การบำบัดและใช้ประโยชน์จากน้ำเสียจากกระบวนการผลิต
อุตสาหกรรมผลิตแป้งมันสำปะหลังเป็นอุตสาหกรรมที่มีการน้ำในกระบวนการผลิตเป็นปริมาณมาก ส่งผลให้น้ำที่ใช้เกือบทั้งหมดจะกลายเป็นน้ำเสีย และน้ำส่วนหนึ่งจะสูญหายไปในกระบวนการสลัดแห้ง และอบแห้ง ส่วนลักษณะสมบัติของน้ำเสียก่อนเข้าสู่ระบบมีค่าความสกปรกในรูปบีโอดี ซีโอดีและปริมาณของแข็งค่อนข้างสูง ส่วนไนโตรเจนทั้งหมดมีปริมาณค่อนข้างต่ำ ทั้งนี้แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบในน้ำเสียดังกล่าวส่วนใหญ่เป็นสารอินทรีย์ ซึ่งลักษณะสมบัติของน้ำเสียที่ออกจากโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังแสดงในตาราง
ตารางค่าเฉลี่ยของลักษณะสมบัติของน้ำเสียที่ออกจากโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลัง
(โสภิดา บุญอเนกทรัพย์, 2541)
|
พารามิเตอร์
|
โรงงาน
ขนาดเล็ก |
โรงงาน
ขนาดกลาง |
โรงงาน
ขนาดใหญ่ |
มาตรฐานน้ำทิ้งจาก
โรงงานอุตสาหกรรม |
|
pH
|
4.75
|
4.69
|
6.33
|
5.5-9.0
|
|
COD (mg/l)
|
13,000
|
15,000
|
19,300
|
400
|
|
BOD (mg/l)
|
6,465
|
10,555
|
12,645
|
60
|
|
TKN (mg/l)
|
228
|
248
|
512
|
200
|
|
TS (mg/l)
|
13,030
|
12,550
|
19,845
|
-
|
|
SS (mg/l)
|
7,445
|
5,790
|
6,990
|
150
|
|
TDS (mg/l)
|
5,580
|
6,820
|
12,850
|
5000
|
การบำบัดน้ำเสียเป็นการกำจัดสารต่างที่ปนเปื้อนทำให้เกิดน้ำเสียประกอบด้วยวิธีการหลายวิธีการสามารถแบ่งออกได้เป็น 3 วิธี คือ วิธีการบำบัดทางกายภาพ (Physical treatment) วิธีการบำบัดทางเคมี (Chemical treatment) และวิธีการบำบัดทางชีววิทยา (Biological treatment) สำหรับอุตสาหกรรมผลิตแป้งมันสำปะหลัง กระบวนการบำบัดน้ำเสียทางชีววิทยานับเป็นวิธีการที่เหมาะสม เนื่องจากของเสียอยู่ในรูปสารอินทรีย์ และสามารถเป็นอาหารให้จุลินทรีย์ได้ดี แบคทีเรียที่ใช้ได้เป็น 2 ชนิดระบบบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีการทางชีวภาพเบ่งได้เป็น 2 ชนิด คือ Autotrophic bacteria และ Heterotrophic bacteria
1. Autotrophic bacteria แบคทีเรียชนิดนี้จะใช้ออกซิเจนอิสระ (Free oxygen) เผาผลาญสารอนินทรีย์เพื่อให้ได้พลังงานและจะใช้คาร์บอนไดออกไซด์ ได้แก่ nitrifying bacteria สามารถเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนเตรด
2. Heterotrophic bacteria แบคทีเรียประเภทนี้ได้พลังงานและธาตุคาร์บอนจากสาร อินทรีย์แบ่งออกเป็น 3 ชนิด
2.1) Aerobic bacteria ชนิดนี้ไม่สามารถเติบโตเมื่อขาดออกซิเจน
2.2) Facultative bacteria ชนิดนี้สามารถเติบโตได้ในสิ่งแวดล้อมทั้งมีออกซิเจนและไม่มีออกซิเจน เมื่อมีออกซิเจนอยู่จะเติบโตได้อย่างรวดเร็ว สามารถปรับตัวได้ทั้ง 2 สภาวะ
2.3) Anaerobic bacteria ชนิดนี้ไม่สามารถเติบโตได้เมื่อมีออกซิเจน
