जलाशयातील पाण्याचे नैसर्गिक शुद्धीकरण

जलाशयातील पाण्याचे स्तरीभवन

पाण्याच्या तापमानात खोलीप्रमाणे बदल होत असल्यामुळे जलाशयातील पाण्याचे निरनिराळया तापमानाप्रमाणे निरनिराळया थरात वर्गीकरण करता येते. अशी विभागणी म्हणजेच स्तरीभवन होय.

येथे ऑक्सिकरण (Oxidation) व अपचयन(Reduction) या दोन्ही क्रिया घडत असतात हे लक्षात ठेवले पाहिजे. पृष्ठभागावरचे पाणी गरम असल्याने खोलीवरच्या गार पाण्यापेक्षा त्याचे विशिष्ट गुरुत्व कमी असते. त्यामुळे साठलेल्या पाण्याचे स्तरीभवन होऊन ऑक्सिकरण व अपचयन अशा परस्परविरोधी क्रिया एकाचवेळी चालल्याचा विराधाभास निर्माण होतो.

मात्र पृष्ठभागालगतचे पाणी ४सें. पर्यंत थंड होते. तेंव्हा त्याचे विशिष्ट गुरुत्व (specific gravity) सर्वात जास्त होऊन ते तळाशी जाते व तेथील विस्थापित गरम पाणी सुद्धा ४सें. पर्यंत थंड झाल्यावर पुन्हा तळाकडे परत येते. पाण्याच्या साठ्यातील सर्व पाण्याचे तापमान ४सें. एवढे थंड होईपर्यंत ही क्रिया चालू राहते. त्यापेक्षा पाण्याचे तापमान कमी झाले की त्याचे विशिष्ट गुरुत्व कमी होते. कारण पाण्याचा एक विशिष्ट गुणधर्म असा आहे की त्याची घनता ०सें. पेक्षा ४सें. लाच जास्तीत जास्त असते. जर हवेचे तापमान गोठणबिंदूच्या खाली गेले तर त्याहीपेक्षा कमी विशिष्ट गुरुत्वाच्या पाण्याचे बर्फात रूपांतर होते. पाणी गोठत असताना ते प्रसरण पावते व त्यामुळे बर्फ पाण्यावर तरंगतो.

उन्हाळा सुरू झाल्यावर पृष्ठभागावरील ४सें. तापमानाचे पाणी, त्याच्या सान्निध्यातील हवा व सूर्यप्रकाशामुले गरम होऊ लागते. ही क्रिया पाण्याच्या पृष्ठभागाखालील ५ ते १० मीटर खोलीपर्यंतचे पाणी गरम होईपर्यंत चालू राहते व यावेळी त्यापेक्षा जास्त खोलीवरचे पाणी थंड राहते. त्यावेळी त्या दोन थरांमध्ये विशेष भिन्नता आढळून येतेव यांना जोडणाऱ्या मधल्या थरामध्ये तापमानाी जलद उतार झालेला दिसून येतो. मधल्या अरूंद थरातील या तापमान उताराला थर्मोक्लाईन असे म्हणतात. ( थर्मोक्लाईन - दोन भिन्न तापमान असणाऱ्या पाण्याच्या थरांना जोडणाऱ्या अरुंद थरातील तापमानात होणारा बदल दाखविणारी आलेखावर काढता येणारी रेषा). येथे प्रत्येक मीटर खोलीला १सें. किंवा त्यापेक्षा जास्त तापमानाचा फरक आढतो. थर्मोक्लाईनच्या पातळीची पृष्ठभागाखाली असणारी खोली, हवामानविषयक परिस्थिती, जलाशयाची खोली व क्षेत्रफळ आणि वाऱ्यामुळे प्रवाह निर्माण होण्याची व लाटांमुळे पृष्ठभाग ढवळला जाण्याची शक्यता, या सर्व गोष्टींवर अवलंबून असते.

