ะบบบำบัดน้ำเสียเคมี

ระบบบำบัดน้ำเสียทางเคมีคืออะไร? หลักการทำงาน วิธีเลือกและแก้ปัญหา
ระบบบำบัดน้ำเสียทางเคมี หรือ Chemical Wastewater Treatment คือการเติมสารเคมีหรือใช้กระบวนการทางกายภาพเคมี เพื่อเปลี่ยนคุณสมบัติของสารปนเปื้อนให้สามารถแยกออกจากน้ำได้ง่ายขึ้น

กระบวนการนี้อาจใช้ปรับค่า pH ทำลายเสถียรภาพของอนุภาคคอลลอยด์ ทำให้โลหะที่ละลายอยู่เปลี่ยนเป็นตะกอน หรือใช้วัสดุเฉพาะจับสารปนเปื้อนออกจากน้ำ

ระบบทางเคมีเหมาะกับน้ำเสียแบบไหน
ระบบนี้เหมาะกับน้ำเสียที่มีลักษณะดังต่อไปนี้

- ค่า pH สูงหรือต่ำเกินช่วงที่ต้องการ
- โลหะหนัก เช่น โครเมียม ทองแดง นิกเกิล สังกะสี หรือตะกั่ว
- สีหรือสารคอลลอยด์ที่ตกตะกอนได้ยาก
- ของแข็งแขวนลอยขนาดเล็ก
- น้ำมันหรือไขมันแบบกระจายตัว
- ฟอสฟอรัสหรือสารอนินทรีย์บางประเภท
- สารที่เป็นพิษต่อจุลินทรีย์ในระบบชีวภาพ
- สารละลายเฉพาะที่สามารถตกตะกอน แลกประจุ หรือดูดซับได้

น้ำเสียจากโรงงานชุบโลหะ โรงงานเคมี สิ่งทอ สี อิเล็กทรอนิกส์ และการปรับสภาพผิว มักต้องใช้กระบวนการทางเคมีอย่างน้อยหนึ่งขั้นตอนก่อนระบายหรือส่งเข้าสู่ระบบชีวภาพ

อย่างไรก็ตาม ระบบเคมีเพียงอย่างเดียวอาจไม่เหมาะกับน้ำเสียที่มี BOD จากสารอินทรีย์ย่อยสลายได้สูง เพราะสารอินทรีย์ละลายบางส่วนยังต้องอาศัยระบบชีวภาพหรือกระบวนการขั้นสูงบำบัดต่อ

กระบวนการบำบัดน้ำเสียทางเคมีที่ใช้ในโรงงาน
1. Neutralization หรือการปรับค่า pH
Neutralization คือการเติมกรดหรือด่างเพื่อปรับค่า pH ของน้ำเสียเข้าสู่ช่วงที่เหมาะสม

การปรับ pH มีวัตถุประสงค์หลายด้าน ได้แก่

- ป้องกันการกัดกร่อน
- เตรียมน้ำเข้าสู่ระบบชีวภาพ
- เพิ่มประสิทธิภาพ Coagulant
- สร้างสภาวะให้โลหะตกตะกอน
- ปรับน้ำก่อนระบาย
- ควบคุมปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือรีดักชัน

น้ำเสียที่เป็นกรดอาจปรับด้วยโซดาไฟ โซดาแอช ปูนขาว หรือสารด่างอื่น ส่วนน้ำที่เป็นด่างอาจปรับด้วยกรดหรือก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ตามความเหมาะสม

ไม่ควรเลือกสารจากราคาต่อกิโลกรัมเพียงอย่างเดียว เพราะต้องพิจารณาความเข้มข้น ปริมาณตะกอน ความเร็วในการตอบสนอง ความแม่นยำในการควบคุม และความปลอดภัยด้วย

2. Coagulation หรือการทำลายเสถียรภาพของคอลลอยด์
สารแขวนลอยขนาดเล็กและคอลลอยด์มักไม่ตกตะกอนเอง เพราะอนุภาคมีขนาดเล็กและมีแรงผลักระหว่างกัน

Coagulation คือการเติม Coagulant เพื่อทำลายเสถียรภาพของอนุภาค ทำให้สามารถเข้ามาชนและรวมตัวกันได้ง่ายขึ้น

