การบำบัดน้ำเสีย

                   ระบบบำบัดน้ำเสียเป็นระบบบำบัดหรือกำจัดสารมลทินที่ปนเปื้อนมากับน้ำเสีย “น้ำเสียเป็นน้ำที่ผ่านขบวนการใช้งานมาแล้ว” เช่น น้ำจากการชำระล้างต่างๆ น้ำจากขบวนการผลิตของโรงงานน้ำที่ผ่านการผสมสารเคมีต่างๆ รวมถึงน้ำที่ถูกใช้แล้วในชีวิตประจำวัน เช่น น้ำจากห้องน้ำห้องส้วมเป็นต้น 

                   หลักการจัดการน้ำเสียที่สำคัญ คือการนำน้ำเสียที่เกิดขึ้นเข้าสู่กระบวนการบำบัดให้ได้ตามมาตรฐานน้ำทิ้ง ปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมและสุขภาพอนามัย โดยทั่วไปการจัดการน้ำเสียจะประกอบด้วย

                   1. การรวบรวมน้ำเสีย (collection)
                   2. การบำบัดน้ำเสีย (treatment)
                   3. การนำกลับมาใช้ประโยชน์ (reuse and reclamation)

                   โดยชนิดและประเภทของน้ำเสียก็จะแตกต่างกันออกไป ขึ้นอยู่กับขบวนการที่นำน้ำไปใช้งานดังนั้นสารมลทินที่ปนเปื้อนก็จะมีชนิดประเภทและปริมาณที่แตกต่างกันออกไปซึ่งพอที่จะแยกตามประเภทของน้ำเสียออกได้เป็น 2 ประเภทตามการปนเปื้อนของสารมลทิน ได้แก่

1. น้ำเสียที่เป็นอินทรีย์สารซึ่งโดยส่วนใหญ่จะเป็นน้ำเสียที่มาจาก อาคาร บ้านเรือน โรงงานอุตสาหกรรมอาหาร เป็นต้น
2. น้ำเสียที่เป็นอนินทรีย์สารโดยส่วนใหญ่จะเป็นน้ำเสียที่มาจากกระบวนการผลิตของโรงงานอุตสาหกรรม

ซึ่งน้ำเสียที่ผ่านกระบวนการบำบัดแล้วจะต้องมีคุณภาพเป็นไปตามข้อกำหนดและกฎหมายที่เกี่ยวข้อง วิธีการบำบัดมีหลายวิธี ได้แก่

• ระบบบำบัดทางกายภาพ (ระบบการกรอง การตกตะกอน ถังดักไขมัน)
• ระบบบำบัดทางเคมี (การเพิ่ม-ลดประจุไฟฟ้าของอิเลคตรอน)
• ระบบบำบัดชีวภาพ (แบบใช้ออกซิเจน และไม่ใช้ออกซิเจน)
• ระบบการทำให้ระเหยด้วยความร้อน
• ระบบบำบัดด้วยไฟฟ้า

ระบบบำบัดทางกายภาพ (Physical Treatment)

          เป็นวิธีการแยกเอาสิ่งเจือปนออกจากน้ำเสีย เช่น ของแข็งขนาดใหญ่ กระดาษ พลาสติก เศษอาหาร กรวด ทราย ไขมันและน้ำมัน โดยใช้อุปกรณ์ในการบำบัดทางกายภาพ คือ ตะแกรงดักขยะ ถังดักกรวดทราย ถังดักไขมันและน้ำมัน และถังตกตะกอนซึ่งจะเป็นการลดปริมาณของแข็งทั้งหมดที่มีในน้ำเสียเป็นหลัก

ระบบบำบัดทางเคมี (Chemical Treatment)

          เป็นวิธีการบำบัดน้ำเสียโดยใช้กระบวนการทางเคมีเพื่อทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปนในน้ำเสีย วิธีการนี้จะใช้สำหรับน้ำเสียที่มีส่วนประกอบอย่างใดอย่างหนึ่งดังต่อไปนี้ คือ ค่าพีเอชสูงหรือต่ำเกินไป มีสารพิษ มีโลหะหนัก มีของแข็งแขวนลอยที่ตกตะกอนยาก มีไขมันและน้ำมันที่ละลายน้ำ มีไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสที่สูงเกินไปและมีเชื้อโรค ทั้งนี้อุปกรณ์ที่ใช้ในการบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีทางเคมีได้แก่ ถังกวนเร็ว ถังกวนช้า ถังตกตะกอน ถังกรองและถังฆ่าเชื้อโรค

ระบบบำบัดทางชีวภาพ (Biological Treatment)

