สรุป รายวิชา ENV 445 การออกแบบระบบบำบัดน้ำเสีย ไฟนอล (ไม่ครบ) KMUTT (waste water design )

1. สรุป w/w Design สกัดเดือน
ขั้นตอนการวิเคราะห์และการเลือก
1.กระบวนการ
องค์ประกอบของน้าเสียจะถูกกาจัดออกโดย 3 วิธี คือ กระบวนการทางกายภาพ เคมีและทางชีวภาพ
1.1 การดาเนินการทางกายภาพ
กระบวนการทางกายภาพมีลักษณะเด่นคือใช้แรงทางฟิสิกส์เป็นหลัก แรงลอยตัว
ใช้แยก ของแข็งออกจากน้า ไม่สามารถกาจัดมลสารที่ละลายในน้าได้หมด เนื่องจาก ไม่สามารถกาจัดสารที่
ละลายน้าได้
ตัวอย่างเช่น screening, mixing, sedimentation, gas transfer, flotation, flocculation, filtration ,adsorption
1.2 การดาเนินการเคมี
การกาจัดสารปนเปื้อนหรือการเปลี่ยนรูปของเสียโดยมีสารใหม่เกิดขึ้น เนื่องจากการเติมของสารเคมีหรือ
ปฏิกิริยาทางเคมี
เร็ว ราคาแพง(ค่าสารเคมี ค่าดูแลรักษาระบบ)
E.g. neutralization, oxidation, reduction, coagulation*, precipitation, disinfection
1.3 การดาเนินการทางชีวภาพ
องค์ประกอบของสารอินทรีย์และสารอาหารถูกกาจัดโดยกิจกรรมทางชีวภาพ
ใช้เวลานาน ราคาถูก ตอนเริ่มต้นยากนิดนึง ต้องเป็นสารที่ย่อยได้ ประหยัดไม่ต้องเติมสารเคมี ดูข้อกาหนดต่างๆ
ให้เหมาะสมเช่น DO
เช่น carbonaceous organic, matter removal, nitrfication, denitrfication

2. 2. ระดับการบาบัด
ระดับ เป้าหมายในการบาบัด
0 เศษผ้า, ไม้ ชั้นกรวดไขมัน ตะกอนต่างๆที่อาจทาให้เกิดปัญหาการบารุงรักษา
หรือการดาเนินงาน
1 กาจัดสารแขวนลอยและสารอินทรีย์บางส่วน SS
1 ไม่ค่อยเจอ [เพิ่ม] สารแขวนลอยและสารอินทรีย์
(โดยการเติมสารเคมีหรือfiltration)
2 ย่อยสลายสารอินทรีย์ สารแขวนลอย (รวมถึงฆ่าเชื้อโรค) SBOD SCOD
2 ย่อยสลายสารอินทรีย์และสารแขวนลอย สารอาหาร (N, P หรือทั้งสอง)
3ไม่ค่อยเจอ กาจัดสารแขวนลอยที่เหลือ (หลังจากบาบัดขั้น 2) โดยปกติใช้การกรอง
เม็ดสารอาหาร (รวมถึงการฆ่าเชื้อโรค) บาบัดเพื่อเอาน้ามาใช้ต่อ
3ไม่ค่อยเจอ สาหรับกาจัดสารที่เหลือ (สาหรับน้าการประยุกต์นามาใช้ใหม่)
3. ถังปฏิกรณ์ มีทั้งหมด 6 แบบ
3.1 ถังปฏิกรณ์แบบกะ (ทีละเท)
ทางานป็นรอบๆ (อัตราน้าเข้า บาบัด ปล่อยออก ทาซ้า)
ไม่มีน้าเข้า ออก ระหว่างการทางาน (ไม่มีflowเข้า-ออก ทาเป็นถังๆไป)
กวนสมบูรณ์
/ข้อเสีย มีน้าส่วนหนึ่งเข้ามาและออกเลย
3.2 ถังปฏิกรณ์แบบกวนสมบูรณ์ นิยมใช้
กวนสมบูรณ์เกิดขึ้นทันที และอย่างสม่าเสมอ ทั่วปฏิกรณ์ตั้งแต่อนุภาคของเหลว(น้า)เข้า
สามารถทาได้ถ้าของเหลวเข้า ออกเป็นสม่าเสมอและต่อเนื่อง Q in = Q out (เข้าออกต่อเนื่อง)
/ข้อเสีย ต้องควบคุมน้าเข้า ให้เท่ากับน้าออก

