से हटाए जा रहे हैं, और उनकी जनसंख्या शून्य तक गिर जाती है, और कुछ भी किया जाए। यह बहाव है, और जब तक त्याग-दर अपरिवर्तित है तब तक अपरिवर्तनीय। वायुयोजन इसे ठीक नहीं कर सकता, क्योंकि सीमा ऑक्सीजन कभी थी ही नहीं — जनसंख्या थी। सुधार है कम आपंक त्यागना, जो आपंक-आयु बढ़ाता है, और केवल कार्बनिक निष्कासन हेतु अभिकल्पित संयंत्र में उसका अर्थ प्रायः बड़ी वायुयोजन टंकी भी है, क्योंकि उसी F/M पर अधिक ठोस रखने हेतु अधिक आयतन चाहिए। विकल्प (ब) सीधे गलत है — नाइट्रीकरण कड़ाई से वायवीय है; विनाइट्रीकरण अनॉक्सिक है। विकल्प (स) वास्तविक प्रभाव उलट देता है: उच्च BOD प्रतिस्पर्धा में विषमपोषियों का पक्ष लेती है, पर कोई देहली नहीं लगाती। विकल्प (द) एक ऐसा अवरोधन गढ़ता है जो है ही नहीं।

  4. 300 mm व्यास की कोई मल-नाली 1 में 500 प्रवणता पर पूर्ण भरी चलती है। मैनिंग n = 0.013 लेते हुए प्रवाह वेग m/s में ______ है (तीन दशमलव तक)

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 0.612

    0.612 m/s। पूर्ण भरी वृत्ताकार नलिका हेतु जलीय त्रिज्या R = A/P = (πD²/4)/(πD) = D/4 = 0.075 m है। मैनिंग देता है v = (1/n)R^(2/3)S^(1/2) = (1/0.013) × 0.075^(2/3) × (1/500)^(1/2) = 76.92 × 0.17795 × 0.044721 = 0.612 m/s। अब वह कीजिए जो प्रश्न वस्तुतः जाँच रहा है, अर्थात् संख्या बताना नहीं, उस पर निर्णय देना। स्वच्छता मल-नाली की स्वतः-स्वच्छ चाल लगभग 0.6 m/s है, अतः यह अभिकल्प उत्तीर्ण है — पर बस उत्तीर्ण, लगभग 2% की गुंजाइश के साथ, और वह गुंजाइश पूर्ण प्रवाह पर है। योजना के आरंभिक वर्षों में मल-नाली अभिकल्प-प्रवाह के अंश पर आंशिक भरी चलती है, और वास्तविक चाल कम होती है, यही कारण है कि मल-नाली न्यूनतम प्रत्याशित प्रवाह पर जाँची जाती है, अभिकल्प-प्रवाह पर नहीं। दो तुलनाएँ प्रवणता को संदर्भ देती हैं: 1 में 300 पर वही नलिका 0.790 m/s चलती है, सुखपूर्वक स्वच्छ; 1 में 1000 पर वह 0.433 m/s चलती है और गाद जमाएगी, निक्षेप काट घटाएगा, चाल और गिरेगी, और विफलता तब तक चक्रवृद्धि करेगी जब तक अवरोध न हो जाए। यह भी ध्यान दीजिए कि समतल मल-नाली को क्या नहीं बचाता: व्यास बढ़ाना R बढ़ाता है पर ढाल के विषय में कुछ नहीं घटाता, और स्थिर प्रवाह पर बड़ी नलिका उथली व धीमी चलती है। समतल भू-भाग पर वास्तविक विकल्प केवल दो हैं — उत्तरोत्तर गहरी बिछाना या पंप करना।

  5. सक्रियित आपंक प्रक्रम व रिसाव निस्यंदक की निम्नलिखित में से कौन-सी तुलनाएँ सही हैं?