สารที่พบได้ เช่น

- Aluminium Sulfate หรือสารส้ม
- Ferric Chloride
- Ferric Sulfate
- Poly Aluminium Chloride
- Organic Coagulant บางประเภท

กระบวนการ Coagulation ไม่ได้เกิดจากการเติมสารที่มีประจุบวกให้เกิดความเป็นกลางเพียงกลไกเดียว แต่อาจรวมถึงการดูดซับ การจับประจุ และการเกิดตะกอนปริมาณมากที่กวาดอนุภาคลงมาหรือ Sweep Floc

ชนิดและปริมาณ Coagulant ต้องเลือกจากผลทดสอบจริง ไม่ควรสรุปว่าสารส้มหรือเกลือเหล็กชนิดใดคุ้มค่ากว่าในทุกโรงงาน เพราะประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับค่า pH สี ความขุ่น Alkalinity และสารปนเปื้อนในน้ำ

3. Flocculation หรือการรวมอนุภาคเป็นฟล็อก
Flocculation เป็นขั้นตอนต่อจาก Coagulation โดยใช้การกวนช้าเพื่อให้อณูที่เสียเสถียรแล้วชนและเชื่อมกันเป็นก้อนใหญ่ เรียกว่า ฟล็อก

ฟล็อกที่เหมาะสมควรมีคุณสมบัติ ได้แก่

- มีขนาดใหญ่พอสำหรับการแยก
- ไม่แตกง่าย
- มีน้ำหนักหรือความหนาแน่นเหมาะสม
- ตกตะกอนหรือลอยได้รวดเร็ว
- รีดน้ำได้เหมาะสม

หากกวนแรงเกินไป ฟล็อกอาจแตก หากกวนเบาหรือใช้เวลาน้อยเกินไป ฟล็อกอาจมีขนาดเล็กและแยกออกได้ยาก

ค่าเวลาและความเร็วในการกวนไม่ควรใช้เป็นค่าตายตัว ต้องประเมินจากชนิดน้ำเสีย ปริมาตรถัง เครื่องกวน และผล Jar Test

4. Chemical Precipitation หรือการตกตะกอนทางเคมี
Chemical Precipitation คือการทำให้สารที่ละลายอยู่ในน้ำเปลี่ยนเป็นสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ แล้วแยกออกเป็นตะกอน

ตัวอย่างการใช้งาน ได้แก่

- ตกตะกอนโลหะหนักในรูปไฮดรอกไซด์
- ตกตะกอนฟอสฟอรัส
- แยกสารอนินทรีย์บางชนิด
- ลดโลหะก่อนเข้าสู่ระบบชีวภาพหรือเมมเบรน
ค่า pH ที่ทำให้โลหะแต่ละชนิดตกตะกอนได้ดีไม่เท่ากัน หากมีโลหะหลายชนิดหรือมีสารจับเชิงซ้อนอยู่ในน้ำ ช่วง pH ที่เหมาะสมอาจเปลี่ยนไป

5. Oxidation–Reduction
Oxidation–Reduction เป็นการเปลี่ยนสถานะทางเคมีของสารปนเปื้อน เพื่อให้มีความเป็นพิษลดลงหรือสามารถบำบัดต่อได้ง่ายขึ้น

ตัวอย่าง ได้แก่

- เปลี่ยน Cr(VI) เป็น Cr(III) ก่อนตกตะกอน
- ออกซิไดซ์ไซยาไนด์ภายใต้ระบบควบคุมเฉพาะ
- ออกซิไดซ์ซัลไฟด์
- เปลี่ยนรูปเหล็กหรือแมงกานีสก่อนการกรอง

กระบวนการนี้ต้องควบคุมค่า pH, ORP, ปริมาณสาร และเวลาปฏิกิริยาอย่างแม่นยำ ไม่ควรใช้สูตรสารเคมีจากโรงงานอื่นโดยไม่มีการทดสอบ

6. Ion Exchange หรือการแลกเปลี่ยนไอออน
Ion Exchange ใช้เรซินสังเคราะห์แลกเปลี่ยนไอออนระหว่างน้ำกับตัวเรซิน สามารถใช้จับไอออนเป้าหมาย เช่น โลหะ ความกระด้าง แอมโมเนีย หรือสารประจุบางประเภท โดยต้องเลือกเรซินให้ตรงกับสารที่ต้องการกำจัด

