การบำบัดน้ำเสีย

ผศ.ดร.ชาญวิทย์ โฆษิตานนท์

                    น้ำเป็นปัจจัยที่สำคัญในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ร่างกายของคนมีน้ำเป็นส่วนประกอบประมาณร้อยละ 50-60 ของน้ำหนักตัว ขึ้นอยู่กับเพศและอายุ¹ ดังนั้นการขาดน้ำจึงเป็นเรื่องที่อันตรายอย่างมาก ถึงแม้ว่าโลกจะมีน้ำครอบคลุมพื้นที่ผิวโลกถึงเศษสามส่วนสี่ของผิวโลกทั้งหมด แต่ส่วนใหญ่เป็นน้ำทะเลซึ่งน้ำทะเลนั้นมนุษย์และสัตว์บกทั่วไปไม่สามารถนำมาดื่มได้ มีเพียงน้ำจืดที่เป็นน้ำผิวดินและน้ำบาดาลเท่านั้นที่มนุษย์สามารถนำมาดื่มได้ น้ำจืดเหล่านี้มีที่มาจากน้ำทะเลที่ระเหยเป็นไอ แล้วควบแน่นเป็นหยาดน้ำฟ้าตกลงมาเป็นน้ำบนบกตามวัฏจักรน้ำ

                    นอกจากดื่มแล้วเรายังใช้น้ำในกิจกรรมอื่นๆด้วย เช่น การทำความสะอาดในชีวิตประจำวัน การปรุงอาหาร การผลิตในอุตสาหกรรมต่างๆ เมื่อน้ำผ่านการใช้จะมีสิ่งปนเปื้อนลงไปในน้ำ หากพิจารณาแล้วว่าน้ำที่ผ่านการใช้นั้นสกปรกจะเรียกน้ำนี้ว่าน้ำเสีย เมื่อครั้งที่ประชากรยังไม่หนาแน่นมาก โรงงานอุตสาหกรรมยังมีน้อย น้ำเสียจะถูกปล่อยลงแม่น้ำลำคลองที่มีน้ำไหลเพื่อให้ความสกปรกเจือจางลง นอกจากนี้ยังมีพืชน้ำและจุลินทรีย์ที่สามารถดูดซับเอาสารเคมีบางอย่างในน้ำเสียไปใช้ในการดำรงชีวิต ทำให้ความสกปรกในน้ำมีน้อยลงจึงถือว่าน้ำนั้นสะอาดขึ้นดังภาพที่ 1 ด้วยเหตุนี้สมัยก่อนเราจึงไม่จำเป็นต้องบำบัดน้ำเสียเพราะธรรมชาติช่วยบำบัดให้อยู่แล้ว ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดเจนคือน้ำในแม่น้ำเจ้าพระยาในสมัยก่อนที่จำนวนประชากรและโรงงานอุตสาหกรรมยังมีน้อย ชุมชนริมน้ำล้วนใช้น้ำและทิ้งน้ำกลับลงแม่น้ำ แต่คุณภาพน้ำในแม่น้ำเจ้าพระยาก็ยังดีอยู่

                ปัจจุบันประชากรหนาแน่นขึ้นมาก โรงงานอุตสาหกรรมก็มากขึ้นทำให้ปริมาณน้ำเสียมีมากขึ้น ความสกปรกในน้ำก็เพิ่มสูงขึ้น จุลินทรีย์จึงเพิ่มจำนวนได้เร็วเพราะมีอาหารมากเกินพอ เมื่อจุลินทรีย์ในน้ำชนิดที่ใช้ออกซิเจนในการหายใจ (aerobic microorganism) เพิ่มจำนวนขึ้น ก็จะใช้ออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำมากขึ้นด้วย ในแหล่งน้ำบางแห่งที่น้ำลึก นิ่ง หรือผิวน้ำมีพื้นที่น้อยออกซิเจนจะละลายลงในน้ำได้น้อยกว่าที่จุลินทรีย์ต้องการใช้ ทำให้ออกซิเจนที่ละลายในน้ำมีเหลือน้อยมากหรือหมดไปในบางกรณี เมื่อเป็นเช่นนั้นจุลินทรีย์ชนิดที่ไม่ต้องการออกซิเจน (anaerobic microorganisms) จึงสามารถเจริญเติบโตขึ้นมาแทนจุลินทรีย์ชนิดที่ต้องการออกซิเจน เมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์ชนิดที่ไม่ต้องการออกซิเจนนั้นส่วนใหญ่สามารถสร้างแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ขึ้นทำให้มีกลิ่นเหม็นเหมือนไข่เน่า แก๊สชนิดนี้สามารถทำปฏิกิริยากับโลหะในน้ำเกิดเป็นสารประกอบโลหะซัลไฟด์ซึ่งบางชนิดทำให้น้ำมีสีดำ เช่น เหล็กซัลไฟด์ กลิ่นแก๊สไข่เน่าและสีดำทำให้เราเรียกน้ำนั้นว่าน้ำเน่า การทิ้งน้ำเน่าลงในแม่น้ำลำคลองมากๆก็จะทำให้แม่น้ำลำคลองพลอยเน่าไปด้วย ดังภาพที่ 2

