สารละลายบำบัดน้ำเสียที่มีประสิทธิภาพช่วยลดส่วนผสมที่ซับซ้อนของเชื้อโรค สารแขวนลอย สารอินทรีย์ที่ละลายน้ำ สารอาหาร และสิ่งปนเปื้อนติดตาม ไปจนถึงคุณภาพน้ำทิ้งที่ตรงตามมาตรฐานการปล่อยทิ้งหรือการนำกลับมาใช้ใหม่ ไม่มีเทคโนโลยีใดที่บรรลุเป้าหมายนี้ในทุกช่วงของคุณลักษณะน้ำเสียและปริมาณการไหล การบำบัดที่ประสบความสำเร็จขึ้นอยู่กับการเลือกและจัดลำดับการผสมผสานที่เหมาะสมของกระบวนการทางกายภาพ ชีวภาพ และเคมี และจัดเตรียมอุปกรณ์บำบัดน้ำเสียที่มีขนาดเหมาะสมและทนทานในแต่ละขั้นตอน
ขนาดของความท้าทายมีความสำคัญ สหประชาชาติประมาณการว่ามากกว่านั้น 80% ของน้ำเสียทั่วโลกถูกปล่อยทิ้งโดยไม่ได้รับการบำบัด ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดโรคทางน้ำ ภาวะยูโทรฟิเคชั่น และการขาดแคลนน้ำจืด เนื่องจากกรอบการกำกับดูแลที่เข้มงวดในประเทศกำลังพัฒนาและข้อจำกัดในการปล่อยก๊าซมีความเข้มงวดมากขึ้นในประเทศที่พัฒนาแล้ว ความต้องการทั้งโครงสร้างพื้นฐานบำบัดน้ำเสียของเทศบาลและระบบบำบัดน้ำเสียทางอุตสาหกรรมยังคงเติบโตในทุกภูมิภาค
การบำบัดน้ำเสียมีโครงสร้างตามลำดับขั้นตอน โดยแต่ละขั้นตอนกำหนดเป้าหมายไปที่ประเภทของมลพิษที่เฉพาะเจาะจง การทำความเข้าใจว่าแต่ละขั้นตอนจะกำจัดอะไรออกไป จะให้ความกระจ่างว่าอุปกรณ์ใดที่จำเป็นหรือเป็นทางเลือกสำหรับโปรไฟล์น้ำเสียที่กำหนด
สิ่งปฏิกูลที่เข้ามาจะไหลผ่านตะแกรงและห้องกรวดทรายก่อนเพื่อขจัดของแข็งขนาดใหญ่ พลาสติก เศษผ้า และอนุภาคที่มีฤทธิ์กัดกร่อนที่อาจสร้างความเสียหายให้กับอุปกรณ์ปลายน้ำ เครื่องตกตะกอนหลักจะยอมให้ของแข็งแขวนลอยที่สามารถตกตะกอนได้—โดยทั่วไปคือ 50–70% ของของแข็งแขวนลอยทั้งหมด—ตกตะกอนเป็นตะกอนหลักในขณะที่วัสดุที่ลอยได้นั้นมีไขมันต่ำ ขั้นตอนนี้ไม่จำเป็นต้องออกฤทธิ์ทางชีวภาพและผลิตน้ำทิ้งที่มีภาระ BOD ลดลงอย่างมากและมุ่งหน้าไปยังการบำบัดขั้นที่สอง
การบำบัดขั้นที่สองคือการที่อินทรียวัตถุที่ละลายและคอลลอยด์ส่วนใหญ่ (วัดเป็น BOD และ COD) ถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ เทคโนโลยีที่โดดเด่นคือ:
ในกรณีที่น้ำทิ้งทุติยภูมิไม่เป็นไปตามมาตรฐานการปล่อยออกหรือการนำกลับมาใช้ใหม่ การบำบัดระดับอุดมศึกษาจะกำจัดของแข็งแขวนลอยที่ตกค้าง สารอาหาร (ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส) และเชื้อโรค กระบวนการต่างๆ ได้แก่ การกรองทราย การตกตะกอนด้วยฟอสฟอรัสทางเคมี การกำจัดไนโตรเจนทางชีวภาพโดยวิธีไนตริฟิเคชัน/ดีไนตริฟิเคชัน การฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวี คลอรีน และออกซิเดชันขั้นสูงสำหรับสารปนเปื้อนอินทรีย์ปริมาณเล็กน้อย การบำบัดระดับตติยภูมิเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับน้ำทิ้งที่ไหลเข้าสู่แหล่งน้ำรับที่มีความละเอียดอ่อนหรือรีไซเคิลเพื่อการชลประทานและการนำกลับมาใช้ใหม่ทางอุตสาหกรรม
