เครื่องบำบัดน้ำเสียแบบตะกอน: วิธีบำบัดและกำจัดตะกอนในโรงงานบำบัดน้ำเสีย

ตะกอนในการบำบัดน้ำเสียคืออะไร?

กากตะกอนเป็นสารตกค้างกึ่งแข็งที่แยกออกระหว่างการบำบัดน้ำเสีย เป็นผลพลอยได้จากการบำบัดทั้งขั้นปฐมภูมิและขั้นทุติยภูมิ ประกอบด้วยน้ำผสมกับของแข็งแขวนลอย สารอินทรีย์ จุลินทรีย์ และสิ่งปนเปื้อนปริมาณเล็กน้อย ขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิดและขั้นตอนการแปรรูป ตะกอนแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก:

• ตะกอนหลัก — ของแข็งตกตะกอนดิบจากถังตกตะกอนเริ่มแรก โดยทั่วไปจะเป็นสีเทาและมีกลิ่น
• ตะกอนทุติยภูมิ (ชีวภาพ) — ชีวมวลของจุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการบำบัดทางชีวภาพ เช่น ตะกอนเร่งหรือตัวกรองแบบหยด
• ตะกอนตติยภูมิหรือสารเคมี — ของแข็งที่เกิดขึ้นระหว่างการบำบัดขั้นสูงโดยใช้สารตกตะกอนหรือสารเคมีกำจัดฟอสฟอรัส

โรงบำบัดน้ำเสียเทศบาลในสหรัฐอเมริกาสร้างกากตะกอนแห้งมากกว่า 8 ล้านตันต่อปี ทำให้การจัดการตะกอนเป็นหนึ่งในความท้าทายด้านต้นทุนที่สำคัญที่สุดและการปฏิบัติตามข้อกำหนดในการบำบัดน้ำ ตะกอนที่ไม่ผ่านการบำบัดประกอบด้วยเชื้อโรค โลหะหนัก และสารประกอบไนโตรเจนที่ก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมอย่างร้ายแรงหากปล่อยทิ้งโดยไม่ผ่านกระบวนการที่เหมาะสม

กากตะกอนได้รับการบำบัดอย่างไร? กระบวนการทีละขั้นตอน

การบำบัดตะกอนเป็นกระบวนการหลายขั้นตอนที่ออกแบบมาเพื่อลดปริมาตร กำจัดเชื้อโรค และผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่มีความเสถียรซึ่งสามารถกำจัดหรือนำกลับมาใช้ใหม่ได้อย่างปลอดภัย ขั้นตอนหลักได้แก่:

1. การทำให้หนาขึ้น

กากตะกอนที่เก็บมาใหม่ประกอบด้วยน้ำ 95–99% การทำให้ข้นขึ้นจะช่วยลดปริมาณน้ำผ่านการตกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วงหรือการลอยตัวของอากาศที่ละลาย ทำให้ความเข้มข้นของของแข็งเพิ่มขึ้นจากต่ำเพียง 0.5% เป็นประมาณ 3–6% ขั้นตอนนี้จะช่วยลดปริมาณที่ส่งไปยังกระบวนการดาวน์สตรีมและลดต้นทุนด้านพลังงาน

2. การรักษาเสถียรภาพ

ความคงตัวจะทำลายเชื้อโรคและลดสารระเหยเพื่อจำกัดกลิ่นและฤทธิ์ทางชีวภาพ วิธีที่โดดเด่นสองวิธีคือ การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน — ซึ่งยังสร้างก๊าซชีวภาพเพื่อการนำพลังงานกลับมาใช้ — และ การย่อยแบบแอโรบิก ใช้สำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกขนาดเล็ก การรักษาเสถียรภาพของปูนขาวเป็นทางเลือกทางเคมีเมื่อไม่มีโครงสร้างพื้นฐานในการย่อยอาหาร

3. การปรับสภาพ

ก่อนการแยกน้ำออก ตะกอนจะถูกปรับสภาพโดยใช้สารตกตะกอนโพลีเมอร์หรือเฟอร์ริกคลอไรด์เพื่อรวมอนุภาคละเอียด การปรับสภาพที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญ — โดยจะกำหนดประสิทธิภาพการแยกน้ำและความแห้งของเค้กขั้นสุดท้ายโดยตรง โดยทั่วไปปริมาณโพลีเมอร์จะอยู่ระหว่าง 2 ถึง 10 กิโลกรัมต่อตันของแข็งแห้ง

4. การแยกน้ำออก

การแยกน้ำเป็นขั้นตอนที่ต้องใช้เครื่องจักรมากที่สุด โดยแยกน้ำที่เหลือจำนวนมากออกจากตะกอนที่มีความเสถียรเพื่อสร้างเค้กกึ่งแข็ง ตัวเลือกอุปกรณ์ได้แก่ เครื่องหมุนเหวี่ยง เครื่องอัดตัวกรองแบบสายพาน เครื่องอัดสกรู และเครื่องอัดแผ่นกรอง โดยทั่วไปแล้วเค้กที่ได้จะมีปริมาณของแข็งแห้งถึง 18–35% ซึ่งช่วยลดน้ำหนักการขนส่งและการกำจัดได้อย่างมาก

