| ตอนที่ 5 -
ระบบเลี้ยงตะกอนแขวนลอย การบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีนี้จะใช้พื้นที่น้อยเมื่อนำมาเปรียบเทียบกับระบบบ่อ แต่ใช้เครื่องจักร และพลังงานมากกว่า อีกทั้งยังต้องการผู้ออกแบบที่มีความรู้ความชำนาญ แม้กระทั่งผู้ควบคุมดูแล ก็ต้องการความรู้และประสบการณ์ เนื่องจากวิธีนี้อาศัยการทำงานของจุลินทรีย์เป็นหลัก ซึ่งไวต่อ การเปลี่ยนแปลงระบบจึงล้มเหลวได้ง่าย หากสามารถควบคุมระบบให้ทำงานในสภาวะปกติได้ จะทำให้ประสิทธิภาพการบำบัดสูงและได้มาตรฐานน้ำทิ้ง แม้ว่าวิธีนี้จะมีราคาแพงแต่ก็เป็นที่นิยม กัน ระบบเลี้ยงตะกอน (Activation Sludge) ระบบเบี้ยงตะกอนเป็นระบบทุติยภูมิแบบชีวเคมีที่ใช้พื้นที่ไม่มากนัก เพราะช่วงเวลาของ การบำบัดสั้น อาศัยการทำงานของจุลินทรีย์ (แบคทีเรีย, โปรโตซัว, รา และอื่น ๆ) ที่ใช้ออกซิเจน ย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ปนมากับน้ำเสียให้หมดไป หรือให้เหลือน้อยที่สุด น้ำเสียที่ส่งเข้ามาบำบัด ในระบบนี้จะต้องมีสารอินทรีย์ที่จะลินทรีย์ย่อยสลายได้ (บีโอดีต่อซีโอดีมากกว่า 0.5) ไม่มีสาร พิษ ไขมัน และเกลือในระดับที่จะเป็นอันตรายต่อจุลินทรีญ มีสารอาหารอื่น ๆ (ไนโตรเจนและ ฟอสฟอรัส) เพียงพอกับความต้องการของจุลินทรีย ปริมาณจุลินทรีย์ที่เลี้ยงไว้ในถังมีจำนวนมาก พอและมีความพร้อม (acclimatization) ที่จะย่อยน้ำเสียที่ส่งเข้ามาให้หมดไปในสภาวะที่ เหมาะสม การทำงานของจุลินทรีย์ดูค่อนข้างจะซับซ้อนแต่รวดเร็ว ให้ประสิทธิภาพสูง น้ำเสียที่จะผ่านเข้ามาในระบบหากมีสารแขวนลอยจำนวนมากจะต้องตกตะกอนในถังตก ตะกอนเสียก่อน (Primary Sedimentation Tank) มิฉะนั้นแล้วสารแขวนลอยพวกนี้จะ ถูกจุลินทรีย์เกาะทำให้มีขนาดใหญ่มากขึ้น บางส่วนจะจมลงทับถมกันเกิดการย่อยสลายแบบไร้ ออกซิเจน เว้นเสียแต่ว่าต้องใช้ใบพัดกวนเติมอากาศขนาดใหญ่ทำให้สิ้นเปลืองพลังงาน ในถังเลี้ยง ตะกอนจะมีจุลินทรีย์ที่เลี้ยงไว้พร้อมที่จะกินอาหาร (น้ำเสีย) โดยทันที เครื่องเติมออกซิเจนจะกวน ให้ออกซิเจนกระจายไปทั่วทั้งถัง และขณะเดียวกันก็ทำให้จุลินทรีย์ได้สัมผัสกับอาหารได้อย่าง ทั่วถึง เกิดการย่อยสลายเปลี่ยนสารอินทรีย์ให้เป็นมวลจุลินทรีย์เพิ่มขึ้นมา พร้อมกับก๊าซคาร์บอน- ไดออกไซด์ และน้ำ เนื่องจากในถังมีออกซิเจนละลายอยู่มากพอ จึงทำให้การย่อยสลายเร็วกว่าธรรมชาติ จาก นั้นตะกอนจุลินทรีย์จะถูกส่งมาตกที่ถังตกตะกอน แยกเอาน้ำส่วนบนใสที่ได้มาตรฐานน้ำทิ้ง ระบายทิ้งไปหรือนำไปใช้ประโยชน์อย่างอื่น ตะกอนจุลินทรีย์ที่ตกอยู่ก้นถังส่วนหนึ่ง (30%) จะถูกส่งกลับ (return sludge) มายังถังเลี้ยงตะกอนเพื่อรักษามวลของจุลินทรีย์ (MLSS) ในถังให้พอเหมาะกับปริมาณน้ำเสียที่ส่งเข้ามาใหม่ ตะกอนส่วนเกิน (excess sludge) จะถูก นำไปบำบัดต่อด้วยการตากแห้งที่ลานตากตะกอน (drying bed) หรือส่งเข้าถังหมัก (digester) หรือไปรวมกับขยะหมักทำปุ๋ยต่อไป การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระบบเนื่องจากออกซิเจนมีดังนี้ 1. สารอินทรีย์ + ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ + พลังงาน 2. สารอินทรีย์ + สารอาหาร + ออกซิเจน เซลล์ใหม่ + คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ 3. จุลินทรีย์ที่ตาย + ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ + แอมโมเนีย + พลังงาน จุลินทรีย์ในระบบ จุลินทรีย์ที่เลี้ยงไว้ในถัง ส่วนใหญ่จะเป็นแบคทีเรีย (bacteria) ชนิด ต่าง ๆ จำนวนมาก น้อยไม่เท่ากัน ขึ้นอยู่กับชนิดของสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำเสีย เพราะแบคทีเรียต่างชนิดจะย่อยสาร อินทรีย์แตกต่างกันออกไป นอกจากนี้ยังมีรา (fungi) สาหร่าย (algae) แต่ก็มีบทบาทในการ ย่อยสลายสารอินทรีย์ไม่มากนัก แต่หากมีเป็นจำนวนมากจะเป็นตัวก่อกวนระบบ ส่วนโปรโตชัว (Protozoa) และโรติเฟอร์ (Rotifer) จะเป็นตัวลดจำนวนแบคทีเรีย จัดอยู่ในพวกก่อกวนถ้า เป็นจำนวนมาก อย่างไรก็ตามจุลินทรีย์ชนิดนี้มีประโยชน์จะใช้เป็นดัชนีบอกระดับการทำงานของ ระบบได้ ถ้ามีพวกโปรดโตซัวที่มีขน (Ciliata Protozoa) มากแสดงว่าระบบสมบูรณ์ดี ถ้ามี พวกโปรโตซัวที่มีก้าน (stalk Protozoa) แสดงว่าระบบไม่ค่อยสมบูรณ์ ปริมาณจุลินทรีย์ ชนิดต่าง ๆ ที่บ่องบอกถึงประสิทธิภาพของระบบ แสดงดังรูปที่ 5.2 นอกจากนี้ยังแบคทีเรียอีกชนิด หนึ่งที่ไม่ต้องการสให้เกิด คือ แบคทีเรียเส้นใย (filamentous bacteria) ซึ่งเป็นตัวก่อกวน การตกตะกอนในถังตกตะกอน มันมักจะลอยตัวไม่เกาะกลุ่มทำให้ตกตะกอนในถังตกตะกอนยาก (bulking) น้ำทิ้งจึงไม่ได้มาตรฐานระบายออกจากระบบไม่ได้ เพราะมีปริมาณสารแขวนลอยสูง การทำงานของระบบ เนื่องจากระบบนี้อาศัยการทำงานของสิ่งมีชีวิตที่มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอาหารและ สิ่งแวดล้อม น้ำเสียที่จเข้ามาในระบบจะต้องมีปริมาณและคุณสมบัติสม่ำเสมอ อัตราสารอินทรีย์ ที่บรรทุก (loading,F) เข้ามาในถังจะต้องพอเหมาะกับจำนวนจุลินทรีย์ (MLSS) ที่เลี้ยงอยู่ ในถัง (F/M = 0.2-0.4 หรือ 0.2-0.5 กิโลกรัมบีโอดีต่อกิโลกรัมมวลจุลินทรีย์) และมีสาร อาหาร (N, P) ตามที่จะลินทรีย์ต้องการ (BOD:N:P=100:5:1) ระยะเก็บกัก (detent- ion time) ประมาณ 4-8 ชั่วโมง มีมวลจุลินทรีย์ระหว่าง 1500-3000 มิลลิกรัมต่อลิตร ระดับพีเอช 6.8-8 มีออกซิเจนละลายอยู่ 1-2 มิลลิกรัมต่อลิตร ค่าความสามารถในการตก ่ตะกอน (Sludge Volume Index, SVI) น้อยกว่า 200 ถ้ามากกว่าจะทำให้การตก ตะกอนไม่ดี แสดงว่าแบคทีเรียยังอ่อนอยู่ ประสิทธิภาพการบำบัดมากกว่า 90% น้ำทิ้งที่ออกมา ได้มาตรฐานตามต้องการ ถ้าผู้ควบคุมไม่รักษาระดับดังกล่าวไว้ ระบบเกิดล้มเหลวจะต้องใช้เวลา นานเป็นเดือนที่จะนำระบบกลับเข้าสู่สภาวะปกติใหม่ได้อีก ปัญหาที่พบบ่อยในระบบเลี้ยงตะกอน 1. คุณสมบัติของน้ำเสียไม่คงที่ หากมีความเข้มข้นมากเกินไป (shock loading) ทำให้ จุลินทรีย์ปรับตัวไม่ทันอาจตายได้ ในทางกลับกันหากพบว่าความเข้มข้นของสารอินทรีย์ ไม่พอกับความต้องการของจุลินทรีย์ที่เลี้ยงไว้ (under loading) ก็ทำให้มันตายได้ เช่นเดียวกัน 2. สารอาหาร (N,P) ไม่ได้สัดส่วนพอเหมาะกับสารอินทรีย์ (BOD:N:P=100:5:1) ทำให้จุลินทรีย์เติบโตไม่ดี อาจมีจุลินทรีย์เส้นใยเกิดขึ้น ทำให้ตกตะกอนยาก (bulking sludge) เพราะจุลินทรียืพวกนี้ไม่เกาะกลุ่มกัน หากพบจุลินทรีย์เส้นใยควรเพิ่มพีเอชให้ สูงกว่า 8.5 สักหนึ่งหรือสองวัน จะทำให้จุลินทรีย์เส้นใยตายได้ แล้วจึงค่อยปรับพีเอชลง หรือเติมเกลืออะซิเตท คลอรีน ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ อย่างใดอย่างหนึ่งลงไปในถังเลี้ยง ตะกอนเพื่อกำจัดจุลินทรีย์เส้นใยได้เช่นเดียวกันในกรณีที่ต้องเติมสารอาหารให้ใช้ยูเรีย (Urea) สำหรับการเติมไนโตรเจน และใช้เกลือบัฟเฟอร์ (K2HPO4, KH2 PO4) สำหรับการเติมฟอสฟอรัสซึ่ง K2 HPO4 จะเพิ่มความเป็นด่าง ส่วน KH2 PO4 