ระบบบำบัดน้ำเสีย DAF

ระบบ DAF คืออะไร? หลักการทำงาน
ระบบ DAF หรือ Dissolved Air Flotation เป็นระบบบำบัดน้ำเสียที่ใช้ฟองอากาศขนาดเล็กช่วยแยกน้ำมัน ไขมัน ของแข็งแขวนลอย และตะกอนที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงน้ำออกจากของเหลว ฟองอากาศจะเกาะกับอนุภาคหรือกลุ่มตะกอน ทำให้ความหนาแน่นรวมลดลงและลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ จากนั้นระบบกวาดตะกอนจะนำชั้นตะกอนลอยออก ส่วนด้านล่างจะเป็นน้ำที่ผ่านการแยกสารปนเปื้อนแล้ว US EPA อธิบายว่า DAF เหมาะกับการกำจัดของแข็งแขวนลอย รวมถึงน้ำมันและไขมันที่กระจายตัวอยู่ในน้ำ โดยเฉพาะอนุภาคที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงน้ำและตกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วงได้ยาก

ระบบ DAF ใช้กำจัดอะไรได้บ้าง
DAF ใช้เป็นระบบ Pretreatment หรือ Primary Treatment เพื่อช่วยลดมลพิษก่อนเข้าสู่ระบบชีวภาพ เมมเบรน หรือกระบวนการบำบัดขั้นต่อไป

มลพิษที่ DAF มักใช้จัดการ ได้แก่

- น้ำมันและไขมันหรือ Oil and Grease
- FOG จากอุตสาหกรรมอาหาร
- ของแข็งแขวนลอยหรือ TSS
- ตะกอนขนาดเล็กที่ตกได้ยาก
- ตะกอนจากกระบวนการ Coagulation–Flocculation
- เส้นใยและอนุภาคบางประเภท
- สีหรือสารคอลลอยด์ที่สามารถทำให้รวมตัวเป็นฟล็อก
- ตะกอนชีวภาพในงานเพิ่มความเข้มข้นของสลัดจ์
DAF สามารถช่วยลด BOD และ COD ได้ในส่วนที่สัมพันธ์กับไขมัน ของแข็ง หรือตะกอนที่ถูกแยกออก แต่ไม่ได้หมายความว่าจะกำจัด BOD หรือ COD ที่อยู่ในรูปสารละลายได้ทั้งหมด

การแยกไขมันและ TSS ก่อนระบบชีวภาพช่วยลดภาระของบ่อเติมอากาศ ลดความเสี่ยงจากไขมันเกาะอุปกรณ์ และช่วยให้กระบวนการปลายน้ำควบคุมได้ง่ายขึ้น อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพต้องประเมินจากน้ำเสียจริง ไม่ควรรับประกันเปอร์เซ็นต์กำจัดจากข้อมูลของโรงงานอื่น เพราะผลลัพธ์ขึ้นอยู่กับชนิดน้ำมัน ขนาดอนุภาค ค่า pH อุณหภูมิ และการใช้สารเคมี

หลักการทำงานของ Dissolved Air Flotation
1. การปรับสภาพน้ำเสียก่อนเข้าสู่ DAF
น้ำเสียควรผ่านตะแกรงดักขยะหรือ Rotary Screen เพื่อแยกเศษวัสดุขนาดใหญ่ที่อาจอุดตันท่อ ปั๊ม วาล์ว หรือระบบกวาดตะกอน

โรงงานที่มีอัตราการไหลและความเข้มข้นผันผวนควรพิจารณาบ่อ Equalization เพื่อปรับคุณภาพน้ำให้สม่ำเสมอ หากน้ำเสียเปลี่ยนแปลงรวดเร็ว ระบบจ่ายสารเคมีและ DAF อาจปรับตัวไม่ทัน ส่งผลให้น้ำออกขุ่นหรือตะกอนไม่ลอย

น้ำเสียบางประเภทอาจต้อง

- แยกน้ำมันอิสระก่อน
- ปรับค่า pH
- ลดอุณหภูมิ
- แยกทรายหรือตะกอนหนัก
- ลดความผันผวนของน้ำ
- แยกสายสารเคมีที่รบกวนการรวมตัวของตะกอน

2. การเติมสาร Coagulant และ Polymer
อนุภาคขนาดเล็กและน้ำมันแบบอิมัลชันอาจไม่จับกับฟองอากาศได้ดี จึงมักใช้สารเคมีช่วยทำให้อนุภาครวมตัวเป็นฟล็อกที่มีขนาดและโครงสร้างเหมาะกับการลอย