    1. सक्रियित आपंक प्रक्रम उसी भूमि-क्षेत्रफल हेतु सामान्यतः अधिक BOD निष्कासन प्राप्त करता है
    2. रिसाव निस्यंदक आघात-भार बेहतर सहता है, क्योंकि उसका जैव-भार निलंबित नहीं, संलग्न है
    3. सक्रियित आपंक प्रक्रम को अधिक शक्ति व अधिक कुशल प्रचालन चाहिए
    4. रिसाव निस्यंदक कोई आपंक नहीं बनाता और अतः उसे द्वितीयक स्पष्टक नहीं चाहिए
    उत्तर देखें

    उत्तर: A — सक्रियित आपंक प्रक्रम उसी भूमि-क्षेत्रफल हेतु सामान्यतः अधिक BOD निष्कासन प्राप्त करता है; B — रिसाव निस्यंदक आघात-भार बेहतर सहता है, क्योंकि उसका जैव-भार निलंबित नहीं, संलग्न है; C — सक्रियित आपंक प्रक्रम को अधिक शक्ति व अधिक कुशल प्रचालन चाहिए

    (अ), (ब) व (स)। तीनों सही कथन वही सौदा हैं जो तय करता है कि नगर को कौन-सा प्रक्रम मिले। (अ) सही है और हल किए अंक उसका परिमाण दिखाते हैं: उसी 250 mg/L मल-जल पर सक्रियित आपंक संयंत्र 90% BOD निष्कासन तक पहुँचा, जबकि NRC सूत्र 1000 kg BOD/दिन से भारित 500 m³ रिसाव निस्यंदक को केवल 61.5% देता है। निलंबन जैव-भार को प्रवाह के हर भाग के संपर्क में रखता है; फ़िल्म केवल उसी के संपर्क में आती है जो उस पर बहे। (ब) एक ऐसे कारण से सही है जिसे सटीक कहना उचित है: संलग्न फ़िल्म संयंत्र से बह नहीं सकती, अतः अचानक जलीय उछाल रिसाव निस्यंदक को तनु करता है पर उसका जैव-भार नष्ट नहीं करता, जबकि वही उछाल MLSS को द्वितीयक स्पष्टक की बंधिका के ऊपर से बहा ले जा सकता है और सक्रियित आपंक संयंत्र को दिनों तक अपंग कर सकता है। (स) सही है और व्यवहार में प्रायः निर्णायक — सतत वायुयोजन मल-कर्म की सबसे बड़ी एकल शक्ति-माँग है, और प्रक्रम को उसकी त्याग-दर से सक्रिय रूप से नियंत्रित करना पड़ता है, जिसके लिए ऐसा प्रचालक चाहिए जो आपंक-आयु समझे। घूर्णी वितरक वाला रिसाव निस्यंदक गुरुत्व व असावधानी पर चल सकता है। (द) गलत है, और वही लोगों को पकड़ता है। रिसाव निस्यंदक अपनी जैव-फ़िल्म सतत छोड़ता रहता है क्योंकि फ़िल्म मोटी होती है और अंतरतम परत की ऑक्सीजन-आपूर्ति समाप्त हो जाती है; वह छूटी ठोस धारा वास्तविक है, पर्याप्त है, और उसे द्वितीयक स्पष्टक में ठीक वैसे ही बैठाना होगा जैसे सक्रियित आपंक को। हर जैविक प्रक्रम घुली BOD को कोशिकाओं में बदलता है, और कोशिकाएँ ही आपंक हैं — ऐसा कोई जैविक उपचार नहीं जो कुछ न बनाए।

  6. 50,000 लोगों के किसी नगर की जल-आपूर्ति 135 लीटर प्रति व्यक्ति प्रति दिन है। मल-जल को आपूर्तित जल का 80% तथा शिखर-गुणक 3 लेते हुए मल-नाली हेतु अभिकल्प प्रवाह लीटर प्रति सेकंड में ______ है (एक दशमलव तक)