แต่ละขั้นตอนการรักษาจะขึ้นอยู่กับประเภทอุปกรณ์เฉพาะ ข้อมูลต่อไปนี้ครอบคลุมถึงหมวดหมู่อุปกรณ์หลักที่พบในโรงบำบัดน้ำเสียชุมชนและโรงงานอุตสาหกรรม
ตะแกรงตะแกรง (หยาบ ละเอียด และไมโคร) เป็นแนวป้องกันด่านแรก โดยขจัดของแข็งที่อยู่เหนือขนาดรูรับแสงที่กำหนด เครื่องกรองแบบกวาดด้วยกลไกทำให้การกำจัดเครื่องกรองออกโดยอัตโนมัติ เพื่อลดการแทรกแซงของผู้ปฏิบัติงาน เครื่องแยกประเภทกรวดและห้องกรวดกรวดแบบวนจะขจัดทราย กรวด และอนุภาคอนินทรีย์ที่ทำให้เกิดการสึกหรอแบบเร่งในปั๊ม ใบพัด และอุปกรณ์เติมอากาศปลายน้ำ
บ่อพักน้ำแบบวงกลมและสี่เหลี่ยมที่มีกลไกการกวาดล้างที่เคลื่อนที่ช้าจะรวบรวมตะกอนที่ตกตะกอนที่ฐานและคราบที่พื้นผิว ผู้ตั้งถิ่นฐาน Lamella (จานเอียง) ลดรอยเท้าที่จำเป็นสำหรับประสิทธิภาพการตกตะกอนที่เทียบเท่ากันอย่างมากโดยการใช้แผ่นลาดเอียงที่มีระยะห่างใกล้เคียงกันเพื่อลดระยะการตกตะกอนที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งเป็นทางเลือกที่มีคุณค่าในกรณีที่พื้นที่ถูกจำกัด
การเติมอากาศคิดเป็นสัดส่วน 50–60% ของการใช้พลังงานในโรงงานตะกอนเร่งทั่วไป ซึ่งทำให้การเลือกอุปกรณ์มีความสำคัญต่อต้นทุนการดำเนินงาน ระบบกระจายฟองอากาศละเอียดให้ประสิทธิภาพการถ่ายเทออกซิเจน (OTE) 20–35% ที่สภาวะมาตรฐาน ซึ่งดีกว่าเครื่องเติมอากาศแบบฟองหยาบหรือเครื่องเติมอากาศบนพื้นผิวอย่างมาก และเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการติดตั้งใหม่ เทคโนโลยีโบลเวอร์ได้เปลี่ยนอย่างมากไปสู่โบลเวอร์เทอร์โบประสิทธิภาพสูงและระบบขับเคลื่อนความเร็วตัวแปรที่จับคู่การจ่ายอากาศกับความต้องการออกซิเจนทางชีวภาพแบบเรียลไทม์อย่างแม่นยำ
ปั๊มหอยโข่งแบบจุ่มใต้น้ำและบ่อแห้งจัดการสิ่งปฏิกูลดิบ กากตะกอนกัมมันต์ (RAS) กลับ และกากตะกอนกัมมันต์ (WAS) ไหลไปทั่วโรงงาน การออกแบบใบพัดที่ไม่อุดตันป้องกันการสะสมของเศษผ้า เครื่องผสมแบบจุ่มใต้น้ำจะรักษาของแข็งที่แขวนลอยในโซนแอนซิกและแอ่งปรับสมดุลโดยไม่ใช้ออกซิเจน ซึ่งช่วยสนับสนุนการกำจัดไนโตรเจนทางชีวภาพ
การจัดการตะกอนถือเป็นศูนย์ต้นทุนที่สำคัญในโรงบำบัดใดๆ สารเพิ่มความข้นด้วยแรงโน้มถ่วงและการลอยตัวของอากาศละลาย (DAF) จะเพิ่มความเข้มข้นของตะกอนของแข็งก่อนการย่อยหรือการแยกน้ำออก เครื่องย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนทำให้ตะกอนเสถียรและนำก๊าซชีวภาพกลับมาใช้ใหม่ โรงงานบำบัดน้ำเสีย 100,000 ลบ.ม./วัน สามารถสร้างก๊าซชีวภาพได้เพียงพอที่จะครอบคลุมความต้องการไฟฟ้า 30–50% อุปกรณ์แยกน้ำ เช่น เครื่องกรองสายพาน เครื่องหมุนเหวี่ยง และเครื่องอัดสกรู ช่วยลดปริมาณตะกอนเพื่อการกำจัดหรือการใช้ที่ดินที่เป็นประโยชน์
