ระบบบำบัดน้ำเสียแบบ Activated sludge

 

Activated sludge ระบบตะกอนเร่ง หรือมักเรียกกันว่าระบบเอเอส เป็นระบบบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีทางชีวภาพ ที่นิยมใช้อย่างมากในประเทศไทย โดยหลักการของระบบนี้จะอาศัยจุลินทรีย์แขวนลอย สำหรับย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสีย เป็นวิธีการเลียนแบบธรรมชาติ

                ปฏิกิริยาชีวเคมีข้างล่างเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในขณะที่ตัวจุลชีพได้ทำการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสีย

สารอินทรีย์ที่อยู่ในน้ำเสียจะถูกใช้เป็นอาหาร เกิดการเจริญเติบโตขยายพันธุ์ของแบคทีเรีย  ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะลอยขึ้นไปในอากาศ ส่วนน้ำจะผสมออกไปกับน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้ว พลังงานก็จะถูกจุลินทรีย์ใช้ในการดำเนินชีวิต

Activated Sludge จะมีส่วนประกอบของระบบสำคัญ 4 ส่วน ดังรูปด้านล่าง  คือ ถังเติมอากาศ  ถังตกตะกอน  ระบบตะกอนหมุนเวียน และระบบระบายตะกอนทิ้ง

 

น้ำเสียจะถูกส่งมาเข้าที่ถังเติมอากาศ มีการควบคุมสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย เช่น ปริมาณออกซิเจนที่ละลายน้ำ , พีเอช , อุณหภูมิ เป็นต้น แบคทีเรียจะทำการลดค่าปริมาณสารอินทรีย์ในน้ำเสียด้วยการย่อยสลายให้อยู่ในรูปของคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ น้ำเสียที่ถูกบำบัดแล้วจะไหลต่อไปยังถังตกตะกอนเพื่อแยกตะกอนจุลชีพออกจากน้ำใส  ตะกอนที่แยกตัวอยู่ที่ก้นถังตกตะกอนส่วนหนึ่งจะถูกสูบกลับไปยังถังเติมอากาศเพื่อลดสารอินทรีย์ที่เข้ามาใหม่ อีกส่วนหนึ่งจะเป็นตะกอนส่วนเกินที่จะต้องน้ำไปทิ้ง  สำหรับน้ำใสส่วนบนจะเป็นน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วการนำตะกอนส่วนเกิน (excess sludge)ไปทิ้ง ก็เป็นสิ่งที่จำเป็นต้องทำอย่างสม่ำเสมอเพื่อรักษาปริมาณจุลชีพในระบบให้มีค่าพอเหมาะ  โดยทั่วไป Activated Sludge ประสิทธิภาพในการทำงานสูงกว่า 90% จากประสบการณ์ Activated Sludge สามารถมีประสิทธิภาพได้มากกว่า 98%  ซึ่งน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะสามารถทิ้งลงแหล่งน้ำธรรมชาติได้โดยไม่ก่อให้เกิดผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม

7 ปัจจัยหลักที่มีต่อการทำงานของ Activated sludge

1. ความเข้มข้นของสารอินทรีย์ในน้ำเสีย

          ระบบมีอัตราส่วนของอาหารต่อจุลชีพสูงขึ้น (F/M Ratio สูง) จะทำให้จุลชีพเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็วจนมีลักษณะเติบโตกระจายอยู่ทั่วไปไม่รวมตัวกันเป็นกลุ่มก้อนที่ดี เป็นผลให้ตกตะกอนได้ไม่ดี น้ำออกขุ่นและมีปริมาณสารอินทรีย์เหลืออยู่สูง ในทางตรงกันข้าม ถ้าความเข้มข้นของสารอินทรีย์เข้าระบบน้อย จะทำให้มีอัตราส่วนของอาหารต่อจุลชีพต่ำลง (F/M Ratio ต่ำ) ทำให้จุลชีพเจริญเติบโตลดลง ตะกอนจุลชีพจะตกตะกอนได้เร็วแต่ไม่สามารถจับตะกอนเล็กๆตกลงมาได้หมด ทำให้น้ำที่ออกจากถังตกตะกอนขุ่น สำหรับ F/M ratio เป็นค่าควบคุมที่สำคัญมากตัวหนึ่ง ซึ่งผมพบว่าการแกว่งตัวของ F/M ในแต่ละช่วงเวลาส่งผลต่อประสิทธิภาพการบำบัดเป็นอย่างมาก