สารที่อาจใช้ ได้แก่

- Coagulant
- Flocculant หรือ Polymer
- สารปรับค่า pH
- สารช่วยทำลายอิมัลชันในบางกระบวนการ
โซเดียมไฮดรอกไซด์ไม่ได้เป็นสารที่ต้องใช้กับ DAF ทุกระบบ แต่เป็นสารปรับ pH ที่อาจใช้เมื่อกระบวนการต้องการ การเลือกชนิดสารและปริมาณต้องอาศัยผล Jar Test หรือ Treatability Test ไม่ควรเติมตามค่าของโรงงานอื่น

สารเคมีมากเกินไปอาจทำให้ตะกอนหนัก แตกง่าย น้ำออกขุ่น สิ้นเปลืองสารเคมี หรือเพิ่มปริมาณสลัดจ์ที่ต้องกำจัด

3. การละลายอากาศภายใต้แรงดัน
ระบบจะนำของเหลวบางส่วนหรือทั้งหมดเข้าสู่ชุดสร้างแรงดัน แล้วผสมอากาศให้ละลายอยู่ในน้ำ

ระบบ DAF แบบที่พบได้บ่อยมักนำส่วนหนึ่งของน้ำใสที่ออกจากถังกลับมาหมุนเวียน ผ่านปั๊มแรงดัน ชุดเติมอากาศ และถัง Saturation ก่อนส่งกลับเข้าถังลอยตะกอน

US EPA ระบุว่า DAF สามารถใช้การอัดแรงดันกับน้ำเข้าทั้งหมด หรือใช้การอัดแรงดันเฉพาะน้ำหมุนเวียน โดยการใช้ Recycle Flow ช่วยลดความจำเป็นในการอัดแรงดันน้ำเข้าทั้งหมด

4. การสร้าง Microbubble
เมื่อน้ำที่อิ่มตัวด้วยอากาศภายใต้แรงดันถูกปล่อยเข้าสู่ถังที่มีแรงดันต่ำกว่า อากาศจะออกจากสารละลายและกลายเป็นฟองขนาดเล็ก

ฟองจะเกาะกับ

- หยดน้ำมัน
- ไขมัน
- ของแข็งแขวนลอย
- ฟล็อกจากสารเคมี
- อนุภาคที่มีความหนาแน่นใกล้เคียงน้ำ
เมื่ออนุภาคจับกับฟองมากพอ มวลรวมจะลอยขึ้นสู่ผิวน้ำ หลักการนี้ทำให้ DAF เหมาะกับอนุภาคที่ตกตะกอนได้ช้าหรือไม่สามารถแยกด้วยถังตกตะกอนทั่วไปได้ง่าย

5. การลอยและกวาดตะกอน
ตะกอนลอยจะรวมตัวเป็นชั้นบนผิวน้ำ จากนั้น Skimmer หรือระบบใบกวาดจะนำตะกอนไปยังรางรับ
ความเร็วของใบกวาดต้องเหมาะสม หากเร็วเกินไปอาจกวนชั้นตะกอนและทำให้น้ำขุ่น หากช้าเกินไป ตะกอนอาจสะสมหนา เน่า เกิดกลิ่น หรือจมกลับลงสู่ถัง

6. การระบายน้ำใสและตะกอน
น้ำที่ผ่านการแยกจะถูกส่งไปยัง

- ระบบชีวภาพ
- ระบบกรอง
- MBR
- UF หรือ RO
- ระบบฆ่าเชื้อ
- จุดระบายตามวัตถุประสงค์
ตะกอนลอยจาก DAF มักมีน้ำมัน ไขมัน สารเคมี และของแข็งรวมอยู่ จึงต้องส่งไปเพิ่มความเข้มข้น รีดน้ำ หรือกำจัดตามลักษณะของเสียและข้อกำหนดที่เกี่ยวข้อง

ประเทศไทยมีประกาศมาตรฐานควบคุมการระบายน้ำทิ้งจากโรงงาน รวมทั้งข้อกำหนดเฉพาะสำหรับบางกิจการ โรงงานจึงต้องตรวจสอบมาตรฐานที่ใช้กับประเภทโรงงานและจุดระบายของตนเอง ไม่ควรสรุปว่า BOD ต้องไม่เกินค่าเดียวกันในทุกกรณี

