ตอนที่ 1

การบำบัดของเสียที่เป็นของเหลวจากอุตสาหกรรมเกษตร

สภาพแวดล้อมในปัจจุบันมีลักษณะเสื่อมโทรมลงไม่ว่าจะเป็นทางด้าน อากาศ ทรัพยากร  ป่าไม้     สัตว์ป่า ต่าง ๆ  ล้วนแล้วแต่สร้างปัญหาให้กับมนุษย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง น้ำเป็นสิ่งที่นับวันจะทวีความสำคัญขึ้น  ระบบบำบัดน้ำเสียต่างๆ จึงเป็นสิ่งจำเป็นที่จะต้องมีการใช้ในการบำบัดน้ำเสีย  เพื่อให้มีคุณภาพที่ไม่ทำให้สภาพแวดล้อมเสื่อมลง

แหล่งของน้ำเสีย

          ที่มาของน้ำเสียก็มีจากหลายแห่ง เช่น น้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม  น้ำเสียจากบ้านเรือนของมนุษย์  น้ำเสียจากการเกษตร เป็นต้น  แต่น้ำเสียที่ก่อให้เกิดผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุดมาจากโรงงานอุตสาหกรรมที่ไม่มีการบำบัดของเสียก่อนปล่อยสู่แม่น้ำลำคลองหรือมีระบบบำบัดที่ไม่มีประสิทธิภาพ  ดังนั้นจึงควรที่จะต้องมีมาตราการที่นำมาใช้ควบคุมการบำบัดน้ำเสียก่อนปล่อยสู่สิ่งแวดล้อมอย่างเร่งด่วน

แหล่งของน้ำเสียจากอุตสาหกรรม

ซึ่งพอที่จะจำแนกออกได้เป็น 3ประเภท ตามแหล่งกำเนิดดังนี้

1. น้ำเสียจากมนุษย์ (Domestic wastewater)  มาจากน้ำที่ใช้ในการทำความสะอาดโรงงาน และการใช้ของคนงาน
2. น้ำเสียจากกระบวนการ (Process  wastewater) มาจากการกระเด็น การรั่วซึม และการล้างผลิตภัณฑ์ ซึ่งน้ำเหล่านี้ก็จะมีเศษน้ำมันของเครื่องจักร หรือสารเคมีที่ก่อให้เกิดอันตรายได้
3. น้ำจากการหล่อเย็น (Cooling wastewater) มาจากกระบวนการหล่อเย็นต่างๆ  ที่อาจจะมีการหลุดรอดของสารในกระบวนการผลิตหรืออาจมีการสะสมของเกลือตะกรันที่จะเกิดขึ้นหากไม่มีการระบายน้ำเสียเป็นเวลานาน

น้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมจะถูกระบายไปยังระบบท่อระบายน้ำ เพื่อป้องกันการแพร่กระจายของเชื้อโรค ปกติแล้วน้ำเสียที่เกิดจากกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรมเกษตรจะไม่มีเชื้อโรคแต่จะทำให้เกิดผลเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมโดยปฏิกิริยาการย่อยสลายสารอินทรีย์ทำให้เกิดความต้องการออกซิเจนในแหล่งน้ำ

ลักษณะของน้ำเสียจากอุตสาหกรรมเกษตร

1. สิ่งเจือปนในน้ำเสียจากอุตสาหกรรมเกษตร

สิ่งเจือปนเกือบทั้งหมดจากโรงงานอุตสาหกรรมเกษตร มาจากวัสดุและสารต่างๆ ที่ใช้ภายในโรงงาน เช่น เศษวัตถุดิบ ผลิตภัณฑ์ระหว่างกระบวนการผลิต ผลิตภัณฑ์ที่สำเร็จแล้ว สารเคมีที่ใช้ในการปรุงแต่งสารเหล่านี้จะเจือปนลงไปกับน้ำเสียของโรงงาน จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับชนิดของกระบวนการผลิต ประสิทธิภาพของการผลิตในโรงงาน ส่วนสิ่งเจอปนที่มาจากภายนอกระบบการผลิต เช่น กรวด ทราย จะมีไม่มาก เนื่องจากระบบท่อน้ำเสียของโรงงานมักจะมีระยะสั้น น้ำเสียจากอุตสาหกรรมเกษตรพอจะจำแนกออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ

1.1  สารอนินทรีย์ ( inorganic matters) มักจะได้แก่ สารเคมี ไอออนของโลหะต่างๆ

เช่น น้ำเสียจากโรงงานชุบโลหะ จะมี แมกนีเซียม แคลเซียม โซเดียม และเหล็ก  เป็นต้น

1.2  สารอินทรีย์ ( organic matters) มักจะมาจากการแปรรูป ผลิตผลทางการเกษตร เช่น น้ำตาล หรืออนุพันธ์ของน้ำตาล น้ำมัน กรดอินทรีย์ ปิโตรเลียม สารสังเคราะห์อื่นๆ ที่ได้จากปิโตรเลียม สี โปรตีน เป็นต้น

1. การเปลี่ยนแปลงอันเนื่องมาจากระบบการผลิต

อัตราการไหล และความเข้มข้นของน้ำเสียจากกระบวนการอุตสาหกรรมเกษตร ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงภายในการทำงานวันหนึ่งๆ  ขึ้นอยู่กับการทำงานของโรงงาน เช่น การล้างถังหมักของโรงงานเบียร์ในแต่ละครั้ง ทำให้เกิดน้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูง และมีปริมาณมากไหลลงสู่ระบบบำบัดทันที หรืออาจมีการเปลี่ยนแปลงปริมาณของน้ำทิ้งตามปริมาณการผลิต ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความต้องการของตลาด ดังนั้นการมีบ่อเก็บกัก (equalizing tank) สำหรับบำบัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมจึงเป็นสิ่งจำเป็นในการรักษาการทำงานของระบบ (ธิติ, 2533)

ขั้นตอนของกระบวนการบำบัดน้ำเสียจากอุตสาหกรรมเกษตร

          การบำบัดน้ำเสียโดยทั่วไปแล้วมักมีขั้นตอนของการบำบัดน้ำเสีย 4 ขั้นตอน คือ

1. การบบัดขั้นแรก (Pretreatment) น้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมหลายชนิดจำต้องมีการบำบัดล่วงหน้าก่อนที่จะเข้าสู่ระบบบำบัดรวม ทั้งนี้เนื่องจากต้องการลดผลเสียที่อาจจะเกิดขึ้นกับระบบบำบัด เนื่องจากน้ำเสียชนิดนั้นอาจจะมี equalization, neutralization, oil and grease removal เป็นต้น

1. การบำบัดขั้นต้น (Primary treatment) เป็นการบำบัดขั้นตอนแรกของกระบวนการ ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อที่จะลดภาระการบำบัดของระบบด้วยกระบวนการที่ค่อนข้างง่ายได้แก่ screening, gritchamber, gravity sedimentation เป็นต้น

1. การบำบัดขั้นที่สอง (Secondary treatment) เป็นการบำบัดหลัก สารที่ต้องการกำจัดออกส่วนใหญ่จะถูกกำจัดออกในขั้นตอนนี้ ได้แก่ activated sludge, treckling filter , incineration, precipitation เป็นต้น

1. การบำบัดขั้นที่สาม (Tertiary treatment) เป็นกระบวนการบำบัดขั้นสุดท้ายที่จะแต่งเติมให้บรรลุวัตถุประสงค์ที่ตั้งเอาไว้ เช่น chlorination เพื่อฆ่าเชื้อโรคก่อนที่จะทิ้งลงสู่แหล่งน้ำ carbon adsorption เพื่อจำกัด organics ที่หลงเหลือ ion exchange กำจัด ion ที่เหลือเพื่อนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ เป็นต้น

กระบวนการบำบัดน้ำเสีย

          การบำบัดน้ำทิ้งจากโรงงานจำเป็นจะต้องอาศัยเทคนิคที่เหมาะสมเพื่อที่จะนำสารปนเปื้อนออก      โดยกระบวนการบำบัดน้ำเสียมีหลายกระบวนการ สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 กระบวนการใหญ่ๆ ดังต่อไปนี้

1. กระบวนการทางกายภาพ (Physical Unit Operations) เป็น วิธีการบำบัดน้ำเสียที่อาศัยแรงต่างๆ ทางกายภาพ เพื่อการแยกของแข็งที่ไม่ละลายน้ำออกจากน้ำเสีย โดยจะเป็นขั้นตอนในการบำบัดน้ำเสีย ขั้นตอนของระบบบำบัดน้ำเสียโดยมีวิธีการต่างๆ เช่น การดักด้วยตะแกรง (Screening) การตัดย่อย (Comminution) การกวาด (Skimming) การกวน (Mixing) การทำให้ลอย (Floatation) การตกตะกอน (Sedimetation) การแยกตัวด้วยแรงเหวี่ยง (Centrifugation) การกรอง (Filtration) การกำจัดตะกอนหนัก (Grit removal) เป็นต้น

