XJY การเปลี่ยนกากตะกอนน้ำเสียให้เป็นไบโอโซลิด: การเดินทางผ่านกระบวนการบำบัดน้ำเสียและอื่นๆ
แนะนำ XJY การบำบัดกากตะกอน
ก่อนปี 1950 ชุมชนส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกาปล่อยน้ำเสียหรือสิ่งปฏิกูลลงสู่ลำธารและแม่น้ำโดยแทบไม่มีการบำบัดใดๆ เมื่อประชากรในเมืองเพิ่มขึ้น ความสามารถตามธรรมชาติของลำธารและแม่น้ำในการจัดการน้ำเสียก็หมดไป ส่งผลให้คุณภาพน้ำเสื่อมโทรมลงในหลายพื้นที่ เพื่อตอบสนองต่อความกังวลเกี่ยวกับการเสื่อมโทรมของคุณภาพน้ำ ชุมชนหลายพันแห่งทั่วสหรัฐอเมริกาจึงสร้างโรงบำบัดน้ำเสียขึ้นการบำบัดน้ำ ระบบบำบัดน้ำเสียในช่วงทศวรรษ 1950 และ 1960 ส่งผลให้คุณภาพน้ำในลำธารและแม่น้ำดีขึ้นอย่างมาก แต่ก็สร้างปัญหาใหม่ขึ้นมาอีกอย่างหนึ่ง นั่นคือ กากตะกอนน้ำเสีย ประมาณ 99% ของน้ำเสียที่ไหลเข้าสู่โรงบำบัดจะถูกปล่อยออกไปในรูปของน้ำที่สะอาดแล้ว ส่วนที่เหลือเป็นสารแขวนลอยเจือจางของของแข็งที่ถูกดักจับไว้ในกระบวนการบำบัด ของแข็งที่เกิดจากกระบวนการบำบัดน้ำเสียเหล่านี้มักเรียกว่า กากตะกอนน้ำเสีย
รูปภาพ 1 น้ำเสียจากระบบบำบัดน้ำเสีย
"กากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสีย" หรือ "ไบโอโซลิดส์" – ชื่อเหล่านี้มีความหมายอย่างไร?
คำว่า "ไบโอโซลิดส์" เพิ่งถูกนำมาใช้โดยอุตสาหกรรมบำบัดน้ำเสีย อุตสาหกรรมนี้ให้คำจำกัดความของไบโอโซลิดส์ว่าเป็นกากตะกอนน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดอย่างเพียงพอเพื่อความเสถียรและการลดเชื้อโรค และมีคุณภาพสูงพอที่จะนำไปใช้ในการเกษตร คำนี้มีจุดประสงค์เพื่อแยกแยะกากตะกอนน้ำเสียคุณภาพสูงที่ผ่านการบำบัดแล้วออกจากกากตะกอนน้ำเสียดิบและกากตะกอนน้ำเสียที่มีสารมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมในปริมาณมาก คำว่า "ไบโอโซลิดส์" ยังช่วยแยกแยะกากตะกอนน้ำเสียออกจากกากตะกอนอุตสาหกรรมโดยเน้นว่ากากตะกอนน้ำเสียเกิดจากกระบวนการทางชีวภาพ คำนี้ถูกวิพากษ์วิจารณ์โดยบางคนว่าเป็นความพยายามที่จะปกปิดลักษณะที่แท้จริงของกากตะกอนน้ำเสีย เพื่อทำให้การนำวัสดุนี้ไปใช้ในการเกษตรเป็นที่ยอมรับได้มากขึ้นสำหรับประชาชนทั่วไป แม้ว่าคำว่า "ไบโอโซลิดส์" อาจไม่ได้ทำให้เกิดภาพลักษณ์เชิงลบเหมือนกับคำว่า "กากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสีย" หรือ "กากตะกอน" ทั่วไป แต่ก็เป็นคำที่ถูกต้องและมีประโยชน์เมื่อใช้ให้เหมาะสมเพื่อแยกแยะความแตกต่างดังที่กล่าวมาข้างต้น ในเอกสารนี้ คำว่า "กากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสีย" จะหมายถึงของแข็งที่ได้จากการบำบัดน้ำเสียโดยทั่วไป และคำว่า "ไบโอโซลิดส์" จะหมายถึงวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการนำไปใช้ประโยชน์ในดินโดยเฉพาะ
รูปภาพ 2 ท่อส่งกากตะกอนน้ำเสีย