การบำบัดน้ำเสียด้วยระบบชีววิทยา
การบำบัดน้ำเสียสามารถแบ่งได้เป็น 2 ระบบ การบำบัดน้ำเสียแบบใช้อากาศ (Aerobic treatment) การบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศ (Anaerobic treatment)
การบำบัดน้ำเสียแบบใช้อากาศ (Aerobic treatment)
การบำบัดน้ำเสียแบบใช้อากาศ หมายถึง การบำบัดโดยใช้ออกซิเจนอิสระเพื่อให้จุลินทรีย์ชนิดที่ใช้ออกซิเจนสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ โดยจุลินทรีย์ชนิดใช้ออกซิเจน (Aerobic bacteria) จะทำการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสียให้กลายเป็น แอมโมเนีย ไนเตรท ซัลเฟต ฟอตเฟต ระบบนี้มีข้อดีคือสามารถบำบัดน้ำเสียให้มีคุณภาพอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานได้ ไม่มีกลิ่นเหม็น และระบบบำบัดบางชนิดสามารถกำจัดสารอาหารได้ แต่มีข้อเสียคือสำหรับในหน่วยงานที่มีพื้นที่จำกัด จำเป็นจะต้องทำการเติมอากาศให้กับจุลินทรีย์ซึ่งต้องเสียค่าใช้จ่ายสูง และระบบนี้จะไม่ได้ผลิตภัณฑ์ที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ ระบบบำบัดแบบใช้อากาศที่นิยม ได้แก่ ระบบบ่อปรับเสถียร (Stabilization pond) ระบบบ่อเติมอากาศ (Aerated lagoon) ระบบตะกอนเร่ง (Activated sludge, AS) ระบบโปรยกรอง (Trickling filter) ระบบแผ่นหมุนชีวภาพ (Rotating biological contactor, RBC) บึงประดิษฐ์ (Construction wetland)
การบำบัดน้ำเสียแบบใช้อากาศ หมายถึง การบำบัดโดยใช้ออกซิเจนอิสระเพื่อให้จุลินทรีย์ชนิดที่ใช้ออกซิเจนสามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ โดยจุลินทรีย์ชนิดใช้ออกซิเจน (Aerobic bacteria) จะทำการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสียให้กลายเป็น แอมโมเนีย ไนเตรท ซัลเฟต ฟอตเฟต ระบบนี้มีข้อดีคือสามารถบำบัดน้ำเสียให้มีคุณภาพอยู่ในเกณฑ์มาตรฐานได้ ไม่มีกลิ่นเหม็น และระบบบำบัดบางชนิดสามารถกำจัดสารอาหารได้ แต่มีข้อเสียคือสำหรับในหน่วยงานที่มีพื้นที่จำกัด จำเป็นจะต้องทำการเติมอากาศให้กับจุลินทรีย์ซึ่งต้องเสียค่าใช้จ่ายสูง และระบบนี้จะไม่ได้ผลิตภัณฑ์ที่สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ ระบบบำบัดแบบใช้อากาศที่นิยม ได้แก่ ระบบบ่อปรับเสถียร (Stabilization pond) ระบบบ่อเติมอากาศ (Aerated lagoon) ระบบตะกอนเร่ง (Activated sludge, AS) ระบบโปรยกรอง (Trickling filter) ระบบแผ่นหมุนชีวภาพ (Rotating biological contactor, RBC) บึงประดิษฐ์ (Construction wetland)
การบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศ (Anaerobic treatment)
