เหตุใดการผสานระบบ DAF เข้ากับกระบวนการบำบัดอื่นจึงช่วยยกระดับคุณภาพน้ำเสีย

DAF คือแนวป้องกันแรกสำหรับกระบวนการต่อเนื่อง

โรงบำบัดน้ำเสียทุกแห่งที่รับน้ำเสียจากอุตสาหกรรมย่อมมีจุดคับคั่งอยู่ที่ใดจุดหนึ่ง สำหรับโรงงานแปรรูปอาหาร สารเคมี และน้ำมัน จุดคับคั่งนั้นมักเกิดที่ขั้นตอนการดำเนินงานหน่วยแรกที่รับน้ำดิบเข้ามา เมื่อระบบลอยตัวด้วยอากาศละลาย (DAF) ถูกติดตั้งไว้เป็นขั้นตอนแรกของกระบวนการบำบัด จะช่วยกำจัดไขมัน น้ำมัน กรดไขมัน และของแข็งแขวนลอยขนาดเล็กที่มิฉะนั้นจะเคลือบผิวถังปฏิกิริยาชีวภาพ ทำให้สื่อกรองอุดตัน และเร่งให้อุปกรณ์ขั้นตอนต่อไปเสียหายก่อนกำหนด วิศวกรจากโรงงานแปรรูปเนื้อสัตว์รายหนึ่งเคยเล่าถึงเหตุการณ์ที่แอ่งตะกอนแบบใช้จุลินทรีย์ที่ติดตั้งอยู่หลังระบบ DAF ของเขาเปลี่ยนเป็นมวลโฟมหนาแน่นทุกครั้งที่สายการผลิตชำแหละสัตว์ที่มีไขมันสูง แต่หลังจากปรับแต่งระบบ DAF ให้สามารถจับไขมันที่ไหลเข้ามาได้มากกว่าร้อยละเก้าสิบ ปรากฏว่าปัญหาโฟมหายไปโดยสิ้นเชิง และเครื่องเป่าลมสำหรับระบบเติมอากาศก็ทำงานด้วยภาระคงที่เป็นครั้งแรกในรอบหลายปี แนวทางปฏิบัติของสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมสหรัฐอเมริกา (U.S. Environmental Protection Agency) สำหรับน้ำเสียจากอุตสาหกรรมเนื้อสัตว์และสัตว์ปีก ระบุชัดว่า การกำจัดของแข็งหนักและน้ำมันออกก่อนขั้นตอนการบำบัดด้วยกระบวนการชีวภาพนั้นไม่ใช่เพียงแนวทางที่ดีเท่านั้น แต่ยังจำเป็นอย่างยิ่งต่อการดำเนินงานที่มีเสถียรภาพอีกด้วย โดยทำหน้าที่เสมือนตัวดูดซับแรงกระแทก ระบบ DAF จึงช่วยให้กระบวนการขั้นตอนต่อไปสามารถมุ่งเน้นไปที่สิ่งที่ตนทำได้ดีที่สุด คือ การย่อยสลายมลพิษที่ละลายอยู่ในน้ำและการขัดสีน้ำให้ใสสะอาด แทนที่จะต้องมาต่อสู้กับของแข็งที่ระบบเหล่านั้นไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อจัดการ

การสร้างระบบนิเวศสำหรับการบำบัดทางชีวภาพที่สมดุล

ระบบที่ใช้การบำบัดด้วยสิ่งมีชีวิตเป็นระบบนิเวศที่มีสิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่ และเช่นเดียวกับระบบนิเวศอื่น ๆ ระบบนี้ก็ต้องการแหล่งอาหารที่คาดการณ์ได้ ถ้าบ่อโคลนที่ถูกกระตุ้นได้รับน้ำมันที่ถูกทำให้เป็นอิมัลชันในปริมาณมากครั้งเดียว หรือได้รับของแข็งลอยตัวเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน ก็จะเกิดปฏิกิริยาตอบสนอง เช่น การขยายตัวของแบคทีเรียเส้นใย การขาดออกซิเจนอย่างรุนแรง และการสูญเสียความสามารถในการนิตริฟิเคชัน หน่วย DAF ที่ติดตั้งระหว่างถังสมดุลและบ่อเติมอากาศ จะให้น้ำทิ้งที่ผ่านการตกตะกอนเบื้องต้นแล้ว ซึ่งมีคุณลักษณะคงที่ โรงงานผลิตนมข้นในภูมิภาคอเมริกากลางแห่งหนึ่ง พบว่าหลังติดตั้งหน่วย DAF เพื่อกำจัดไขมันเนยออกจากน้ำทิ้งก่อนเข้าสู่ระบบปฏิกรณ์แบบลำดับขั้นตอน (SBR) ระดับความเข้มข้นของออกซิเจนละลาย (DO) ก็ไม่ผันผวนรุนแรงอีกต่อไป และดัชนีปริมาตรของตะกอน (SVI) ลดลงจากมากกว่าหนึ่งร้อยแปดสิบ จนต่ำกว่าแปดสิบ ผลที่ตามมาคือ มวลชีวภาพมีความหนาแน่นสูงขึ้น ตกตะกอนเร็วขึ้น และต้องใช้โพลิเมอร์ในถังตกตะกอนขั้นที่สองน้อยลงอย่างมาก งานตีพิมพ์จาก Water Environment Federation ชี้ว่า อัตราการโหลดสารอินทรีย์ที่คงที่เป็นหนึ่งในตัวชี้วัดที่แม่นยำที่สุดสำหรับความมั่นคงของการบำบัดด้วยสิ่งมีชีวิต DAF ช่วยให้เกิดความคงที่นี้ได้ โดยการกำจัดส่วนประกอบที่ลอยตัวซึ่งการตกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วงเพียงอย่างเดียวไม่สามารถจับได้

การปกป้องระบบเยื่อกรองและการทำให้การนำน้ำกลับมาใช้ใหม่เป็นไปอย่างเชื่อถือได้

ระบบเมมเบรนไบโอรีแอคเตอร์ ระบบอัลตราฟิลเตรชัน และระบบออสโมซิสย้อนกลับ ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายในการบำบัดน้ำเสียจากภาคอุตสาหกรรม เนื่องจากข้อกำหนดเกี่ยวกับการปล่อยน้ำทิ้งมีความเข้มงวดมากขึ้น และการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่กลายเป็นประเด็นสำคัญด้านธุรกิจ ทั้งนี้ เมมเบรนเหล่านี้มีราคาสูงมาก และไวต่อการอุดตันจากน้ำมัน ไขมัน และของแข็งแบบคอลลอยด์อย่างยิ่ง หน่วยแยกสารแขวนลอยด้วยอากาศละลาย (DAF) ที่สามารถผลิตน้ำทิ้งที่มีของแข็งแขวนลอยรวมไม่เกินยี่สิบมิลลิกรัมต่อลิตร จะช่วยยืดระยะเวลาระหว่างการล้างเมมเบรนด้วยสารเคมีให้นานขึ้นเป็นสองถึงสามเท่า ทีมวิศวกรแห่งหนึ่งในโรงงานปิโตรเคมีรายงานว่า หลังจากติดตั้งหน่วย DAF ระหว่างเครื่องแยกน้ำมันกับน้ำ และเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชัน (UF) แล้ว อัตราการเพิ่มขึ้นของแรงดันข้ามเมมเบรน (transmembrane pressure) ลดลงอย่างมาก และปริมาณการใช้สารเคมีสำหรับการทำความสะอาดลดลงกว่าสี่สิบเปอร์เซ็นต์ ส่งผลให้การหยุดการผลิตเพื่อการบำรุงรักษามีน้อยลง และอายุการใช้งานของเมมเบรนยาวนานขึ้น ซึ่งเปลี่ยนแปลงสมดุลทางเศรษฐศาสตร์ของโครงการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ทั้งหมด แนวทางปฏิบัติของสมาคมน้ำประปาอเมริกัน (American Water Works Association) สำหรับระบบไมโครฟิลเตรชันและอัลตราฟิลเตรชัน ระบุโดยชัดเจนว่า กระบวนการเตรียมน้ำก่อนผ่านเมมเบรนควรเน้นการกำจัดอนุภาคละเอียดและน้ำมันชนิดเดียวกับที่หน่วย DAF ออกแบบมาเพื่อดักจับ หากนำหน่วย DAF มาผสานเป็นขั้นตอนเตรียมน้ำก่อนผ่านเมมเบรน วงจรการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ทั้งระบบจะมีความคาดการณ์ได้แม่นยำยิ่งขึ้น และต้องใช้การบำรุงรักษาน้อยลง