5. การกำจัดหรือการใช้ซ้ำอย่างเป็นประโยชน์

กากตะกอนที่ได้รับการบำบัดซึ่งเรียกว่าของแข็งชีวภาพเมื่อเป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพตามกฎระเบียบ จะถูกนำไปใช้บนบกเป็นปุ๋ย หมัก เผาเพื่อนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่ หรือส่งไปยังที่ฝังกลบ ในสหรัฐอเมริกา ประมาณ 55% ของของแข็งชีวภาพถูกนำกลับมาใช้ใหม่อย่างเป็นประโยชน์ในการเกษตรและการถมที่ดินภายใต้ข้อบังคับ EPA 503

เครื่องหมุนเหวี่ยงแยกน้ำแบบตะกอนทำงานอย่างไร

A เครื่องหมุนเหวี่ยงแยกน้ำแบบตะกอน — โดยทั่วไปแล้วจะเป็นเครื่องหมุนเหวี่ยงแบบขวด — ใช้แรงเหวี่ยงเพื่อแยกของเหลวออกจากของแข็งด้วยความเร็วที่สร้าง 1,500 ถึง 3,000 เท่าของแรงโน้มถ่วง (G-force) การแยกแบบเร่งนี้บรรลุผลสำเร็จในไม่กี่วินาทีซึ่งการตกตะกอนของแรงโน้มถ่วงอาจต้องใช้เวลาหลายชั่วโมงจึงจะบรรลุผล

ส่วนประกอบทางกลหลัก

• ชามหมุน — ดรัมทรงกระบอกแนวนอนที่หมุนด้วยความเร็วสูงทำให้เกิดสนามแรงเหวี่ยง
• สายพานลำเลียงแบบเลื่อน (สว่าน) — สกรูเกลียวที่หมุนภายในโถด้วยความเร็วที่แตกต่างกันเล็กน้อย โดยจะดันของแข็งที่เกาะอยู่อย่างต่อเนื่องไปยังจุดสิ้นสุดของการปล่อย
• ท่อป้อนอาหาร — ส่งตะกอนที่มีการปรับสภาพไปยังศูนย์กลางของชาม
• ช่องระบายของเหลวและของแข็ง — น้ำทิ้งที่แยกออกจากกัน (ศูนย์กลาง) ทางออกที่ปลายของเหลว เค้กที่แยกน้ำออกที่ปลายของแข็ง

กระบวนการแยก

เมื่อตะกอนที่ถูกปรับสภาพเข้าไปในโถปั่น ความแตกต่างของความหนาแน่นระหว่างของแข็งและน้ำจะทำให้ของแข็งเคลื่อนตัวออกไปด้านนอกและก่อตัวเป็นชั้นติดกับผนังโถ สายพานลำเลียงแบบเลื่อนจะเคลื่อนของแข็งที่อัดแน่นเหล่านี้ไปตามส่วนทรงกรวยของโถไปยังช่องปล่อย ในขณะที่ของเหลวที่กระจ่างจะไหลล้นผ่านแผ่นฝายแบบปรับได้ที่ปลายด้านตรงข้าม ความเร็วที่แตกต่างระหว่างโถและสกรอลล์ — เรียกว่า ความเร็วส่วนต่าง (Δn) — เป็นพารามิเตอร์การทำงานหลัก: ค่าดิฟเฟอเรนเชียลที่ต่ำกว่าจะทำให้เค้กแห้งมากขึ้นแต่ลดปริมาณงานลง

เกณฑ์มาตรฐานประสิทธิภาพ

เครื่องหมุนเหวี่ยงสมัยใหม่มีไดรฟ์ความถี่แปรผัน (VFD) บนมอเตอร์หลักและไดรฟ์ด้านหลัง ช่วยให้สามารถปรับความเร็วของโถและความเร็วส่วนต่างแบบเรียลไทม์ตามลักษณะของตะกอนที่เข้ามา ระบบอัตโนมัตินี้ช่วยลดการใช้โพลีเมอร์และปรับปรุงความสม่ำเสมอของเค้กโดยที่ผู้ปฏิบัติงานไม่ต้องดำเนินการใดๆ

การกำจัดตะกอนในการบำบัดน้ำเสีย: วิธีการและอุปกรณ์เปรียบเทียบ

การกำจัดตะกอนครอบคลุมทั้งการสกัดกากตะกอนทางกายภาพจากถังบำบัดและอุปกรณ์แยกน้ำเชิงกลที่ใช้ปลายน้ำ แต่ละเทคโนโลยีมีข้อแลกเปลี่ยนที่แตกต่างกันในด้านต้นทุนเงินทุน ต้นทุนการดำเนินงาน รอยเท้า และความแห้งของผลผลิต