การบำบัดน้ำเสียแบบไม่ใช้อากาศ หมายถึง การบำบัดที่อาศัยการทำงานของจุลินทรีย์ที่ดำรงชีวิตอยู่ได้ โดยไม่ต้องการก๊าซออกซิเจน ระบบบำบัดชนิดนี้มีข้อดีคือใช้พลังงานน้อย ได้ผลิตภัณฑ์เป็นก๊าซมีเทนซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ เช่น ใช้เป็นก๊าซหุงต้ม ใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า มีตะกอนส่วนเกินน้อย แต่ระบบการบำบัดดังกล่าวมีการเริ่มดำเนินงานเดินระบบซับซ้อนและใช้เวลานาน น้ำที่บำบัดนอกจากนั้นแล้วน้ำที่ผ่านจากการบำบัดยังมีค่าความสกปรกที่เกินมาตรฐานไม่สามารถปล่อยออกสู่แหล่งน้ำได้โดยตรง และอาจมีกลิ่นเหม็นเนื่องจากก๊าซที่เกิดจากการย่อยสลาย เช่น ก๊าซไข่เน่า (H2S) ระบบบำบัดแบบไม่ใช้อากาศที่นิยม ได้แก่ ระบบบ่อหมัก (Anaerobic pond) ถังเกรอะ (Septic tank) ถังกรองไร้อากาศ (Anaerobic Filter) UASB (Upflow anaerobic sludge blanket) และถังหมักไร้อากาศแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ (Anaerobic fixed film) เป็นต้น
ระบบบำบัดน้ำเสียในโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลัง
ระบบบำบัดแบบบ่อเปิด (Open pond) (วันทนา เกียรติสมาน, 2543)
โรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังเป็นอุตสาหกรรมเกษตร น้ำเสียจากโรงงานจึงมีอินทรียสารอยู่สูง ระบบบัดน้ำเสียดั้งเดิมที่โรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังส่วนใหญ่ใช้เป็นระบบเปิดที่เป็นบ่อขุด หลายๆ บ่อไหลอย่างต่อเนื่องกัน ซึ่งใช้พื้นที่ในการบำบัดสูง เนื่องจากมีประสิทธิภาพต่ำ บ่อบำบัดจึงมีขนาดใหญ่ ระบบบำบัดน้ำเสียระบบบ่อเปิดประกอบด้วย บ่อหมัก (Anaerobic ponds) ติดตามด้วยบ่อกึ่งหมัก (Facultative ponds) และบ่อผึ่ง (Aerobic ponds) ซึ่งเป็นการบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีการทางชีวภาพ (Biological wastewater treatment) เพื่อกำจัดสารอินทรีย์ที่ละลายอยู่ในน้ำเสียอาศัยหลักการที่ใช้สิ่งมีชีวิตหรือจุลชีพต่างๆ มาทำการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเพื่อไม่ก่อให้เกิดปัญหาภาวะมลพิษต่อแหล่งน้ำธรรมชาติ ระบบบำบัดน้ำเสียจากโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ประกอบด้วยบ่อบำบัดแบบหมัก บ่อบำบัดแบบกึ่งหมัก และบ่อบำบัดแบบผึ่ง ตามลำดับ
บ่อบำบัดแบบหมัก (Anaerobic ponds)
เป็นบ่อดินขนาดใหญ่ มีความลึกประมาณ 3.0-4.0 เมตร สามารถรับน้ำเสียที่มีภาระอินทรีย์ (Organic loading rate) ได้มาก หรือมีค่าบีโอดีสูงๆ จนทำให้บ่อไม่สามารถผลิตออกซิเจนเนื่องจากกระบวนการสังเคราะห์แสงได้ ซึ่งกระบวนการสังเคราะห์แสงภายในบ่อสามารถทำให้ไม่เกิดขึ้นได้ โดยการลดพื้นที่ผิวของบ่อ เพิ่มความลึกของบ่อ และเพิ่มภาระการรับสารอินทรีย์ขึ้น ในระหว่างที่น้ำทิ้งอยู่ในบ่อ สารอินทรีย์ในน้ำทิ้งจะถูกแบคทีเรียทำลายด้วยปฎิกริยาเคมีแบบไม่ใช้ออกซิเจน ทำให้น้ำทิ้งมักมีกลิ่นเหม็นอันเนื่องมาจากก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์และสารประกอบซัลไฟด์อื่นๆ และบางส่วนจะเปลี่ยนรูปไปเป็นก๊าซหลายชนิด ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นก๊าซมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำเสียจะถูกปล่อยเข้ามาในบริเวณก้นบ่อ เพื่อให้มีโอกาสสัมผัสกับชั้นของตะกอน จุลินทรีย์ที่จมตัวอยู่ที่ก้นบ่อ และน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะถูกปล่อยออกไปตามท่อที่อยู่ตรงข้ามกับท่อน้ำเข้า และท่อน้ำออกนี้จะต้องอยู่ต่ำกว่าระดับไขข้นที่ปกคลุมบ่อ ไม่จำเป็นต้องมีการกวนตะกอนให้เกิดการหมุนเวียนภายในบ่อ เพราะก๊าซที่เกิดขึ้น เกิดจากกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนนี้ มีปริมาณมากพอที่ทำให้เกิดการหมุนเวียนของตะกอนจุลินทรีย์ภายในบ่อได้อย่างพอเพียง
บ่อบำบัดแบบกึ่งหมัก (Facultative ponds)
เป็นบ่อดินที่มีความลึกน้อยกว่าบ่อหมัก โดยมีความลึกประมาณ 1.0-2.5 เมตร การทำงานของจุลินทรีย์ในบ่อกึ่งหมักมี 3 เขต คือ เขตบนเป็นการทำงานของแบคทีเรียที่ต้องการออกซิเจน (Aerobic bacteria) และจะมีสาหร่ายเกิดขึ้นอยู่รวมกัน เขตก้นบ่อเป็นการทำงานของแบคทีเรียที่ไม่ต้องการออกซิเจน (Anaerobic bacteria) ที่จะทำการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ก้นบ่อ และเขตรอยต่อเป็นการทำงานของแบคทีเรียที่สามารถเจริญได้ในสภาพที่มีออกซิเจนน้อย คือสามารถอาศัยได้ทั้งในสภาพที่มีออกซิเจนและไม่มีออกซิเจน (Facultative bacteria)
บ่อบำบัดแบบบ่อผึ่ง (Aerobic ponds)
เป็นบ่อดินกว้าง มีความลึกน้อยที่สุดในทั้งสามบ่อบำบัด คือมีความลึกประมาณ 1.0-1.5 เมตร จุลินทรีย์ในระบบซึ่งประกอบด้วย แบคทีเรียและสาหร่าย ดำรงชีพอยู่ด้วยการพึ่งพาอาศัยซึ่งกันและกัน และสาหร่ายจะสังเคราะห์แสงโดยใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ที่ปล่อยออกมาจากการย่อยสลายสารอินทรีย์คาร์บอนของแบคทีเรีย ให้ก๊าซออกซิเจนออกมา ก๊าซออกซิเจนที่เกิดขึ้นก็จะถูกนำไปใช้โดยแบคทีเรียที่ใช้อากาศในการย่อยสลายสารอินทรีย์คาร์บอนในน้ำเสีย และให้ผลผลิตออกมาเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งจะถูกสาหร่ายนำไปใช้เป็นวัฎจักรต่อไป นอกจากนี้ การทำให้เกิดสภาวะมีออกซิเจนละลายอยู่ในบ่ออย่างทั่วถึงนั้น บ่อจึงไม่ควรลึก เพราะออกซิเจนจากบรรยากาศจะแทรกซึมลงไปได้มากขึ้น และสาหร่ายจะได้รับแสงแดดอย่างทั่วถึง และนำไปใช้ในการสังเคราะห์มากยิ่งขึ้น รอบๆบ่อไม่ควรปลูกต้นไม้ใหญ่หรือสิ่งกีดขวางที่จะบดบังกระแสลมและแสงแดด
ระบบบำบัดแบบปิด (Closed system)
ถังปฏิกรณ์ไร้อากาศแบบผสมกวน (Completely stirred tank reactor; CSTR)
