เชื้อก่อโรคจุลินทรีย์: การฆ่าเชื้อ

นี่คือแนวป้องกันสุดท้ายและสำคัญที่สุดในการรับรองความปลอดภัยทางชีวภาพของน้ำดื่ม

การฆ่าเชื้อด้วยสารเคมี:เป็นวิธีที่พบมากที่สุด คลอรีน (คลอรีนเหลว โซเดียมไฮโปคลอไรต์) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อแบคทีเรียสูงและต่อเนื่อง รวมถึงสามารถรักษาระดับคลอรีนตกค้างในระบบจ่ายน้ำได้ โอโซนเป็นสารออกซิไดซ์และสารฆ่าเชื้อที่มีประสิทธิภาพสูงกว่า สามารถกำจัดกลิ่นและออกซิไดซ์เหล็กและแมงกานีสได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม โอโซนมีครึ่งชีวิตสั้นและไม่สามารถฆ่าเชื้อได้อย่างต่อเนื่อง จึงมักใช้ร่วมกับคลอรีนในปริมาณเล็กน้อยเพื่อรักษาระดับคลอรีนตกค้างในระบบจ่ายน้ำ คลอรีนไดออกไซด์มีข้อดีในการกำจัดไบโอฟิล์มและให้ผลตกค้างที่ยาวนานกว่า

การฆ่าเชื้อด้วยวิธีทางกายภาพ:แสงอัลตราไวโอเลต (UV) ใช้โฟตอนพลังงานสูงในการทำลายดีเอ็นเอของจุลินทรีย์ ทำให้มีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อสูงโดยไม่ก่อให้เกิดสารเคมีตกค้าง อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ขาดผลคงค้างและมีประสิทธิภาพเฉพาะกับน้ำที่ไหลผ่านเครื่องปฏิกรณ์เท่านั้น นอกจากนี้ยังมีวิธีการทางเคมีไฟฟ้าอื่นๆ เช่น การฆ่าเชื้อด้วยไมโครอิเล็กโทรไลซิส

การฆ่าเชื้อด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส:โรงงานบำบัดน้ำจะเตรียมโซเดียมไฮโปคลอไรต์ในสถานที่โดยการใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสกับน้ำเกลือหรือกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง (เรียกว่า "การฆ่าเชื้อด้วยน้ำเกลือด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส") ซึ่งเป็นทางเลือกที่ปลอดภัยและสะดวกกว่าการฆ่าเชื้อด้วยคลอรีน และช่วยลดความเสี่ยงที่เกี่ยวข้องกับการขนส่งและการจัดเก็บก๊าซคลอรีน

สาหร่ายและสารก่อกลิ่น: การกำจัดสาหร่ายและการเตรียมออกซิเดชันก่อนใช้งาน

เมื่อแหล่งน้ำเกิดภาวะยูโทรฟิเคชันจนนำไปสู่การเจริญเติบโตของสาหร่าย มันสามารถอุดตันระบบกรองน้ำ ก่อให้เกิดสารที่ทำให้เกิดกลิ่นเหม็น เช่น จีออสมิน (GSM) และเพิ่มระดับของสารตั้งต้นที่เป็นผลพลอยได้จากการฆ่าเชื้อโรค

กระบวนการหลักในการกำจัดสาหร่าย: การลอยตัวด้วยอากาศละลาย (Dissolved Air Flotation หรือ DAF) เป็นกระบวนการหลักในช่วงที่มีสาหร่ายเจริญเติบโตสูง เนื่องจากสาหร่ายมีความหนาแน่นมากกว่าน้ำและผลิตออกซิเจนขณะที่ลอยขึ้น การตกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วงแบบดั้งเดิมจึงไม่ได้ผล ในทางตรงกันข้าม DAF ใช้ฟองอากาศขนาดเล็กมากในการ "ยก" กลุ่มสาหร่ายขึ้นสู่ผิวน้ำเพื่อกำจัด ทำให้มีประสิทธิภาพสูงมาก มักใช้ร่วมกับการตกตะกอนแบบโคแอกกูเลชันเพื่อสร้างกระบวนการ "โคแอกกูเลชัน-DAF"