การผลิต กากตะกอนน้ำเสียเทศบาล XJY
น้ำเสียจากชุมชน หรือน้ำทิ้ง หมายถึงน้ำที่ใช้ในบ้านหรือธุรกิจในเขตเมืองและชานเมืองสำหรับการซักล้าง อาบน้ำ และชักโครก น้ำเสียจากชุมชนอาจรวมถึงน้ำจากแหล่งอุตสาหกรรมด้วย เพื่อกำจัดสารเคมีหรือมลพิษที่เกิดจากกระบวนการทางอุตสาหกรรม ผู้ประกอบการอุตสาหกรรมที่ปล่อยน้ำเสียเข้าสู่ระบบบำบัดน้ำเสียของชุมชนจะต้องบำบัดน้ำเสียเบื้องต้นก่อนที่จะปล่อยลงสู่ระบบท่อระบายน้ำ น้ำเสียจะถูกส่งผ่านระบบท่อระบายน้ำเสียไปยังโรงบำบัดน้ำเสียส่วนกลาง (บางครั้งเรียกว่าโรงบำบัดน้ำเสียของรัฐ หรือ POTW) ที่ POTW น้ำเสียจะผ่านขั้นตอนการบำบัดหลายขั้นตอนโดยใช้กระบวนการทางกายภาพ ชีวภาพ และเคมี เพื่อกำจัดสารอาหารและของแข็ง ย่อยสลายสารอินทรีย์ และทำลายเชื้อโรค (จุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรค) ในน้ำ น้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะถูกปล่อยลงสู่ลำธารและแม่น้ำ หรืออาจฉีดพ่นลงบนพื้นที่ขนาดใหญ่
ภาพที่ 3 การบำบัดกากตะกอนน้ำเสียของเทศบาล
การบำบัดน้ำเสียดิบเบื้องต้นประกอบด้วยการกรองเพื่อกำจัดวัตถุขนาดใหญ่ เช่น ไม้ ขวด กระดาษ และเศษผ้า และขั้นตอนการกำจัดตะกอน ซึ่งของแข็งอนินทรีย์ (ทราย กรวด ขี้เถ้า) จะตกตะกอนออกจากน้ำอย่างรวดเร็ว ตะกอนและกรวดที่กำจัดออกในขั้นตอนนี้มักจะถูกนำไปฝังกลบและไม่กลายเป็นส่วนหนึ่งของกากตะกอนน้ำเสีย
การบำบัดขั้นต้นเกี่ยวข้องกับกระบวนการตกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วงและการลอยตัว ซึ่งจะกำจัดวัสดุแข็งประมาณครึ่งหนึ่งที่เข้าสู่ขั้นตอนนี้ วัสดุแข็ง (ทั้งอินทรีย์และอนินทรีย์) ที่ตกตะกอนในระหว่างขั้นตอนการบำบัดนี้จะถูกดึงขึ้นมาจากด้านล่างและกลายเป็นตะกอนขั้นต้น ในโรงบำบัดน้ำเสียส่วนใหญ่ วัสดุลอยน้ำ (น้ำมัน ไขมัน เศษไม้ และเศษพืช) ที่ถูกตักออกจากผิวน้ำในระหว่างการบำบัดขั้นต้นจะถูกกำจัดแยกต่างหากและจะไม่กลายเป็นส่วนหนึ่งของตะกอนขั้นต้น
การบำบัดขั้นที่สองเป็นกระบวนการทางชีวภาพที่ควบคุมและเร่งอย่างระมัดระวัง โดยใช้จุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติในการย่อยสลาย (สลายหรือย่อย) สารอินทรีย์ที่แขวนลอยและละลายอยู่ในน้ำเสีย สารเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนเป็นคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศและกลายเป็นมวลเซลล์ของจุลินทรีย์
ในบ่อตกตะกอนทุติยภูมิ มวลเซลล์จุลินทรีย์จะตกตะกอนลงสู่ก้นบ่อและถูกกำจัดออกไป วัสดุอินทรีย์เป็นหลักนี้เรียกว่า ตะกอนทุติยภูมิ
โรงบำบัดน้ำเสียบางแห่งยังรวมถึงขั้นตอนการบำบัดขั้นที่สาม ซึ่งออกแบบมาเพื่อลดสารอาหารพืช (ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส) สารแขวนลอย หรือความต้องการออกซิเจนทางชีวภาพในน้ำเสียเพิ่มเติม ฟอสฟอรัสที่ตกตะกอนด้วยสารเคมีและการกรองจะทำให้เกิดตะกอนขั้นที่สาม
