ระบบบำบัดน้ำเสียแบบชีวภาพ

ตัวแปรสำหรับการควบคุมระบบ Activated sludge

         1. อายุตะกอน (Sludge Age) หมายถึง ระยะเวลาเฉลี่ยที่ตะกอนจุลินทรีย์หมุนเวียน อยู่ในถังเติมอากาศการควบคุมกระทำได้โดยการนำตะกอนส่วนเกินออกจากระบบ ดังนั้นจึงสามารถควบคุมให้มีค่าคงทีได้ตามต้องการ โดยทั่วไปจะควบคุมให้มีระบบอายุตะกอน 5-15 วัน
         2. อัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ ( F/M ratio ) หมายถึง อัตราส่วนของน้ำหนักสารอินทรีย์ในน้ำเสียที่เข้าระบบ ( กิโลกรัมต่อวัน ) ต่อน้ำหนักตะกอนจุลินทรีย์ในระบบ ( กิโลกรัม ) โดยทั่วไปจะควบคุมให้ระบบมีค่า F/M ratio ระหว่าง 0.1-0.4 ต่อวัน

      คุณสมบัติของน้ำเสียมักมีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลาทั้งในแง่อัตราการไหลและความเข้มข้นของสารอินทรีย์ที่เข้าสู่ระบบทำให้การควบคุมระบบ โดยใช้ F/M ratio ทำได้ยากและมีความไม่แน่นอน ในทางปฏิบัติจึง นิยมควบคุมระบบด้วยอายุตะกอนมากกว่า

ปัญหาที่มักพบในการควบคุมระบบ Activated sludge

         1. การลอยตัวของตะกอนในถังตกตะกอน สาเหตุเนื่องมาจาก ตะกอนตกอยู่ในก้นถังตกตะกอนนานเกินไปจนทำให้เกิดปฏิกิริยาชีวเคมีเปลี่ยนสารประกอบ ไนไตรท์และไนเตรตเป็นก๊าซไนโตรเจน ก๊าซที่เกิดขึ้นจะถูกกักอยู่ในตะกอนถ้ามีมากจะพาตะกอนลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ

         2. ตะกอนเบา ทำให้จมตัวลำบาก ในระบบ Activated sludge ที่มีประสิทธิภาพการบำบัดสูงตะกอนจุลินทรีย์ในถังเติมอากาศจะมีสีน้ำตาลแก่จับกัน เป็นก้อนใหญ่และจมตัวได้อย่างรวดเร็ว ในกรณีที่เกิดตะกอนเบานั้นจะเป็นตะกอนละเอียดจมตัวได้ช้าและไม่อัดตัวแน่นสาเหตุ มีสองประการคือ อาจเกิดจากเชื้อราที่เป็นเส้นใย หรืออาจเกิดจากมีน้ำอยู่ในตะกอนระหว่างเซลของจุลินทรีย์มากทำให้ตะกอน มีความหนาแน่นเกือบเท่ากับน้ำจึงจมตัวได้ลำบาก

ปัญหายอดฮิตของระบบบำบัดน้ำเสียแบบเติมอากาศชนิด Activated Sludge : AS
คือ “การเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์ในระบบไม่ขึ้น” ซึ่งมีหลายสาเหตุ แต่จะส่วนใหญ่จะเกิดจาก “Wash Out”

         Wash Out หมายถึง การที่เชื้อในระบบหลุดออกไปกับน้ำเสียจำนวนมาก ส่งผลให้ระบบไม่มีเชื้อจุลินทรีย์และคุณภาพน้ำออกไม่ผ่านมาตรฐานโดยมากปัญหา Wash Out จะเกิดกับห้างสรรพสินค้า, โรงแรม, ร้านอาหาร, อาคารสำนักงาน, โรงพยาบาลและสถานประกอบการที่เปิดกิจการช่วงเวลาหนึ่งของวัน

ปัญหาการ Wash Out ในระบบ AS เกิดจาก :

         1. มีการทิ้งน้ำเสียช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งมากเกินไป

         2. ขนาดถังพักน้ำเสียก่อนเข้าระบบบำบัด หรือ Equalization Tank มีขนาดไม่เหมาะสมและไม่มีปั๊มจ่ายน้ำเสียเข้าระบบ

         3. ขนาดถังตกตะกอน หรือ Sedimentation Tank มีขนาดเล็กเกินไป ไม่เหมาะสมกับปริมาณน้ำเสีย