การออกซิเดชันล่วงหน้าแบบเสริมประสิทธิภาพ:โรงงานบำบัดน้ำจะเติมโอโซน โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต หรือสารละลายเฟนตันก่อนการลอยตัวหรือการตกตะกอนเพื่อทำการออกซิเดชันล่วงหน้า ซึ่งจะทำให้เซลล์สาหร่ายไม่ทำงาน ย่อยสลายสารที่มีกลิ่น และสลายชั้นเจลาตินบนผิวสาหร่าย ทำให้กำจัดได้ง่ายขึ้นด้วยกระบวนการตกตะกอน-ลอยตัว หรือการกรองในขั้นตอนต่อไป การศึกษาในน้ำที่มีปริมาณสาหร่ายสูงแสดงให้เห็นว่ากระบวนการ "การออกซิเดชันล่วงหน้าด้วยเฟนตัน-การตกตะกอน/การตกตะกอน-การลอยตัวด้วยอากาศละลาย-ตัวกรองทรายถ่านกัมมันต์" สามารถกำจัดเซลล์สาหร่ายได้ในอัตราที่สูงกว่า 99.9%

การดูดซับและการย่อยสลายทางชีวภาพ:การเติมผงถ่านกัมมันต์ (PAC) สามารถดูดซับสารที่ก่อให้เกิดกลิ่นได้ และกระบวนการโอโซน-ถ่านกัมมันต์ชีวภาพ (O₃-BAC) ในขั้นตอนต่อมาสามารถย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ละลายในน้ำและกลิ่นตกค้างได้ดียิ่งขึ้น

สารอินทรีย์ที่ละลายในน้ำ สี และกลิ่น: ปฏิกิริยาออกซิเดชันและการดูดซับ

การออกซิเดชัน:โอโซนเป็นสารออกซิไดซ์ที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งมีประสิทธิภาพในการลดสี ขจัดกลิ่น และกำจัดสารประกอบอินทรีย์ เช่น กรดฮิวมิก ในขณะเดียวกันก็ลดโอกาสการเกิดสารประกอบที่เป็นผลพลอยได้จากการฆ่าเชื้อโรค เช่น ไตรฮาโลมีเทน

การดูดซับ:ถ่านกัมมันต์ (ชนิดผงหรือเม็ด) เป็นวิธีการหลักในการกำจัดสารอินทรีย์ที่ละลายในน้ำ โดยจะดูดซับโมเลกุลอินทรีย์ต่างๆ ผ่านพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ และมักใช้ร่วมกับโอโซนหรือการบำบัดทางชีวภาพ

อนุภาคแขวนลอยและคอลลอยด์:การจับตัวเป็นก้อน - การตกตะกอน/การลอยตัวด้วยอากาศ - การกรอง

นี่คือกระบวนการ "บำบัดแบบดั้งเดิม" ที่เป็นที่รู้จักกันดีและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ซึ่งโรงบำบัดน้ำใช้เพื่อกำจัดความขุ่น ตะกอน และสารคอลลอยด์

1. การตกตะกอน:สารตกตะกอน เช่น สารส้ม โพลีอะลูมิเนียมคลอไรด์ และเฟอร์ริกคลอไรด์ จะถูกเติมลงในน้ำเพื่อทำให้ประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวของอนุภาคคอลลอยด์เป็นกลาง ทำให้พวกมันไม่เสถียรและชนกัน ส่งผลให้เกิด "ไมโครฟล็อก" ขนาดเล็กขึ้น

2. การจับตัวเป็นก้อน:ด้วยการกวนเบาๆ อนุภาคขนาดเล็กจะเจริญเติบโตต่อไปจนกลายเป็น "ก้อน" ที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่า

3. การตกตะกอนหรือการลอยตัวด้วยอากาศ (การทำให้ใส):ตะกอนจะถูกแยกออกจากน้ำโดยการตกตะกอนด้วยแรงโน้มถ่วง (การตกตะกอน) หรือโดยการลอยขึ้นสู่ผิวน้ำด้วยฟองอากาศ (การลอยตัวด้วยอากาศ)

