น้ำเสียเทศบาล

ในกระแสการขยายตัวของเมืองทั่วโลกอย่างรวดเร็ว สถานีบำบัดน้ำเสียจากเทศบาลได้กลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่มีความสำคัญยิ่ง โดยทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบหลักของแนวป้องกันระบบนิเวศในเขตเมือง สิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้ต้องเผชิญอยู่ตลอดเวลาภายใต้แรงกดดันสองประการที่รุนแรงขึ้นเรื่อยๆ คือ "การเติบโตของประชากรอย่างก้าวกระโดด" และความจำเป็นในการ "ปรับปรุงคุณภาพน้ำอย่างเข้มงวด" เมื่อเมืองมีขนาดใหญ่ขึ้น มีความหนาแน่นมากขึ้น และเศรษฐกิจพัฒนาไปอย่างต่อเนื่อง ปริมาณน้ำเสียที่เกิดขึ้นก็เพิ่มสูงขึ้นตามไปด้วย ในขณะเดียวกัน ความต้องการของประชาชนและข้อกำหนดด้านกฎระเบียบเกี่ยวกับน้ำทิ้งที่สะอาดกว่าและสิ่งแวดล้อมทางน้ำที่ดีต่อสุขภาพมากขึ้นก็เพิ่มสูงขึ้นเช่นกัน ส่งผลให้ผู้วางแผนเมืองและวิศวกรต้องเผชิญกับความท้าทายอันใหญ่หลวง

กรณีของสถานีบำบัดน้ำเสียในพื้นที่เมืองเก่าของเมืองชั้นเทศบาลแห่งหนึ่งในภาคกลางของจีน เป็นตัวอย่างคลาสสิกของปัญหาเมืองที่พบได้ทั่วไป สถานที่แห่งนี้ดำเนินการต่อเนื่องมานานกว่า 15 ปี ทำให้แสดงถึงลักษณะเฉพาะยุคสมัยที่ผ่านมา ซึ่งถูกออกแบบมาเพื่อช่วงเวลาที่แตกต่างออกไป เพื่อรับใช้พื้นที่เมืองที่เล็กกว่า และประชากรที่บริโภคน้อยกว่าในปัจจุบัน พื้นที่ให้บริการของสถานีฯ ครอบคลุม 35 ตารางกิโลเมตร และรับผิดชอบน้ำเสียที่เกิดจากประชากรถาวร 400,000 คน ซึ่งจำนวนดังกล่าวมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นตั้งแต่เริ่มเดินเครื่องใช้งาน กำลังการผลิตตามแบบออกแบบเดิมอยู่ที่ 30,000 ตันต่อวัน ซึ่งเป็นตัวเลขที่เคยเพียงพอในอดีต อย่างไรก็ตาม การขยายตัวของเมืองสองประการ ได้แก่ การแผ่ขยายเข้าสู่เขตพื้นที่โดยรอบและการไหลเข้ามาของประชากรใหม่ ร่วมกับการเพิ่มขึ้นอย่างมากของมาตรฐานการครองชีพ ทำให้กำลังการผลิตนี้ล้าสมัยและไม่เพียงพออย่างรุนแรง ปริมาณน้ำที่ไหลเข้ามาในแต่ละวันเพิ่มสูงถึง 45,000 ตัน ซึ่งเกินขีดจำกัด 50% ส่งผลให้โครงสร้างพื้นฐานที่มีอายุมากถูกกดดันจนถึงขีดสุด การรับน้ำเกินขนาดนี้ทำให้เวลาในการกักเก็บน้ำลดลง ส่งผลให้ประสิทธิภาพการบำบัดลดลง และเสี่ยงต่อการไม่เป็นไปตามข้อกำหนดของกฎระเบียบ