ส่วนประกอบสำคัญของระบบ DAF
ระบบ DAF อาจประกอบด้วย

- ตะแกรงหรือระบบ Pretreatment
- บ่อ Equalization
- ปั๊มน้ำเข้า
- ถังผสมเร็วสำหรับ Coagulation
- ถังผสมช้าสำหรับ Flocculation
- ระบบเตรียมและจ่ายสารเคมี
- ปั๊ม Recycle แรงดัน
- ชุดเติมและละลายอากาศ
- Saturation Tank
- Pressure Release Valve หรือ Nozzle
- ถัง Flotation
- ระบบ Skimmer
- ระบบระบายตะกอนก้นถัง
- รางรับตะกอนลอย
- เครื่องมือวัด Flow, Pressure และ pH
- ระบบควบคุม PLC
- ระบบจัดการตะกอน
องค์ประกอบจริงขึ้นอยู่กับรูปแบบระบบและคุณภาพน้ำ ไม่ควรตัดอุปกรณ์สำคัญออกเพียงเพื่อลดราคาลงทุน

ระบบ DAF มีกี่รูปแบบ
Full-flow Pressurization
น้ำเข้าทั้งหมดถูกอัดแรงดันและผสมอากาศก่อนเข้าสู่ถัง Flotation

ข้อดี : มีการสัมผัสระหว่างน้ำกับอากาศโดยตรงทั้งระบบ

ข้อควรพิจารณา : ใช้พลังงานสำหรับอัดแรงดันน้ำทั้งหมด และฟล็อกอาจได้รับแรงเฉือนจากปั๊มหรือระบบแรงดัน

Partial-flow Pressurization
อัดแรงดันน้ำเข้าเพียงบางส่วน แล้วนำกลับมาผสมกับน้ำส่วนที่ไม่ได้อัดแรงดัน

ข้อดี : ลดปริมาณน้ำที่ต้องเพิ่มแรงดัน

ข้อควรพิจารณา : ต้องออกแบบการผสมและการกระจายฟองให้เหมาะสม

Recycle-flow Pressurization
นำน้ำใสส่วนหนึ่งหลังผ่าน DAF กลับมาอัดแรงดันและละลายอากาศ ก่อนปล่อยกลับเข้าสู่ถัง

ข้อดี : ลดแรงเฉือนที่กระทำกับฟล็อกในน้ำเข้า และเป็นรูปแบบที่ใช้แพร่หลายในระบบอุตสาหกรรม

ข้อควรพิจารณา : ต้องออกแบบ Recycle Ratio ปั๊มแรงดัน ระบบอากาศ และหัวปล่อยแรงดันให้สัมพันธ์กัน

ระบบ Full-flow และ Recycle-flow มีหลักการทางวิศวกรรมต่างกัน จึงไม่ควรเปรียบเทียบเพียงขนาดมอเตอร์หรือขนาดถัง

ระบบ DAF เหมาะกับน้ำเสียแบบไหน
DAF เหมาะกับน้ำเสียที่มี

- น้ำมันและไขมันสูง
- ของแข็งแขวนลอย
- ตะกอนที่มีความหนาแน่นใกล้น้ำ
- ตะกอนเบาหรือตกช้า
- น้ำมันแบบกระจายตัว
- สารคอลลอยด์ที่ทำให้รวมเป็นฟล็อกได้
- ภาระไขมันที่รบกวนระบบชีวภาพ
- ความต้องการแยกตะกอนก่อนระบบเมมเบรน

อุตสาหกรรมที่อาจพิจารณา DAF ได้แก่

- โรงงานอาหารและเครื่องดื่ม
- โรงงานนม
- โรงฆ่าสัตว์และแปรรูปเนื้อ
- โรงงานน้ำมันพืช
- อุตสาหกรรมปิโตรเลียม
- โรงงานเยื่อและกระดาษ
- โรงงานโลหะและชุบผิว
- โรงงานที่มีน้ำมันจากกระบวนการผลิต

ระบบ DAF ไม่เหมาะกับกรณีใด
DAF ไม่ได้ออกแบบมาเพื่อกำจัดมลพิษทุกประเภท และอาจไม่เหมาะเป็นระบบหลักเพียงระบบเดียวในกรณีที่น้ำเสียมี

- เกลือหรือ TDS สูง
- สารอินทรีย์ละลายที่ไม่จับกับตะกอน
- สารเคมีละลายที่ไม่ตกตะกอน
- แอมโมเนียหรือไนโตรเจนที่ต้องบำบัดทางชีวภาพ
- โลหะหนักที่ยังไม่ถูกเปลี่ยนให้อยู่ในรูปตะกอน
- ของแข็งหนักที่ควรแยกด้วยการตกตะกอน
- ขยะ เส้นใย หรือเศษวัสดุขนาดใหญ่
- น้ำเสียผันผวนมากโดยไม่มี Equalization
- น้ำมันอิมัลชันที่ยังไม่ได้ทำลายเสถียรภาพ