| ผู้เขียน | ดร.สุดา อิทธิสุภรณ์รัตน์,ดร.สุธิดา ทีปรักพันธุ์ |
|---|---|
| เผยแพร่ |
จากปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นต่อเนื่อง ส่งผลต่อฤดูกาลให้ฤดูฝนมีระยะเวลาสั้นลง ปริมาณฝนที่ลดน้อยลงทำให้ปริมาณน้ำในเขื่อนและอ่างเก็บน้ำทั่วประเทศมีปริมาณไม่เพียงพอสำหรับประชาชนสำหรับใช้อุปโภคบริโภคและเพื่อการเกษตร ฤดูแล้งที่ยาวนานขึ้นส่งผลกระทบโดยตรงต่อกิจกรรมทางการเกษตร เช่น ดินขาดความชุ่มชื้น พืชขาดน้ำ พืชชะงักการเจริญเติบโต ผลผลิตที่ได้มีปริมาณและคุณภาพลดลง โดยเฉพาะพื้นที่นอกเขตชลประทาน ทำให้ประชาชนประสบกับความเดือดร้อนในหลายพื้นที่
น้ำเสียชุมชน หรือ Municipal wastewater หมายถึง น้ำที่ผ่านการใช้ประโยชน์โดยหมู่ชุมชนในกิจกรรมต่างๆ เพื่อการอุปโภคและบริโภค ได้แก่ น้ำทิ้งจากครัว น้ำทิ้งจากการซักล้าง น้ำทิ้งจากห้องน้ำ เป็นต้น ส่งผลให้น้ำดังกล่าวมีคุณลักษณะที่เปลี่ยนไปจากเดิมเนื่องจากปนเปื้อนสิ่งสกปรก หากไม่ได้รับการบำบัดอย่างถูกต้องก่อนปล่อยลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ อาจก่อให้เกิดผลกระทบต่อระบบนิเวศ ซึ่งมีผลต่อคุณภาพของแหล่งน้ำต้นทุนเพื่อการอุปโภคบริโภคของประชาชนด้วย ดังนั้น การบำบัดน้ำเสียชุมชนจึงเป็นเรื่องที่สำคัญไม่ยิ่งหย่อนไปกว่าการบำบัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม ที่ต้องได้รับการกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากน้ำด้วยวิธีที่เหมาะสมก่อนปล่อยลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติต่อไป
น้ำเสียชุมชน แบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ น้ำเสียจากส้วม หรือน้ำแบล็ก (Blackwater) ประเภทที่สองเป็นน้ำเสียจากการซักล้างที่ไม่รวมน้ำเสียจากส้วม ได้แก่ น้ำจากการชำระล้างร่างกาย น้ำจากอ่างล้างมือ น้ำจากการซักผ้า และน้ำจากห้องครัว เรียกน้ำส่วนนี้ว่า น้ำเกรย์ (Greywater) ซึ่งเป็นน้ำเสียส่วนใหญ่ที่มีศักยภาพทั้งด้านปริมาณและคุณภาพ น้ำเกรย์ มีปริมาณการใช้มากถึงร้อยละ 86 เทียบเท่าอัตราการใช้น้ำ 130 ลิตรต่อคนต่อวัน และจากการศึกษาโดยศูนย์วิจัยและฝึกอบรมด้านสิ่งแวดล้อม กรมส่งเสริมคุณภาพสิ่งแวดล้อมพบว่า น้ำเกรย์มีการปนเปื้อนสารอินทรีย์ค่อนข้างต่ำ อีกทั้งมีการยอมรับในการนำมาใช้ใหม่มากกว่าน้ำเสียที่มาจากส้วม จึงมีแนวโน้มสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ หากมีการผ่านกระบวนการบำบัดอย่างเหมาะสม