ปัญหาไม่ได้มีเพียงด้านปริมาณ แต่ยังลึกซึ้งไปถึงด้านคุณภาพ โดยน้ำเสียที่เข้ามามีลักษณะทางเคมีที่ซับซ้อนและเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ความเข้มข้นของความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD) ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้สำคัญของความเข้มข้นของสารอินทรีย์ปนเปื้อน มีความผันผวนสูง โดยแกว่งตัวระหว่าง 300 ถึง 800 มก./ลิตร ความแปรปรวนนี้เองถือเป็นปัญหาสำหรับระบบบำบัดทางชีวภาพ ซึ่งต้องการสภาวะที่คงที่ องค์ประกอบของน้ำเสียนี้สะท้อนชีวิตในเมืองสมัยใหม่โดยตรง เนื่องจากเต็มไปด้วยผลพลอยได้จากงานบ้าน เช่น ไขมัน น้ำมัน คราบไข และเศษอาหารจากห้องครัว อีกส่วนประกอบหนึ่งที่สำคัญและสร้างปัญหา คือ ความเข้มข้นสูงของสารซักฟอกสังเคราะห์และสารลดแรงตึงผิว ซึ่งสามารถทำให้เกิดฟองและยับยั้งกระบวนการทางชีวภาพ นอกจากนี้ แม้จะมีกฎระเบียบควบคุม แต่ลำน้ำเสียยังคงมี 'ส่วนผสม' ของมลพิษจากหน่วยงานอุตสาหกรรมหรือเชิงพาณิชย์ขนาดเล็กที่ไม่ปฏิบัติตามกฎหมาย ซึ่งปล่อยน้ำเสียเข้าสู่เครือข่ายท่อระบายน้ำเทศบาลอย่างผิดกฎหมายหรือไม่เหมาะสม ซึ่งอาจรวมถึงโลหะหนัก ตัวทำละลาย และสารประกอบดื้อต่างๆ ที่เป็นพิษต่อจุลินทรีย์กลุ่มต่างๆ ที่จำเป็นต่อกระบวนการบำบัด

เมื่อเผชิญกับความเป็นจริงนี้ ระบบบำบัดน้ำเสียเดิมของโรงงานซึ่งคาดว่าใช้กระบวนการเลี้ยงเชื้อแบบทั่วไปจากช่วงต้นปี 2000 ได้ถูกใช้งานเกินขีดจำกัดการออกแบบ ส่วนประกอบหลักๆ เช่น ระบบเติมอากาศ เครื่องตกตะกอน และสถานีสูบน้ำทำงานอย่างไม่มีประสิทธิภาพ ประสบปัญหาการสึกหรอของเครื่องจักร การใช้พลังงานสูง และไม่สามารถรองรับภาระสารอาหารและสารพิษที่เข้ามาอย่างต่อเนื่องได้ ระบบดังกล่าวอยู่ในขั้นใกล้จะถูกยกเลิกใช้งาน เนื่องจากต้องเผชิญกับความเป็นไปได้ที่จะถูกลงโทษทางการเงินจากหน่วยงานกำกับดูแลอย่างต่อเนื่อง คำร้องเรียนจากประชาชนเกี่ยวกับกลิ่นเหม็นหรือคุณภาพน้ำที่ได้รับ และในท้ายที่สุดกลายเป็นอุปสรรคต่อการพัฒนาอย่างยั่งยืนของเมือง การขยายขนาดเพียงเท่านั้นจึงไม่เพียงพอ จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนผ่านทางเทคโนโลยี

มันเป็นช่วงเวลาสำคัญนี้เองที่การดำเนินการและปรับปรุงโดยรวมด้วยระบบอุปกรณ์บำบัดน้ำเสียสำหรับเทศบาลของ QDEVU ได้เข้ามาเป็นทางออกที่เปลี่ยนแปลงทุกอย่าง ซึ่งไม่ใช่เพียงการซ่อมแซมแบบผิวเผิน แต่เป็นการปรับปรุงเชิงกลยุทธ์ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับอนาคตของสถาน facility โครงการนี้ทำให้ศูนย์กลางเมืองเก่าแก่นี้สามารถพัฒนาข้ามขั้นไปได้อย่างก้าวกระโดด โดยเปลี่ยนจากการให้บริการ "การบำบัดขั้นพื้นฐาน" ที่มีเป้าหมายเพียงแค่การปฏิบัติตามมาตรฐานการปล่อยน้ำเสียขั้นต่ำเท่านั้น มาสู่การบรรลุเป้าหมายที่เหนือกว่าสองประการ คือ "การปล่อยน้ำคุณภาพสูง" และ "การนำทรัพยากรกลับมาใช้ใหม่"