จะเพิ่มความเป็นกรด ในการเติมต้องวิเคราะห์หาปริมาณที่เหมาะสมจากห้องทดลองก่อน เพื่อไม่ให้สิ้นเปลือง หรือเกิดปัญหาอื่นตามมา 3. พีเอช (pH) ในระบบต้องควบคุมให้อยู่ระหว่าง 6.8-7.8 จุลินทรีย์จึงจะทำงานได้ดี ถ้า ต่ำกว่า 6.5 พวกราจะเพิ่มจำนวนมากขึ้น ทำให้ประสิทธิภาพการบำบัดต่ำ สังเกตได้จาก สีของตะกอนจุลินทรีย์ในระบบจะเป็นสีน้ำตาลอ่อน หรือออกสีชมพู 4. สารละลายออกซิเจน ในระดับปกติจะละลายให้เหลืออยู่ระหว่าง 1-2 มิลลิกรัมต่อลิตรหาก เติมากเกินไปจะเกิดฟองอากาศขนาดเล็ก ฟองอากาศเหล่านี้จะพาให้ตะกอนในถังตก ตะกอนลอยตัวขึ้นสู่ผิวน้ำ (rising sludge) ทำให้น้ำทิ้งมีปริมารสารแขวนลอยเกิน มาตรฐานระบายทิ้งไม่ได้ ข้อดีและข้อเสียของระบบเลี้ยงตะกอน ข้อดี 1. ระบบมีประสิทธิภาพสูงมากกว่า 90% 2. ใช้พื้นที่น้อย และเวลาบำบัดสั้น 3. ไม่มีกลิ่น 4. ได้มาตรฐานน้ำทิ้ง ข้อเสีย 1. เป็นระบบที่ใช้พลังงานสูง 2. ต้องใช้ผู้ดูแลที่มีความรู้สูง 3. จุลินทรีย์ไวต่อการเปลี่ยนแปลง ระบบล้มเหลวได้ง่าย 4. มักมีปัญหาเรื่องตะกอนลอยตัว 5. มีตะกอนส่วนเกินที่จะต้องบำบัดเป็นประจำ 6. ใช้ไม่ได้กับน้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูง ผู้ควบคุมระบบ 1. รักษาระดับออกซิเจนละลายไม่ต่ำกว่า 2 มิลลิกรัมต่อลิตร 2. ค่าพีเอชต้องไม่ต่ำกว่า 6.5 เพื่อให้จุลินทรีย์ทำงานได้ดี และไม่มีราเกิดขึ้นในระบบ 3. รักษาระดับของอัตราส่วน BOD:N:P=100:5:1 มิฉะนั้นจุลินทรีย์จะเจริญเติบโต ได้ไม่ดีประสิทธิภาพการทำงานจะต่ำ 4. ระวังไม่ให้น้ำเสียเข้าสู่ระบบมากรือน้อยเกินไป จนทำให้จุลินทรีย์ที่เลี้ยงไว้ปรับตัวไม่ทัน และอาจตายได้ ซึ่งจะต้องเริ่มต้นระบบใหม่ หากน้ำเสียเข้าระบบน้อยเกินไปไม่เพียงพอ กับความต้องการของจุลินทรีย์ จุลินทรีย์อาจตายได้เช่นกัน ระบบเลี้ยงตะกอนสามารถดัดแปลงได้อีกหลายรูปแบบ เพื่อให้เหมาะสมกับปริมาณและ คุณสมบัติของน้ำเสีย 1. ซีเควนซิงแบทซ์รีแอกเตอร์ (Sequencing Batch Reactor, SBR) เป็นระบบเลี้ยงตะกอนแบบถังเดียว แบบเติมเข้าแล้วถ่ายออก ถังเลี้ยงตะกอนทำหน้าที่เป็น ถังตกตะกอนด้วย เหมาะสมกับปริมาณน้ำเสียจำนวนน้อย ไม่กินพื้นที่ น้ำเสียจะถูกส่งเข้ามายังถัง เลี้ยงตะกอนอย่างช้า ๆ พร้อมทั้งเปิดเครื่องเติมอากาศ ปล่อยให้จุลินทรีย์ที่เลี้ยงไว้ย่อยสลายสาร