ระบบบำบัดเเบบใช้ออกซิเจน

กระบวนการบำบัดน้ำเสียแบบใช้ออกซิเจน

การบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ แบ่งเป็นแบบใช้ออกซิเจน (Aerobic Process) และแบบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic Process) ซึ่งแบบใช้ออกซิเจนอาศัยการทำงานของจุลินทรีย์ที่ใช้ออกซิเจนเปลี่ยนความสกปรก (สารอินทรีย์) ให้กลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และน้ำ (H₂O) เช่นในกระบวนการเอเอส ระบบฟิล์มตรึง ระบบโปรยกรอง เป็นต้น ส่วนแบบไม่ใช้ออกซิเจนอาศัยการทำงานของจุลินทรีย์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนเปลี่ยน ความสกปรก (สารอินทรีย์) ให้กลายเป็น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์(CO₂) ก๊าซมีเทน(CH₄) และก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์(H₂S) เช่น ในกระบวนการย่อยไร้ออกซิเจน ถังกรองไร้อากาศ ระบบยูเอเอสบี เป็นต้น

กระบวนการเอเอส (Activated Sludge Process: AS)

กระบวน การเอเอสเป็นกระบวนการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพแบบใช้ออกซิเจน โดยอาศัยสิ่งมีชีวิตพวกจุลินทรีย์ ทั้งหลายในการย่อยสลาย ดูดซับ หรือเปลี่ยนรูปของมลสารต่างๆ ที่มีอยู่ในน้ำเสียให้มีค่าความสกปรกน้อยลง หลักการทำงานของระบบเอเอสเป็นวิธีที่เลียนแบบธรรมชาติ ปฏิกิริยาชีวเคมีของกระบวนการสามารถเขียนได้ดังนี้

มล สารที่อยู่ในน้ำเสียจะถูกจุลินทรีย์ใช้เป็นอาหารและเจริญเติบโตขยายพันธุ์ ต่อไป โดยสารอินทรีย์ต่างๆ ในน้ำเสีย เมื่อถูกเปลี่ยนมาเป็นจุลินทรีย์จะมีน้ำหนักมากกว่าน้ำและสามารถแยกออกได้ ง่ายด้วยการตกตะกอนในถังตกตะกอน ส่วนก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะลอยขึ้นไปในอากาศ

การเกิดสลัดจ์

สลัดจ์ (Sludge) เกิดขึ้นต่อเนื่องกัน 3 ขั้นตอนในถังเติมอากาศ คือ

1. ขั้นส่งถ่าย (Transfer Step)

2. ขั้นเปลี่ยนรูป (Conversion Step)

3. ขั้นรวมตะกอน (Flocculation Step)

ขั้นส่งถ่าย(Transfer Step) สารอินทรีย์ในน้ำเสียจะถูกจุลินทรีย์ดูดมาติดที่ผนังเซลล์และส่งเอนไซม์ (Enzyme) ออกมาย่อยสลายสารอินทรีย์ให้เปลี่ยนไปอยู่ในรูปของโมเลกุลที่เล็กพอที่จะซึมผ่านเข้าไปในเซลล์เพื่อใช้เป็นสารอาหารได้

ขั้นเปลี่ยนรูป (Conversion Step) จุลินทรีย์จะทำการเปลี่ยนรูปสารอินทรีย์โมเลกุลขนาดเล็ก (หลังจากถูกเอนไซม์ย่อยและซึมเข้ามาอยู่ในเซลล์แล้ว) โดยกระบวนการสังเคราะห์ (Synthesis) ซึ่ง หมายถึงการสร้างเซลล์ใหม่และกระบวนการออกซิเดชั่น ผลผลิตที่ได้คือ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และพลังงาน กระบวนการทั้งสองนี้รวมกันเป็นกระบวนการทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในจุลินทรีย์ (Metabolic Process)

ขั้นรวมตะกอน (Flocculation Step) เป็น การรวมตัวของสลัดจ์ โดยจุลินทรีย์จะถูกกวนผสมกันอยู่ในถังเติมอากาศ เมื่อชนกันก็จะจับรวมตัวเป็นก้อนที่ใหญ่ขึ้นเรียกว่า ฟล็อก หรือ สลัดจ์ ซึ่งตกตะกอนได้ดีและสามารถแยกออกจากน้ำที่บำบัดได้แล้วได้ง่าย นอกจากนี้เมื่อสลัดจ์ไปสัมผัสกับมลสารในน้ำเสียจะจับมลสารเหล่านี้ไว้ภายใน แล้วทำการย่อยสลายเป็นอาหารต่อไป

ส่วนประกอบของระบบเอเอส

ระบบ เอเอส ประกอบด้วยส่วนที่สำคัญอย่างน้อยสองส่วนคือ ถังเติมอากาศ และ ถังตกตะกอน รูปที่ 1 แสดงส่วนประกอบและระบบการทำงานของระบบเอเอส น้ำเสียจะถูกส่งเข้าถังเติมอากาศซึ่งมีสลัดจ์อยู่เป็นจำนวนมาก ภายในถังจะมีสภาวะแวดล้อมที่เอื้ออำนวยต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์แบบ ใช้ออกซิเจน ไม่ว่าจะเป็น มีออกซิเจนละลายเพียงพอ ปริมาณสารอินทรีย์ที่เหมาะสม ค่าพีเอชที่เหมาะสม จุลินทรีย์จะทำการลดค่าสารอินทรีย์ที่อยู่ในรูปต่างๆ ด้วยการย่อยสลายให้อยู่ในรูปก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ

น้ำ เสียที่บำบัดแล้วจะไหลต่อไปยังถังตกตะกอนเพื่อแยกจุลินทรีย์ออกจากน้ำ สลัดจ์ที่แยกตัวอยู่ที่ก้นถังตกตะกอนส่วนหนึ่งจะสูบกลับไปยังถังเติมอากาศ เพื่อลดมลสารที่เข้ามาใหม่ อีกส่วนหนึ่งจะเป็นสลัดจ์ส่วนเกิน (Excess Sludge) ที่ เป็นผลจากการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ซึ่งจะต้องนำไปทิ้ง สำหรับน้ำใสส่วนบนจะมีคุณสมบัติตามค่ามาตรฐานน้ำทิ้งสามารถปล่อยออกจากระบบ ได้

การ นำจุลินทรีย์ส่วนเกินไปทิ้งเป็นสิ่งจำเป็นที่ต้องกระทำอย่างสม่ำเสมอ เพื่อรักษาปริมาณจุลินทรีย์ในระบบให้อยู่ในค่าที่เหมาะสม เป็นการรักษาอัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ที่สมดุลกัน และเป็นหลักสำคัญในการควบคุมการทำงานของกระบวนการเอเอส

ปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของระบบเอเอส

1. ความเข้มข้นของสานอินทรีย์ในน้ำเสีย สารอินทรีย์ในน้ำเสียเป็นอาหารของจุลินทรีย์ในระบบเอเอส ความเข้มข้นของสารอินทรีย์ในน้ำเสียหรือความเข้มข้นของอาหารจึงมีผลต่อการ เจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในระบบ ในกรณีที่อัตราส่วนของอาหารต่อจุลินทรีย์สูง จำนวนจุลินทรีย์จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนมีลักษณะกระจายอยู่ทั่วไป (Dispersed Growth) ไม่รวมตัวเป็นกลุ่มก้อนที่ดีส่งผลต่อการตกตะกอนได้ไม่ดี น้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะมีความขุ่นและค่าสารอินทรีย์(ค่าบีโอดี) เหลืออยู่สูง ถ้าอัตราส่วนของอาหารต่อจุลินทรีย์ต่ำ จุลินทรีย์จะเจริญเติบโตได้น้อยลง และจำนวนลดลง จุลินทรีย์จะตกตะกอนได้รวดเร็วแต่ไม่สามารถจับส่วนเล็กๆ ลงมาได้หมด ทำให้น้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วยังมีความขุ่นอยู่สูง ดังนั้นการควบคุมการทำงานที่ดีจึงต้องควบคุมอัตราส่วนของอาหารต่อจุลินทรีย์ ในระบบให้มีค่าเหมาะสม ดังจะกล่าวต่อไป

2. ธาตุอาหาร จุลินทรีย์ต้องการธาตุอาหาร (Nutrient) นอกเหนือไปจากสารอินทรีย์ต่างๆ ที่นำมาใช้เป็นพลังงาน ได้แก่ ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และ เหล็ก โดยปกติแร่ธาตุเหล่านี้มีอยู่ในน้ำเสียชุมชน (Domestic Wastewater) แต่ สำหรับน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมอาจมีแร่ธาตุเหล่านี้ไม่เพียงพอ การขาดธาตุอาหารที่สำคัญเหล่านี้จะทำให้จุลินทรีย์ที่สร้างฟล็อกเจริญเติบโต ได้ไม่ดี แต่กลับทำให้จุลินทรีย์ชนิดเส้นใย (Filamentous) เจริญเติบโตได้ดีกว่าและมีปริมาณมากกว่า ส่งผลให้สลัดจ์ไม่จมตัวและอาจไหลปนออกมากับน้ำทิ้ง

โดย ปกติจะควบคุมให้บีโอดี 100 กก. ต้องมีไนโตรเจน 5 กก. ฟอสฟอรัส 1 กก. และ เหล็ก 0.5 กก. การเติมไนโตรเจนมักเติมในรูปของแอมโมเนียหรือยูเรีย ฟอสฟอรัสจะเติมในรูปของกรดฟอสฟอริก และเหล็กในรูปของเฟอร์ริคคลอไรด์ ในการเติมธาตุอาหารจะต้องสังเกตและวิเคราะห์ตัวอย่างน้ำออกให้มีค่าแร่ธาตุ ต่างๆ เหลืออยู่เพียงเล็กน้อย การเติมธาตุอาหารที่มากเกินความจำเป็น นอกจากเป็นการสิ้นเปลืองแล้ว ยังเป็นสารมลพิษทำลายสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

3. ออกซิเจนละลาย ในถังเติมอากาศ จะต้องมีค่าออกซิเจนละลายไม่ต่ำกว่า 2 มก./ล. ซึ่งปริมาณของอากาศหรือออกซิเจนที่ใช้เพื่อรักษาความเข้มข้นของออกซิเจน ละลายนี้จะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ถ้าอุณหภูมิของน้ำในถังเติมอากาศสูง จุลินทรีย์จะสามารถทำงานได้มากและออกซิเจนจะมีค่าการละลายอิ่มตัวต่ำจึงทำ ให้น้ำในถังเติมอากาศขณะอุณหภูมิสูงต้องการออกซิเจนมาก ในทางตรงกันข้ามถ้าอุณหภูมิของน้ำในถังเติมอากาศต่ำ ความต้องการออกซิเจนหรือปริมาณการเติมอากาศเพื่อที่จะรักษาระดับความเข้มข้น ของออกซิเจนละลายจะน้อยกว่าที่อุณหภูมิสูง