ज्याठिकाणी पाण्याचे तापमान ४सें. च्या खाली जात नाही अशा जलाशयाच्या पृष्ठभागावरील हवा, पाणी व सूर्यप्रकाशामुळे गरम होते. हे गरम पाणी, वार्‍यामुळे निर्माण झालेल्या प्रवाहांच्या योगे खालच्या गार पाण्यात मिसळते. परंतु या प्रवाहांच्या मर्यादेपेक्षा जास्त खोलीवरच्या पाण्याचा थर सदैव थंड राहतो. अशा परिस्थितीत थर्मोक्लाईन वर्षभर टिकून राहतो. परंतु त्याची पृष्ठभागाखालची खोली रुतुमान व हवामानाप्रमाणे बदलते. थोडक्यात म्हणजे खोल जलाशयातील पाणी तीन थरात विभागलेले असते. हे थर असे - वरचा थर अभिसरणाचा, मधला थर थर्मोक्लाईनचा आणि खालचा थर स्थिर राहणारा. (अभिसरण - द्रवामध्ये उष्णतेचे संक्रमण होत असताना कणांची हालचाल होऊन प्रवाह निर्माण होतात. यालाच अभिसरण असे म्हणतात. पाण्याचा पृष्ठभाग सूर्यप्रकाशाने गरम होतो व रात्री थंड होतो त्यामुळे वरच्या थरात अभिसरण होते. )

पृष्ठभागावरील अभिसरणाच्या थरातील गरम पाण्यात हवा सतत विरघळत असते. तसेच वाऱ्यामुळे पाण्यात हवा मिसळण्याचे कार्य होत असते. यामुळे येथील पाण्यात विरघळलेला ऑक्सिजन आढळतो. पाण्यात विरघळलेल्या स्थितीत असलेले लोह व मँगेनीज यांचे क्षार अभिसरणामुळे पृष्ठभागालगतच्या पाण्यात मिसळले गेले की तेथील ऑक्सिजनमुळे त्यांचे ऑक्सिकरण होते. अशी तयार झालेली संयुगे पाण्यात अविद्राव्य असतात त्यामुळे ती अभिसरणाच्या थरातून खालच्या थरात व तेथून पाण्याच्या तळाशी जातात. या तळाशीच लोह व मँगेनीज यांचे क्षार पाण्यात विरघळतात.

म्हणजे सर्वसाधारणपणे सांगायचे झाल्यास उन्हाळा व हिवाळयातील पाण्याच्या अभिसरणामुळे पूर्ण मिसळण्याच्या क्रियेचा काळ सोडला तर इतर वेळी पृष्ठभागावरील गरम पाण्यात लोह व मँगेनीज यांचे क्षार विशेष प्रमाणात सापडत नाहीत. थर्मोक्लाईनच्या खालच्या स्थिर थरातील पाण्यात ऑक्सिजन नसतो व असला तरी तो अतिशय अल्प प्रमाणात असतो. याचे कारण म्हणजे कार्बनी पदार्थांचे ऑक्सिकरण होत असताना ज्या रासायनिक क्रिया होतात त्यामध्ये हा ऑक्सिजन वापरला जातो. यामुळे पुन्हा कार्बन डाय ऑक्साईड वायु (कार्बोनिक आम्ल) तयार होता व त्यामुळे पाण्याचा पी.एच्. कमी होतो. ( कार्बोनिक आम्ल - H2CO3 पाण्यात कार्बन डाय ऑक्साईड विरघळल्याने हे आम्ल तयार होते.) पाण्यात वाहून आलेल्या दगड, मातीतील लोह वा मँगेनीज विरघळण्यासाठी या कमी झालेल्या पी.एच्. ची मदत होते.

याशिवाय पाण्यात ऑक्सिजन नसल्यामुळे सल्फेटचे सल्फाईडमध्ये रूपांतर होऊन पाण्यात दुर्गंधी निर्माण करणारे हैड्रोजन सल्फाईड, फेरस सल्फाईड यासारखी द्रव्ये तयार होतात. तसेच कार्बनी पदार्थांचे विघटन होऊन रंगद्रव्ये, वाईट चव व घाण वास असणारे पदार्थ तयार होतील अशा क्रियांना चालना मिळते. थर्मोक्लाईनच्या खालच्या बाजूस असलेल्या शांत व स्थिर अशा पाण्यात पुढील गुणधर्म आढळून येतात. ऑक्सिजनची उणीव, कार्बन डाय ऑक्साईडचे जास्त प्रमाण, शुद्ध पाण्याच्या पी. एच्. पेक्षा कमी पी. एच्. याशिवाय लोह, मँगेनीज व सल्फाईड ही खनिजे ज्या ठिकाणी जास्त प्रमाणात असतात त्या ठिकाणी त्यांचे विद्राव्य क्षार आणि बेचव व दुर्गंधी निर्माण करणारे पदार्थही या पाण्यात आढळतात.