4. การกรอง:น้ำจะไหลผ่านชั้นของวัสดุที่มีรูพรุน เช่น ทรายควอตซ์หรือถ่านหินแอนทราไซต์ เพื่อดักจับอนุภาคละเอียดที่เหลืออยู่หลังจากการตกตะกอน สำหรับแหล่งน้ำคุณภาพสูง บางครั้งอาจละเว้นขั้นตอนการตกตะกอนได้ และสามารถทำการกรองได้โดยตรง (การกรองโดยตรง)

ไอออนที่ละลายและไนโตรเจน/ฟอสฟอรัส: การบำบัดขั้นสูงและล้ำลึก

โรงงานบำบัดน้ำใช้กรรมวิธีเหล่านี้เพื่อกำจัดสารปนเปื้อนที่ละลายอยู่ในน้ำ ซึ่งยากต่อการกำจัดด้วยกระบวนการแบบดั้งเดิม

เทคโนโลยีการแยกด้วยเยื่อ:แบ่งตามขนาดรูพรุนจากใหญ่ที่สุดไปเล็กที่สุด ได้แก่ ไมโครฟิลเทรชัน (MF), อัลตราฟิลเทรชัน (UF), นาโนฟิลเทรชัน (NF) และรีเวิร์สออสโมซิส (RO) MF/UF ส่วนใหญ่ใช้ในการกำจัดอนุภาค แบคทีเรีย และไวรัสบางชนิด ในขณะที่ NF/RO สามารถกักเก็บไอออนที่ละลายอยู่และสารประกอบอินทรีย์โมเลกุลเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ และใช้สำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำ การกำจัดความกระด้าง หรือการทำให้บริสุทธิ์ขั้นสูง

การกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัสทางชีวภาพ:ในโรงบำบัดน้ำเสีย กระบวนการทางชีวภาพ เช่น AAO (Anaerobic-Anoxic-Oxic) ถูกนำมาใช้เป็นหลัก กระบวนการเหล่านี้ใช้การทำงานของจุลินทรีย์ในการไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนและไร้ออกซิเจนสลับกัน เพื่อเปลี่ยนแอมโมเนียไนโตรเจนให้เป็นก๊าซไนโตรเจนสำหรับการกำจัด ในขณะเดียวกันก็สามารถกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพได้ด้วย ในขั้นตอนการบำบัดขั้นสูง สามารถลดปริมาณไนโตรเจนทั้งหมดลงได้อีกโดยใช้ตัวกรองแบบดีไนตริฟิเคชันชนิดลึก

การกำจัดไนโตรเจนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส:สำหรับน้ำเสียที่มีอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจนต่ำ ซึ่งการกำจัดไนโตรเจนทางชีวภาพแบบดั้งเดิมไม่ได้ผล การกำจัดไนโตรเจนด้วยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสสามารถใช้เป็นวิธีการบำบัดเสริมหรือขั้นสูงที่มีประสิทธิภาพ โดยการเปลี่ยนสารประกอบไนโตรเจนโดยตรงผ่านปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันทางไฟฟ้าเคมี หรือเมื่อรวมกับการบำบัดทางชีวภาพ (เช่น กระบวนการผสมผสานระหว่างชีวภาพและอิเล็กโทรไลซิส) สามารถเพิ่มอัตราการกำจัดไนโตรเจนโดยรวมได้ประมาณ 92.5%

วิธีการทางกายภาพและเคมีอื่นๆ:ได้แก่ การแลกเปลี่ยนไอออน (เพื่อกำจัดไอออนเฉพาะ) การดูดซับ (เช่น การดูดซับไนโตรเจนแอมโมเนียโดยซีโอไลต์) และการคลอริเนชันแบบจุดแตกหัก (เพื่อกำจัดไนโตรเจนแอมโมเนียที่มีความเข้มข้นต่ำ)

โรงบำบัดน้ำเสียสมัยใหม่โดยทั่วไปจะบูรณาการวิธีการต่างๆ เหล่านี้เข้าด้วยกันเป็นลำดับ เพื่อสร้างกระบวนการบำบัดที่ครอบคลุมและมีประสิทธิภาพ