         4. การควบคุมระบบ Return Sludge ไม่เหมาะสม

         5. มีไขมันหรือน้ำมัน (Grease and Oil) เข้าสู่ระบบเติมอากาศจำนวนมาก

การตรวจสอบและแก้ไขปัญหา

         1. เทียบปริมาณน้ำเสียที่เกิดกับชั่วโมงการทิ้งน้ำ เช่น ห้างสรรพสินค้าเปิดทำการ 12 ชม./วัน เกิดน้ำเสีย 120 ลบ.ม./วัน แสดงว่าน้ำเสียเข้าระบบ เฉลี่ยที่ 10 ลบ.ม./ชม. หากเป็นช่วง Peak Load อาจคิดน้ำเสียที่ 24-30 ลบ.ม./ชม.จะเห็นว่าน้ำเสียจริงๆไม่ได้เข้าระบบที่ 24 ชั่วโมง และ ไม่ได้เกิดน้ำเสียเท่ากันทุกช่วงเวลา

         2. ขนาดของถังพักน้ำเสีย (E.Q. Tank) ต้องมีขนาดพอเหมาะกับปริมาณน้ำเสียที่เกิดขึ้น (ในการบำบัดเราสามารถจ่ายน้ำเสียเข้าระบบหลังห้างปิดทำการได้ เพราะฉะนั้น E.Q. Tank จึงมีความสำคัญมาก)

         3. ปั๊มสูบน้ำเสียเข้าระบบ (E.Q. Pump) ต้องมีความเหมาะสม ในการจ่ายน้ำเสียที่เกิดขึ้นเข้าระบบได้ 24 ชั่วโมง

         4. การจ่ายน้ำเสียเข้าระบบจากปั๊มต้องไม่มากกว่าขนาดถังตกตะกอน (Sedimentation Tank) รับได้ ปกติถังตกตะกอนควรพักน้ำเสียได้มากกว่า 1 ชั่วโมง ขึ้นไป

         5. การสูบตะกอนย้อนกลับ (Return Sludge) ต้องเหมาะสมกับปริมาณตะกอนที่เกิดขึ้น ไม่ควรเปิด Return Sludge ตลอดเวลา เพราะจะสูบแต่น้ำกลับไปบ่อเติมอากาศ ส่งผลให้ระยะเวลาการเติมอากาศ (HRT) ในบ่อเติมอากาศลดลงเวลามีน้ำเสียเข้าระบบพร้อมการสูบตะกอนกลับ

         6. ทำการตรวจเช็คและทำความสะอาดบ่อดักไขมัน พยายามอย่าให้มีไขมันเข้าระบบเพื่อป้องกันไม่ให้เชื้อจุลินทรีย์ลอยและไม่ตกตะกอน

         7. หากแก้ไขไม่ได้ อาจต้องปรับปรุงระบบบำบัด หรือ ออกแบบระบบบำบัดน้ำเสียเพิ่มเติม โดยสามารถติดต่อ ENCARE ได้จ้า ยินดีบริการตลอด 24 ชั่วโมง ^^

2. กระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศ (Anaerobic Wastewater Treatment)

เป็นวิธีการบำบัดน้ำเสียโดยใช้จุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้อากาศ แต่จะอาศัยสารประกอบอื่นเป็นตัวรับอิเล็กตรอนแทนออกซิเจนละลายน้ำ (dissolved oxygen) หรือออกซิเจนอิสระ กลไกการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไม่ใช้อากาศหรือออกซิเจน สามารถแบ่งได้เป็น 4 ขั้นตอน ตามลำดับดังนี้

         - กระบวนการไฮโดรไลซิส (Hydrolysis) โดยอาศัยเอนไซม์ (enzyme) ที่ถูกส่งออกมานอกเซลล์ เพื่อเปลี่ยนสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ให้เป็นสารโมเลกุลเล็ก

         - กระบวนการสร้างกรด (Acidogenesis) โดยแบคทีเรียสร้างกรด ซึ่งจะเปลี่ยนผลผลิตที่ได้จากฏิกิริยาไฮโดรไลซิสในขั้นตอนที่ 1 ไปเป็นกรดไขมันระเหย (volatile fatty acid; VFA)

         - กระบวนการสร้างกรดอะเซติกจากกรดไขมันระเหย (Acetogenesis) โดยแบคทีเรียกลุ่มอะซีโตเจนิก (Acetogenic bacteria) จะเปลี่ยนกรดไขมันระเหย ไปเป็นผลผลิตสำคัญในการสร้างก๊าซมีเทน ได้แก่ กรดอะเซติก กรดฟอร์มิก ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซไฮโดรเจ

         - กระบวนการสร้างมีเทน (Methanogenesis) โดยผลผลิตที่ได้จากแบคทีเรียสร้างกรดในขั้นตอนที่ 3 จะถูกเปลี่ยนไปเป็นก๊าซมีเทนโดยแบคทีเรียกลุ่มสร้างมีเทน (Methanogenic bacteria) แบคทีเรียกลุ่มที่สร้างมีเทนนี้ แบ่งออกได้เป็น 2 ชนิด ชนิดแรก คือ แบคทีเรียที่สร้างมีเทนจากคาร์บอนไดออกไซด์ และไฮโดรเจน (Hydrogenotrophic bacteria) โดยได้คาร์บอนมาจากคาร์บอนไดออกไซด์และได้พลังงานจากไฮโดรเจน ชนิดที่สอง คือ แบคทีเรียที่สร้างมีเทนจากกรดอะเซติก (Acetotrophic bacteria) ซึ่งใช้อะเซเตดเป็นตัวรับอิเล็กตรอน และใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงาน

ระบบบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีไม่ใช้อากาศ Anaerobic เป็นวิธีที่ไม่ต้องเติมออกซิเจนหรือนิยมเรียกว่า "ระบบไร้ออกซิเจนหรือถังหมัก"
ระบบนี้เริ่มนิยมใช้กันแพร่หลายมากขึ้นเพราะประหยัดพลังงานในการเติมอากาศและยังได้พลังงานที่เกิดจากระบบ เช่น มีเทน (Methane gas)

         บ่อหมัก (Aerobic)

              อาจเป็นบ่อดินหรือบ่อคอนกรีตโดยอาจมีขนาดความลึกของบ่อตั้งแต่ 1-9 เมตร บ่อประเภทนี้จะเป็นบ่อที่รับน้ำเสียที่มีปริมาณ BOD (กก.ต่อวัน) มากๆ จนทำให้บ่อไม่สามารถผลิตออกซิเจนเนื่องจากกระบวนการสังเคราะห์แสงได้ โดยทั่วไปบ่อประเภทนี้จะมีลักษณะเป็นบ่อสีดำ ถ้าพบว่าบ่อมีน้ำสีเขียวแสดงว่าบริเวณผิวชั้นบนจะมีการเกิดกระบวนการสังเคราะห์แสงขึ้นในบ่อ ส่วนบริเวณก้นบ่อถ้าหากมีพืชน้ำจะเกิดกระบวนการ Aerobic ขึ้น ซึ่งลักษณะนี้นิยมเรียกว่า Facultative Pond โดยทั่วไปบ่อหมักจะมีเวลาเก็บกัก ตั้งแต่ 1-200 วัน บ่อประเภทนี้จะเป็นระบบบำบัดน้ำเสียขั้นแรกที่ต้องการลดหรือกำจัด BOD ลงไปส่วนหนึ่งก่อน เพื่อการประหยัดพลังงานในการย่อยสลายสารอินทรีย์ ประสิทธิภาพในการกำจัด BOD ของบ่อหมักจะอยู่ในช่วงระหว่าง  20 -95% ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณและชนิดของน้ำเสียด้วย

         บ่อเกรอะ (Septic Tank)

              บ่อเกรอะเป็นระบบบำบัดน้ำเสียประเภท Anaerobic เช่นเดียวกัน เป็นที่นิยมใช้กันมากที่สุดเหมาะสำหรับอาคารพักอาศัยส่วนบุคคล อาคารสำนักงาน ฯลฯ ที่มีปริมาณน้ำทิ้งไม่มากนัก ระบบนี้จะมีการก่อสร้างไม่ยุ่งยากนัก สิ้นเปลืองค่าใช้จ่ายน้อย ไม่จำเป็นต้องมีผู้ชำนาญการดูแลรักษาระบบแต่มีข้อเสียที่สำคัญคือ น้ำทิ้งไหลผ่านบ่อเกรอะแล้วจะยังมีความสกปรกอยู่มาก จึงต้องมีการบำบัดขั้นต่อไปอีก

         ถังปล่อยทิ้ง (Wash – out  Reactor)