                        ในปีพ.ศ. 2534 มีการออกประกาศกรมเจ้าท่าที่ 67/2534 กำหนดให้ต้องขออนุญาตปล่อยน้ำทิ้งลงสู่แม่น้ำเป็นรายปี² และกำหนดให้น้ำทิ้งต้องมีคุณภาพตามมาตรฐานที่ประกาศกำหนดไว้ โรงงานอุตสาหกรรมจึงต้องมีการบำบัดน้ำเสียก่อนทิ้งลงสู่แม่น้ำ ต่อมาแม้กระทั่งน้ำทิ้งจากบ้านเรือนในกรุงเทพฯ ก็มากเกินกว่าจะทิ้งลงแม่น้ำลำคลองโดยไม่ต้องบำบัด กรุงเทพมหานครฯ จึงสร้างระบบรวบรวมน้ำเสียและโรงบำบัดน้ำเสีย เช่น ที่ช่องนนทรี สี่พระยา ดินแดง เป็นต้น 

           การบำบัดน้ำเสียไม่ว่าจะเป็นน้ำเสียจากบ้านเรือนที่เรียกแบบเป็นทางการว่าน้ำเสียชุมชน หรือน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมก็ใช้หลักการเดียวกันคือ การแยกสิ่งปนเปื้อนออกจากน้ำ การแยกนั้นทำได้หลายวิธีตามธรรมชาติของสิ่งปนเปื้อน ส่วนจะเลือกวิธีใดก็ต้องพิจารณาต้นทุนการบำบัดไม่ให้สูงเกินความจำเป็น

กระบวนการทั่วไปที่ใช้บำบัดน้ำเสียมีดังนี้

1. วิธีการทางกายภาพ เป็นการใช้กระบวนการเชิงกลในการแยกสิ่งปนเปื้อนมีขนาดใหญ่และไม่ละลายน้ำออกจากน้ำ เช่น

              การกรอง เป็นวิธีการง่ายๆ ใช้ตะแกรงหรือแผ่นกรอง (ดังภาพที่ 3) กรองน้ำเสียเพื่อแยกขยะชิ้นใหญ่ไปกำจัดด้วยวิธีอื่นต่อไป 

               การตกตะกอน น้ำที่มีสิ่งปนเปื้อนขนาดเล็กกรองออกยากและหนักกว่าน้ำมาก เช่น กรวด ทราย การออกแบบให้มีแผ่นกั้นหรือทำทางน้ำไหลให้วกวน ดังภาพที่ 4 เพื่อเพิ่มระยะทางการไหลและทำให้น้ำไหลช้าลงก็จะช่วยให้สิ่งเจือปนตกตะกอน แยกออกจากน้ำได้ง่าย

                    การดูดซับ ด้วยตัวดูดซับที่เหมาะสม เช่น เรซิน ถ่านกัมมันต์ ก็เป็นวิธีการที่นำมาใช้ในกรณีที่สิ่งปนเปื้อนละลายน้ำ ไม่สามารถกรองด้วยตะแกรงได้และทำให้ตกตะกอนยากแต่กฎหมายกำหนดให้บำบัดเพราะเป็นพิษ เช่น สารเคมีที่ละลายอยู่ในน้ำทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรม

                  น้ำที่ผ่านกระบวนการบำบัดด้วยวิธีการทางกายภาพหากเหลือความสกปรกน้อยกว่าที่กำหนดในกฎหมายก็ทิ้งลงสู่แหล่งน้ำสาธารณะได้เลย แต่ถ้ายังสกปรกเกินกว่าที่กฎหมายกำหนดก็ต้องนำไปบำบัดด้วยวิธีอื่นต่อไป

2. วิธีทางเคมี น้ำเสียที่มีสารเคมีละลายอยู่ และไม่สามารถบำบัดด้วยวิธีทางกายภาพก็อาจเติมสารเคมีที่เหมาะสม เพื่อเปลี่ยนรูปเป็นเกลือที่มีความเป็นพิษน้อยลง หรือทำให้ตกตะกอนแยกออกจากน้ำได้ง่ายขึ้น วิธีนี้สิ้นเปลืองเพราะต้องซื้อสารเคมีเพิ่มไปเรื่อยๆ

3. วิธีการทางชีววิทยา เป็นวิธีการที่เลียนแบบกระบวนการทางธรรมชาติที่สิ่งมีชีวิตดูดซับเอาสารอาหารจากธรรมชาติมาใช้ในการดำรงชีวิต โดยปรับสภาวะแวดล้อมให้สิ่งมีชีวิตในน้ำทิ้งเจริญอย่างรวดเร็ว สิ่งมีชีวิตเหล่านั้นก็จะดูดซับเอาสิ่งปนเปื้อนในน้ำไปใช้เร็วขึ้น ทำให้น้ำสะอาดจนสามารถทิ้งลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติได้โดยไม่ทำให้แหล่งน้ำที่รับน้ำทิ้งเน่าเสีย เนื่องจากสิ่งมีชีวิตในน้ำมีหลายรูปแบบทำให้สามารถเลือกมาใช้ให้เหมาะสมกับน้ำทิ้งแต่ละประเภทที่สกปรกไม่เท่ากัน โดยทั่วไปสิ่งมีชีวิตที่ใช้ในการบำบัดน้ำเสียมีสองกลุ่มใหญ่ๆ คือ พืช และจุลินทรีย์

การใช้พืชบำบัดน้ำเสีย จัดเป็นรูปแบบหนึ่งของกระบวนการที่เรียกว่า Phytoremediation ซึ่ง Phytoremediation ครอบคลุมไปถึงการใช้พืชดูดซับสารพิษในดิน⁴ แต่ในกรณีนี้เป็นการทำพื้นที่ชุ่มน้ำ (wetland) โดยปลูกพืชที่ชอบพื้นที่ชุ่มน้ำ เช่น ธูปฤาษี กก พุทธรักษา เป็นต้น แล้วให้น้ำเสียไหลผ่าน พืชจะดูดซับสารปนเปื้อนจากน้ำรวมทั้งกรองตะกอนที่มีในน้ำ ทำให้น้ำสะอาดขึ้น ปัจจุบันมีแปลงสาธิตเพื่อแสดงการใช้พื้นที่ชุ่มน้ำบำบัดน้ำเสียที่โครงการพระราชดำริแหลมผักเบี้ย จังหวัดเพชรบุรี

การใช้จุลินทรีย์บำบัดน้ำเสีย เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปทั้งในการบำบัดน้ำเสียชุมชนและน้ำเสียอุตสาหกรรม เพราะเป็นวิธีที่บำบัดน้ำให้สะอาดได้เร็ว ควบคุมง่าย ต้นทุนไม่สูงนัก หลักการคือปรับสภาวะในถังบำบัดน้ำเสียให้เหมาะกับการเจริญของจุลินทรีย์ ทำให้จุลินทรีย์แบ่งตัวเพิ่มจำนวนและดูดซับสารเข้าไปในเซลล์ น้ำจึงสะอาดขึ้น หลังจากนั้นแยกจุลินทรีย์ออกจากน้ำเพื่อให้น้ำสะอาด มีลักษณะสมบัติตามกฎหมายกำหนด เนื่องจากจุลินทรีย์มีทั้งแบบที่ใช้ออกซิเจนและแบบที่ไม่จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนในการหายใจ ระบบบำบัดน้ำเสียด้วยจุลินทรีย์จึงมีทั้งแบบที่ต้องเติมอากาศ และแบบที่ไม่ต้องเติมอากาศ