1. กระบวนการทางเคมี (Chemical Unit Process) เป็น วิธีการบำบัดน้ำเสียที่ปนเปื้อนสารเคมีผสมกับน้ำเสียโดยจะมีการเติมสารเคมีบางชนิดเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมี แล้วแยกเอามลสารต่างๆ ออกจากน้ำเสีย เช่น การตกตะกอนผลึก (Precipitation) การทำให้เป็นกลางหรือการสะเทิน (Neutralization) การฆ่าเชื้อโรค (Disinfection) เป็นต้น

1. กระบวนการทางชีวภาพ (Biological Unit Process) เป็น วิธีการบำบัดน้ำเสียที่อาศัย    จุลินทรีย์ที่จะทำการย่อยสลายแล้วเปลี่ยนสารอินทรีย์ต่างที่ปนเปื้อนน้ำเสียให้เป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลอยขึ้นสู่อากาศซึ่งจะได้จุลินทรีย์เซลล์ใหม่เพิ่มจำนวนขึ้น เช่น ระบบบำบัดแบบ Activated sludge, Trickling filter, Aerated lagoon, Anaerobic pond, Stabilization เป็นต้น

1. กระบวนการทางกายภาพ-เคมี (Physiochemical Unit Processes) เป็น วิธีการบำบัดน้ำเสียที่อาศัยทั้งเทคนิคทางกายภาพและทางเคมีร่วมกัน เพื่อใช้ในการกำจัดทั้งสารอนินทรีย์และสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ในน้ำเสีย เช่น ระบบ Ion exchange, Carbon adsorption, Reverse osmosis, Electrodialysis เป็นต้น

โดยปัจจุบันมีระบบบำบัดน้ำเสียหลายวิธี ทั้งระบบบำบัดน้ำเสียทางกายภาพ เคมี และทาง ชีวภาพ แต่ละระบบมีความเหมาะสมกับการบำบัดน้ำเสียที่มีคุณสมบัติต่างๆ กันไป ซึ่งระบบ แอ็คติเวตเต๊ดสลัดจ์ (Activated sludge) หรือ ระบบบำบัดแบบเลี้ยงตะกอนหรือตะกอนเร่ง เป็นระบบบำบัดน้ำเสียชนิดหนึ่งที่ได้รับความนิยมอย่างมาก ทั้งนี้อาจเนื่องมาจากเป็นระบบบำบัดน้ำเสียที่ใช้พื้นที่น้อย สามารถบำบัดน้ำเสียทั้งจากชุมชน และโรงงานอุตสาหกรรมในเขตเมือง ที่มีที่ดินราคาแพง เช่น โรงบำบัดน้ำเสียของแฟลตการเคหะแห่งชาติ ห้วยขวาง ระบบบำบัดน้ำเสียของมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ระบบบำบัดน้ำเสียของโรงพยาบาลนครพิงค์ (แบบคลองวนเวียน) หรือแม้แต่ อาคารใหญ่ๆ เช่น สำนักงานใหญ่ธนาคารกสิกรไทย บริษัทไทยน้ำทิพย์จำกัด และบริษัทบุญรอดบริวเวอรี่ จำกัด เป็นต้น แต่อย่างไรก็ตาม ระบบบำบัดน้ำเสียนี้เป็นระบบบำบัดน้ำเสียที่ต้องใช้เครื่องจักรกลมาก ค่าใช้จ่ายการควบคุมสูง และต้องการผู้ควบคุมระบบบำบัดน้ำเสียที่มีความสามารถและความชำนาญ (ณัฐฐินีกรณ์และคณะ,2545 ; ชยาบันและสรายุทธ์, 2527)

กระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบ Activated sludge (อภิรดี ดวงใจและเอนก วัฒนาการ, 2536)

          กระบวนการ Activated sludge เป็นการบำบัดน้ำเสียทางชีววิทยา ซึ่งอาศัยสิ่งมีชีวิตอันได้แก่        พวก จุลินทรีย์ทั้งหลาย ในการกิน ทำลาย ย่อยสลาย ดูดซับ หรือเปลี่ยนรูปของมวลสารต่างๆ ที่มีอยู่ในน้ำเสียให้มีค่าความสกปรกน้อยลง การทำงานของระบบจึงเป็นเรื่องที่ค่อนข้างซับซ้อน การควบคุมให้ระบบทำงานได้ดี    ที่สุด จึงจำต้องเข้าใจความต้องการของจุลินทรีย์ชนิดต่างๆ รวมทั้งสภาวะแวดล้อมและลักษณะทางกายภาพต่างๆ ที่เหมาะสมในการเจริญเติบโต