              ระบบนี้มีลักษณะการทำงานเป็นระบบที่มีการไหลเวียนกลับแต่ไม่มีการแยกตะกอนออกจากน้ำ เช่น ไม่มีถังตกตะกอน จะใช้ระบบนี้ก็ต่อเมื่อไม่สามารถแยกน้ำสลัดจ์กับน้ำในระบบได้ เช่น พวกสลัดจ์ ถ้าระบบนี้มีเวลาเก็บกักต่ำกว่าเวลาที่จุลชีพเพิ่มขึ้นผลก็คือระบบภายในถังหมักจะไม่มีตะกอนจุลชีพหลงเหลืออยู่ ซึ่งทำให้กระบวนการของ Anaerobic สิ้นสุดลง

         ระบบเอเอสแบบแอนแอโรบิก (Anaerobic Activated Sludge)

              ระบบนี้อาจเรียกอีกชื่อว่า กระบวนการสัมผัสแอนแอโรบิก (Anaerobic Contact Process) ระบบนี้จะมีถังปฎิกิริยา (ถังหมัก) และระบบแยกตะกอนซึ่งอาจใช้ ถังตกตะกอน ถังทำให้ลอย (Flotation) หรือการหมุนเหวี่ยง (Centrifugal) ข้อดีของระบบนี้คือ สามารถรับปริมาณ BOD สูงได้ดี ได้ผลพลอยได้เป็นก๊าซมีเทน และการเพิ่มขึ้นของน้ำสลัดจ์ไม่มากนักเมื่อเปรียบเทียบกับระบบเอเอสแบบใช้ออกซิเจน ระบบเอเอสแบบแอนแอโรบิกนี้จะมีเวลาเก็บกักของน้ำเสียประมาณ 0.5 – 10 วัน ระดับอุณหภูมิภายในถังควรมีประมาณ 35 องศาเซลเซียส และจะใช้อัตราไหลเวียนกลับประมาณ 2 – 4 เท่าของปริมาณน้ำเสียไหลเข้า

         ถังแบบฟิล์มตรึง (Fixed – Film Reactor)

              ระบบนี้เป็นระบบบำบัดน้ำเสียที่ใช้ตัวกลางบรรจุอยู่ภายในระบบ เพื่อให้มีอายุสลัดจ์หรือเวลาเก็บกักของสลัดจ์ยาวนาน แต่มีเวลาเก็บกักของน้ำเสียต่ำกว่า เพราะน้ำสลัดจ์จะไปเกาะบริเวณผิวตัวกลางยิ่งมีผิวขรุขระมาเท่าไหร่ก็จะยิ่งสามารถมีจำนวนสลัดจ์ (จำนวนต่อตารางเมตร) มากขึ้นด้วย ระบบนี้สามารถแบ่งออกได้เป็น 2 รูปแบบ ดังนี้

              1. ถังกรองไร้อากาศแบบไหลขึ้น (Up flow Anaerobic Filter)

                   จุลชีพที่บรรจุอยู่ในระบบจะทำหน้าที่ย่อยสลายสารอินทรีย์ต่างๆ ซึ่งตัวจุลชีพจะเกาะอยู่บริเวณผิวตัวกลาง และบางส่วนจะอาศัยอยู่ช่องว่างระหว่างตัวกลาง ทำให้ระบบนี้ไม่ต้องกวนน้ำเสียภายในถัง การย่อยสลายสารอินทรีย์ในระบบนี้จะใช้เวลาเก็บกักของน้ำเสียอาจมีตั้งแต่ 1 – 10 วัน โดยสามารถรับ COD ของน้ำเสียได้ตั้งแต่ 4-16 กก.COD/(ลบ.ม.วัน) ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวกลางที่สามารถใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพคือพวกที่ไม่สามารถย่อยสลายได้โดยธรรมชาติ ได้แก่ ก้อนหิน พลาสติก อิฐ ยาง ดินเผา เป็นต้น ซึ่งตัวกลางที่ใช้ดินเผาจะมีประสิทธิภาพในการทำงานของระบบดีมาก เนื่องจากมีพื้นที่ผิวขรุขระมาก ทำให้มีพื้นที่ผิวให้จุลินทรีย์เกาะได้มาก สำหรับขนาดของตัวกลางไม่ควรมีขนาดเล็กหรือใหญ่เกินไป ถ้ามีขนาดเลกเกินไปอาจจะทำให้เกิดปัญหาอุดตันขึ้นได้ง่าย แต่ถ้าใช้ตัวกลางขนาดใหญ่เกินไปอาจทำให้มีพื้นที่ผิวตัวกลางน้อยลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพของระบบบำบัดลดลง ในบางครั้งน้ำเสียที่ไหลเข้าระบบมีค่า BOD สูงกว่าปกติ ก็อาจแก้ไขได้โดยการสูบน้ำทิ้งที่ไหลผ่านระบบ Anaerobic Filter นี้แล้วกลับเข้าสูระบบอีกครั้งเพื่อทำให้ BOD ผสมมีปริมาณความเข้มข้นปกติ