          เป็นวิธีการบำบัดน้ำเสียโดยใช้กระบวนการทางชีวภาพหรือใช้จุลินทรีย์ในการกำจัดสิ่งเจือปนในน้ำเสียโดยเฉพาะสารอินทรีย์คาร์บอน ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส โดยความสกปรกเหล่านี้จะถูกใช้เป็นอาหารและเป็นแหล่งพลังงานของจุลินทรีย์ในถังเลี้ยงเชื้อเพื่อการเจริญเติบโต ทำให้น้ำเสียมีค่าความสกปรกลดลง โดยระบบบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพแบ่งได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ ๆ ตามชนิดของจุลินทรีย์ที่มีบทบาทสำคัญในการย่อยสลายสารอินทรีย์ ได้แก่ การบำบัดน้ำเสียแบบใช้อากาศ หรือใช้ออกซิเจน (Aerobic wastewater treatment) และการบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศ หรือไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic wastewater treatment) ได้แก่ ระบบ แอกทิเวเต็ดสลัดจ์ (Activate Sludge, AS) ระบบแผ่นจานหมุนชีวภาพ (Rotating Biological Contractor, RBC) ระบบคลองวนเวียน (Oxidation Ditch, OD) ระบบบ่อเติมอากาศ (Aerated Lagoon, AL) ระบบโปรยกรอง (Trickling Filter) ระบบบ่อบำบัดน้ำเสีย (Stabilization Pond) ระบบยูเอเอสบี (Upflow Anaerobic Sludge Blanket, UASB) และ ระบบกรองไร้อากาศ (Anaerobic Filter, AF) เป็นต้น

ระบบบำบัดทางกายภาพ-เคมี (Physical-Chemical Process)

          เป็นวิธีการบำบัดที่ต้องมีอุปกรณ์ช่วยมากกว่าวิธีการกล่าวมา ซึ่งกระบวนการนี้จะใช้ในขั้นตอนสุดท้ายในการบำบัดน้ำเสียที่ผ่านกระบวนในขั้นตอนอื่นแล้ว เช่น กระบวนการดังต่อไปนี้

               - การดูดซับด้วยถ่าน (Carbon adsorption) โดยใช้ผงถ่านหรือคาร์บอนเป็นตัวดูดซับสารเจือปนที่ละลายอยู่ในน้ำทิ้ง

               - การแลกเปลี่ยนประจุ (Ion Exchange) อาศัยหลักการแลกเปลี่ยนประจุระหว่างสารปนเปื้อนในน้ำเสียกับตัวกลางที่บรรจุซึ่งมีทั้งประจุบวกและประจุลบ

การบำบัดน้ำเสีย สามารถแบ่งได้ตามขั้นตอนต่างๆ ดังนี้

1. การบำบัดขั้นต้น (Preliminary Treatment) และการบำบัดเบื้องต้น (Primary Treatment)

          เป็นการบำบัดเพื่อแยกทราย กรวดและของแข็งขนาดใหญ่ออกจากของเหลวหรือน้ำเสีย โดยเครื่องจักรอุปกรณ์ที่ใช้ประกอบด้วย ตะแกรงหยาบ (Coarse Screen) ตะแกรงละเอียด (Fine Screen) ถังดักกรวดทราย (Grit Chamber) ถังตกตะกอนเบื้องต้น (Primary Sedimentation Tank) และเครื่องกำจัดไขฝ้า (Skimming Devices) การบำบัดน้ำเสียขั้นนี้สามารถกำจัดของแข็งแขวนลอยได้ 50-70% และกำจัดสารอินทรีย์ซึ่งวัดในรูปของบีโอดีได้ 25-40%

2. การบำบัดขั้นที่สอง (Secondary Treatment)

          เป็นการบำบัดน้ำเสียที่ผ่านกระบวนการบำบัดขั้นต้นและการบำบัดเบื้องต้นมาแล้ว แต่ยังคงมีของแข็งแขวนลอยขนาดเล็กและสารอินทรีย์ทั้งที่ละลายและไม่ละลายในน้ำเสียเหลือค้างอยู่ รวมถึงพวกโลหะหนักต่างๆด้วย  โดยทั่วไปการบำบัดขั้นที่สองแบ่งได้ 2 ประเภท ได้แก่ แบบชีวภาพและเคมี การบำบัดน้ำเสียในขั้นนี้สามารถกำจัดของแข็งแขวนลอยและสารอินทรีย์ซึ่งวัดในรูปของ บีโอดีได้มากกว่า 80%

              - การบำบัดทางชีวภาพ (Biological Treatment) จะอาศัยหลักการเลี้ยงจุลินทรีย์ในระบบภายใต้สภาวะที่สามารถควบคุมได้ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการกินสารอินทรีย์ได้รวดเร็วกว่าที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ และแยกตะกอนจุลินทรีย์ออกจากน้ำทิ้ง