1. กลไกในการทำงาน

          กระบวนการ Activated sludge ประกอบด้วยสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กมากมายหลายชนิดที่ถูกควบคุมให้เจริญเติบโตอยู่ในน้ำซึ่งมีออกซิเจนอิสระละลายอยู่ และจะต้องมีสารอินทรีย์ที่สามารถใช้เป็นอาหารและแหล่งพลังงานในการดำรงชีพได้อีกด้วย ปฏิกิริยาชีวเคมีของกระบวนการสามารถเขียนได้ดังนี้

          มวลสารอินทรีย์ + จุลินทรีย์ --------------> จุลินทรีย์ตัวใหม่ + คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ

                                                          + พลังงาน                                   

          มวลสาร (POLLUTANTS) ที่อยู่ในน้ำเสียจะถูกจุลินทรีย์ใช้เป็นอาหารและเจริญเติบโตขยายพันธุ์ต่อไป ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะลอยขึ้นไปในอากาศ ส่วนน้ำจะผสมออกไปกับน้ำที่บำบัดแล้ว พลังงานก็จะถูกจุลินทรีย์ใช้ในการดำรงชีวิต สรุปแล้ว มวลสารส่วนใหญ่ได้แก่ สารอินทรีย์ต่างๆ ในน้ำเสียจะถูกเปลี่ยนมาเป็นมวลจุลินทรีย์ที่หนักกว่าน้ำ สามารถแยกออกได้ง่ายด้วยการตกตะกอนในถังตกตะกอน น้ำเสียที่ถูกจุลินทรีย์นำสารอินทรีย์ต่างๆ มาใช้ ก็จะเป็นน้ำที่สะอาดพอที่จะปล่อยทิ้งได้โดยไม่เกิดการเน่าเหม็น

          ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ของจุลิทรีย์ อาจจะมีการทำงานร่วมกันหลายชนิดก็ได้ จุลินทรีย์ชนิดหนึ่งอาจจะทำการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน (Complex organics) ก่อน จากนั้นก็จะมีชนิดอื่นๆ ย่อยสลายส่วนที่เหลือ หรือมิฉะนั้น ก็จะเป็นการนำเอาผลหรือของเสียที่เกิดการย่อยสลายสารอินทรีย์ของจุลินทรีย์ชนิดอื่นๆ มาทำการย่อยสลายต่อจนเป็นสารที่ไม่สมารถย่อยสลายได้อีกต่อไป

2. จุลินทรีย์ในระบบ Activated Sludge

          จุลินทรียในระบบ Activated Sludge แบ่งออกเป็น 4 ประเภท คือ

1.1  จุลินทรีย์ที่สร้างฟลอค (Floc Former) จุลินทรีย์ในกลุ่มนี้ส่วนใหญ่เป็นแบคทีเรียที่สามารถจับตัวกันเป็นกลุ่มฟลอค และตกตะกอนได้ดี

1.2  Saprophyte จุลินทรีย์ในกลุ่มนี้ส่วนใหญ่จะเป็นแบคทีเรียที่ทำหน้าที่ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ บางชนิดก็จะทำหน้าที่สร้างฟลอคด้วย

1.3  จุลินทรีย์ทำลาย (Predator) จุลินทรีย์ในกลุ่มนี้ประกอบด้วยโปรโตซัว (Protozoa)  อมีบา (Amoeba) โรติเฟอร์ (Rotifer) ทำหน้าที่กินจุลทรีย์ที่มีขนาดเล็กกว่าเป็นอาหาร

1.4  จุลินทรีย์ก่อกวน (Nuisance Microorganisms) เป็นพวกที่ก่อกวนการทำงานของระบบ เช่น แบคทีเรียที่เป็นเส้นใย (Filamentous Bacteria) ซึ่งทำให้เกิดอาการตะกอนไม่จมตัว (Bulking Sludge)

3. การเกิด Activated Sludge

          Activated Sludge เกิดขึ้นต่อเนื่องกัน 3 ขั้นตอนในถังเติมอากาศ คือ

3.1  ขั้นส่งถ่าย (Transfer Step)

3.2  ขั้นเปลี่ยนรูป (Convertion Step)

3.3  ขั้นรวมตะกอน (Flocculation Step)