थर्मोक्लाईनच्या वरच्या थरात शेवाळे व कर्बग्रहणक्रियेसाठी सूर्यप्रकाशाची आवश्यकता असणाऱ्या लहान पाणवनस्पतींच्या वाढीसाठी अनुकूल परिस्थिती असते. कार्बन डाय ऑक्साईड वायूमधील कार्बन ग्रहण करीत असताना या वनस्पती ऑक्सिजन बाहेर सोडतात त्यामुळे पी.एच्. वाढतो आणि लोह व मँगेनीज यांचे ऑक्सिकरण होण्यास आणखी पोषक वातावरण निर्माण होते. याउलट प्राणीवर्गातील जीवाणु कर्बग्रहणक्रिया करीत नसल्याने त्यांना सूर्यप्रकाशाची आवश्यकता नसते. व त्यामुळे हे जीवाणु जेथे अन्न मुबलक असेल तेथे स्थलांतर करू शकतात. पृष्ठभागावरील पाण्यातील शेवाळयाचा उपयोग प्राणीवर्गातील जीवाणूंना अन्न म्हणून होतो. जास्त खोलीवरही असे शेवाळे आढळते. जलाशयाच्या तळातील शेवाळे भिन्न प्रकारचे असते. शिवाय पृष्ठभागावरील निर्जीव शेवाळे पाण्याच्या तळाशी जाते आणि तेथे ते कुजते. हे जीवाणू कुजणारे शेवाळे व पाण्याच्या तळाशी बसणारे इतर कार्बनी पदार्थ यांचा अन्न म्हणून उपयोग करतात.

अवरोधक जलाशयात पाणी साठविले असता पाण्याचे नैसर्गिकरीत्या शुद्धीकरण होण्यास अनुकूल परिस्थिती निर्माण होते. पण त्याबरोबरच त्यात काही हानीकारक बदल घडण्याची शक्यता असते. या पुस्तकात ज्या अनेक गोष्टींची चर्चा केली आहे त्यातील पहिली गोष्ट म्हणजे परिचालकांना जलाशयातील परिस्थितीचे शक्य तेवढे नियंत्रण कसे करता येईल याविषयीची माहिती असणे. पाणीपुरवठायोजनेमध्ये पाण्याच्या दर्जावर नियंत्रण ठेवण्यासाठी करावयाच्या उपाययोजनांपैकी ही दुसरी पायरी आहे.

मूलभूत तत्वे

पाणी एका जागी साठवून ठेवले असताना खालील फायदे होतात

१)अवसादन क्रियेमुळे पाण्यातील गाळ तळाशी बसतो.

२)सांडपाणी व मलजल मिसळल्यामुळे पाणी पाणी दूषित झाले असल्यास पाण्यात जीवाणू आढळतात. पाणी साठविण्याच्या क्रियेमध्ये जीवाणूंना जगण्यास प्रतिकूल अशी परिस्थिती निर्माण होते.

३)पाण्यात ऑक्सिजन विरघळतो व त्याच्या रासायनिक क्रियेमुळे पाण्यातील अशुद्ध द्रव्यांचे स्वरूप बदलते.

या शुद्धीकरणाच्या क्रियांबरोबरच खालील हानीकारक क्रियांमुळेही पाण्याच्या दर्जात फरक पडतो.

१)पाणी साठविल्यामुळे विशिष्ट जीवाणूंची वाढ होते व त्यांच्या क्रियेमुळे पाण्याचा दर्जा खालावतो.

२)पाण्याबरोबर माती व खडक यांच्यातील लोह व मँगेनीज वाहून येतात. त्यांचे अपचयन होऊन ते पाण्यात विरघळतात.

लेखक : डॉ. सु. वि. रानडे

माहिती स्रोत : Vidnyan.net