การพัฒนาเทคโนโลยีการนำกลับและการกำจัดธาตุอาหารจากน้ำเสียแบบประหยัดพลังงาน

บทคัดย่อ

โครงการวิจัยนี้มีเป้าหมายเพื่อพัฒนาเทคโนโลยีการนำกลับและการกำจัดธาตุอาหารจากน้ำเสียปัสสาวะด้วยกระบวนการดูดซับ โดยมุ่งเน้นไปที่การพัฒนากระบวนการ 3 กระบวนการ ที่เกี่ยวข้อง อันได้แก่ 1) กระบวนการฆ่าเชื้อโรคโดยใช้แสงยูวี 2) กระบวนการกำจัดสารตกค้างจากยาด้วยวัสดุดูดซับประเภท วัสดุโครงข่ายโลหะอินทรีย์ (Metal organic frameworks, MOFs) และ ถ่านกัมมันต์ (Granular activated carbon, GAC) และ 3) การนำกลับและกำจัดธาตุอาหารด้วยวัสดุดูดซับประเภทไบโอชาร์ และซีโอไลท์ รวมถึงวัสดุดูดซับประเภทไบโอชาร์และซีโอไลท์ ที่มีการปรับสภาพผิว การศึกษาการฆ่าเชื้อด้วยแสงยูวี พบว่าปริมาณความเข้มของแสงยูวีสำหรับกำจัดเชื้อ E. coli แบคเทอริโอฟาจ phi6 และ แบคเทอริโอฟาจ MS2 ให้ได้อย่างน้อย 3 log reduction ในน้ำเสียปัสสาวะสังเคราะห์อยู่ที่ประมาณ 10, 92, และ 326 มิลลิจูล/ตารางเซนติเมตร ตามลำดับ การศึกษาการดูดซับยาซัลฟาเมทอกซาโซล (Sulfamethoxazole-SMX) และ ไอบูโพรเฟน (Ibuprofen-IBP) พบว่า วัสดุดูดซับประเภท MOF มีความสามารถในการดูดซับยา SMX และ IBP สูง อย่างไรก็ตามความสามารถในการดูดซับลดลงอย่างมากเมื่อมีแอมโมเนียไนโตรเจน และ/หรือ ฟอสฟอรัสอยู่ร่วมด้วย ซึ่งแตกต่างจากวัสดุดูดซับประเภท GAC ซึ่งมีความสามารถในการดูดซับลดลงเพียงเล็กน้อยในสภาวะที่มีแอมโมเนียไนโตรเจน และ/หรือ ฟอสฟอรัส จึงควรเลือกวัสดุดูดซับประเภท GAC ในการดูดซับยา การศึกษาการดูดซับไนโตรเจนและฟอสฟอรัสกับวัสดุดูดซับประเภทไบโอชาร์และซีโอไลท์ ที่ไม่มีการปรับสภาพผิวพบว่า สามารถดูดซับแอมโมเนียไนโตรเจนในน้ำเสียปัสสาวะสังเคราะห์ได้ อย่างไรก็ตามมีความจำเป็นต้องปรับสภาพผิวของวัสดุดูดซับให้เหมาะสมกับการการดูดซับฟอสฟอรัส การปรับสภาพผิวไบโอชาร์ด้วยสารละลายแมกนีเซียมคลอไรด์ มีอัตราส่วนที่เหมาะสมคือ ไบโอชาร์ 5 กรัมต่อ 100 มิลลิลิตรของแมกนีเซียมคลอไรด์ความเข้มข้น 0.02 โมลาร์ หลังจากปรับสภาพผิวแล้ว วัสดุดูดซับมีความสามารถในการดูดซับฟอสฟอรัสมากขึ้น ผลการทดลองกับน้ำเสียปัสสาวะสังเคราะห์นำไปสู่คำแนะนำในการวางระบบและพารามิเตอร์การเดินระบบ ระบบควรมีถังเก็บน้ำเสียปัสสาวะเพื่อให้เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส (Hydrolysis) โดยอาจวางถังปฏิกรณ์ฆ่าเชื้อโรคหลังจากถังเก็บน้ำเสียปัสสาวะเพื่อความมั่นใจในการใช้งาน จากนั้นควรติดตั้งถังปฏิกรณ์ดูดซับยาโดยใช้ GAC เป็นวัสดุดูดซับ ตามด้วยถังปฎิกรณ์ที่บรรจุไบโอชาร์ที่ปรับสภาพผิวด้วยแมกนีเซียมคลอไรด์เพื่อดูดซับฟอสฟอรัส แต่เนื่องจากในน้ำปัสสาวะมีแอมโมเนียไนโตรเจนเหลืออยู่อีกมาก จึงควรใช้ถังปฏิกรณ์ที่บรรจุไบโอชาร์หรือซีโอไลท์ที่ไม่มีการปรับสภาพผิว มาดูดซับแอมโมเนียไนโตรเจนเพิ่มเติม ถังดูดซับโดยวัสดุ GAC เพื่อใช้ดูดซับสารตกค้างจากยา มีพารามิเตอร์การออกแบบได้แก่ ค่า EBCT และค่า Usage rate เท่ากับ >25 นาที และ 0.00083 กรัม/มิลลิลิตร ตามลำดับ ถังดูดซับโดยวัสดุไบโอชาร์ที่ปรับสภาพผิวด้วยแมกนีเซียมคลอไรด์ สำหรับการกำจัดฟอสฟอรัสที่ร้อยละ 50 มีพารามิเตอร์ที่ใช้ในการออกแบบได้แก่ EBCT และ ค่า Usage rate >458 นาที และ 0.0375 กรัม/มิลลิลิตร ตามลำดับ ถังดูดซับโดยวัสดุไบโอชาร์หรือซีโอไลท์ที่ไม่มีการปรับสภาพผิว เพื่อกำจัดแอมโมเนียไนโตรเจนที่ร้อยละ 50 มีพารามิเตอร์ที่ใช้ในการออกแบบ ได้แก่ EBCT และ ค่า Usage rate >229 นาที และ 0.030 กรัม/มิลลิลิตร สำหรับไบโอชาร์ และ >115 นาที และ 0.193 กรัม/มิลลิลิตร สำหรับซีโอไลท์ ผลงานวิจัยนี้แสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการติดตั้งระบบเพื่อกำจัดสารตกค้างจากยาและนำกลับธาตุอาหารจากน้ำเสียปัสสาวะ เนื่องจากเป็นการจัดการของเสียที่แหล่งกำเนิด ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานและทรัพยากรเมื่อเทียบกับการจัดการที่น้ำเสียชุมชน จึงควรส่งเสริมแนวคิดการจัดการน้ำเสียปัสสาวะก่อนปล่อยรวมกับน้ำเสียส่วนอื่นๆ โดยควรพิจารณาส่งเสริมการกำหนดมาตรฐานการออกแบบระบบรวบรวมน้ำเสียและระบบบำบัดน้ำเสีย เพื่อแยกจัดการน้ำเสียปัสสาวะ ภายในอาคารประเภทต่างๆ นอกจากนี้วัสดุดูดซับประเภทไบโอชาร์ที่มีธาตุอาหารดูดติดที่ผิว สามารถนำมาเป็นสารปรับปรุงดินได้ จึงควรส่งเสริมการผลิตไบโอชาร์จากชีวมวลเพื่อใช้เป็นวัสดุดูดซับธาตุอาหารในน้ำเสียที่มีธาตุอาหารสูงต่อไป

ระดับความพร้อมของโครงการ