สุดท้าย น้ำจะได้รับการบำบัดฆ่าเชื้อเพื่อทำลายจุลินทรีย์ก่อโรค จากนั้นน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะถูกปล่อยลงสู่ลำธารหรือแม่น้ำ หรืออาจฉีดพ่นลงบนพื้นที่ขนาดใหญ่ก็ได้
วิธีการรักษา XJY สำหรับ กากตะกอนน้ำเสียจากเทศบาล
โดยปกติแล้ว กากตะกอนขั้นต้น ขั้นรอง และขั้นที่สามจะถูกนำมารวมกัน และส่วนผสมที่ได้ซึ่งมีของแข็งอยู่ 1 ถึง 4% เรียกว่า กากตะกอนน้ำเสีย "ดิบ" เนื่องจากมีเชื้อโรคและมีลักษณะที่ไม่เสถียรและย่อยสลายได้ง่าย กากตะกอนน้ำเสียดิบจึงเป็นอันตรายต่อสุขภาพและสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันมีกระบวนการบำบัดหลายอย่างที่ใช้ในการทำให้กากตะกอนน้ำเสียมีความเสถียร ลดปริมาณเชื้อโรค และเพิ่มปริมาณของแข็ง กระบวนการที่ใช้กันทั่วไปบางส่วนในการทำให้กากตะกอนน้ำเสียมีความเสถียรและลดระดับเชื้อโรคได้แสดงไว้และอธิบายโดยย่อในตารางที่ 1
| วิธีการรักษา | คำอธิบาย | ผลกระทบต่อตะกอน |
| ข้นขึ้น | ของแข็งในตะกอนจะถูกทำให้เข้มข้นขึ้นได้สองวิธี คือ การตกตะกอนเนื่องจากแรงโน้มถ่วง หรือโดยการเติมอากาศ ซึ่งจะทำให้ของแข็งในตะกอนลอยขึ้น | กากตะกอนยังคงมีคุณสมบัติเป็นของเหลว แต่ปริมาณของแข็งเพิ่มขึ้นเป็น 5 ถึง 6% |
| การระบายน้ำ | การระบายน้ำ
|
|
| การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน | หนึ่งในวิธีการบำบัดกากตะกอนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือ การกักเก็บกากตะกอนไว้ในที่ปราศจากอากาศเป็นเวลา 15 ถึง 60 วัน ที่อุณหภูมิ 68 ถึง 131 องศาฟาเรนไฮต์ แบคทีเรียแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะกินกากตะกอนและผลิตก๊าซมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ ในโรงบำบัดบางแห่ง ก๊าซมีเทนจะถูกรวบรวมและเผาเพื่อรักษาระดับอุณหภูมิในการบำบัด |
|
| การย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน | ตะกอนจะถูกกวนด้วยอากาศหรือออกซิเจนเป็นเวลา 40 ถึง 60 วัน ที่อุณหภูมิ 59 ถึง 68 องศาฟาเรนไฮต์ แบคทีเรียแอโรบิกจะกินตะกอนและผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ |
|
| การรักษาเสถียรภาพด้วยด่าง | เติมสารอัลคาไลน์ในปริมาณที่เพียงพอ ซึ่งโดยทั่วไปคือปูนขาว (CaO) ลงในตะกอนเพื่อเพิ่มค่า pH ให้สูงถึงอย่างน้อย 12 เป็นเวลา 2 ชั่วโมง จากนั้นค่า pH ต้องคงอยู่เหนือ 11.5 เป็นเวลาอีก 22 ชั่วโมง |
|
| การทำปุ๋ยหมัก | กากตะกอนจะถูกแยกน้ำออกเพื่อเพิ่มปริมาณของแข็งให้ได้ประมาณ 20% จากนั้นจึงนำไปผสมกับวัสดุอินทรีย์ที่มีคาร์บอนสูง เช่น ขี้เลื่อย ส่วนผสมนี้จะถูกนำไปหมักในสภาวะที่มีออกซิเจนที่อุณหภูมิอย่างน้อย 131 องศาฟาเรนไฮต์ เป็นเวลาหลายวันในระหว่างกระบวนการหมัก |
|
ข้างในมีอะไรบ้าง กากตะกอนน้ำเสีย?