| ประเภทอุปกรณ์ | ขั้นตอนการรักษา | ฟังก์ชั่นหลัก | เกณฑ์การคัดเลือกคีย์ |
|---|---|---|---|
| หน้าจอบาร์เครื่องกล | เบื้องต้น | กำจัดของแข็งขนาดใหญ่ | ระยะห่างของแท่ง ความกว้างของช่อง |
| บ่อพักน้ำแบบวงกลม | ประถมศึกษา / มัธยมศึกษา | ชำระของแข็งแขวนลอย | อัตราการไหลล้นของพื้นผิว (m³/m²/h) |
| เครื่องกระจายฟองละเอียด | มัธยมศึกษา (ชีวภาพ) | การถ่ายโอนออกซิเจนไปยังชีวมวล | SOTE (%) ต้านทานการเปรอะเปื้อน |
| โมดูลเมมเบรน MBR | มัธยมศึกษา/อุดมศึกษา | ชี้แจงการแยกของแข็ง | อัตราการไหล โปรโตคอลการทำความสะอาด |
| หน่วยฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวี | ระดับอุดมศึกษา | การยับยั้งเชื้อโรค | ปริมาณรังสียูวี (mJ/ซม.²), UVT ของน้ำทิ้ง |
| เครื่องหมุนเหวี่ยง / สายพานกด | การบำบัดตะกอน | การบำบัดน้ำเสียจากตะกอน | % ของแข็งแห้งของเค้ก ความต้องการโพลีเมอร์ |
โรงงานบำบัดน้ำเสียชุมชนจะจัดการกับน้ำเสียในครัวเรือนที่มีองค์ประกอบที่สามารถคาดเดาได้ เช่น BOD สูง สารแขวนลอย เชื้อโรค และสารอาหาร ที่การไหลที่แตกต่างกันในแต่ละวันแต่เป็นไปตามรูปแบบที่คาดการณ์ได้ น้ำเสียจากอุตสาหกรรมนำเสนอความท้าทายโดยพื้นฐาน: องค์ประกอบจะแตกต่างกันไปในแต่ละภาคส่วน การไหลอาจไม่สม่ำเสมออย่างมาก และลักษณะของสารมลพิษมักประกอบด้วยสารที่ยับยั้งการบำบัดทางชีวภาพหรือต้องมีกระบวนการกำจัดแบบพิเศษ
ปริมาณสารอินทรีย์ที่สูง (BOD 1,000–5,000 มก./ลิตร โดยทั่วไป) ไขมัน น้ำมัน และจาระบี (FOG) และค่า pH ที่ผันผวนเป็นคุณลักษณะเฉพาะของน้ำเสียจากการแปรรูปอาหาร ระบบ DAF เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการกำจัด FOG ก่อนการบำบัดทางชีวภาพ การบำบัดล่วงหน้าแบบไม่ใช้ออกซิเจนโดยใช้เครื่องปฏิกรณ์ UASB (ผ้าห่มตะกอนไร้อากาศแบบไหลขึ้น) มีความน่าสนใจในเชิงเศรษฐกิจเนื่องจากมีปริมาณสารอินทรีย์สูง UASB เดียวที่บำบัดน้ำทิ้งจากโรงเบียร์สามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้เพียงพอเพื่อชดเชยความต้องการพลังงานส่วนสำคัญในไซต์งาน
น้ำเสียจากสิ่งทอประกอบด้วยสีย้อมสังเคราะห์ สารลดแรงตึงผิว และสารเคมีเสริมที่มีความทนทานต่อการย่อยสลายทางชีวภาพแบบเดิมๆ กระบวนการออกซิเดชันขั้นสูง (AOP) —โอโซน ปฏิกิริยาเฟนตัน UV/H₂O₂—จำเป็นในการสลายโครงสร้างโครโมฟอร์ก่อนหรือหลังการบำบัดทางชีวภาพ การกำจัดสีมักเป็นข้อจำกัดที่มีผลผูกพันต่อการปฏิบัติตามข้อกำหนดการปล่อยสาร ไม่ใช่ BOD