อินทรีย์ที่ปนมาในน้ำเสียจนหมด ปิดเครื่องเติมอากาศ ปล่อยให้ตะกอนตกลงสู่ก้นถัง แล้วระบายน้ำ ส่วนบนที่ใสทิ้งไป พักตะกอนจุลินทรีย์ไว้สักระยะหนึ่ง จากนั้นค่อยเติมน้ำเสียเข้ามาใหม่พร้อมกับ เติมอากาศจุลินทรีย์จะย่อยสลายสารอินทรีย์ที่เติมเข้ามาใหม่อีก ทำอย่างนี้สลับกันไปเรื่อย ๆ การ ทำงานนี้ไม่ต้องต่อเนื่อง จึงเหมาะกับโรงงานขนาดเล็กที่มีน้ำเสียประมาณ 200-300 ลูกบาศก์เมตร ต่อวัน และที่สำคัญรูปแบบของถังไม่จำกัดอาจเป็นแบบกลมหรือสี่เหลี่ยมผืนผ้า ตามความเหมาะสม ของพื้นที่ที่มีอยู่ ระบบนี้มีประสิทธิภาพการบำบัดสูง ควบคุมดูแลง่าย ราคาไม่แพงมาก ขนย้าย สะดวก 2. ปลั๊กโฟลว์ (Plug Flow) เป็นระบบเลี้ยงตะกอนที่ดัดแปลงมาโดยเปลี่ยนรูปแบบของถังเป็นถังสี่เหลี่ยมผืนผ้าที่แคบและ ยาว มีแผ่นกั้น 2 แผ่น เพื่อบังคับให้น้ำไหลไปตามทิศทางที่กำหนด ดังแสดงในรูป บริเวณที่น้ำเสีย เข้าสู่ถังจะมีจุลินทรีย์เกิดขึ้นอย่างหนาแน่น เพราะเป็นบริเวณที่มีอาหารอุดมสมบูรณ์ และมีปริมาณ ออกซิเจนที่ละลายมากพอ ปริมาณสารอินทรีย์ จุลินทรีย์ และออกซิเจนจะค่อย ๆ ลดลงไปตาม ความยาวจนถึงบริเวณทางที่น้ำทิ้งออก การทำงานของระบบมีลักษณะเดียวกับระบบเลี้ยงตะกอนที่ กล่าวมาแล้ว ส่วนดีของระบบนี้ก็คือ น้ำเสียที่เข้ามาจะถูกบำบัดทุกส่วนก่อนที่จะออกไปจากระบบ ไม่มีการลัดวงจร ปริมาณความเข้มข้นของออกซิเจนไม่ต้องเท่ากันตลอดทั้งถัง ทำให้ไม่สิ้นเปลือง และจุลินทรีย์เส้นใยมักจะไม่เกิดขึ้น เป็นการลดปัญหาการตกตะกอนได้ 3. คอนแทคสเตบิไลเซชั่น (Contact Stabilization) ระบบนี้มีถังเติมอากาศ 2 ถังขนาดต่างกัน ถังใบเล็กทำหน้าที่เป็นถังสัมผัส จะอยู่ด้านหน้าของ ถังตกตะกอน ถังใบใหญ่ทำหน้าที่เป็นถังย่อยสลายจะอยู่ด้านหลังของถังตกตะกอนหรือด้านหน้าของ ถังสัมผัส ดังแสดงในรูปที่ 5.5 และ 5.6 น้ำเสียจะถูกส่งเข้ามายังถังสัมผัสใบเล็กพร้อมเติมอากาศให้ จุลินทรีย์ย่อยสลายสารอินทรีย์ที่เติมเข้ามา น้ำเสียจะถูกกักไว้ในถังนานประมาณ 1-2 ชั่วโมง จึง ผ่านเข้ามายังถังตกตะกอน น้ำใสจะถูกระบายออกไป ตะกอนส่วนหนึ่งจะถูกส่งกลับมายังถังเติม อากาศใบใหญ่เพื่อย่อยสารอินทรีย์ที่ดูดซับไว้ให้หมด ตะกอนส่วนเกินจะถูกนำไปบำบัดต่อ น้ำจะ ถูกกักไว้ในถังนี้นานประมาณ 4-8 ชั่วโมง