              - การบำบัดทางเคมี (Chemical Treatment) ส่วนใหญ่จะอาศัยหลักการตกตะกอน โดยการเติมสารเคมีเพื่อทำปฏิกิริยากับสารเจือปนในน้ำเสีย เพื่อแยกสารเจือปนกับน้ำออกจากกัน

3. การบำบัดขั้นสูง (Advance Treatment หรือ Tertiary Treatment)

          เป็นกระบวนการกำจัดสารอาหาร (ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส) สี สารแขวนลอยที่ตกตะกอนยากและอื่นๆ ซึ่งยังไม่ได้ถูกกำจัดในกระบวนการบำบัดขั้นที่สอง ทั้งนี้เพื่อปรับปรุงคุณภาพน้ำให้ดียิ่งขึ้นเพียงพอที่จะนำกลับมาใช้ใหม่ (Recycle) ได้ นอกจากนี้ยังช่วย ป้องกันการเติบโตผิดปกติของสาหร่ายที่เป็นสาเหตุทำให้เกิดน้ำเน่า แก้ไขปัญหาความน่ารังเกียจของแหล่งน้ำอันเนื่องจากสี และแก้ไขปัญหาอื่นๆ ที่ระบบบำบัดขั้นที่สองมิสามารถกำจัดได้ การบำบัดขั้นสูง เช่น

                   - การกำจัดฟอสฟอรัส ซึ่งมีทั้งแบบใช้กระบวนการทางเคมีและแบบใช้กระบวนการทางชีวภาพ

                   - การกำจัดไนโตรเจน ซึ่งมีทั้งแบบใช้กระบวนการทางเคมีและแบบใช้กระบวนการทางชีวภาพ โดยวิธีการทางชีวภาพนั้นจะมี 2 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนการเปลี่ยนแอมโมเนียไนโตรเจนให้เป็น ไนเทรต ที่เกิดขึ้นในสภาวะแบบใช้ออกซิเจน หรือที่เรียกว่า "กระบวนการไนทริฟิเคชั่น (Nitrification)" และขั้นตอนการเปลี่ยนไนเทรตให้เป็นก๊าซไนโตรเจน ซึ่งเกิดขึ้นในสภาวะไร้ออกซิเจน หรือที่เรียกว่า "กระบวนการดีไนทริฟิเคชั่น (Denitrification)"

                   - การกำจัดฟอสฟอรัสและไนโตรเจนร่วมกันโดยกระบวนการทางชีวภาพ ซึ่งเป็นการใช้ทั้งกระบวนการแบบใช้อากาศและไม่ใช้อากาศในการกำจัดไนโตรเจนโดยกระบวนการไนตริฟิเคชันและกระบวนการดีไนตริฟิเคชันร่วมกับกระบวนการจับใช้ฟอสฟอรัสอย่างฟุ่มเฟือย (Phosphorus Luxury Uptake) ซึ่งต้องมีการใช้กระบวนการแบบไม่ใช้อากาศต่อด้วยกระบวนการใช้อากาศด้วยเช่นกัน ทั้งนี้จะต้องมีการประยุกต์ใช้โดยผู้มีความรู้ความเข้าใจในกระบวนการดังกล่าวเป็นอย่างดี

                   - การกรอง (Filtration) ซึ่งเป็นการกำจัดสารที่ไม่ต้องการโดยวิธีการทางกายภาพ อันได้แก่ สารแขวนลอยที่ตกตะกอนได้ยากเป็นต้น เช่น ระบบการกรองออสโมซิสย้อนกลับ (Reverse Osmosis : RO)

                   - การดูดติดผิว (Adsorption) ซึ่งเป็นการกำจัดสารอินทรีย์ที่มีในน้ำเสียโดยการดูดติดบนพื้นผิวของของแข็ง รวมถึงการกำจัดกลิ่นหรือก๊าซที่เกิดขึ้นด้วยวิธีการเดียวกัน

                   - การบำบัดกากตะกอนหรือสลัดจ์ (Sludge Treatment) ระบบบำบัดน้ำเสียที่ใช้หลักการทางชีวภาพจะมีกากตะกอนจุลินทรีย์หรือสลัดจ์เป็นผลผลิตตามมาด้วยเสมอซึ่งเป็นผลจากการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในการกินสารอินทรีย์ในน้ำเสียดังนั้นจึงจำเป็นต้องบำบัดสลัดจ์เหล่านั้นเพื่อไม่ให้เกิดปัญหาการเน่าเหม็นของสลัดจ์การเพิ่มภาวะมลพิษและเป็นการทำลายเชื้อโรคด้วย