การบำบัดธาตุอาหารพืชจากน้ำเสียจากอาคารสำนักงานที่ผ่านการบำบัดด้วยถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรนแบบใช้แสง(ชื่อเดิม : การบำบัดธาตุอาหารพืชจากน้ำที่ผ่านการบำบัดเพื่อนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ด้วยถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรนแบบใช้แสงในพื้นที่ระเบียงเขตเศรษฐกิจภาคตะวันออก)

บทคัดย่อ

การบริหารจัดการน้ำอย่างยั่งยืน เพื่อทำให้เกิดการสมดุลระหว่างการอนุรักษ์ และการใช้ประโยชน์อย่างยั่งยืน และทำให้เกิดการขับเคลื่อนประเทศสู่เศรษฐกิจและสังคมที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมนั้น การนำน้ำเสียเข้าสู่เศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy) โดยการใช้เทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียเพื่อนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ถือเป็นส่วนสำคัญอีกทางหนึ่งในการสนับสนุนและส่งเสริมนโยบายของรัฐดังกล่าว การบำบัดน้ำเสียด้วยถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรน จัดเป็นเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียขั้นสูง ที่สามารถบำบัดสารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนโดยการย่อยสลายของจุลินทรีย์ในระบบได้เป็นอย่างดี แต่การใช้ระบบ MBR ในการบำบัดธาตุอาหารพืช ได้แก่ ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส อาจไม่เหมาะสมและสามารถกระทำได้ยาก วิธีที่จะทำการบำบัดธาตุอาหารพืชที่หลงเหลือยู่ในน้ำที่ผ่านการบำบัดด้วยสาหร่ายเซลล์เดียว ถือเป็นกระบวนการที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ในการบำบัดน้ำเสียขั้นที่สองหรือขั้นที่สาม ซึ่งการใช้ถังปฏิกรณ์ชีวภาพเมมเบรนแบบใช้แสง (membrane photobioreactor: MPBR) จัดเป็นเทคโนโลยีการบำบัดธาตุอาหารพืชที่มีประสิทธิภาพ ด้วยการใช้สาหร่ายเซลล์เดียวในการบำบัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัสในน้ำ และใช้เมมเบรนแบบ microfiltration กรองน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วออกมา โดยการศึกษานี้ มีวัตถุประสงค์ที่จะทำการศึกษาการบำบัดธาตุอาหารพืชที่หลงเหลืออยู่จากน้ำเสียชุมชนประเภทอาคารสำนักงานที่ผ่านการบำบัดน้ำเสียขั้นต้นแล้ว โดยทำการทดสอบปัจจัยด้านระยะเวลากักพักทางชลศาสตร์และระยะเวลากักเก็บตะกอนเซลล์สาหร่ายภายในระบบ ซึ่งเป็นปัจจัยที่สำคัญสำหรับการเดินระบบ ผลการศึกษาแบ่งออกเป็น 2 ส่วน ได้แก่ การทดสอบการเจริญและประสิทธิภาพการบำบัดธาตุอาหารพืชแบบกะ ด้วยสาหร่าย 3 ชนิด ได้แก่ Chlorella vulgaris TISTR 8580, Scenedesmus quadricauda TISTR 8440 และ Spirulina sp. TISTR 8875 โดยทำการทดสอบการเลี้ยงด้วยน้ำที่ผ่านการบำบัดจากระบบ MBR (membrane bioreactor) ที่ระดับการเจือจาง 0%, 25%, 50%, 75% และ 100% และมีการเติมอากาศเพื่อใช้ CO2 