ดังนั้น การปรับปรุงขั้นก้าวกระโดดนี้หมายถึงอะไรในทางปฏิบัติ? ระบบ QDEVU ถือเป็นกระบวนการบำบัดแบบครบวงจรและทันสมัย การปรับปรุงอาจเริ่มต้นด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพของการบำบัดขั้นต้น เพื่อรองรับปริมาณน้ำที่เพิ่มขึ้น และกรองของแข็งขนาดเล็กออก ส่วนหัวใจหลักของการปรับปรุงน่าจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนหรือเสริมหน่วยบำบัดทางชีวภาพด้วยกระบวนการที่มีความทนทานและมีประสิทธิภาพมากกว่า เช่น ระบบปฏิกิริยาชีวภาพแบบเมมเบรน (Membrane Bioreactor - MBR) เทคโนโลยี MBR รวมเอาการสลายตัวทางชีวภาพเข้ากับการกรองด้วยเมมเบรน ซึ่งทำหน้าที่แทนถังตกตะกอนขั้นที่สองแบบเดิม วิธีนี้ช่วยให้สามารถคงความเข้มข้นของจุลินทรีย์ที่มีชีวิตในถังปฏิกิริยาได้สูงกว่ามาก ส่งผลให้พื้นที่ใช้สอยลดลงอย่างมาก และมีประสิทธิภาพในการบำบัดที่ดีขึ้นอย่างชัดเจน สามารถจัดการระดับ COD และแอมโมเนียที่ผันแปรได้อย่างมีประสิทธิภาพ

นอกจากนี้ กระบวนการกำจัดสารอาหารขั้นสูง (การกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพแบบเข้มข้นและการไนโตรฟิเคชัน/ดีไนโตรฟิเคชัน) ได้ถูกนำมาใช้อย่างแน่นอนเพื่อลดศักยภาพการเกิดภาวะน้ำอุดมสมบูรณ์ในแหล่งน้ำที่รับน้ำเสีย ขั้นตอนสุดท้ายและสำคัญที่สุดสำหรับการนำกลับมาใช้ใหม่คือ การบำบัดขั้นทุติยภูมิขั้นสูงซึ่งน่าจะรวมถึงการกรองด้วยเยื่อเมมเบรนอัลตราฟิลเตรชันร่วมกับการทำลายเชื้อโรคด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต หรือออสโมซิสย้อนกลับ แนวทางการใช้เกราะป้องกันหลายชั้นนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะกำจัดเชื้อโรค ของแข็งลอยตัว และสารอินทรีย์ตกค้างได้อย่างมีประสิทธิภาพ ส่งผลให้ได้น้ำทิ้งที่มีคุณภาพสูงเป็นพิเศษ

ผลิตภัณฑ์คุณภาพสูงนี้คือน้ำที่ผ่านการบำบัดจนมีคุณภาพดีกว่ามาตรฐานการปล่อยน้ำเสียขั้นพื้นฐานมาก จึงกลายเป็นทรัพยากรที่มีค่า สามารถนำไปใช้อย่างปลอดภัยในงานต่าง ๆ ในเขตเมือง เช่น การชลประทานสวนสาธารณะ สนามกอล์ฟ และแนวเขียว ทำความสะอาดถนน ใช้เป็นน้ำหล่อเย็นในอุตสาหกรรม หรือใช้เติมน้ำใต้ดิน ซึ่งช่วยรักษาทรัพยากรน้ำจืดอันมีค่า ในขณะเดียวกัน กระบวนการบำบัดเองก็ถูกออกแบบให้เหมาะสมต่อการกู้คืนทรัพยากร ตะกอนที่เกิดขึ้นระหว่างการบำบัดจะถูกย่อยสลายแบบไร้อากาศเพื่อผลิตก๊าซชีวภาพ ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียนที่สามารถใช้ในการดำเนินงานของสถานีบำบัด ลดปริมาณคาร์บอนและต้นทุนพลังงาน ส่วนของเหลือจากการย่อยสลายที่เสถียรแล้วสามารถแปรรูปเป็นปุ๋ยอินทรีย์สำหรับใช้ทางการเกษตร

สรุปได้ว่า การผสานระบบ QDEVU เข้าอย่างเป็นกลยุทธ์นั้น ได้เปลี่ยนสถานีบำบัดน้ำเสียของเทศบาลที่เคยประสบปัญหาให้กลายเป็นทรัพย์สินที่มีค่าต่อชุมชน ระบบดังกล่าวสามารถแก้ไขแรงกดดันทั้งสองประการ ได้แก่ ภาระการไหลของน้ำและภาระมลสาร ทำให้มั่นใจได้ว่าจะเป็นไปตามมาตรฐานสิ่งแวดล้อมที่เข้มงวดที่สุด ที่สำคัญยิ่งกว่านั้น ยังเป็นการก่อตั้งยุคใหม่ของการจัดการน้ำแบบวงจรปิดในเมืองเก่า โดยน้ำเสียจะไม่ถูกมองว่าเป็นของเสียอีกต่อไป แต่กลับกลายเป็นแหล่งน้ำ พลังงาน และสารอาหารที่เชื่อถือได้ ซึ่งได้กำหนดมาตรฐานใหม่สำหรับโครงสร้างพื้นฐานเมืองที่ยั่งยืนในศตวรรษที่ 21