ในการศึกษานี้ จึงมีแนวคิดพัฒนารูปแบบการนำน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้วมาใช้ประโยชน์ด้วยถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรน (membrane bioreactor : MBR) เพื่อให้มีการพัฒนารูปแบบการหมุนเวียนน้ำเข้าสู่เศรษฐกิจหมุนเวียน (circular economy) มีการนำกลับมาใช้ประโยชน์อย่างเป็นรูปธรรม และยังเป็นการส่งเสริมให้เกิดการใช้น้ำอย่างมีประสิทธิภาพ
หลักการทำงานของระบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรน
ถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรน หรือระบบ MBR เป็นเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียขั้นสูงที่ผสานกระบวนการพื้นฐานสองระบบเข้าด้วยกัน ได้แก่ ระบบตะกอนเร่ง (Activated sluge) เพื่อกำจัดสารปนเปื้อนโดยใช้หลักการทางชีววิทยา กล่าวคือ เป็นการใช้จุลินทรีย์ในการย่อยสลายสิ่งปนเปื้อนในน้ำเสีย ซึ่งเป็นหลักการทั่วไปทางวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม กับระบบที่สองคือ ระบบเยื่อกรองเมมเบรน (Membrane) เพื่อกำจัดตะกอนแขวนลอยและสิ่งปนเปื้อนด้วยการกรองแผ่นเมมเบรนที่มีช่องผ่านขนาดเล็กมากในระดับ 0.1-10 ไมโครเมตร
หลักการทำงานของถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรน แสดงดังรูปที่ 1 เมื่อน้ำสกปรกไหลเข้าสู่กรรมวิธีปฏิกิริยาชีวภาพของเยื่อกรองเมมเบรน น้ำและสิ่งสกปรกจะถูกบำบัดด้วยมวลจุลินทรีย์ที่อยู่ในระบบ หลังจากนั้น น้ำที่บำบัดจะถูกกรองผ่านเยื่อกรองเมมเบรนที่มีรูพรุนขนาดไมโครเมตร ในขณะที่มวลจุลินทรีย์ไม่สามารถลอดผ่านเยื่อกรองเมมเบรนได้ และจะถูกกักเก็บอยู่ในถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรน โดยสิ่งสกปรก หรือตะกอนจุลินทรีย์ในระบบจะถูกแรงต้านของฟองอากาศจากปั๊มเติมอากาศทำให้ไม่เกาะติดกับแผ่นเยื่อกรองเมมเบรน ทำให้เยื่อกรองมีสภาพการกรองที่สมบูรณ์อยู่เสมอ ตามระยะเวลาอายุการใช้งานของแผ่นเมมเบรน
เนื่องจากระบบ MBR ถูกคิดค้นและปรับปรุงเพื่อเพิ่มศักยภาพของตัวระบบให้สามารถรองรับความเข้มข้นของจุลินทรีย์ที่ทำหน้าที่ย่อยสลายสิ่งสกปรกในปริมาณที่สูงกว่าระบบบำบัดน้ำเสียทั่วไป และน้ำที่ผ่านการบำบัดสามารถกำจัดตะกอนแขวนลอยเจือปนได้เพราะผ่านเยื่อกรองเมมเบรนในระดับไมครอน ส่งผลให้ระบบมีประสิทธิภาพการบำบัดสูงกว่าระบบบำบัดน้ำเสียทั่วไป โดยน้ำที่ผ่านการบำบัดมีคุณภาพสำหรับนำกลับมาใช้ใหม่ได้
การทดสอบประสิทธิภาพการบำบัดน้ำเสียด้วยระบบ MBR
ถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรน หรือ ระบบ MBR ถูกติดตั้งที่หอพักบุคลากรกัลยาณมิตร มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ องครักษ์ จังหวัดนครนายก ลักษณะการใช้ประโยชน์เป็นอาคารพักอาศัย 8 ชั้น ประกอบด้วย ห้องพักเดี่ยว จำนวน 48 ห้อง และห้องพักแบบครอบครัว จำนวน 16 ห้อง ระหว่างการทดสอบระบบ MBR สามารถรองรับน้ำเสียได้เฉลี่ย 10 ลูกบาศก์เมตร ต่อวัน โดยน้ำที่ผ่านการบำบัดถูกนำมาหมุนเวียนน้ำกลับมาใช้ใหม่สำหรับใช้ในการกดชักโครก และนำไปใช้ในภาคการเกษตรโดยการปลูกพืชกินใบและพืชกินผล ตามลำดับ รูปแบบการติดตั้งระบบและแผนผังการทดสอบสามารถแสดงในรูปที่ 2 และน้ำเสียก่อนและหลังการบำบัดสามารถแสดงในรูปที่ 3
การทดสอบนำน้ำที่ผ่านการบำบัดเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่
กระบวนการทดสอบการนำน้ำที่ผ่านการบำบัดเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่ ครอบคลุมทั้งการนำไปใช้ในภาคประชาชน และในภาคเกษตรกรรมโดยการใช้น้ำในกิจกรรมเพื่อการเกษตรต่างๆ โดยมีรายละเอียดดังนี้
- การหมุนเวียนน้ำสำหรับการนำไปใช้ในชักโครก โดยติดตั้งระบบท่อเพื่อการนำน้ำกลับมาใช้ไหม่ เข้าสู่ห้องน้ำชาย จำนวน 1 ห้อง และห้องน้ำหญิง จำนวน 1 ห้อง ที่อยู่บริเวณชั้น 1 ของหอพักกัลยาณมิตร ระหว่างการทดสอบมีปริมาณการใช้น้ำในชักโครกเฉลี่ย 90.2 ลิตร ต่อวัน เมื่อทำการเปรียบเทียบกับเกณฑ์แนะนำการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ในกิจกรรมที่มนุษย์มีโอกาสสัมผัสที่ศูนย์วิจัยและฝึกอบรมด้านสิ่งแวดล้อมได้ทำการศึกษาไว้ ดังรูปที่ 4 พบว่า คุณภาพน้ำที่ผ่านการบำบัดจากระบบ MBR อยู่ในเกณฑ์แนะนำการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ที่กำหนด
ผลการนำน้ำที่ผ่านการบำบัดไปใช้สำหรับกดชักโครก - การหมุนเวียนน้ำที่ผ่านการบำบัดไปใช้ในการทดสอบการปลูกผักแบบพืชกินใบ โดยทดลองปลูกผักกาดหอมบัตเตอร์เฮด (Butterhead Lettuce) แบบไฮโดรโปนิกส์ หรือแบบไร้ดิน ในโรงเรือนขนาด 2×3 เมตร แบ่งการทดสอบออกเป็น 3 ชุด ประกอบด้วย น้ำประปา จำนวน 1 ชุด และน้ำที่ผ่านการบำบัด จำนวน 2 ชุด ระหว่างการทดสอบผักกาดหอมได้รับการดูแลตามแนวทางการปลูกผักไร้ดิน โดยเลี้ยงด้วยปุ๋ยน้ำ A และ B เป็นเวลา 37 วัน และจดบันทึกการเจริญเติบโตของผัก การทดสอบสามารถแสดงดังรูปที่ 5 ผลการทดสอบการปลูกผักดังกล่าวพบว่า การเจริญเติบโตของผักจากการเลี้ยงด้วยน้ำที่ผ่านการบำบัดเมื่อเปรียบเทียบกับการเลี้ยงด้วยน้ำประปาไม่มีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ เมื่อเปรียบเทียบกับเกณฑ์แนะนำการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่สำหรับพืชกินใบหรือหัวที่ทางศูนย์วิจัยและฝึกอบรมด้านสิ่งแวดล้อมได้ศึกษาไว้นั้นพบว่า น้ำที่ผ่านการบำบัดมีคุณสมบัติดีกว่าเกณฑ์แนะนำการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ที่กำหนด ดังแสดงในรูปที่ 6