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

    उत्तर देखें

    उत्तर: 187.5

    187.5 L/s। एक ही श्रृंखला में कीजिए और इकाइयाँ स्वयं सँभल जाती हैं। आपूर्तित जल = 50,000 × 135 = 6,750,000 L/दिन = 6.75 MLD। मल-जल = 0.80 × 6.75 = 5.4 MLD = 5400 m³/दिन, अर्थात् औसत शुष्क-मौसम प्रवाह। अभिकल्प प्रवाह = 3 × 5.4 = 16.2 MLD, और 16.2 × 10⁶ L/दिन ÷ 86,400 s = 187.5 L/s, जो 0.1875 m³/s है। उस श्रृंखला की तीन बातें ले जाने योग्य हैं। 80% परिपाटी है, मापन नहीं: वह आपूर्तित जल में से पिया, वाष्पित या बगीचों में लगा जल घटाकर है, और भारी उद्यान-उपयोग वाला नगर कम लौटाता है जबकि उच्च भूजल वाला अंतःस्पंदन से अधिक। 3 का शिखर-गुणक छोटे नगर हेतु है; बड़े हेतु वह 2 की ओर गिरता है, क्योंकि अनेक उप-जलग्रहणों के शिखर एक साथ नहीं आते — मल-ग्रहण जितना बड़ा, उसका जलालेख उतना चिकना, और वही सांख्यिकीय चिकनाई जल-विज्ञान अध्याय में बाढ़-शिखरों को नियंत्रित करती है। और अभिकल्प प्रवाह व्यास तय करता है, प्रवणता नहीं: तत्पश्चात् प्रवणता ऐसी चुनी जाती है कि चाल लगभग 0.6 m/s की स्वतः-स्वच्छ न्यूनतम व लगभग 3 m/s की अपघर्षण अधिकतम के बीच रहे, और उसकी जाँच इस शिखर पर नहीं, उस न्यूनतम प्रवाह पर करनी है जो मल-नाली वस्तुतः देखेगी।

  7. प्राथमिक निक्षेपण घरेलू मल-जल के लगभग 60% निलंबित ठोस हटाता है पर BOD का केवल लगभग एक-तिहाई। इसका कारण है कि

    1. अधिकांश ऑक्सीजन-माँग घुली या कोलॉइडी है, और गुरुत्व दोनों में से किसी पर काम नहीं करता
    2. बैठे ठोस टंकी के तल से ऑक्सीजन-माँग लगाते रहते हैं
    3. BOD पाँच दिन बाद मापी जाती है, तब तक निक्षेपण उलट चुका होता है
    4. प्राथमिक टंकियाँ BOD निष्कासन की आवश्यकता से छोटे प्रतिधारण काल हेतु अभिकल्पित होती हैं
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    उत्तर: A — अधिकांश ऑक्सीजन-माँग घुली या कोलॉइडी है, और गुरुत्व दोनों में से किसी पर काम नहीं करता

    अधिकांश माँग घुली या कोलॉइडी है। निलंबित ठोस व BOD भिन्न राशियाँ हैं जो भिन्न सिद्धांतों पर मापी जाती हैं, और निक्षेपण टंकी उनमें से केवल एक पर काम कर सकती है। गुरुत्व-पृथक्करण द्रव्यमान व आकार वाले कणों पर काम करता है; जो शर्कराएँ, कार्बनिक अम्ल, प्रोटीन व अपमार्जक घरेलू ऑक्सीजन-माँग का बड़ा भाग बनाते हैं वे विलयन में हैं, और निक्षेपण टंकी की दृष्टि से कोलॉइड प्रभावतः विलयन में ही है — पिछले अध्याय के अंकगणित ने दिखाया कि 1 μm कण को 3 m गिरने में 39 दिन चाहिए। अतः प्राथमिक निक्षेपण BOD का निक्षेपणीय अंश निकालता है और शेष अछूता छोड़ देता है, यही कारण है कि दोनों निष्कासन-आँकड़े इतने तीव्र रूप से अलग हो जाते हैं। नीचे का सब कुछ उसी अंतराल से निकलता है। द्वितीयक उपचार ठीक इसलिए है कि प्राथमिक उपचार घुले कार्बनिक पदार्थ तक पहुँच नहीं सकता, और वह उन तक पूर्णतः भिन्न क्रियाविधि से पहुँचता है — उन्हें जीवाणुओं को खिलाकर, जो घुली BOD को निक्षेपणीय कोशिकाओं में बदल देता है, और फिर कोशिकाएँ बैठाकर। इस रूप में पढ़ने पर सम्पूर्ण श्रृंखला संगत है: द्वितीयक स्पष्टक प्राथमिक निक्षेपण का दूसरा प्रयास नहीं, वह ऐसा पदार्थ बैठा रहा है जिसे जीव-विज्ञान ने इसी हेतु बनाया। विकल्प (ब) खराब अभिकल्पित टंकी की वास्तविक बात कहता है पर वह कारण नहीं कि दोनों प्रतिशत भिन्न क्यों हैं। विकल्प (स) BOD परीक्षण का गलत वर्णन करता है, जो बोतल में रखे प्रतिदर्श पर चलता है। विकल्प (द) अभिकल्प को दोष देता है, जबकि अनंत लंबी टंकी भी घुली BOD को ठीक वहीं छोड़ देती।

  8. 500 m³ आयतन का कोई रिसाव निस्यंदक 1000 kg BOD प्रति दिन का कार्बनिक भार पाता है, पुनःपरिसंचरण गुणक F = 1 पर। NRC सूत्र से दक्षता = 100/(1 + 0.4432√(W/VF)), जहाँ W kg/दिन में तथा V m³ में। BOD निष्कासन दक्षता प्रतिशत में ______ है (दो दशमलव तक)

    संख्यात्मक उत्तर — मान टाइप करें।

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    उत्तर: 61.47

    61.47%। सीधे प्रतिस्थापित कीजिए: W/VF = 1000/(500 × 1) = 2.0, √2 = 1.41421, 0.4432 × 1.41421 = 0.62678, अतः दक्षता = 100/1.62678 = 61.47%। यह संख्या अकेली से अधिक उपयोगी अपने विकल्प के साथ रखने पर है। इसी अध्याय में पहले हल किया सक्रियित आपंक संयंत्र उसी सामर्थ्य के मल-जल को 90% निष्कासन तक ले गया; यह निस्यंदक 61.5% तक पहुँचता है। वही अंतर ईमानदार कारण है कि सक्रियित आपंक बड़े नगरों में हावी है और सर्वत्र स्वतःसिद्ध उत्तर नहीं: रिसाव निस्यंदक को ब्लोअर नहीं चाहिए, वह आघात-भार अपना जैव-भार खोए बिना सहता है, और उसे ऐसे कर्मी चला सकते हैं जिन्हें आपंक-आयु समझना आवश्यक नहीं — छोटे या दूरस्थ कर्म हेतु वास्तविक लाभ, और यही कारण कि प्रक्रम अप्रचलित होने से बहुत दूर है। सूत्र की दो विशेषताएँ स्वयं परीक्षणीय हैं। वह आनुभविक है, सैन्य-प्रतिष्ठानों के आँकड़ों पर बैठाया गया, अतः इकाइयाँ उसके भीतर हैं और उसे विमाहीन या स्वतंत्र रूप से पुनर्व्यवस्थित नहीं किया जा सकता। और दक्षता W/V पर निर्भर है, अर्थात् कार्बनिक भारण दर पर, केवल W पर नहीं: उसी भार पर निस्यंदक-आयतन दोगुना करने से W/VF 1.0 हो जाता है और दक्षता 69.3% तक उठती है, दुगुने माध्यम हेतु आठ बिंदु से कम का लाभ। वही चपटापन बताता है कि निस्यंदक बड़ा बनाने के बजाय श्रेणी में क्यों चरणबद्ध किए जाते हैं — दूसरा चरण कहीं दुर्बल मल-जल पर प्रहार करता है और प्रति घन मीटर पहले को बड़ा करने से अधिक कमाता है।