เป็นถังปฏิกรณ์ (Closed anaerobic tank system) ซึ่งเป็นระบบำบัดไร้อากาศที่ใช้จุลินทรีย์ เป็นตัวย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสียภายในถังปฏิกรณ์ ติดตั้งอุปกรณ์กวาดตะกอน (Scraper) ตรงด้านล่างของถังปฏิกรณ์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในภาพในการบำบัด ถังปฏิกรณ์มีจุดเด่นคือการกวนผสมภายในถังตลอดเวลาทำให้จุลินทรีย์ได้สัมผัสกับสารอินทรีย์อย่างทั่วถึง ซึ่งจะเพิ่มความสามารถในการผลิตก๊าซชีวภาพได้อีกด้วยระบบนี้เมื่อจุลินทรีย์ย่อยสลายสารแขวนลอยในน้ำเสียจะได้ ก๊าซชีวภาพเป็นผลพลอยได้ลอยสู่ด้านบนเหมาะกับน้ำเสียที่มีสารแขวนลอยสูง (ธีรพล วัฒนโกศล, 2548)
ถังปฏิกรณ์ไร้อากาศแบบแผ่นกั้น (Anaerobic baffled reactor; ABR)
ระบบบำบัดน้ำเสียแบบนี้มีลักษณะเป็นถังที่มีแผ่นกั้นขวางหลายแผ่นติดตั้งไว้ในถังยาว การไหลของน้ำเสียเข้าสู่ระบบจะเป็นลักษณะไหลขึ้นไหลลง (หรือซ้ายขวา) สลับกันไปหลายครั้ง เมื่อน้ำเสียไหลไปตามช่องทางที่ออกแบบไว้ภายในบ่อ สารอินทรีย์ในน้ำเสียจะสัมผัสจุลินทรีย์ระหว่างการเดินทาง ภายในบ่อจนกว่าความสกปรกลดลงตามลำดับก่อนจะออกจากระบบ
ถังปฏิกรณ์ไร้อากาศแบบชั้นสลัดจ์ (Upflow anaerobic sludge blanket; UASB)
หลักการของระบบนี้จะให้น้ำเสียไหลขึ้น น้ำเสียที่ประกอบไปด้วยสารอินทรีย์ ซึ่งเป็นสารอาหารของจุลินทรีย์จะถูกป้อนเข้าจากทางด้านล่าง ระหว่างที่ไหลขึ้นสู่ด้านบนของถังปฏิกรณ์นั้นสารอินทรีย์จะสัมผัสกับเม็ดตะกอนจุลินทรีย์ที่ทำหน้าที่ย่อยสลายคือ จุลินทรีย์จะจับตัวเป็นเม็ดเล็กๆ (Granules) เส้นผ่านศูนย์กลางราว 1-2 มิลลิเมตร มีคุณสมบัติในการตกตะกอนได้ดีมาก ภายในระบบจะแบ่งออกเป็น 2 ชั้น คือ ชั้นนำและชั้นตะกอน โดยจะมีระบบแยกน้ำใสภายในถังปฏิกรณ์ และมีระบบเก็บรวบรวมก๊าซที่ผลิตขึ้นมาได้เพื่อนำออกจากถังปฏิกรณ์ วิธีการคือมีเม็ดตะกอนจุลินทรีย์สามารถกระจายอยู่ทั่วไปในระบบโดยไม่ต้องเกาะยึดกับวัสดุตัวกลาง (Inert media) จึงจะประหยัดค่าใช้จ่ายสำหรับวัสดุตัวกลางได้ ระบบนี้เหมาะกับน้ำเสียที่มีสารแขวนลอยต่ำ
ระบบบำบัดแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ชนิดไร้อากาศ (Anaerobic fixed film reactor; AFFR)
เป็นระบบบำบัดน้ำเสียที่ใช้วัสดุตัวกลางบรรจุอยู่ภายในระบบถังปฏิกรณ์ ระบบบำบัดแบบนี้เป็นระบบที่มีประสิทธิภาพสูง เนื่องจากมีการกักเก็บเซลล์จุลินทรีย์ให้คงอยู่ในระบบบำบัด โดยการตรึงเซลล์จุลินทรีย์ไว้บนผิววัสดุตัวกลาง (Media หรือ Supporting materials) เช่น ตาข่ายไนล่อนหรือเชือกไนล่อน เป็นต้น ในรูปของฟิล์มชีวะ (Biofilm) ซึ่งสามารถลดการสูญเสียจุลินทรีย์ออกไปพร้อมกับน้ำทิ้งที่ผ่านการบำบัดทำให้ระบบสามารถกำจัดสารอินทรีย์ได้อย่างคงที่และสามารถกลับสู่สภาวะทำงานปกติได้เร็ว หากเกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพของน้ำเสียที่ไหลเข้าระบบหรือเกิดภาระสารอินทรีย์สูงเกินไป (สถาบันพัฒนาและฝึกอบรมโรงงานต้นแบบ, 2542)