3. 3.3 ถังปฏิกรณ์แบบ Plug Flow
น้าไหลผ่านเครื่องปฏิกรณ์ w/ oการผสมยาว
FIFOน้าเข้าก่อนออกก่อน แก้ปัญหาสองถังที่แล้ว
น้าทุกส่วนใช้เวลาบาบัดจนครบ HRT
ความยาวสูงความกว้างอัตราส่วน
/ข้อเสีย มีปัญหาตรงการกวนผสมไม่ทั่วถึง
3.4 Completely-mixreactors in series ถังปฏิกรณ์แบบกวนสมบูรณ์ต่อแบบอนุกรม
*ใช้เรื่องสมการตอนท้ายบทต่อ
ผสมระหว่าง 3.2 กับ 3.3 เอา CSTR มาต่อเป็นอนุกรม
ถ้า n = 1 แล้ว การกวนผสมสมบูรณ์เหนือกว่า
ถ้า n = ∞ แล้ว Plug flow เหนือกว่า
3.5 Packed-bed reactor ถังกรองทราย
ในถังบรรจุไปด้วย เช่นหิน ตะกรัน เซรามิก พลาสติก มีการไหลแบบคดเคี้ยว
มีทั้งการไหลขึ้นหรือการไหลลง
มีทั้ง ให้อาหารอย่างต่อเนื่องหรือไม่สม่าเสมอ ก็ได้
มีทั้ง ขั้นตอนการจัดแบบเดียวหรือหลายแบบ
/ข้อเสีย ไม่เหมาะกับน้าเสียมากๆ ถ้าBio filmโดนflocสะสมจะกลายเป็นclogได้ และลักษณะของน้าเสียที่ออก
จะแปรปรวนได้ เกิดจากมี Bio Film หลุดออกมาทาให้ควบคุม SS ได้ยาก ควสบคุมดูแลยาก
ข้อดี ระบบ Bio film สามารถรับ shock load ได้ดี เพราะมีจานวนจุลินทรีย์เนอะมากๆ T=V/Q

4. 3.6 Fluidized-bed reactor
เหมือนกับ Packed-bed reactor ในหลาย ๆด้าน
ยกเว้น วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีการขยายตัวสูงจากการไหลขึ้น
รูพรุนจะมีการเปลี่ยนแปลงโดยการควบคุมอัตราการไหลของของเหลว
การวิเคราะห์สมดุลมวล
หลักการสมดุลมวล
มวลไม่ สร้าง ก็ทาลาย (แม้ว่ารูปร่างจะสามารถเปลี่ยนแปลงไป เช่นจากของเหลวเป็นก๊าซ)
วิธีที่สะดวกในการกาหนดสิ่งที่เกิดขึ้นในการควบคุมปริมาณ เป็นฟังก์ชันของเวลา - f (t)
ควบคุมระดับเสียงเป็นปริมาณที่เกิดขึ้นจริงซึ่งการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น
ในกรณีส่วนใหญ่ระบบปริมาตร(ปฏิกรณ์) = ปริมาณการควบคุม

5. การบาบัดทางชีวภาพ
การสลายตัวทางชีวภาพ
 มีการเปลี่ยนแปลงทางชีวภาพสารอินทรีย์ (BOD) เพื่อผลิตภัณฑ์ย่อยสลายและพลังงานจุลินทรีย์
 เกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติ
 เงื่อนไข
o สภาวะที่มีอากาศ – มีO2
o สภาวะที่ไม่มี O2ละลายในน้าให้ Nitrate (NO3
2-
) ถูกเปลี่ยนเป็น N2 โดยแบคทีเรียจาพวก
Nitrifying (Nitrosoonas Spp. และ Nirtobactor Spp.)
o สภาวะที่ไม่มีอากาศ – ใช้สารอินทรีย์ ซึ่งถ้ามี O2จะเป็นพิษต่อสานอินทรีย์
การบาบัดทางชีวภาพ
 เกิดขึ้นเองไม่ต้องใช้สารตั้งต้น ให้แบคทีเรียเจอเยอะๆ โดยให้สิ่งที่แบคทีเรียต้องการ เช่นอาหาร O2
 มีการชะลอตัวเมื่อเทียบกับการบาบัดทางเคมี
 ค่าใช้จ่ายในการดาเนินงานที่ถูกกว่าการบาบัดทางเคมี
 บาบัดได้แค่ BOD
 มีความเสี่ยงที่จะเจอพิษและเกิดภาวะ shock loads
ลักษณะของระบบบาบัดน้าเสีย
 ระบบบาบัดแบบจุลินทรีย์แขวนลอย
กระบวนการบาบัดทางชีวภาพที่จุลินทรีย์ที่มีหน้าที่เปลี่ยนแปลงสารอินทรีย์หรือองค์ประกอบอื่นๆ ใน
น้าเสียเป็นก๊าซและเนื้อเยื่อเซลล์ มีการบารุงรักษาในการระงับของเหลวภายใน
 ระบบบาบัดแบบจุลินทรีย์ยึดติดตัวกลาง
กระบวนการบาบัดทางชีวภาพที่จุลินทรีย์ที่มีหน้าที่เปลี่ยนแปลงสารอินทรีย์หรือองค์ประกอบอื่นๆ ใน
น้าเสียเป็นก๊าซและเนื้อเยื่อเซลล์ที่แนบมากับตัวกลางเฉื่อยเช่น หิน ตะกรัน พลาสติก เซรามิค