กากตะกอนน้ำเสียประกอบด้วยทั้งสารอนินทรีย์และสารอินทรีย์ มีสารอาหารพืชในปริมาณมาก มีธาตุอาหารรองหลายชนิด¹ และสารเคมีอินทรีย์ในปริมาณน้อยกว่ามาก รวมถึงเชื้อโรคบางชนิด องค์ประกอบของกากตะกอนน้ำเสียจะแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำเสียและกระบวนการบำบัดที่ใช้ ตารางที่ 2 แสดงค่ามัธยฐานและเปอร์เซ็นไทล์ที่ 95 ของความเข้มข้นของสารอาหารพืชและธาตุอาหารรองบางชนิดที่พบในกากตะกอนน้ำเสีย ข้อมูลเหล่านี้ได้มาจากการสำรวจกากตะกอนน้ำเสียที่ผลิตในรัฐเพนซิลเวเนียอย่างครอบคลุมในช่วงปี 1996 และ 1997
ทางเลือกในการจัดการกับ กากตะกอนน้ำเสีย
กากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสียสามารถมองได้สองแง่ คือ เป็นทรัพยากรอินทรีย์และสารอาหารที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ หรือเป็นวัสดุเหลือทิ้งที่ต้องกำจัด ก่อนปี 1991 กากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสียจำนวนมาก รวมถึงบางส่วนจากรัฐเพนซิลเวเนีย ถูกกำจัดโดยการทิ้งลงทะเล ความกังวลเกี่ยวกับการปนเปื้อนสารอาหารในน้ำทะเลมากเกินไปทำให้มีการห้ามการกระทำดังกล่าว ในปัจจุบัน กากตะกอนจากระบบบำบัดน้ำเสียเกือบทั้งหมดในรัฐเพนซิลเวเนียได้รับการบำบัดแล้ว และมีคุณภาพสูงเพียงพอที่จะจัดเป็นไบโอโซลิดส์ได้ น้อยกว่าครึ่งหนึ่งของวัสดุนี้ถูกกำจัดโดยการฝังกลบหรือเผาทำลาย ในขณะที่ไบโอโซลิดส์ที่เหลือถูกนำกลับมาใช้ใหม่ในดินโดยใช้ประโยชน์ในด้านการเกษตร การฟื้นฟูเหมืองแร่ การจัดสวน หรือการทำสวน แต่ละทางเลือกเหล่านี้มีทั้งประโยชน์ ปัญหา และความเสี่ยงทางเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้อง
การกำจัดขยะฝังกลบ
จากมุมมองด้านการจัดการและการขนส่งวัสดุ การฝังกลบอาจเป็นวิธีแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุด จากมุมมองทางเศรษฐกิจ ปัจจุบันการฝังกลบถือว่าได้เปรียบเมื่อเทียบกับทางเลือกอื่นๆ อย่างไรก็ตาม สถานการณ์นี้จะเปลี่ยนแปลงไปอย่างแน่นอน เนื่องจากพื้นที่ฝังกลบมีจำกัดมากขึ้นและค่าธรรมเนียมการทิ้งขยะเพิ่มสูงขึ้น จากมุมมองด้านสิ่งแวดล้อม การฝังกลบช่วยป้องกันการปล่อยสารมลพิษหรือเชื้อโรคที่มากับกากตะกอน โดยการรวมกากตะกอนไว้ในที่เดียว หากสถานที่ฝังกลบได้รับการก่อสร้างและบำรุงรักษาอย่างเหมาะสม ความเสี่ยงด้านสิ่งแวดล้อมก็จะน้อยมาก