ขั้นแรก สารอินทรีย์ในน้ำเสียจะถูกจุลินทรีย์ดูดมาติดที่ผนังเซลล์และส่งน้ำย่อยออกมาย่อยสลายจนสารอินทรีย์เปลี่ยนไปอยู่ในรูปของโมเลกุลที่เล็กพอ ที่จะซึมผ่านเข้าข้างในเซลล์เพื่อใช้เป็นสารอาหารได้ ในขั้นตอนนี้จะใช้เวลาประมาณ 15 ถึง 30 นาที น้ำย่อยหรือเอนไซม์ (Enzymes) นี้จุลินทรีย์จะผลิตขึ้นมาไว้ภายในเซลล์และในน้ำที่อยู่รอบตัวของมันสารอินทรีย์แต่ละชนิดต้องใช้เอนไซม์เฉพาะอย่างในการย่อย ดังนั้น จุลินทรีย์จึงต้องปรับตัวและผลิตเอนไซม์ออกมาใช้ให้เหมาะสมกับชนิดของน้ำเสียต่างๆ และต้องให้เวลาแก่จุลินทรีย์ในการปรับตัวที่พอเหมาะ (Acclimatize) โดยเฉพาะในช่วงเริ่มการทำงาน (Start-up) ของระบบบำบัดน้ำเสีย

          เมื่อจุลินทรีย์ถูกย่อยให้มีโมเลกุลเล็ก และสามารถละลายน้ำผ่านเข้าไปในเซลล์ได้แล้ว ก็จะถูกจุลินทรีย์ทำการเปลี่ยนรูปโดยกระบวนการสังเคราะห์ (Synthesis) ซึ่งหมายถึง การสร้างเซลล์ใหม่ และกระบวนการออกซิเดชัน (Oxidation) ซึ่งหมายถึงปฏิกิริยาที่มีการเติมออกซิเจนแล้วได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และพลังงาน กระบวนการทั้งสองนี้รวมกันเป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในจุลินทรีย์ (Metabolic Process)

          ขั้นที่สาม เป็นการรวมตัวของตะกอนเร่ง โดยจุลินทรีย์จะถูกกวนผสมกันอยู่ในถังเติมอากาศเมื่อมาชนกันก็จะจับรวมตัวกันเป็นตะกอนที่ใหญ่ขึ้นเรียกว่า ฟลอค (Floc) หรือตะกอนเร่ง (Activated Sludge) ซึ่งตกตะกอนได้ดีกว่าเซลล์เดี่ยวทำให้สามรถแยกออกจากน้ำที่บำบัดแล้วได้ง่าย เมื่อตะกอนเร่งไปสัมผัสกับน้ำเสียซึ่งมีสารแขวนลอย (Suspended Material) หรือคอลลอยด์ (Colloidal Material) ก็จะจับมวลสารเหล่านั้นเอาไว้ภายในและทำการย่อยสลายเป็นอาหารต่อไป

4. ส่วนประกอบและการทำงานของระบบ

          ระบบบำบัดน้ำเสียแบบนี้จะต้องประกอบด้วยส่วนที่สำคัญอย่างน้อยสองส่วนคือ ถังเติมอากาศ (Aeration Basin) และถังตกตะกอน (Sedimentation Basin) รูปที่ 1 แสดงส่วนประกอบและการทำงาน โดยน้ำเสียจะถูกส่งมาเข้าถังเติมอากาศซึ่งมีตะกอนเร่งอยู่เป็นจำนวนมาก ภายในถังจะมีสภาวะแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์แบบใช้ออกซิเจน เช่น มีออกซิเจนละลายน้ำ อาหาร pH ฯลฯ ที่พอเหมาะ ตะกอนจุลินทรีย์จะทำการลดค่ามวลสารอินทรีย์ในรูปต่างๆ ด้วยการย่อยสลายให้อยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ เป็นต้น

          น้ำเสียที่ถูกบำบัดแล้วจะไหลต่อไปยังถังตกตะกอนเพื่อแยกตะกอนจุลินทรีย์ออกจากน้ำใสตะกอนที่แยกตัวอยู่ที่ก้นถังตกตะกอนส่วนหนึ่งจะถูกสูบกลับไปเข้ายังถังเติมอากาศเพื่อลดมวลสารที่เข้ามาใหม่ อีกส่วนหนึ่งจะเป็นตะกอนจุลินทรีย์ส่วนเกินที่เป็นผลจากการเจริญเติบโตซึ่งจะต้องนำไปทิ้งสำหรับน้ำใสส่วนบนจะเป็นน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วทิ้งออกจากระบบ