หลังจากนั้นจึงส่งกลับไปยังถังเติมอากาศใบเล็ก จุลินทรีย์ ที่ส่งกลับมายังถังใบเล็กจะอยู่ในสภาพหิวโหย เมื่อได้สัมผัสกับน้ำเสียที่เข้ามาใหม่ก็ทำการย่อย สลายได้อย่างรวดเร็วระบบนี้สามารถรับน้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูง หากทางโรงงานมีความประสงค์ จะขยายงาน ถังเติมอากาศใบใหญ่อาจปรับเปลี่ยนเป็นถังเลี้ยงตะกอนได้โดยไม่ต้องขยายระบบ บำบัด 4. เอ็กเทนด์แอร์เรชั่น (Evtended Aeration) ระบบนี้ใช้หลักการและรูปแบบเช่นเดียวกับระบบเลี้ยงตะกอน ต่างกันที่ระยะกักขัง น้ำเสีย จะถูกกักขังในระบบนานกว่า 18 ชั่วโมง จุลินทรีย์ในถังได้รับอาหารไม่เพียงพอ เกิดการย่อยสลาย ตัวเองทำให้ปริมาณเพิ่มขึ้นได้น้อย เพราะบางตัวขาดอาหารก็ตายไป ทำให้มีตะกอนจุลินทรีย์น้อย ถังตกตะกอนจึงมีขนาดเล็กลง ระบบนี้อาจไม่ต้องใช้ถังตกตะกอนปฐมภูมิ ข้อเสียของระบบ คือ เปลืองออกซิเจนและถังเติมอากาศมีขนาดใหญ่ เพราะมีเวลาเก็บกักนาน 5. ระบบคูวนเวียน (Oxidation Ditch) ระบบบำบัดคูวนเวียนเป็นอีกรูปแบบหนึ่งที่ดัดแปลงมาจากระบบเลี้ยงตะกอน มีลักษณะ คล้ายกับ Extended aeration ที่ระยะเวลาเก็บกักน้ำเสียในระบบค่อนข้างนาน (6-36 ชั่วโมง) ทำให้เกิดการย่อยสลายและหมักไปในตัว ระบบนี้จะใช้พลังไฟฟ้าน้อยกว่าระบบเลี้ยงตะกอน การ ก่อสร้างก็ง่าย ราคาจึงไม่แพง ระบบคูวนเวียนนี้ น้ำเสียจะถูกส่งเข้ามายังคูวงรีที่มีระหัดเติมอากาศสองตัววางอยู่คนละด้าน ดังแสดงในรูปที่ 5.8 คูวงรีนี้จะสร้างด้วยคอนกรีต มีความลึกประมาณ 1.2-1.5 เมตร ระหัดเติม อากาศจะบังคับให้น้ำไหลไปในทิศทางเดียวกันในอัตรา 0.2-0.37 เมตรต่อวินาที เกิดคลื่นน้อย ๆ เป็นการป้องกันไม่ให้แบคทีเรียจมลงก้นคู แบคทีเรียในระบบจะมีประมาณ 3,000-6,000 มิลลิกรัม ต่อลิตรและอาหารที่ส่งเข้ามาประมาณ 0.08-0.48 กิโลกรับบีโอดีต่อน้ำหนึ่งลูกบาศก์เมตรต่อวัน หรือ F/M ระหว่าง 0.05-0.3 สารละลายออกซิเจนในคูวนเวียนไม่สม่ำเสมอ ส่วนที่อยู่ใกล้ระหัดเติม อากาศจะมีออกซิเจนอยู่มาแล้วค่อย ๆ ลดลงเมื่อห่างออกมา น้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะถูกส่งมา ตกตะกอนยังถังตกตะกอน ประสิทธิภาพการทำงานของระบบดีกว่า 85% อาจสูกว่านั้นหากมี การควบคุมดี ระบบนี้เหมาะกับปริมาณน้ำเสียที่เกิดขึ้นไม่มากนักในแต่ละวัน |