การร่วมมือกันของสารเคมีที่ช่วยลดต้นทุนการดำเนินงานทั่วทั้งโรงงาน

ระบบการบำบัดควรให้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่าผลรวมของส่วนย่อยแต่ละส่วน และการผสานรวมกระบวนการลอยตัวด้วยอากาศละลาย (DAF) เข้ากับกระบวนการขั้นตอนถัดไปจะเปิดโอกาสให้เกิดปฏิสัมพันธ์เชิงเคมีร่วมกัน ตัวอย่างเช่น ในโรงงานแปรรูปโลหะและโรงงานเคมีบางแห่ง สารเกลือของเหล็กหรืออลูมิเนียมที่ใช้เป็นสารทำให้เกิดการตกตะกอนในหน่วย DAF อาจไหลผ่านไปยังขั้นตอนการแยกน้ำออกจากตะกอนขั้นต่อไป และทำหน้าที่เป็นสารปรับสภาพ ซึ่งช่วยลดปริมาณโพลิเมอร์รวมที่ต้องใช้ โรงงานแปรรูปอาหารแห่งหนึ่งที่ใช้ระบบ DAF ก่อนระบบเพิ่มความเข้มข้นของตะกอนโดยวิธีลอยตัวด้วยอากาศละลายสำหรับตะกอนที่เกิดจากกิจกรรมทางชีวภาพ พบว่าหากแบ่งปริมาณโพลิเมอร์ที่ใช้ออกเป็นสองส่วนเพื่อใช้ในทั้งสองหน่วย จะสามารถใช้สารเคมีชนิดเดียวกันได้ทั้งสองขั้นตอน และลดค่าใช้จ่ายรวมต่อปีสำหรับโพลิเมอร์ลงได้ประมาณสิบห้าเปอร์เซ็นต์ อีกหลายโรงงานนำส่วนลอยตัวจากหน่วย DAF กลับมาผสมกับตะกอนเบื้องต้น เพื่อปรับปรุงสมบัติการแยกน้ำของส่วนผสม จึงลดต้นทุนการกำจัดได้ ประเด็นสำคัญในการสร้างประโยชน์ร่วมกันดังกล่าวคือการผสานรวมกระบวนการอย่างเหมาะสม ทั้งนี้ เมื่อออกแบบขนาดและจัดวางตำแหน่งของหน่วย DAF ให้สอดคล้องกับลำดับขั้นตอนการบำบัดโดยรวม ปฏิกิริยาเคมีในแต่ละขั้นตอนจะส่งเสริมกันแทนที่จะขัดแย้งกัน