การกำจัดตะกอนในถัง

ในบ่อตกตะกอนหลักและรอง ตะกอนจะสะสมที่ก้นถังและถูกกำจัดออกโดยเครื่องขูดเชิงกลหรือหัวดูด เครื่องขูดจะดันตะกอนที่ตกตะกอนไปทางถังตรงกลางเพื่อสูบน้ำ ในถังทรงกลม เครื่องกวาดสะพานที่หมุนได้จะเคลื่อนตะกอนเข้าด้านในอย่างต่อเนื่อง ความถี่ในการกำจัดและกำหนดเวลาของปั๊มเป็นสิ่งสำคัญ — การปล่อยให้ตะกอนสะสมนานเกินไปจะเพิ่มภาวะบำบัดน้ำเสียและลดประสิทธิภาพของบ่อพัก

การเปรียบเทียบอุปกรณ์แยกน้ำ

เครื่องหมุนเหวี่ยงเป็นตัวเลือกที่โดดเด่นสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกขนาดใหญ่ในเขตเทศบาล เนื่องจากมีการผสมผสานปริมาณงานสูง การกักเก็บกลิ่นแบบปิดสนิท และประสิทธิภาพที่สม่ำเสมอในการโหลดตะกอนแบบแปรผัน เครื่องอัดตัวกรองแบบสายพานยังคงคุ้มค่าสำหรับการดำเนินงานขนาดเล็กที่มีตะกอนที่เสถียรและแยกน้ำออกได้ง่าย เครื่องอัดตัวกรองแบบเพลทสงวนไว้สำหรับการใช้งานที่ความแห้งของของแข็งสูงสุดมีความสำคัญมากกว่าความเร็วปริมาณงาน เช่น ในการตกแต่งโลหะหรือน้ำเสียทางเภสัชกรรม

การเลือกสิ่งที่ถูกต้อง เครื่องแยกน้ำตะกอน ขึ้นอยู่กับประเภทของตะกอน ความแห้งของเค้กที่ต้องการ รอยเท้าที่มีอยู่ งบประมาณของโพลีเมอร์ และการดำเนินการจะต้องต่อเนื่องหรือเป็นแบบแบตช์หรือไม่ ขอแนะนำอย่างยิ่งให้ทำการทดสอบนำร่องกับตัวอย่างตะกอนที่เป็นตัวแทนก่อนการลงทุน

ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการบำบัดน้ำเสียแบบตะกอน

ไม่มีกระแสตะกอนสองแห่งที่เหมือนกัน ผลลัพธ์ด้านประสิทธิภาพจากเครื่องแยกน้ำใดๆ ขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของคุณสมบัติของตะกอน การบำบัดต้นทาง และการตั้งค่าอุปกรณ์

• การอัดตะกอน — ตะกอนชีวภาพสามารถอัดตัวและมีลักษณะเป็นเจลได้ดีกว่าตะกอนอนินทรีย์ ซึ่งต้องใช้ปริมาณโพลีเมอร์ที่สูงขึ้นและปรับแรง G เพื่อการแยกน้ำออกอย่างมีประสิทธิภาพ
• ปริมาณของแข็งระเหย — โดยทั่วไปปริมาณสารระเหยที่สูงขึ้นบ่งชี้ว่าตะกอนที่ย่อยได้ไม่ดี ซึ่งจะทำให้การแยกน้ำมีประสิทธิภาพน้อยลง กากตะกอนแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่ย่อยได้ดีซึ่งมีของแข็งระเหยง่ายลดลง 50–60% จะทำให้การแยกน้ำออกได้ง่ายขึ้นอย่างสม่ำเสมอ
• การกระจายขนาดอนุภาค — อนุภาคคอลลอยด์ละเอียดต้านทานการแยกตัว การปรับสภาพโพลีเมอร์เชื่อมอนุภาคเหล่านี้เข้ากับฟอสฟอรัสขนาดใหญ่ขึ้น ซึ่งแรงเหวี่ยงหรือแรงทางกลสามารถจับได้ง่ายขึ้น
• อุณหภูมิ — ตะกอนที่อุ่นกว่ามีความหนืดต่ำกว่า ทำให้ปล่อยน้ำได้ดีขึ้น การทำงานในสภาพอากาศหนาวเย็นสามารถลดความแห้งของการหมุนเหวี่ยงเค้กได้ 2-5 เปอร์เซ็นต์ โดยไม่ต้องดำเนินการแก้ไข
• ความสม่ำเสมอของฟีด — ความเข้มข้นของของแข็งที่ไม่สม่ำเสมอในตัวป้อนทำให้เกิดความไม่เสถียรของกระบวนการ ถังไฟกระชากและปั๊มป้อนอัตโนมัติช่วยรักษาอัตราการไหลที่สม่ำเสมอไปยังหน่วยบำบัดน้ำเสีย

ผู้ปฏิบัติงานที่ตรวจสอบความใสรวมศูนย์ (ความขุ่น) ปริมาณของแข็งเค้ก และการใช้โพลีเมอร์อย่างต่อเนื่อง สามารถระบุสัญญาณเริ่มต้นของความแปรปรวนของตะกอน และปรับพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ก่อนที่การสูญเสียประสิทธิภาพจะมีความสำคัญ ความแห้งของเค้กดีขึ้น 1% สามารถลดต้นทุนการกำจัดขั้นปลายน้ำได้ 5–10% ตลอดระยะเวลาหนึ่งปีที่สถานที่เทศบาลขนาดกลาง