อย่างไรก็ตาม การกำจัดกากตะกอนน้ำเสียด้วยการฝังกลบนั้นมีความเสี่ยงอยู่หลายประการ ขยะอินทรีย์จะเกิดการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนในหลุมฝังกลบ ทำให้เกิดก๊าซมีเทนซึ่งอาจถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศ ก๊าซมีเทนเป็นก๊าซเรือนกระจกที่เกี่ยวข้องกับภาวะโลกร้อน นอกจากนี้ ก๊าซอื่นๆ ที่ปล่อยออกมาจากหลุมฝังกลบยังอาจทำให้เกิดกลิ่นไม่พึงประสงค์ ปริมาณสารอาหารจำนวนมากที่กากตะกอนน้ำเสียเพิ่มเข้าไปในหลุมฝังกลบนั้นก่อให้เกิดความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมในท้องถิ่น หากเกิดความเสียหายกับแผ่นรองหลุมฝังกลบหรือระบบรวบรวมน้ำชะล้าง สารอาหารเหล่านี้อาจปนเปื้อนแหล่งน้ำใต้ดินและน้ำผิวดินในท้องถิ่น การฝังกลบกากตะกอนน้ำเสียยังใช้พื้นที่หลุมฝังกลบที่มีค่าและทำให้สูญเสียประโยชน์ที่อาจได้รับจากสารอินทรีย์และสารอาหารพืชในกากตะกอนไป
รูปภาพ 4 การกำจัดขยะฝังกลบ
การกำจัดโดยการเผา
การเผาทำลายกากตะกอนน้ำเสียช่วยลดปริมาณของเสียที่จะต้องกำจัด ทำลายเชื้อโรคได้อย่างสมบูรณ์ ย่อยสลายสารเคมีอินทรีย์ส่วนใหญ่ และนำความร้อนที่มีอยู่ในกากตะกอนน้ำเสียกลับมาใช้ใหม่ได้เล็กน้อย เถ้าที่เหลือเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่มีความเสถียรและค่อนข้างเฉื่อย มีปริมาตรเพียง 10-20% ของปริมาตรกากตะกอนเดิม โลหะหนักส่วนใหญ่ในกากตะกอนน้ำเสียจะมีความเข้มข้นสูงขึ้นในเถ้า (ความเข้มข้นเพิ่มขึ้น 5-10 เท่า) วัสดุนี้มักถูกนำไปฝังกลบ แต่ก็มีศักยภาพที่จะนำไปใช้ในวัสดุก่อสร้างได้เช่นกัน
การเผาทำลายยังปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจกอีกชนิดหนึ่ง) และอาจรวมถึงสารมลพิษระเหยง่ายอื่นๆ (แคดเมียม ปรอท ตะกั่ว ไดออกซิน) สู่ชั้นบรรยากาศ การทำงานของเตาเผาต้องใช้ระบบที่ซับซ้อนเพื่อกำจัดอนุภาคขนาดเล็ก (เถ้าลอย) และสารมลพิษระเหยง่ายจากก๊าซที่ปล่อยออกมา ทำให้การเผาทำลายเป็นหนึ่งในวิธีการกำจัดกากตะกอนน้ำเสียที่แพงที่สุด เช่นเดียวกับการฝังกลบ ประโยชน์ที่อาจได้รับจากอินทรียวัตถุและสารอาหารพืชในกากตะกอนน้ำเสียจะสูญหายไป
ภาพที่ 5 การกำจัดโดยการเผา