1. หลักการย่อยสลาย COD
COD หมายถึงปริมาณรวมของสารอินทรีย์ที่สามารถออกซิไดซ์ได้และสารอนินทรีย์ที่สามารถรีดิวซ์ได้ในน้ำ หัวใจของการย่อยสลายคือการสลายสารอินทรีย์ให้เป็นโมเลกุลเล็กๆ ที่ไม่เป็นอันตราย ซึ่งสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท
1. การย่อยสลายทางชีวเคมี: จุลินทรีย์ที่ใช้ออกซิเจน (เช่น แบคทีเรียที่จับตัวเป็นก้อนในสลัดจ์แบบเติมอากาศ) จะเผาผลาญสารอินทรีย์ สลายให้เป็น CO₂ และ H₂O พร้อมทั้งสังเคราะห์เซลล์ของตัวเอง จุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนจะสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ให้เป็นมีเทน, CO₂ และสารอื่นๆ ภายใต้สภาวะที่ไม่มีออกซิเจน วิธีนี้ใช้ได้กับ COD ที่ย่อยสลายได้ง่าย (เช่น คาร์โบไฮเดรตและโปรตีนในน้ำเสียจากครัวเรือน)
2. การย่อยสลายทางกายภาพและเคมี: สำหรับ COD ที่ย่อยสลายยาก (เช่น ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติกและสารประกอบเฮเทอโรไซคลิกในน้ำเสียอุตสาหกรรม) จะใช้วิธีการออกซิเดชันขั้นสูง (Fenton, โอโซนออกซิเดชัน) เพื่อสลายพันธะเคมีของสารอินทรีย์ หรือใช้การดูดซับ (ถ่านกัมมันต์) เพื่อแยกมลพิษออกโดยตรง จึงช่วยลดค่า COD ในแหล่งน้ำ
องค์ประกอบของความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD) ส่วนใหญ่ประกอบด้วยอะไรในแหล่งน้ำ
A. สารอินทรีย์ทั้งหมด
B. สารอินทรีย์ที่สามารถออกซิไดซ์ได้ด้วยสารออกซิไดซ์ที่แรง + สารอนินทรีย์ที่สามารถรีดิวซ์ได้บางส่วน
C. สารอนินทรีย์ทั้งหมด
D. การย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ทนทาน II. หลักการย่อยสลายแอมโมเนียไนโตรเจน
การย่อยสลายแอมโมเนียไนโตรเจน (NH₃-N) ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของธาตุไนโตรเจน โดยมีกระบวนการทางชีวเคมีเป็นวิธีหลัก ในขณะที่วิธีการทางกายภาพเคมีจะถูกนำมาใช้เป็นครั้งคราวในกรณีเฉพาะ
การไนตริฟิเคชัน-ดีไนตริฟิเคชันทางชีวเคมี
การไนตริฟิเคชัน: ภายใต้สภาวะที่มีอากาศเพียงพอ มีค่า pH ที่เหมาะสม (7.5-8.5) และอุณหภูมิ (15-30°C) แบคทีเรียไนตริฟายเออร์แบบออโตโทรฟ (แบคทีเรียที่ออกซิไดซ์ไนไตรท์ + แบคทีเรียที่ออกซิไดซ์ไนเตรต) จะเปลี่ยน NH₃-N ให้เป็นไนไตรท์ไนโตรเจน (NO₂⁻-N) ก่อน จากนั้นจึงเปลี่ยนต่อไปเป็นไนเตรตไนโตรเจน (NO₃⁻-N)
ปฏิกิริยาดีไนตริฟิเคชัน: แบคทีเรียดีไนตริฟายเออร์แบบเฮเทอโรโทรฟ ภายใต้สภาวะที่ไม่มีอากาศ จะใช้ไนเตรตไนโตรเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอน รีดิวซ์ให้เป็น N₂ ซึ่งจะถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศ จึงทำให้การกำจัดไนโตรเจนสมบูรณ์
2. วิธีการทางกายภาพ
◦ วิธีการสตรีป: ปรับค่า pH ของน้ำเสียให้อยู่ระหว่าง 10.5-11.5 เพื่อเปลี่ยนแอมโมเนียมไอออน (NH₄⁺) ให้เป็นแอมโมเนียอิสระ (NH₃) จากนั้นสตรีปแอมโมเนียออกสู่บรรยากาศด้วยการเติมอากาศ
วิธีการคลอรีนจุดแตก: การเติมสารออกซิไดซ์ เช่น คลอรีน เพื่อออกซิไดซ์แอมโมเนียไนโตรเจนให้เป็น N₂ เหมาะสำหรับการบำบัดน้ำเสียแอมโมเนียไนโตรเจนความเข้มข้นต่ำในกรณีฉุกเฉิน
III. ปัจจัยหลักที่มีผลต่อการย่อยสลาย COD