              2. ถังกรองไร้อากาศแบบไหลลง (Down flow Anaerobic Filter)

                   จะมีตัวกลางบรรจุอยู่ในระบบเช่นกัน สำหรับระบบนี้จะมีปริมาณสารแขวนลอยไม่มากเท่ากับของระบบถังกรองไร้อากาศแบบไหลขึ้น (Up flow Anaerobic Filter) น้ำเสียที่ถูกบำบัดแล้วจะไหลไปทางส่วนของก้นถัง และน้ำทิ้งบางส่วนควรสูบกลับไปที่ระบบอีกครั้งเพื่อให้ประสิทธิภาพในการบำบัดน้ำเสียดียิ่งขึ้นสำหรับข้อมูลอื่นๆ จะเหมือนกับของระบบถังกรองไร้อากาศแบบไหลขึ้น

              3. ถังกรองแบบฟลูอิดไดซ์ (Fluidise Bed Reactor)

                   ระบบน้ำเป็นระบบที่ได้มีการพัฒนามาจากระบบถังกรองไร้อากาศ (Anaerobic Filter) ซึ่งมีปัญหาด้านการอุดตันการเกิดไหลลัดวงจรและมีความสูญเสียความดัน (Head loss) ทำให้ได้มีการดัดแปลงโดยใช้ตัวกลางที่มีพื้นที่ผิวมากๆ โดยใช้ทราย, Anthracite, Activated carbon หรือ วัสดุอื่น ๆ ที่มีขนาดใกล้เคียงกับเม็ดทราย และให้ตัวกลางมีการเคลื่อนไหวตลอดเวลา ทำให้สามารถป้องกันปัญหาเกี่ยวกับการอุดตันได้ และจะทำให้ต้องการเวลาเก็บกักของน้ำเสียต่ำกว่ามาก

              4. ถังแบบชั้นสลัดจ์ (Sludge Blanket Reactor)

                   ระบบบำบัดน้ำเสียแบบนี้มีการไหลขึ้น ซึ่งนิยมเรียกระบบนี้ว่า Up flow Anaerobic Sludge Blanket Treatment  (UASB) จะอาศัยตะกอนจุลชีพแบบแขวนลอยโดยที่หลังการดำเนินการได้ระยะเวลาหนึ่งจะเกิดตะกอนจุลชีพที่มีลักษณะเป็นเม็ด ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1-2 มม. ขึ้นภายในถังปฏิกิริยา ซึ่งมีคุณสมบัติในการตกตะกอนได้ดีมาก ระบบนี้มีประสิทธิภาพในการบำบัด BOD สูงที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับระบบบำบัดแบบไร้อากาศแบบอื่น ๆ ภายในระบบจะมีการแบ่งออกเป็น 2 ชั้น คือ ชั้นน้ำและชั้นตะกอน จะมีระบบแยกน้ำใสภายในถังและมีระบบเก็บรวบรวมก๊าซที่ผลิตขึ้นมา ระบบนี้ต้องพยายามควบคุมระบบให้ได้ตะกอนที่มีลักษณะเป็นเม็ด จึงจะบอกได้ว่าระบบนี้ทำงานบางครั้งพบว่าจำเป็นต้องน้ำนำตะกอนที่เป็นเม็ดๆแล้วจากถังอื่นมาช่วยให้ระบบนี้ทำงานได้ดี

              5. ถังแบบแผ่นกั้น (Baffled Reactor)

                   ระบบบำบัดน้ำเสียแบบนี้มีลักษณะเป็นถังที่มีแผ่นกั้นขวางหลายแผ่นวางตั้งไว้ในถังยาว การไหลของน้ำเข้าระบบจะเป็นในลักษณะไหลขึ้น ไหลลงสลับกันไปหลายๆครั้ง โดยอาจจะมีความเร็วในการไหลขึ้นประมาณ 0.2 – 0.4  ม./ชม.