4. ระยะเวลาในการบำบัด ระยะเวลาที่ใช้ในการบำบัดน้ำเสียในถังเติมอากาศจะต้องมีมากเพียงพอที่จุลินทรีย์จะใช้ในการย่อยสลายมลสารต่างๆ หากระยะ เวลาในการบำบัดไม่เพียงพอ มลสารบางส่วนโดยเฉพาะมลสารที่ย่อยสลายยากจะถูกย่อยสลายได้ไม่หมด ทำให้มีค่าบีโอดีเหลืออยู่ในน้ำเสียมาก สำหรับระยะเวลาที่ใช้ในถังตกตะกอนขั้นที่สองก็เช่นเดียวกัน หากมีน้อยเกินไปก็จะทำให้สลัดจ์ตกตะกอนได้ไม่ดี แต่ถ้านานเกินไปก็จะทำให้สลัดจ์ขาดออกซิเจนและเน่าได้

5. พีเอช ค่าพีเอชมีผลต่อการทำงานของแบคทีเรีย โดยแบคทีเรียเจริญเติบโตได้ดีที่ค่าพีเอชระหว่าง 6.5-8.5 ถ้าค่าพีเอชต่ำกว่า 6.5 รา(Fungi) จะเจริญเติบโตได้ดีกว่าแบคทีเรีย ทำให้ประสิทธิภาพของระบบต่ำลง และสลัดจ์ตกตะกอนได้ไม่ดี ถ้าค่าพีเอชสูงจะทำให้ฟอสฟอรัสตกตะกอนผลึก (Precipitate) แยกออกจากน้ำ ทำให้จุลชีพไม่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ ทำให้ระบบทำงานได้ไม่ดีเช่นกัน ส่วนในกรณีที่ค่าพีเอชต่ำมากหรือสูงมาก จุลชีพก็จะตายหมดไม่สามารถดำรงชีวิตอยู่ต่อไปได้

6. สารพิษ สารพิษแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ แบบพิษเฉียบพลัน ซึ่งจุลินทรีย์จะตายหมดในระยะเวลาอันสั้น (Acute Toxicity) และพิษแบบอกฤทธิ์ช้า (Chronic Toxicity) ใช้ระยะเวลานานและค่อยๆ ตาย พิษเฉียบพลันสามารถสังเกตุดูได้ง่ายเนื่องจากมีผลเกิดขึ้นรวดเร็ว ตัวอย่างสารพิษประเภทนี้ เช่น ไซนาไนด์ สารหนู ส่วนสารพิษออกฤทธิ์ช้าเช่น ทองแดง และโลหะหนักต่างๆ สารพิษที่ออกฤทธิ์ช้านั้นจุลินทรีย์จะสะสมเอาไว้ภายในเซลล์จนเกิดเป็นพิษและ ตายในที่สุด นอกจากนี้ความเป็นพิษอาจเกิดจากสารอินทรีย์ก็ได้ เช่น แอมโมเนียที่มีค่าความเข้มข้นสูงเกิน 500 มก./ล. เป็นต้น

7. อุณหภูมิ อุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญในการทำงานและการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในกระบวนการเอเอส โดยทั่วไปการเพิ่มอุณหภูมิขึ้นทุก 10 ˚ซ จะทำให้จุลินทรีย์เจริญเติบโตเพิ่มขึ้นเป็นเท่าตัว จนกระทั่งถึงอุณหภูมิประมาณ 37 ˚ซ อุณหภูมิจะมีค่าสูงเกินไป จุลินทรีย์จะเจริญเติบโตได้น้อยลง

เนื่อง จากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของน้ำในระบบทำได้ยาก ผู้ควบคุมระบบจึงต้องปรับค่าความเข้มข้นของสลัดจ์ในถังเติมอากาศ ให้มีค่าน้อยเมื่ออุณหภูมิของอากาศสูง และเพิ่มปริมาณให้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิต่ำ อย่าง ไรก็ตามสำหรับประเทศไทย อุณหภูมิในฤดูร้อนและฤดูหนาวไม่แตกต่างกันมากนัก จึงไม่ค่อยมีความจำเป็นในการปรับค่าความเข้มข้นของสลัดจ์ตามฤดูกาล นอกจากนี้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิยังมีผลต่อการตกตะกอนขั้นที่สอง โดยปกติอุณหภูมิต่ำจะตกตะกอนได้ดีกว่าอุณหภูมิสูง และถ้าอุณหภูมิมีการเปลี่ยนแปลงแตกต่างกันเกิน 2 ˚ซ จะเกิดการไหลวนของน้ำเนื่องจากมีความหนาแน่นที่แตกต่างกันทำให้ประสิทธิภาพของถังตกตะกอนลดลง

8. การกวน ภายในถังเติมอากาศจะต้องมีการกวนอย่างทั่วถึง เพื่อป้องกันมิให้จุลินทรีย์ตกตะกอน เพื่อให้จุลินทรีย์ได้สัมผัสกับน้ำเสียที่ส่งเข้ามาบำบัด และเพื่อให้สลัดจ์จับตัวกันเป็นฟล็อกที่ดี การกวนที่ถูกต้องจะป้องกันมิให้น้ำเสียไหลลัดวงจร และทำให้ระบบมีประสิทธิภาพในการกำจัดมลสารสูง การกวนที่สมบูรณ์ในถังเติมอากาศ(Completely Mixed) จะต้องมีค่า MLSS (Mixed Liquor Suspended Solid) และค่าความเข้มข้นของออกซิเจนละลายสม่ำเสมอทั่วทั้งถัง