2. อาหารเสริม

         อาหารเสริม ซึ่งได้แก่ ไนโตรเจน , ฟอสฟอรัส และเหล็ก ปกติแร่ธาตุเหล่านี้มีอยู่ครบในน้ำบ้างแล้ว การขาดอาหารเสริมที่สำคัญจะทำให้จุลชีพที่สร้างฟล้อคเติบโตได้ไม่ดี ซึ่งจะทำให้ตะกอนตกตะกอนได้ยากและเกิดเป็นชั้นอืดขึ้นมา ปรกติจะควบคุมให้ BOD : N : P : Fe เท่ากับ 100:5:1:0.5 ในการเติมอาหารเสริมวิเคราะห์ตัวอย่างน้ำออกให้มีค่าแร่ธาตุต่างๆ เหลืออยู่เพียงเล็กน้อย เพราะการใส่ลงไปมากเกินไปจะเป็นการสิ้นเปลืองแล้ว และยังเป็นสารมลพิษซึ่งทำลายสิ่งแวดล้อมได้อีกต่อไป ซึ่งการเติมอาหารเสริมจะต้องทราบคุณสมบัติและปริมาณของน้ำเสียก่อน ว่าขาดธาตุใดจึงจะสามารถคำนวณได้ว่าควรจะเติมเท่าไร ถึงจะพอเหมาะ

3. ออกซิเจนละลายน้ำ

         ในถังเติมอากาศจะต้องมีการควบคุมปริมาณออกซิเจนละลายน้ำให้เหมาะสม ซึ่งในแต่ละที่จะควบคุมแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับการออกแบบ ซึ่งปริมาณความเข้มข้นของออกซิเจน ละลายน้ำจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ ที่อุณหภูมิสูงค่าการละลายน้ำอิ่มตัวจะต่ำ ทำให้ต้องใช้ออกซิเจนมากกว่าที่อุณหภูมิต่ำ และค่าออกซิเจนละลายหรือ DO เป็นคาควบคุมอีกตัวหนึ่งที่สำคัญมากสำหรับระบบบำบัดแบบใช้ออกซิเจน โดยถ้าระบบมีปัญหา เช่น เครื่องเติมอากาศพังทำให้การเติมอากาศไม่เพียงพอจะส่งผลกระทบต่อระบบบำบัดเป็นอย่างมาก

4. ระยะเวลาในการบำบัด

         ระยะเวลาในการบำบัดน้ำเสียในถังเติมอากาศจะต้องมากเพียงพอต่อการย่อยสลายสารอินทรีย์ หากระยะเวลาในการบำบัดต่ำเกินไป สารที่ย่อยสลายยากจะถูกย่อยไม่ถึงขั้นสุดท้าย ซึ่งจะทำให้มีค่าปริมาณสารอินทรีย์เหลืออยู่ในน้ำในปริมาณสูง ซึ่งระยะเวลาในการบำบัดจะถูกออกแบบมาตั้งแต่แรกว่าใช้เวลาในการบำบัดเท่าไร ถ้าหากว่าปริมาณน้ำเสียเปลี่ยนแปลงไปจากค่าออกแบบ ก็ต้องมาทบทวนว่าระยะเวลาในการบำบัดเพียงพอหรือไม่ ต้องสร้างถังเก็บน้ำเพิ่มหรือต้องขยายระบบบำบัดเพิ่ม

5. ค่าความเป็นกรด – ด่าง  

แบคทีเรียจะเจริญได้ดีที่ค่า pH ระหว่าง 6.5 – 8.5  โดยปกติที่ผมใช้ควบคุมอยู่ในช่วง 6.9-7.3

6. สารเป็นพิษ

         สารเป็นพิษ แบ่งออกเป็น 2 จำพวก คือแบบพิษเฉียบพลัน ซึ่งจุลชีพจะตายหมดภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมง และแบบพิษออกฤทธิ์ช้า ซึ่งจุลชีพจะค่อยๆตาย พิษเฉียบพลันสามารถดูได้เนื่องจากเกิดผลรวดเร็ว สารพิษจำพวกนี้ได้แก่ ไซยาไนด์ อาร์เซนิค เป็นต้น สำหรับสารพิษออกฤทธิ์ช้า เช่น ทองแดง และโลหะหนักต่างๆ จุลชีพจะสะสมเอาไว้ภายในเซลล์จนตายในที่สุด นอกจากนั้นอาจจะเกิดจากสารอินทรีย์ก็ได้ เช่น แอมโมเนียซึ่งมีค่าความเข้มข้นสูงเกิน 500 mg./l.

7. อุณหภูมิ

โดยทั่วไปควรคุมอุณหภูมิไม่เกินประมาณ 37 o C ถ้ามากกว่านั้นอุณหภูมิจะร้อนเกินไปจนจุลชีพเจริญเติบโตน้อยลงอย่างรวดเร็ว ซึ่งระบบที่ผมดูแลอยู่เคยเดินระบบที่ 41-42°C ในช่วงหน้าร้อนได้โดยที่ไม่มีปัญหา ซึ่งในแต่ละปีก็ร้อนขึ้นเรื่อยๆ ต้องระมัดระวังเป็นพิเศษ และก็ต้องหาทางที่จะติดอุปกรณ์ช่วยลดอุณภูมิลงครับ

เอกสารอ้างอิง

ดร.มั่นสิน ตัณฑุลเวศน์  การควบคุมระบบแอ็คฑิเว็ตเต็ดสลัดจ์

ตำราระบบบำบัดมลพิษทางน้ำ โดยกรมโรงงานอุตสาหกรรม