แบบที่ต้องเติมอากาศ สามารถบำบัดน้ำเสียได้เร็วเหมาะกับที่ๆ มีน้ำเสียมากพอที่จะไหลเข้าสู่ระบบทั้งวัน เช่น โรงงานอุตสาหกรรมอาหารที่มีการผลิตต่อเนื่องตลอดวัน หรือแม้กระทั่งชุมชนขนาดใหญ่ เช่น กรุงเทพฯ ซึ่งมีน้ำเสียที่ต้องบำบัดถึงวันละกว่า 703,000 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน³ แต่การเติมอากาศ (ดังภาพที่ 5) ทำให้ต้องเสียค่าไฟฟ้าและทำให้มีตะกอนจุลินทรีย์เกิดขึ้นมาก จึงต้องมีกระบวนการกำจัดตะกอนจุลินทรีย์ต่อไปอีก ต้นทุนการบำบัดจึงค่อนข้างสูง

แบบที่ไม่เติมอากาศ บำบัดน้ำเสียได้ช้ากว่าแบบเติมอากาศ จุลินทรีย์แบบนี้ต้องการสารอาหารมากจึงเหมาะกับน้ำเสียที่มีสารปนเปื้อนเข้มข้น เช่น โรงงานอุตสาหกรรมอาหารกระป๋อง อุตสาหกรรมแป้งและน้ำตาลเป็นต้น เมแทบอลิซึมของจุลินทรีย์แบบนี้เป็นการหมัก (fermentation) เป็นส่วนใหญ่ ทำให้เกิดแก๊สมีเทนซึ่งสามารถเก็บรวบรวมเพื่อนำไปใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ (ภาพที่ 6) ในต่างประเทศมีการนำแก๊สมีเทนไปใช้เดินเครื่องผลิตไฟฟ้า ข้อด้อยของการบำบัดน้ำเสียแบบนี้คือน้ำที่ผ่านการบำบัดยังคงมีความสกปรกเหลืออยู่มาก ต้องนำไปบำบัดแบบเติมอากาศอีกครั้งจึงจะสะอาดพอที่จะทิ้งลงแหล่งน้ำสาธารณะได้ 

              ปัจจุบันประชากรโลกมีมากขึ้น จึงจำเป็นต้องเพาะปลูกธัญพืชเพื่อใช้เป็นอาหาร เช่น ข้าว ข้าวสาลี ข้าวโพด รวมทั้งต้องเพาะปลูกพืชเพื่อใช้เป็นพลังงาน เช่น ปาล์ม สบู่ดำ ให้มากขึ้น ความต้องการใช้น้ำในการเกษตรจึงสูงขึ้นไปด้วย ในภาวะแห้งแล้งที่ประเทศไทยกำลังประสบอยู่ในปัจจุบัน การนำน้ำที่บำบัดสะอาดดีแล้วมาใช้ในการเกษตรจะช่วยให้เราใช้น้ำได้คุ้มค่ากับการลงทุนบำบัดน้ำ และยังเป็นการช่วยลดปัญหาการแย่งชิงน้ำระหว่างการอุปโภคและการเกษตรไปพร้อมกันด้วย

รายการอ้างอิง

1. ดุลย์น้ำ (online) http://www.mt.mahidol.ac.th/e-learning/bodyfluid%20and%20electrolyte/water.htm.(Retrieved 05/04/2015).

2. ธเรศ ศรีสถิตย์ 2549 รวมกฎหมายและกฎกระทรวงสำหรับระบบการจัดการสิ่งแวดล้อม สำนักพิมพ์แห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย กรุงเทพฯ.

3. Raskin, I. and Ensley, B.D. 2000 Phytoremediation of Toxic Metals, Using Plants to Clean Up the Environment. John wiley & Sons New York.

ขอขอบคุณที่มา : http://biology.ipst.ac.th/?p=3303