          การนำตะกอนจุลินทรีย์เกิน (Excess Sludge) ที่เกิดจากการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ไปทิ้งเป็นสิ่งจำเป็นที่จะต้องกระทำอย่างสม่ำเสมอเพื่อรักษาปริมาณตะกอนจุลินทรีย์ในระบบให้มีค่าพอเหมาะซึ่งเป็นหลักสำคัญในการควบคุมการทำงานของกระบวนการ Activated Sludge ให้มีอัตราส่วนของอาหารต่อจุลินทรีย์ (F/M) ที่สมดุลอันจะยังผลให้อาหารหรือมวลสารที่อยู่ในน้ำเสียสามารถถูกกำจัดให้หมดไปหรือมีค่าเหลืออยู่น้อย เพื่อให้อาหารเป็นตัวจำกัดในการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ (Food Limiting Factor)

รูปที่ 1 การทำงานของกระบวนการ Activated Sludge (Metcalf & Eddy, 1991)

5. วิธีควบคุมการทำงานของระบบบำบัดแบบ Activated Sludge

          การควบคุมการทำงานของระบบบำบัดแบบ Activated Sludge ก็เพื่อให้ระบบบำบัดน้ำเสียสามารถบำบัดได้อย่างต่อเนื่อง และคุณภาพของน้ำที่บำบัดแล้วมีค่าไม่เกินมาตรฐานน้ำเสียตามกฎหมาย ซึ่งการควบคุมสามารถทำได้ 2 วิธี คือ

          5.1 วิธีควบคุมค่าอัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ (F/M ratio method)

          ตะกอนจุลินทรีย์ที่มีสมรรถภาพในการทำงาน จะต้องมีปริมาณอาหารที่พอเหมาะ ซึ่งควบคุมได้โดยการรักษาอัตราส่วนของน้ำหนักของสารอินทรีย์ที่ส่งเข้ามาบำบัด ต่อน้ำหนักของตะกอน        จุลินทรีย์ซึ่งวัดในรูปของตะกอนแขวนลอย (MLSS) หรือตะกอนแขวนลอยระเหย (MLVSS) ให้มีค่าคงที่ตามที่ต้องการ และเรียกค่าที่ใช้ควบคุมนี้ว่า ค่าอัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ (Food to Microorganism ratio, F/M) สามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

อัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์           =   _น้ำหนักของสารอินทรีย์ที่เข้าระบบต่อวัน_

                                                  น้ำหนักของจุลินทรีย์ในถังเติมอากาศ

                                           =   _น้ำหนักของ BOD ที่เข้าเป็นกิโลกรัม/วัน_

                                                  น้ำหนักของ MLSS ในถังเติมอากาศ (kg)

                                           =   _อัตราการไหลของน้ำเสีย (m³/day) x BOD (mg/l)_

                                                   ปริมาตรถังเติมอากาศ (m³) x MLVSS (mg/l) 

          ในการควบคุมการทำงานของระบบโดยใช้ค่า F/M จะเห็นได้ว่า ค่าอาหาร (F) หรือค่า BOD ในน้ำเข้านั้นเราไม่สามารถควบคุมหรือควบคุมได้น้อย ดังนั้น ผู้ควบคุมจึงต้องรักษาค่า F/M โดยการเปลี่ยนแปลงค่าน้ำหนักของจุลินทรีย์ (M) ซึ่งวัดในรูปของ MLSS หรือ MLVSS โดยการเพิ่มหรือลดการนำตะกอนส่วนเกินไปทิ้ง เช่น ถ้า F/M มีค่าสูง แสดงว่า M มีค่าน้อย จะต้องลดการนำตะกอน      จุลินทรีย์ไปทิ้งเพื่อให้ M มีค่าสูงขึ้นและในทำงานกลับกันถ้า F/M มี่ค่าต่ำ ก็จะต้องเพิ่มการนำตะกอนจุลินทรีย์ไปทิ้งเพื่อลดค่า M  ให้ต่ำลง

          ในการทำงานของระบบบำบัดแบบ Activated Sludge ได้มีการแบ่งระบบออกเป็น 3 ประเภทตามอัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ (F/M) ได้ดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 ค่าอัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ (F/M) ที่ช่วงการทำงานต่างๆ

หมายเหตุ :      F คำนวณจากค่า BOD, COD หรือ TOC

                   M คำนวณจากมวลตะกอนจุลินทรีย์ในถังเติมอากาศ (MLSS)