9. อัตราการไหลของน้ำเสีย การ เปลี่ยนแปลงอัตราการไหลของน้ำเสียที่ส่งมาเข้าระบบบำบัด มีผลโดยตรงต่อการทำงานของกระบวนการทางชีววิทยาและถังตกตะกอน หากน้ำเสียมีอัตราการไหลเพิ่มขึ้นมาก ระยะเวลาในการบำบัดน้อยลง ค่าสารอินทรีย์จะเพิ่มมากขึ้น และระยะเวลาในการตกตะกอนในถังตกตะกอนขั้นที่สองลดลง ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของระบบลดลง ส่วนอัตราการไหลที่น้อยเกินไปก็มีผลเสียเช่นเดียวกัน ดังนั้นจึงควรมีการควบคุมให้มีการส่งน้ำเสียเข้ามาบำบัดอย่างสม่ำเสมอใน อัตราที่ใกล้เคียงกับที่ได้ออกแบบไว้ เช่น อาจสร้างเป็นถังปรับเสมอ (Equalizing Tank) เป็นต้น

ประเภทของกระบวนการเอเอส

กระบวน การเอเอสมีส่วนประกอบหลัก คือ ถังเติมอากาศ และถังตกตะกอน มีอยู่ด้วยกันหลายกระบวนการขึ้นอยู่กับการจัดวางและรูปแบบของถังเติมอากาศ ทั้งเป็นผลมาจากการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยคำนึงถึงการประหยัดพลังงาน ประสิทธิภาพของการบำบัดน้ำเสีย และการควบคุมดูแลระบบ ในปัจจุบันกระบวนการเอเอสมีหลายประเภท เช่น

1. กระบวนการเอเอสแบบธรรมดา (Conventional Activated Sludge) กระบวนการเอเอสแบบธรรมดา หมายถึง ระบบที่มีถังเติมอากาศ และถังตกตะกอน รูปที่ 2 การเติมอากาศจะใช้เครื่องเติมอากาศแบบใบพัดหรือแบบฟองอากาศก็ได้ โดยปกติระบบจะมีเวลากักตะกอน (Sludge Retention Time ; SRT) ประมาณ 5-10 วัน ทำให้ต้องมีการกำจัดสลัดจ์ที่ต้องระบายทิ้ง ในอดีตระบบนี้มักเป็นระบบที่มีการกวนไหลตามกัน (Plug Flow) แต่ในปัจจุบัน การกวนจะเป็นแบบการกวนสมบูรณ์ (Completely Mixed) ก็ได้ การกวนแบบไหลตามกันจะช่วยยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียแบบเส้นใยได้ดี กว่าการกวนสมบูรณ์ เนื่องจากการกวนแบบไหลตามกันจะทำให้เกิด Concentration Gradient ซึ่ง เป็นปัจจัยที่ช่วยให้แบคทีเรียแบบสร้างฟล็อกเจริญเติบโตได้ดีกว่าแบบเส้นใย ในทางตรงกันข้ามการกวนแบบสมบูรณ์นี้จะสามารถใช้ได้ดีกับน้ำเสียจากโรงงาน อุตสาหกรรมต่างๆ ซึ่งอาจมีสารพิษเจือปนอยู่ เนื่องจากการเจือจางจะเกิดขึ้นทันทีทำให้สารพิษมีความเข้มข้นลดน้อยลง

รูปกระบวนการเอเอสแบบธรรมดา

2. กระบวนการเอเอสแบบยืดเวลา (Extended Aeration Activated Sludge) เนื่อง จากกระบวนการเอเอสแบบธรรมดาจะมีสลัดจ์เกิดขึ้นเป็นจำนวนมาก ทำให้จำเป็นต้องมีถังหมักสำหรับย่อยสลายสลัดจ์ซึ่งเป็นจุลินทรีย์ รวมกับสารอินทรีย์อื่นๆ ที่เน่าเหม็นได้ง่าย ให้เป็นสลัดจ์ที่มีความคงตัวและสามารถนำไปทิ้งได้ กระบวนการเอเอสแบบยืดเวลา เป็นกระบวนการที่มีระยะเวลาเก็บกักน้ำเสียและกักตะกอนนานกว่าระบบเอเอสแบบ อื่นๆ โดยมีความมุ่งหมายให้แบคทีเรียอยู่ในถังเติมอากาศนานๆ และได้รับอาหารน้อยๆ เพื่อให้เกิดการย่อยสลายตัวเอง เป็นผลให้มีสลัดจ์ส่วนเกินเกิดขึ้นน้อยและอยู่ในรูปที่สามารถนำไปทิ้งได้ ดังนั้นระบบนี้จึงไม่จำเป็นต้องมีถังย่อยสลัดจ์(ถังหมัก) ความแตกต่างในการควบคุมระบบแบบธรรมดากับแบบยืดเวลา สามารถสรุปได้ดังตาราง