ติดตามส่วนผสมออกฤทธิ์ทางเภสัชกรรม (API) ตัวทำละลาย และสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนจำเป็นต้องมีการดูดซับถ่านกัมมันต์ การกรองเมมเบรน หรือการเผาสตรีมที่มีความเข้มข้น การบำบัดทางชีวภาพเพียงอย่างเดียวไม่สามารถบรรลุคุณภาพน้ำทิ้งที่ต้องการสำหรับกระแสน้ำเสียทางเภสัชกรรมจำนวนมาก และความเสี่ยงในการยับยั้งชีวมวลด้วยสารประกอบที่เป็นพิษนั้นจำเป็นต้องมีการปรับสมดุลอย่างระมัดระวังและการบำบัดล่วงหน้าก่อนระยะทางชีวภาพใดๆ
ความท้าทายด้านการบำบัดน้ำเสียอาจไม่เหมาะกับโครงสร้างพื้นฐานแบบรวมศูนย์ขนาดใหญ่ทั้งหมด ชุมชน รีสอร์ท พื้นที่บริการทางหลวง พื้นที่อุตสาหกรรม และการพัฒนาที่อยู่อาศัยในพื้นที่ห่างไกล ชุมชน รีสอร์ท พื้นที่ห่างไกล และการพัฒนาที่อยู่อาศัยในพื้นที่ที่ไม่มีท่อระบายน้ำจำเป็นต้องมีระบบบำบัดน้ำเสียขนาดกะทัดรัดในตัวเอง ซึ่งสามารถติดตั้งได้อย่างรวดเร็ว ดำเนินการโดยใช้พนักงานที่ได้รับการฝึกอบรมเพียงเล็กน้อย และบำรุงรักษาโดยไม่ต้องใช้สถานที่ปฏิบัติงานเฉพาะทางในสถานที่
โรงงานบำบัดแบบบรรจุภัณฑ์ ซึ่งเป็นหน่วยที่ประกอบโดยโรงงานซึ่งจัดส่งในถังเหล็กหรือถัง GRP นำการบำบัดขั้นที่สองที่สมบูรณ์มาไว้ในที่เดียว การกำหนดค่าทั่วไปได้แก่:
โรงบำบัดแบบบรรจุภาชนะ ได้กลายเป็นรูปแบบที่ได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับการดำเนินการอย่างรวดเร็วในการฟื้นฟูหลังภัยพิบัติ การปฏิบัติการทางทหาร และการจัดการน้ำในค่ายก่อสร้าง ระบบ MBR ในตู้คอนเทนเนอร์สามารถบำบัดการไหล 50–500 ลบ.ม./วัน ภายในพื้นที่ตู้มาตรฐานขนาด 20 ฟุต และสร้างน้ำทิ้งที่ตรงตามมาตรฐานการใช้ซ้ำของการชลประทาน
กรอบการบำบัดน้ำเสียได้เปลี่ยนจากปัญหาการกำจัดของเสียมาเป็นโอกาสในการฟื้นฟูทรัพยากรในช่วงทศวรรษที่ผ่านมา โรงบำบัดพลังงานที่เป็นกลางและพลังงานบวก ขณะนี้สามารถทำได้ในระดับเทศบาลผ่านการผสมผสานระหว่างการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการและการใช้ก๊าซชีวภาพ
กลยุทธ์หลักที่ขับเคลื่อนการเปลี่ยนแปลงนี้ ได้แก่:
การจัดหาอุปกรณ์โดยไม่มีการระบุลักษณะเฉพาะของน้ำเสียที่ได้รับการบำบัดอย่างเหมาะสม เป็นสาเหตุหลักของโรงงานที่มีประสิทธิภาพต่ำกว่ามาตรฐานและการซ่อมแซมเพิ่มเติมที่มีค่าใช้จ่ายสูง ข้อมูลจำเพาะที่เชื่อถือได้ต้องมีอย่างน้อย:
การให้ข้อมูลข้อกำหนดที่ครบถ้วนช่วยให้ซัพพลายเออร์อุปกรณ์และวิศวกรกระบวนการสามารถผลิตการออกแบบที่มีขนาดเหมาะสมตั้งแต่เริ่มแรก โดยหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองทุนของอุปกรณ์ขนาดใหญ่และความเสี่ยงในการปฏิบัติตามข้อกำหนดของระบบที่ไม่สามารถตอบสนองเงื่อนไขการยินยอมในขั้นตอนการออกแบบ