                   *  กำหนดให้ค่า BOD/COD สำหรับน้ำเสียมีค่า = 0.60

                   #  กำหนดให้ค่า BOD/TOC สำหรับน้ำเสียมีค่า = 2.50

ที่มา : สุรพล สายพานิช

          5.2 วิธีควบคุมค่าอายุตะกอน

          อายุตะกอน (Sludge Age) หมายถึงระยะเวลาเฉลี่ยที่ตะกอนจุลินทรีย์หมุนเวียนอยู่ในระบบ (Mean cell residence time) เป็นค่าที่สำคัญในการออกแบบและควบคุมการทำงานของระบบและมีความสัมพันธ์โดยตรงกับค่าอัตราส่วนอาหารจุลินทรีย์ (F/M) การควบคุมค่าอายุตะกอนให้มีค่าคงที่จะทำให้อัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์หรือค่า Organic Loading มีค่าคงที่ตามไปด้วย ซึ่งค่าที่ควบคุมเหล่านี้จะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของน้ำเสีย การควบคุมจะต้องทดลองหาค่าอายุตะกอนที่เหมาะสม โดยหาความสัมพันธ์ระหว่างค่าอายุตะกอนกับคุณภาพของน้ำเสีย เช่น BOD, COD และตะกอนแขวงลอย แล้วเลือกค่าที่เห็นว่าดีที่สุด

          จากคำจำกัดความของอายุตะกอนสามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

อายุตะกอน =   น้ำหนักของจุลินทรีย์ในถังเติมอากาศ                                                     

                   น้ำหนักของจุลินทรีย์ที่ออกจากระบบต่อวัน

               =                      ปริมาตรถังเติมอากาศ (m³) x MLSS (kg/m³)                    

                [(ปริมาณน้ำตะกอนที่ทิ้ง (m³/day) x ความเข้มข้น SS ที่ทิ้ง (kg/m³)) +

                   (อัตราการไหลของน้ำออก (m³/day) x ความเข้มข้น SS ในน้ำออก (kg/m³))  ]

          วิธีควบคุมการทำงานโดยใช้ค่าอายุตะกอนเป็นวิธีที่ดีที่สุด เพราะเป็นการควบคุมค่า Organic Loading ไปในตัว และสามารถคำนวณค่าของตะกอนที่นำไปทิ้งได้อย่างถูกต้อง อีกทั้งวิธีการควบคุมก็ง่ายและไม่ต้องใช้การวิเคราะห์ที่ยุ่งยาก ตารางที่ 2 แสดงค่าอายุตะกอนในช่วงการทำงานแบบต่างๆ ซึ่งหมายถึงการควบคุมค่าอายุตะกอนเป็นการควบคุมอัตราการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และเป็นการคัดเลือกชนิดของจุลินทรีย์ให้อยู่ในระบบด้วย เช่น หากลดอายุตะกอนให้ต่ำกว่า 7 – 10 วัน จะทำให้ จุลินทรีย์ที่ทำให้เกิด Nitrification เจริญเติบโตไม่ทัน และหลุดออกไปกับตะกอนส่วนเกินที่นำไปทิ้ง จนทำให้ไม่สามารถเกิด Nitrification ได้

               ตารางที่ 2 ค่าอายุตะกอนที่ช่วงการทำงานต่างๆ

          การควบคุมหรือเปลี่ยนแปลงค่าอายุตะกอน ทำได้โดย การปรับอัตราการนำตะกอน           จุลินทรีย์ส่วนเกินไปทิ้ง หากนำไปทิ้งมากค่าอายุตะกอนก็จะลดลง และหากนำไปทิ้งน้อยลง ค่าอายุตะกอนก็จะเพิ่มมากขึ้น ในการปรับค่าอายุตะกอนแต่ละครั้ง จะต้องใช้เวลาประมาณ 1 – 3 เท่าของค่าอายุตะกอน เพื่อให้ระบบปรับตัวให้อยู่ในสภาวะที่คงที่ และจะต้องติดตามคำนวณค่าน้ำหนักของ MLVSS ที่ใช้บำบัดน้ำเสียและปริมาณตะกอน จุลินทรีย์ที่ต้องนำไปทิ้งทุกวัน จนกว่าจะมีค่าไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก

6. การเจริญเติบโตของจุลชีพในระบบ

          ปริมาณน้ำสลัดจ์ได้มีการเพิ่มขึ้นในระบบ AS คือมีการเจริญเติบโตของจุลชีพ ซึ่งจะแสดงในรูปของ  สมการคณิตศาสตร์ คือ

      m = (m_mS/K_s+S) – k_d                                             

          เมื่อ  ;          m  = อัตราการเจริญเติบโตจำเพาะของจุลชีพ   (mg/mg.d)

                           m_m = อัตราการเจริญเติบโตสูงสุดของจุลชีพ   (mg/mg.d)

                           S   = ความเข้มข้นสารอินทรีย์ในระบบ   (mg/l)

                           K_s  = ค่าความเข้มข้นของสารอินทรีย์ในระบบ ณ จุด 0.5 m_m (mg/l)

                           K_d  = สัมประสิทธ์การลดลงของจุลชีพ   (mg/mg.d)

7. ค่าอายุสลัดจ์ (Mean Cell Residence Time หรือ Sludge Age , q_c)

          ค่าอายุสลัดจ์ภายในระบบ AS สามารถเขียนในรูปสมการ (2) ถึง (4) คือ เป็นระยะเวลาที่น้ำสลัดจ์อยู่ในระบบนานกี่วัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการถ่ายทิ้งสลัดจ์ออกจากระบบ โดยอาจถ่ายจากถังเติมอากาศ หรือจากถังตกตะกอน แล้วแต่ความเหมาะสมของระบบ

สมการหาค่า q_c ทั่วไป

                             q_c =       X₁                                                                                                           (2)

                                        (X₂ – X₁)/t

สมการหาค่า q_c จากการถ่ายทิ้งสลัดจ์ออกจากถังตะกอน

q_c =           X₁V                                                                                         (3)                

                                        X_rQ_w + (Q – Q_w) X_e

สมการหาค่า q_c จากการถ่ายทิ้งสลัดจ์ออกจากถังเติมอากาศ

q_c =            X₁V                                                                              (4)

                                        X₂Q_w + (Q – Q_w) X_e

เมื่อ ;   q_c  = อายุสลัดจ์, วัน

          X₁  = ความเข้มข้นของน้ำสลัดจ์ที่ต้องการควบคุมในระบบ (มักจะใช้ค่า Mixed Liquor 

                 Volatile Suspended Solids, MLVSS), mg/l MLVSS

          X₂   = ความเข้มข้นของน้ำสลัดจ์ที่มีในระบบ, mg/1 MLVSS

          t   = ระยะที่มีสลัดจ์จุลชีพเพิ่มขึ้นจาก X₁ เป็น X₂, วัน

          V   = ปริมาตรถังเติมอากาศ, ลบ.ม.

          X_r  = ความเข้มข้นของน้ำสลัดจ์ในท่อไหลกลับจากก้นถังตกตะกอนกลับมาสู่ถังเติมอากาศ ,

                 mg/l MLVSS

          Q_w = ปริมาณน้ำสลัดจ์ที่ต้องการถ่ายทิ้ง, ลบ.ม./วัน

          Q   = อัตราการไหลเข้าของน้ำเสีย, ลบ.ม./วัน

          X_e  = ความเข้มข้นของน้ำสลัดจ์ที่หลุดลอยไปกับน้ำทิ้งที่ไหลล้นออกจากถังตกตะกอนที่สอง,

                 mg/l TSS

          เมื่อต้องการควบคุมระบบ AS อาจใช้สมการ (5) มาช่วยในการคำนวณได้

                             1/q_c = Q/V (1+r-(rX_R/X))                                                (5)

เมื่อ ;   r = Q_R/Q

          X = ความเข้มข้นของน้ำสลัดจ์ที่ควบคุมในระบบ , mg/l MLVSS

          สำหรับค่าอายุสลัดจ์ต่ำสุดที่ระบบบำบัดทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพจะแทนด้วยค่า q_c^m ซึ่งถ้ามีค่าอายุสลัดจ์ต่ำกว่า q_c^m แสดงว่าจุลชีพถูกถ่ายเททิ้งออกเร็วเกินไปโดยจุลชีพอาจจะยังไม่ทันที่ได้ย่อยสารอินทรีย์เรียบร้อย ซึ่งทำให้ประสิทธิภาพของระบบ AS ตกต่ำลงอย่างมากได้

          สำหรับค่า q_c ที่นิยมเลือกใช้ในการออกแบบคือ q_c^d ซึ่งจะมีค่ามากกว่าค่าของ q_c^m โดยปกติค่า q_c^d ควรมีค่ามากกว่าค่า q_c^m อย่างน้อยประมาณ 4 เท่า ซึ่