ข้อแตกต่างระหว่างกระบวนการเอเอสแบบธรรมดาและแบบยืดเวลา

การที่ระบบนี้มีค่า SRT สูง มีผลทำให้เกิดการย่อยสลายตัวเองของมวลจุลินทรีย์ในถังเติมอากาศ ดังนั้นผู้ออกแบบจึงนิยมออกแบบให้น้ำเสียไหลเข้าถังเติมอากาศได้โดยไม่ต้อง มีถังตกตะกอนขั้นแรก ทั้งนี้เนื่องจากสลัดจ์ในน้ำเสียจะถูกย่อยในถังเติมอากาศได้พร้อมๆ กับสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ในน้ำเสีย

3. กระบวนการคูวนเวียน (Oxidation Ditch Process) เป็น ระบบบำบัดน้ำเสียที่มีหลักการเช่นเดียวกับกระบวนการเอเอสแบบยืดเวลา เพียงแต่จะมีรูปแบบของถังเป็นลักษณะคูหรือคลองที่สร้างให้เป็นรูปวงรี ทำให้น้ำสามารถหมุนเวียนไปมาได้โดยรอบ กระบวนการคูวนเวียนเป็นระบบบำบัดน้ำเสียที่นิยมใช้กันมากในประเทศไทย เพราะเป็นระบบที่มีการควบคุมดูแลไม่ยุ่งยาก และโดยปกติจะได้น้ำทิ้งที่ได้มาตรฐานน้ำทิ้งอย่างสม่ำเสมอ

กระบวนการคูวนเวียน

4. กระบวนการเอเอสแบบปรับเสถียรสัมผัส (Contact Stabilization Activated Sludge) กระบวนการปรับเสถียรสัมผัสจะแบ่งถังเติมอากาศออกเป็น 2 ถังอิสระจากกัน โดยที่สลัดจ์ที่สูบมาจากก้นถังตกตะกอนขั้นที่สองจะถูกส่งมาเติมอากาศใหม่ใน ถังปรับเสถียร โดยปกติจะเป็นเวลาประมาณ 4–8 ชม. จากนั้นสลัดจ์ที่ย่อยสลายสารอินทรีย์หมดแล้วจะถูกส่งมาสัมผัสกับน้ำเสียใน ถังสัมผัส (Contact Tank) เป็นเวลาประมาณ 30–60 นาที เพื่อลดสารอินทรีย์ ในถังสัมผัสนี้ความเข้มข้นของสลัดจ์จะลดลงตามปริมาณของน้ำเสียที่ผสมเข้ามา ใหม่ น้ำเสียที่ถูกบำบัดแล้วและสลัดจ์จะไหลไปยังถังตกตะกอนขั้นที่สอง น้ำเสียส่วนบนจะถูกปล่อยทิ้งออกจากระบบ สลัดจ์ส่วนหนึ่งจะถูกสูบกลับไปเข้าถังย่อยสลายและอีกส่วนหนึ่งจะถูกนำไปทิ้ง

เมื่อ เปรียบเทียบประสิทธิภาพการทำงานของกระบวนการนี้กับกระบวนการแบบอื่นๆ จะพบว่ากระบวนการนี้สามารถรับอัตราภาระอินทรีย์ได้มากกว่าเมื่อเทียบกับ ปริมาตรของถังเติมอากาศที่เท่ากัน จุลชีพตกตะกอนได้ดี และสามารถรับสารเป็นพิษหรือการเปลี่ยนแปลงอัตราภาระอินทรีย์ที่เปลี่ยน แปลงอย่างรวดเร็วได้ดี

กระบวนการเอเอสแบบปรับเสถียรสัมผัส

5. บ่อหรือสระเติมอากาศ (Aerated Lagoon) บ่อ หรือสระเติมอากาศ อาจถือเป็นกระบวนการเอเอสแบบไม่มีการหมุนเวียนสลัดจ์ ระบบบำบัดน้ำเสียแบบนี้มักเป็นบ่อดินขนาดใหญ่ที่มีเวลากักน้ำหลายวัน มีการเติมอากาศด้วยเครื่องเติมอากาศแบบลอยน้ำแต่ไม่มีถังตกตะกอน ด้วยเหตุนี้น้ำทิ้งจึงมีจุลชีพติดออกไปด้วย ทำให้ประสิทธิภาพของระบบต่ำกว่ากระบวนการเอเอสแบบอื่นๆ และเนื่องจากระบบไม่มีการหมุนเวียนสลัดจ์ ความเข้มข้นของ MLSS ในบ่อเติมอากาศจึงมีระดับต่ำกว่าระบบอื่นๆ (น้อยกว่า 1,000 มก./ล.)