ลักษณะคุณภาพน้ำ: COD ที่ย่อยสลายได้ง่าย (คาร์โบไฮเดรต, โปรตีน) ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากกิจกรรมของจุลินทรีย์; COD ที่ย่อยสลายยาก (ไฮโดรคาร์บอนอะโรมาติก, สารประกอบเฮเทอโรไซคลิก) อาศัยความเข้มข้นของการออกซิเดชันของกระบวนการออกซิเดชันขั้นสูง ซึ่งไม่สามารถย่อยสลายได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยวิธีการทางชีวเคมีแบบดั้งเดิม
2. สภาวะจุลินทรีย์: กระบวนการใช้ออกซิเจนต้องการออกซิเจนละลายน้ำเพียงพอ (DO 2-4mg/L) และความเข้มข้นของสลัดจ์ที่เหมาะสม (MLSS 2000-4000mg/L); กระบวนการไม่ใช้ออกซิเจนต้องการสภาวะที่ไม่มีออกซิเจนอย่างเคร่งครัดและเวลาเก็บกักสลัดจ์ (SRT) ที่เหมาะสม ประชากรจุลินทรีย์ที่ไม่สมดุลจะลดประสิทธิภาพการย่อยสลายโดยตรง
3. พารามิเตอร์สิ่งแวดล้อม: อุณหภูมิน้ำ (ช่วงที่เหมาะสม: 20-35°C), pH (6.5-8.5) อุณหภูมิต่ำหรือกรด/ด่างที่แรงสามารถยับยั้งการเผาผลาญของจุลินทรีย์; สารพิษ (เช่น โลหะหนัก, ฟีนอล) สามารถทำลายประชากรแบคทีเรีย ทำให้ประสิทธิภาพการกำจัด COD ลดลงอย่างรวดเร็ว
4. การดำเนินการของกระบวนการ: เวลาเก็บกักน้ำ (HRT) และอัตราส่วนการไหลย้อนกลับในวิธีการทางชีวเคมี รวมถึงปริมาณสารเคมีที่ใช้ (เช่น อัตราส่วน Fe⁺ ต่อ H₂O₂ ในรีเอเจนต์ Fenton) และเวลาทำปฏิกิริยาในวิธีการทางกายภาพเคมี ล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพการย่อยสลาย COD
4. ปัจจัยหลักที่มีผลต่อการย่อยสลายแอมโมเนียไนโตรเจน
กิจกรรมของแบคทีเรียไนโตรซาซิง: แบคทีเรียไนโตรซาซิงเป็นแบบออโตโทรฟ เติบโตช้า และไวต่อสภาวะแวดล้อม พวกมันต้องการออกซิเจนละลายน้ำเพียงพอ (DO ≥2mg/L) และเวลาเก็บกักสลัดจ์ที่ยาวนาน (SRT 10-20d) สภาวะที่ไม่มีอากาศหรือเวลาเก็บกักสลัดจ์ที่สั้นเกินไปอาจทำให้ปฏิกิริยาไนโตรซาซิงหยุดชะงัก
2. พารามิเตอร์สิ่งแวดล้อม: อุณหภูมิน้ำ (15-30°C) ต่ำกว่า 10°C จะลดอัตราการไนตริฟิเคชันลงอย่างมาก; pH (7.5-8.5) สภาวะที่เป็นกรดจะยับยั้งกิจกรรมของแบคทีเรียไนตริฟายเออร์; สารพิษ (เช่น โลหะหนัก, ไซยาไนด์) จะฆ่าแบคทีเรียไนตริฟายเออร์โดยตรง
3. สภาวะการดีไนตริฟิเคชัน: แบคทีเรียดีไนตริฟายเออร์ต้องการสภาวะที่ไม่มีออกซิเจนและแหล่งคาร์บอนที่เพียงพอ (อัตราส่วน C/N ≥ 5:1) แหล่งคาร์บอนที่ไม่เพียงพอจะทำให้การดีไนตริฟิเคชันไม่สมบูรณ์ ส่งผลให้มีไนเตรตไนโตรเจนตกค้างจากการแปลงแอมโมเนียไนโตรเจน และทำให้ยากต่อการผ่านมาตรฐานไนโตรเจนรวม
4. พารามิเตอร์กระบวนการ: เวลาเก็บกักน้ำและอัตราการเติมอากาศในขั้นตอนการไนตริฟิเคชัน รวมถึงความแม่นยำในการปรับ pH (10.5-11.5) และปริมาณอากาศที่ใช้ในการเติมอากาศในวิธีการทางกายภาพเคมี (วิธีการสตรีป) ล้วนส่งผลต่อประสิทธิภาพการกำจัดแอมโมเนียไนโตรเจน
V. ปัจจัยทั่วไปที่มีผลกระทบ
• ภาระน้ำทิ้ง: ความผันผวนของความเข้มข้นของ COD และแอมโมเนียไนโตรเจนที่มากเกินไป เกินกว่ากำลังการบำบัดของกระบวนการ จะส่งผลให้คุณภาพน้ำทิ้งเกินมาตรฐาน
• ประสิทธิภาพการบำบัดเบื้องต้น: หากกระบวนการบำบัดเบื้องต้น เช่น ตะแกรงและบ่อดักทราย ไม่สามารถกำจัดของแข็งแขวนลอยและสิ่งสกปรกที่เป็นอนุภาคขนาดใหญ่ได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งเหล่านี้อาจอุดตันเครื่องปฏิกรณ์ ลดประสิทธิภาพการถ่ายเทมวล และส่งผลกระทบทางอ้อมต่อประสิทธิภาพการย่อยสลาย