เรซินแบ่งเป็นกลุ่มสำคัญ เช่น

- Cation Exchange Resin สำหรับแลกเปลี่ยนประจุบวก
- Anion Exchange Resin สำหรับแลกเปลี่ยนประจุลบ
- Chelating Resin สำหรับเลือกจับโลหะบางชนิด
- Selective Resin สำหรับสารเป้าหมายเฉพาะ

เมื่อเรซินเริ่มอิ่มตัว ต้องผ่านกระบวนการ Regeneration ด้วยสารที่ผู้ผลิตกำหนด กระบวนการนี้จะสร้างน้ำเสียเข้มข้นที่ต้องนำไปบำบัดหรือจัดการต่อ

อายุของเรซินไม่สามารถกำหนดตายตัวว่าใช้งานได้กี่ปี เพราะขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำ การอุดตัน สารออกซิไดซ์ จำนวนรอบ Regeneration และวิธีดูแลรักษา

7. Activated Carbon Adsorption
Activated Carbon ใช้พื้นที่ผิวและรูพรุนภายในดูดซับสารปนเปื้อนออกจากน้ำ เหมาะกับสารอินทรีย์ละลาย กลิ่น สี และสารเป้าหมายบางประเภท

ระบบที่พบได้ ได้แก่

- Granular Activated Carbon หรือ GAC
- Powdered Activated Carbon หรือ PAC
- ถังกรองคาร์บอนแบบใช้แรงดัน
- ระบบคาร์บอนร่วมกับกระบวนการชีวภาพ

Carbon Filter ไม่ได้เหมาะสำหรับกำจัดโดยตรงในกรณีต่อไปนี้

- เกลือหรือ TDS
- ความกระด้างทั้งหมด
- ของแข็งแขวนลอยจำนวนมาก
- โลหะทุกชนิดโดยไม่มีการปรับสภาพ
- สารอินทรีย์ทุกชนิดโดยไม่มีผลทดสอบ
- น้ำมันหรือไขมันที่ยังไม่ได้แยกออก

เมื่อพื้นที่ดูดซับอิ่มตัว จะเกิด Breakthrough หรือสารเริ่มหลุดผ่านน้ำออก จึงควรวางแผนตรวจคุณภาพน้ำ เปลี่ยนคาร์บอน หรือส่งคาร์บอนไปฟื้นฟูตามชนิดและเงื่อนไขการใช้งาน

วิธีเลือกระบบบำบัดน้ำเสียทางเคมี
1. แยกแหล่งกำเนิดน้ำเสีย
ไม่ควรรวมน้ำกรด น้ำด่าง น้ำโลหะ น้ำมัน และน้ำที่มีสารพิษทันทีโดยไม่มีการประเมิน เพราะอาจเกิดปฏิกิริยาไม่พึงประสงค์หรือเพิ่มความยากในการบำบัด

2. ตรวจปริมาณน้ำและ Peak Flow
ควรทราบทั้งปริมาณเฉลี่ย ปริมาณสูงสุด ปริมาณต่อ Batch และช่วงเวลาที่ปล่อยน้ำ

3. วิเคราะห์น้ำหลายช่วงเวลา
น้ำเสียโรงงานเปลี่ยนตามวัตถุดิบ ผลิตภัณฑ์ และขั้นตอนล้าง การใช้ตัวอย่างเพียงครั้งเดียวอาจไม่สะท้อนสภาวะจริง

4. ทำ Jar Test หรือ Treatability Test
ใช้ประเมิน

- ค่า pH ที่เหมาะสม
- ชนิดและปริมาณ Coagulant
- ชนิดและปริมาณ Polymer
- ลำดับการเติมสาร
- สภาพฟล็อก
- ความเร็วในการตกตะกอน
- คุณภาพน้ำใส
- ปริมาณตะกอนที่เกิด

5. เลือกวิธีแยกตะกอน
- ตะกอนหนัก: ถังตกตะกอนหรือ Lamella
- ตะกอนเบาและไขมัน: DAF
- น้ำที่ต้องการ Polishing: Pressure Filter หรือ Sand Filter
- ตะกอนเข้มข้น: Filter Press, Screw Press หรือ Centrifuge