บ่อหรือสระเติมอากาศ

6. ระบบเอสบีอาร์ (Sequencing Batch Reactor; SBR) สำหรับ ระบบบำบัดน้ำเสียขนาดเล็กและน้ำเสียไหลเป็นบางช่วง เช่น น้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมขนาดเล็ก ซึ่งอาจมีน้ำเสียไหลเพียง 4-8 ชม./วัน การใช้ระบบบำบัดน้ำเสียแบบไหลต่อเนื่อง (Continuous Flow Process) จำ เป็นต้องมีบ่อเก็บกักน้ำเสียขนาดใหญ่เพื่อควบคุมให้น้ำเสียเข้าสู่ระบบอย่าง สม่ำเสมอ ระบเอสบีอาร์เป็นระบบบำบัดน้ำเสียที่ใช้ถังเติมอากาศ ทำหน้าที่ทั้งเติมอากาศเพื่อให้จุลินทรีย์ใช้ในการย่อยสลายสารอินทรีย์และทำ หน้าที่แยกสลัดจ์ด้วยการตกตะกอนภายในถังเดียวกัน โดยขั้นตอนการทำงานจะปล่อยให้น้ำเสียไหลเข้าถังที่มีจุลินทรีย์อยู่ภายในถัง แล้วและเติมอากาศอยู่ เมื่อถึงเวลาที่กำหนด (ประมาณ 22 ชม.) จะหยุดเติมอากาศเพื่อทิ้งให้ตกตะกอน (ประมาณ 2 ชม.) ซึ่งจะได้น้ำใสส่วนบนซึ่งสามารถปล่อยทิ้งออกไปได้เป็นการเสร็จสิ้นกระบวนการ บำบัด จากนั้นก็จะเริ่มกระบวนการใหม่ การทำงานแบบไม่ติดต่อกันของระบบนี้ทำให้ระบบมีความเหมาะสมกับโรงงานที่มี ขนาดเล็กและมีปริมาณน้ำเสียน้อย ในทางปฏิบัติอาจมีการใช้ถังบำบัดน้ำเสียมากกว่า 2 ถังขึ้นไป เพื่อให้การดำเนินการบำบัดน้ำเสียเป็นไปได้อย่างต่อเนื่อง

วิธีควบคุมการทำงานของระบบเอสบีอาร์

1. การควบคุมอัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ จุลินทรีย์ ที่มีสมรรถภาพในการทำงานจะต้องมีปริมาณอาหารที่เหมาะสม ซึ่งควบคุมได้โดยการรักษาอัตราส่วนของน้ำหนักบีโอดีที่ส่งเข้ามาบำบัดต่อ น้ำหนักของจุลินทรีย์ ซึ่งวัดในรูปของแข็งแขวนลอย (MLSS) ให้มีค่าตามที่ต้องการ และเรียกค่าที่ใช้ควบคุมนี้ว่า อัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ (Food to Microorganism Ratio; F/M ratio) สามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

ในทางปฏิบัติการควบคุมปริมาณอาหาร หรือบีโอดีในน้ำเสียที่เข้านั้นจะควบคุมได้ยาก ดังนั้นการที่จะควบคุมค่า F/M ให้เหมาะสมจะอาศัยการเปลี่ยนแปลงค่าน้ำหนักของจุลินทรีย์ ซึ่งวัดในรูป MLSS โดยการเพิ่มหรือลดการนำสลัดจ์ส่วนเกินไปทิ้ง

รูปแบบของกระบวนการเอเอสสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเถท ตามอัตราส่วนของอาหารต่อจุลินทรีย์ หรือภาระอินทรีย์ คือ อัตราการบำบัดสูง (High Rate) อัตราการบำบัดธรรมดา (Conventional Rate) และอัตราการบำบัดต่ำ (Low Rate หรือ Extended Aeration) โดยช่วงการทำงานตามค่า F/M คือ 0.5-2.0 0.2-0.5 และ 0.05-0.15 ต่อวัน ตามลำดับ ในทางปฏิบัติผู้ควบคุมต้องปรึกษาผู้ออกแบบว่าได้ออกแบบระบบไว้ในช่วงใด เพื่อที่จะควบคุมระบบให้ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ

2. การควบคุมอายุสลัดจ์ อายุสลัดจ์ หรือ เวลากักพักของแข็ง (Sludge Retention Time; SRT) หมายถึง เวลาเฉลี่ยที่จุลินทรีย์หมุนเวียนอยู่ในระบบ เป็นค่าที่สำคัญในการออกแบบและควบคุมการทำงานของระบบและมีความสัมพันธ์โดย ตรงกับค่าอัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ การควบคุมค่าอายุสลัดจ์ให้มีค่าคงที่จะทำให้อัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์มี ค่าคงที่ตามไปด้วย ซึ่งค่าที่ควบคุมเหล่านี้จะเป็นตัวกำหนดคุณภาพของน้ำทิ้ง ในการควบคุมระบบจะต้องทดลองหาค่าอายุสลัดจ์ที่เหมาะสม โดยหาความสัมพันธ์ระหว่างสลัดจ์กับคุณภาพน้ำทิ้ง เช่น บีโอดี และของแข็งแขวนลอย แล้วเลือกค่าที่เหมาะสมที่สุด อายุสลัดจ์สามารถเขียนเป็นสมการได้ดังนี้

วิธี ควบคุมการทำงานของกระบวนการเอเอสโดยใช้ค่าอายุสลัดจ์เป็นวิธีที่ดีที่สุด เพราะเป็นการควบคุมค่าภาระอินทรีย์ไปในตัว และสามารถคำนวณค่าสลัดจ์ส่วนเกินที่ต้องนำไปทิ้งได้อย่างถูกต้อง วิธีการควบคุมทำได้ง่ายและไม่ต้องใช้การวิเคราะห์ที่ยุ่งยาก

ที่มา: มั่นสิน ตัณฑุลเวศนม์, 2542(6)