ผลการทดสอบน้ำที่ผ่านการบำบัดในการปลูกพืชกินใบ - การหมุนเวียนน้ำที่ผ่านการบำบัดไปใช้การทดสอบการปลูกผักแบบพืชกินผล ทดสอบโดยการปลูก เมล่อน หรือ เมลอน (Muskmelon) พันธุ์พริ้นเซส แบ่งการทดสอบออกเป็น 2 ชุด ประกอบด้วย น้ำประปา และน้ำที่ผ่านการบำบัดอย่างละ 1 ชุด ดังแสดงในรูปที่ 7 จากการทดสอบการปลูกเป็นเวลา 105 วัน พบว่า เมล่อนที่เลี้ยงจากน้ำทั้งสองประเภทมีการเจริญเติบโตที่ไม่แตกต่างกันอย่างมี นัยสำคัญ ทั้งนี้ การปลูกเมล่อนมีรายละเอียดด้านการดูแลระหว่างการปลูกค่อนข้างมาก อีกทั้งคณะผู้วิจัยยังไม่มีประสบการณ์ในการปลูกพืชชนิดนี้มากนัก ส่งผลให้ผลผลิตที่ได้มีความหวานน้อยกว่าเมล่อนที่ขายในท้องตลาด โดยผลเมล่อนทั้งที่ปลูกด้วยน้ำประปาและน้ำที่ผ่านการบำบัดมีความหวานเฉลี่ยใกล้เคียงกันเท่ากับ 10 บริกซ์ เมื่อเปรียบเทียบกับเกณฑ์แนะนำการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่สำหรับพืชกินผลหรือเมล็ดที่ทางศูนย์วิจัยและฝึกอบรมด้านสิ่งแวดล้อมได้ศึกษาไว้นั้นพบว่า เมื่อเปรียบเทียบกับเกณฑ์แนะนำการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่สำหรับพืชกินใบหรือหัวที่ทางศูนย์วิจัยและฝึกอบรมด้านสิ่งแวดล้อมได้ศึกษาไว้นั้น พบว่า น้ำมีผ่านการบำบัดมีคุณสมบัติดีกว่าเกณฑ์แนะนำการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ที่กำหนด
สามารถกล่าวได้ว่าการนำน้ำเสียเข้าสู่เศรษฐกิจหมุนเวียน โดยการนำน้ำที่ผ่านการบำบัดหมุนเวียนนำกลับมาใช้ใหม่ สามารถใช้เป็นแนวทางในการบริหารจัดการน้ำอย่างยั่งยืนได้อีกทางหนึ่ง โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีทรัพยากรน้ำใช้อย่างจำกัด อนึ่ง สิ่งที่ต้องคำนึงถึงสำหรับการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่คือ เรื่องของคุณภาพน้ำที่ความเหมาะสมสำหรับกิจกรรมที่นำไปใช้งาน การยอมรับของผู้มีส่วนได้ส่วนเสียและความคุ้มค่าทางด้านเศรษฐศาสตร์ หากหน่วยงานที่มีความสนใจในการจัดทำการออกแบบระบบบำบัดน้ำเสียเพื่อการหมุนเวียนน้ำกลับมาใช้ใหม่ หรือศึกษาดูงาน สามารถติดต่อขอคำปรึกษาได้ที่ ศูนย์วิจัยและฝึกอบรมด้านสิ่งแวดล้อม กรมส่งเสริมคุณภาพสิ่งแวดล้อม เทคโนธาน ตำบลคลองห้า อำเภอคลองหลวง จังหวัดปทุมธานี 12120 โทร. 02-577-4182-9
แหล่งข้อมูล
ดร. สุดา อิทธิสุภรณ์รัตน์ ศูนย์วิจัยและฝึกอบรมด้านสิ่งแวดล้อม กรมส่งเสริมคุณภาพสิ่งแวดล้อม
ดร. สุธิดา ทีปรักพันธุ์ ภาควิชาวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ
เผยแพร่ในระบบออนไลน์ครั้งแรก เมื่อวันเสาร์ที่ 21 สิงหาคม พ.ศ. 2564