เป็นแหล่งคาร์บอนสำหรับสาหร่าย และให้แสงไฟ LED ที่ความเข้มแสง 3,000 ลักซ์ ตลอด 24 ชั่วโมง เป็นระยะเวลา 9 วัน โดยที่ Spirulina sp. TISTR 8875 เท่านั้น ที่มีการเติมโซเดียมไบคาร์บอเนตที่ระดับ 1 g/L สำหรับปรับสภาวะให้ระบบมีความเป็นด่าง เพื่อเอื้อต่อการเจริญของสาหร่าย ผลการทดสอบพบว่า Chlorella vulgaris TISTR 8580 มีค่า maximum biomass productivity (Pmax) อยู่ในช่วง 0.11–0.13 g/L-d และ maximum specific growth rate (?max) อยู่ในช่วง 0.15–0.19 ต่อวัน และสามารถบำบัดไนเตรตและฟอสเฟตได้มากกว่าร้อยละ 99 ที่เลี้ยงด้วยน้ำที่ผ่านการบำบัดจากระบบ MBR เพียงอย่างเดียว โดยใช้ระยะเวลาเพียงแค่ 3 วันของการทดสอบ ส่วน Scenedesmus quadricauda TISTR 8440 มีค่า maximum biomass productivity (Pmax) อยู่ในช่วง 0.12–0.27 g/L-d และ maximum specific growth rate (?max) อยู่ในช่วง 0.18–0.40 ต่อวัน และมีประสิทธิภาพในการบำบัดไนเตรตและฟอสเฟตมากกว่าร้อยละ 70 ภายใน 6 วัน ในขณะที่ Spirulina sp. TISTR 8875 มีค่า maximum biomass productivity (Pmax) 0.17 g/L-d และ maximum specific growth rate (?max) อยู่ในช่วง 0.19–0.28 ต่อวัน และประสิทธิภาพในการบำบัดไนเตรตและฟอสเฟตมีค่าสูงถึงร้อยละ 90 ภายใน 7 วันของการทดสอบ อย่างไรก็ตาม เมื่อนำสาหร่ายทั้ง 3 ชนิด มาทดสอบการเจริญและการบำบัดธาตุอาหารพืชด้วยระบบ MPBR ที่มีการเดินระบบอย่างต่อเนื่อง พบว่ามีเพียง Spirulina sp. TISTR 8875 เท่านั้น ที่สามารถเจริญและทำการทดสอบต่อไปได้ ส่วน Chlorella vulgaris TISTR 8580 และ Scenedesmus quadricauda TISTR 8440 ไม่สามารถเลี้ยงให้เจริญได้ในชุดทดสอบ MPBR ดังนั้น เมื่อพิจารณาผลการทดสอบการเจริญและประสิทธิภาพการบำบัดธาตุอาหารพืชของ Spirulina sp. TISTR 8875 ด้วยระบบ MPBR ขนาด 63 ลิตร ที่มีการเติมอากาศที่อัตรา 4-6 ลิตรต่อนาที และให้แสงตลอด 24 ชั่วโมง ที่ความเข้มแสง 3,000–5,000 ลักซ์ โดยเติมโซเดียมไบคาร์บอเนตในน้ำเข้าระบบที่อัตรา 1 g/L และทำการทดสอบปัจจัยด้านระยะเวลากักพักทางชลศาสตร์ที่ 6.4–9.7 วัน และระยะเวลากักเก็บตะกอนเซลล์สาหร่ายที่ 20, 40,60,80 วัน และไม่ได้นำเซลล์สาหร่ายออก (infinite SRT) ผลการทดสอบพบว่า ในสภาวะ HRT ที่ 7.8 วัน และ SRT ที่ 80 วัน สามารถบำบัดไนเตรต และฟอสเฟต ได้ร้อยละ 40.9 และ 46.6 โดยมีอัตราการบำบัดไนเตรตและฟอสเฟตอยู่ที่ 2.55 และ 0.23 mg/L-d ตามลำดับ ทั้งนี้ ต้องมีการเติมเหล็กในรูปของ Fe-EDTA ในน้ำเข้าระบบที่อัตรา 0.07 g/L เพิ่มเติมด้วย เนื่องจากน้ำที่ทดสอบมีองค์ประกอบของเหล็กซึ่งมีส่วนสำคัญในการเจริญและการบำบัดธาตุอาหารพืชของสาหร่ายไม่เพียงพอ จากผลการศึกษาที่ได้ แสดงให้เห็นว่า Spirulina sp. TISTR 8875 สามารถบำบัดธาตุอาหารพืชด้วยระบบ MPBR อย่างต่อเนื่องได้ มีความเป็นไปได้ในการนำไปขยายผลในพื้นที่จริง และน้ำที่ผ่านการบำบัดมีศักยภาพในการนำกลับไปใช้ใหม่ได้

คำสำคัญ