การ ควบคุมหรือเปลี่ยนค่าอายุสลัดจ์ ทำได้โดยการปรับอัตราการนำสลัดจ์ส่วนเกินไปทิ้ง หากนำไปทิ้งมากค่าอายุสลัดจ์ก็จะลดลงและหากนำไปทิ้งน้อยค่าอายุสลัดจ์ก็จะ เพิ่มขึ้น นอกจากนี้การลดอายุสลัดจ์จะทำให้มีน้ำหนักของจุลินทรีย์ที่ต้องนำไปทิ้ง เพิ่มขึ้น เนื่องจากจุลินทรีย์มีอัตราการเจริญเติบโตสูงขึ้น และถ้าเพิ่มอายุสลัดจ์ก็จะทำให้เกิดผลตรงกันข้าม ในการปรับค่าอายุสลัดจ์แต่ละครั้งจะต้องใช้เวลาประมาณ 1-3 เท่าของค่าอายุสลัดจ์เพื่อให้ระบบปรับตัวอยู่ในสภาวะคงที่ โดยผู้ควบคุมระบบจะต้องติดตามคำนวณค่าน้ำหนักของ MLSS และปริมาณจุลินทรีย์ที่ต้องนำไปทิ้ง จนกว่าจะมีค่าไม่เปลี่ยนแปลงมากนัก

ระบบบำบัดน้ำเสียแบบฟิล์มตรึง (Fixed Film)

การจำแนกระบบบำบัดน้ำเสียตามลักษณะการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ คือ ระบบบำบัดแบบเติบโตแขวนลอย (Suspended Growth System) เช่น ระบบเอเอส และระบบบำบัดแบบฟิล์มตรึง (Biofilm System หรือ Fixed Film System) เช่น ระบบโปรยกรอง (Trickling Filter) และระบบแผ่นหมุนชีวภาพ (Rotating Biological Contactor หรือ RBC) ระบบบำบัดน้ำเสียแบบฟิล์มตรึง เป็นระบบที่สามารถควบคุมการทำงานได้ง่าย และใช้พลังงานในการเดินระบบต่ำ อย่างไรก็ตามทั้งระบบโปรยกรองและระบบแผ่นหมุนชีวภาพไม่เป็นที่นิยมใช้ใน ประเทศไทยมากนัก เนื่องจากระบบทั้งสองมีประสิทธิภาพในการใช้งานไม่ดีเท่าระบบเอเอส และระบบแผ่นหมุนชีวภาพมีค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างสูง

ระบบโปรยกรอง (Trickling Filter)

หลักการทำงาน ระบบ โปรยกรองเป็นระบบที่มีจุลินทรีย์เจริญเติบโตอยู่บนผิวตัวกลาง น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดขั้นต้นแล้วจะถูกปล่อยให้ไหลผ่านชั้นของตัวกลาง จุลินทรีย์ที่เกาะติดอยู่บนตัวกลางจะใช้ออกซิเจนทำปฏิกิริยาย่อยสลายสาร อินทรีย์ในน้ำเสีย น้ำที่ผ่านระบบจะถูกส่งไปเข้าถังตกตะกอนสุดท้ายเพื่อแยกสลัดจ์ออกให้ได้น้ำ ทิ้งที่สามารถระบายทิ้งได้

องค์ประกอบของระบบโปรยกรอง องค์ประกอบที่สำคัญของระบบโปรยกรอง คือ ระบบกระจายน้ำเข้า (Distribution System) ตัวกรอง (Filter Media) และระบบระบายน้ำทิ้ง (Underdrain System) โดย ที่ระบบกระจายน้ำเข้ามีหน้าที่ทำให้พื้นที่ภาคตัดขวางของฟิลเตอร์ได้รับน้ำ เสียเท่ากันทุกส่วน วัสดุตัวกลางซึ่งอาจเป็นหินหรือพลาสติกจะใช้เป็นที่เจริญเติบโตของ จุลินทรีย์ ระบบระบายน้ำซึ่งอยู่ตอนล่างของฟิลเตอร์มีหน้าที่รับน้ำเสียที่ไหลผ่านวัสดุ ตัวกลาง และระบายอากาศให้กับฟิลเตอร์

ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของระบบโปรยกรอง

1. ภาระปริมาณน้ำ (Hydraulic Loading) จะต้องมีค่าที่สูงเพียงพอที่จะทำให้ฟิล์มจุลินทรีย์เปียกอยู่ตลอดเวลา

2. ภาระอินทรีย์ (Organic Loading)

3. ประสิทธิภาพในการบำบัดน้ำเสียที่ต้องการ

1. ระบบโปรยกรองแบบอัตราต่ำ (Low Rate) ระบบ นี้มักเป็นระบบที่มีขนาดเล็ก ความสูงของฟิลเตอร์อยู่ในช่วง 1.5-3 เมตร และมีวัสดุตัวกลางเป็นหิน ระบบนี้จะไม่มีการหมุนเวียนน้ำ ดังนั้นภาระปริมาณน้ำ และภาระอินทรีย์ จะมีความสัมพันธ์กันโดยขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของน้ำเสีย ในการบำบัดน้ำเสียชุมชนระบบนี้มักมีประมิทธิภาพไม่ต่ำกว่า ร้อยละ 85 และจะมีไนตริฟิเคชั่นเกิดขึ้นได้ในระดับสูง น้ำที่ได้จึงมีไนเตรตมาก ปัญหาที่สำคัญของระบบนี้คือ เรื่องกลิ่นและแมลงต่างๆ ซึ่งเป็นปัญหาหลักที่ทำให้ระบบนี้ไม่เป็นที่นิยมในประเทศไทย