การดูดซับแรงกระแทกโดยใช้วิธีแบบหลายอุปสรรค

การผลิตในอุตสาหกรรมมักก่อให้เกิดความยุ่งเหยิง ตัวอย่างเช่น ถังล้น หรือการทิ้งของเสียเป็นชุดใหญ่ หรือแม้แต่รอบการทำความสะอาด ก็อาจส่งน้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูงมากผ่านท่อระบายน้ำอย่างรวดเร็วเกินกว่าอุปกรณ์บำบัดเพียงหนึ่งตัวจะรับมือได้ การใช้ระบบบำบัดแบบหลายขั้นตอน (multi barrier treatment train) ที่นำโดยกระบวนการ DAF สามารถดูดซับแรงกระแทกดังกล่าวได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากขั้นตอนการปรับสภาพด้วยสารเคมีและการลอยตัวด้วยฟองอากาศ (flotation cycle) สามารถปรับเปลี่ยนได้อย่างรวดเร็ว หากภาระที่ไหลเข้ามาเพิ่มขึ้นทันทีเป็นสองเท่า ผู้ปฏิบัติงานหรือระบบควบคุมอัตโนมัติจะเพิ่มปริมาณสารตกตะกอน (coagulant dose) และอัตราการหมุนเวียน (recycle ratio) ทำให้ระบบ DAF ยังคงผลิตน้ำทิ้งที่มีคุณภาพยอมรับได้ ซึ่งส่งผลให้ขั้นตอนต่อเนื่อง เช่น ระบบชีวภาพหรือระบบเมมเบรน มีเวลาปรับตัวโดยไม่ถูกกดดันจนเกินขีดความสามารถ โรงงานเคมีแห่งหนึ่งที่ผลิตพอลิเมอร์แบบอิมัลชัน ได้รายงานเหตุการณ์หนึ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการทำความสะอาดถัง ซึ่งส่งผลให้น้ำเสียที่มีสาร COD สูงและมีลักษณะเหนียวจับตัวได้ไหลเข้าสู่ระบบบำบัดอย่างรุนแรง ระบบ DAF สามารถจับของแข็งพอลิเมอร์ส่วนใหญ่ไว้ได้ ในขณะที่ระบบปฏิกรณ์ชีวฟิล์มแบบเคลื่อนที่ (moving bed biofilm reactor) ที่ตั้งอยู่ด้านหลังแทบไม่รู้สึกถึงเหตุการณ์นี้เลย แต่หากน้ำเสียดังกล่าวไหลเข้าสู่สื่อชีวฟิล์มโดยตรงแทน กระบวนการฟื้นฟูอาจต้องใช้เวลานานหลายสัปดาห์ แนวคิดเรื่องระบบบำบัดแบบหลายขั้นตอนได้รับการรับรองโดยองค์การอนามัยโลก (WHO) ตามแนวทางการนำน้ำเสียกลับมาใช้ใหม่ และระบบ DAF ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันขั้นแรกที่มีความแข็งแกร่งในห่วงโซ่ระบบนี้

วิศวกร EVU ผสานระบบ DAF อย่างไรเพื่อประสิทธิภาพในระยะยาว

ความสำเร็จของระบบการบำบัดแบบบูรณาการขึ้นอยู่ไม่เพียงแต่กับการเลือกเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังขึ้นกับการออกแบบส่วนประกอบแต่ละชิ้นให้ทำงานร่วมกันได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย EVU สร้างชื่อเสียงจากการออกแบบระบบลอยตัวด้วยอากาศที่ละลาย (DAF) ซึ่งผสานเข้ากับระบบการบำบัดน้ำเสียโดยรวมได้อย่างไร้รอยต่อ หน่วย DAF ทุกหน่วยจะถูกคำนวณขนาดตามปริมาณสารปนเปื้อนเฉพาะที่เกิดจากกระบวนการก่อนหน้า และตามข้อกำหนดของอุปกรณ์ในขั้นตอนถัดไป ไม่ว่าจะเป็นระบบปฏิกิริยาแบบแบตช์ (SBR) ระบบเมมเบรน หรือการปล่อยน้ำลงสู่ท่อระบายน้ำของเทศบาล บริษัทใช้วัสดุทนการกัดกร่อนและแบบมาตรฐานของอุปกรณ์อัดอากาศ (saturator) ซึ่งรักษาระดับคุณภาพของน้ำขาว (whitewater) ให้สม่ำเสมอ ขณะที่แผงควบคุมของบริษัทมีสัญญาณขาเข้าและขาออกที่จำเป็นสำหรับเชื่อมต่อกับระบบ SCADA ของโรงงานทั้งหมด กระบวนการผลิตของ EVU ถูกจัดวางโครงสร้างเพื่อส่งมอบโซลูชัน DAF แบบบูรณาการภายในระยะเวลาที่คาดการณ์ได้แน่นอน และการสนับสนุนทางเทคนิคของบริษัทดำเนินต่อเนื่องตั้งแต่ขั้นตอนการเดินเครื่องจนถึงหลังการใช้งานจริง สำหรับผู้จัดการโรงงานที่ต้องการให้สายการบำบัดทั้งระบบทำงานเป็นหนึ่งเดียวอย่างเชื่อถือได้ การร่วมมือกับผู้ผลิตที่เข้าใจทั้งหน่วย DAF และระบบนิเวศโดยรอบนั้น คือปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างการมีเพียงอุปกรณ์หลายชิ้นที่แยกจากกัน กับการมีกระบวนการบูรณาการที่แท้จริง