2. ระบบโปรยกรองแบบอัตราสูง (High Rate) ระบบ นี้สามารถทำงานโดยมีระดับของภาระปริมาณน้ำ และภาระอินทรีย์ เป็นอิสระต่อกันด้วยการปรับอัตราการหมุนเวียนน้ำ การใช้ภาระอินทรีย์สูงต้องใช้ควบคู่กับภาระปริมาณน้ำสูง โดยเฉพาะในกรณีที่มีหินเป็นวัสดุตัวกลางและมีภาระอินทรีย์สูง จุลินทรีย์จะสามารถเจริญเติบโตได้ดี ทำให้ฟิล์มชีวภาพจับตัวกันหนามากบนหิน การเพิ่มภาระปริมาณน้ำจะทำให้แผ่นฟิล์มบางลง เป็นการป้องกันการอุดตันของฟิลเตอร์ ในกรณีที่ต้องการบำบัดน้ำเสียเบื้องต้นกับระบบเอเอส อาจใช้ฟิลเตอร์แบบอัตราสูงที่มีวัสดุตัวกลางเป็นพลาสติก ระบบนี้หากได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมและถูกต้องจะสามารถผลิตน้ำทิ้งที่มี คุณสมบัติสูงได้โดยใช้ปริมาตรน้อยกว่าฟิลเตอร์แบบอัตราต่ำ และจะไม่เกิดปัญหาเรื่อง กลิ่น แมลง และการเกิดไนตริฟิเคชั่น

ระบบ โปรยกรองแบบอัตราสูงนี้ จะรับภาระบีโอดีได้สูงกว่าอัตราต่ำประมาณ 3-4 เท่า การหมุนเวียนน้ำทำให้ฟิลเตอร์ได้รับอัตราไหลสูงกว่าแบบอัตราต่ำประมาณ 10 เท่า ฟิลเตอร์แบบนี้จะมีความสูงเพียง 1-2 เมตร และมีอัตราหมุนเวียนน้ำประมาณ 100-250 % ข้อที่ควรระวังคือจะมีการหลุดของเมือกที่หนาเกินไป ทำให้น้ำทิ้งมีของแข็งแขวนลอยสูง

3. ระบบโปรยกรองแบบอัตราสูงพิเศษ (Super-rate Filter) ระบบนี้มักถูกเรียกว่า Roughing Filter เนื่องจากมีหน้าที่กำจัดสารอินทรีย์บางส่วนเท่านั้น ตัวกลางที่ใช้ในระบบมักเป็นตัวกลางพลาสติก ในทางปฏิบัติจะใช้เป็นระบบขั้นต้นก่อนบ่อเติมอากาศของระบบเอเอส

ระบบแผ่นหมุนชีวภาพ (Rotating Biological Contactor)

หลักการทำงาน ระบบ แผ่นหมุนชีวภาพ มีหลักการในการบำบัดน้ำเสียและมีส่วนประกอบเหมือนกับระบบโปรยกรอง โดยมีความแตกต่างอยู่ที่ตัวกลางที่ใช้เป็นที่พักอาศัยของจุลินทรีย์ ระบบแผ่นหมุนชีวภาพจะประกอบด้วยแผ่นรูปทรงกลมที่ขนานกันหลายๆ อัน ยึดติดตั้งฉากอยู่ด้วยแกนหมุน ณ จุดกึ่งกลางของแผ่น ส่วนประกอบทั้งหมดวางอยู่ในถังที่มีแกนหมุน ซึ่งอยู่เหนือระดับน้ำในถังเล็กน้อย โดยมีส่วนของแผ่นจมน้ำอยู่ประมาณ ร้อยละ 40 จุลินทรีย์จะขยายพันธุ์และเกาะอยู่บนผิวของแผ่นที่หมุนอยู่ การหมุนของแกนหมุนทำให้จุลินทรีย์สัมผัสน้ำเสียและเกิดการกำจัดสารอินทรีย์ ในน้ำเสีย การกำจัดสารอินทรีย์ส่งผลให้ฟิล์มชีวภาพบนแผ่นหมุนมีปริมาณเพิ่มมากขึ้น ในขณะเดียวกันการหมุนของแผ่นจะทำให้เกิดแรงเฉือนและทำให้ฟิล์มชีวภาพหลุดออก จากแผ่น ดังนั้นการหมุนของแผ่นจึงเป็นทั้งการสร้างฟิล์มชีวภาพและการลดความหนาของ ฟิล์มไปด้วย นอกจากนี้การหมุนของแผ่นขึ้นมาเหนือผิวน้ำยังเป็นการถ่ายเทออกซิเจนในอากาศ จากภายนอกถังเข้าไปสู่ระบบอีกด้วย

ปัจจัยที่มีผลต่อประสิทธิภาพของระบบแผ่นหมุนชีวภาพ

1. อัตราการหมุน อัตราการหมุนของแผ่นมีผลต่อการบำบัดหลายด้านคือ เป็นการเพิ่มจำนวนครั้งของการสัมผัสระหว่างจุลินทรีย์กับน้ำเสีย เป็นการเพิ่มอัตราการเติมอากาศ และเป็นการเพิ่มอัตราการกวนน้ำเสียในถังบำบัด อย่างไรก็ตามอัตราเร็วในการหมุน จะเพิ่มประสิทธิภาพดังกล่าวจนถึงระดับหนึ่งเท่านั้น

2. ปริมาณออกซิเจนละลาย ปริมาณออกซิเจนละลายในน้ำในปริมาณสูง จะมีส่วนทำให้ประสิทธภาพการบำบัดน้ำเสียของระบบดีขึ้น

3. อุณหภูมิ ผลของอุณหภูมิจะเป็นเช่นเดียวกับระบบบำบัดอื่นๆ

4. อัตราภาระอินทรีย์