6. ระบบบาบัดแบบจุลินทรีย์แขวนลอย
Activated Sludge Treatment
เป้ าหมาย
 ลดความเข้มข้น BOD ได้มากกว่า 85%
 สร้าง sludge ที่มีคุณสมบัติดี ตะกอนถูกอัดเป็น pack รีดตะกอนได้ง่าย
 ลดสารอาหารพวกโตรเจนฟอสฟอรัสและสารพิษอื่น ๆ (ถ้ามี)
ค่ามาตรฐานน้าทิ้งในโรงานอุตสาหกรรม

7. ค่ามาตรฐานน้าทิ้งภายในอาคาร
แนวคิด
 แปลงค่า BOD ที่ละลายน้าได้เป็น CO2 และตกตะกอนได้,สามารถเอาตะกอนออกได้โดยการตกตะกอน
(Sedimentation)
 ควบคุมการย่อยสลายโดยใช้สภาพที่เหมาะสมต่อระยะการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์และระบบการ
จัดการสิ่งแวดล้อม
 กระบวนการย่อยสลายจะเพิ่มขึ้นโดยเพิ่มความเข้มข้นของตะกอนจุลินทรีย์ที่ผ่านการรีไซเคิลในขณะที่
ออกซิเจนมีปริมาณที่เพียงพอ

8. นิยามศัพท์
Activated Sludge
มวลที่ใช้งานจะถูกรวมเป็นก้อนจุลินทรีย์ที่อยู่ในรูปแบบที่จุลินทรีย์เจริญเติบโตและมีการกวนผสมของอากาศ
(biologic floc)
คาพ้อง: กากตะกอน, กากตะกอนชีวภาพ. กากตะกอนสารอง, มวลแบคทีเรีย, จุลินทรีย์ , สารแขวนลอย,
ของแข็ง
Hydraulic Retention Time (HRT)
เวลาที่น้าอยู่ในระบบถังปฏิกรณ์ =Vol./Q
Solid Retention Time (SRT) or SludgeAge
เวลาที่เซลล์อยู่ในถัง (MCRT, θc)
เวลาเฉลี่ยที่ของแข็ง (ตะกอน) ที่ใช้ภายในเครื่องปฏิกรณ์ (หรืออายุเฉลี่ยของจุลินทรีย์)
Conventional AST

9. MLVSS = Mixed Liquor Volatile Suspended Solids ในถังเติมอากาศ
Vat = ปริมาตรถังเติมอากาศ
Qw = อัตราการไหลน้าเสีย
Xw = สารของแข็งแขวนลอยระเหยในน้าเสีย (VSS)concentration in WAS
Qe = อัตราการไหลน้าขาออก
Xe = สารของแข็งแขวนลอยระเหยในน้าขาออก (VSS) concentration
F/M Ratio
อัตราส่วนระหว่างอาหารต่อ biomass
Q = อัตราการไหลน้าขาเข้า
S0 = BOD5 ในน้าขาเข้า(after 1°clarifier)
MLVSS = Mixed liquor volatile suspended solids concentration in aeration tank
Vat = Volume of aeration tank
Volumetric BOD Loading(VBL)
Q = อัตราการไหลน้าขาเข้า
S0 = BOD5 ในน้าขาเข้า(after 1°clarifier)
Vat = Volume of aeration tank
Mixed Liquor VolatileSuspended Solids(MLVSS)
ความเข้มข้นของชีวมวลที่ใช้งาน

10. Mixed Liquor Suspended Solids (MLSS)
ความเข้มข้นของชีวมวลที่ใช้งาน + ของแข็งเฉื่อย
Return Activated Sludge(RAS) Recycle Ratio
อัตราการไหล RAS ต่อ น้าเสียขาเข้า Qr/Q
Waste Activated Sludge (WAS, Excess sludge)
ชีวมวลที่ได้รับมาจากกระบวนการย่อยสลายในเครื่องปฏิกรณ์และต้องมีการเอาออกจากระบบ
กระบวนการกาหนดค่า【ทั่วไปAS 】
1. กวนผสมสมบูรณ์
- กวนถังปฏิกรณ์สมบูรณ์ (CSTR)
- สามารถกวนน้าและสลัดจ์เพื่อให้เป็นเนื้อเดียวกัน น้าเสียที่เข้ามาถูกกวนผสมทันที
- ทนต่อการโหลดSlugมากๆและความเป็นพิษมากๆไม่ได้
- BSOD ในถัง = BSOD น้าทิ้ง
- ประสิทธิภาพไม่สูงเท่า Plug flow
- น้าบางส่วนเข้ามาแล้วออกเลย โดยที่ยังไม่ได้ผ่านการบาบัด บางส่วนบางการบาบัดแล้วแต่ก็ไม่ได้ออกไป
2. Plug flow
CBOD
- ความต้องการออกซิเจนมากที่สุดก็คือใน ครั้งแรก 20% ของถังเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันสารตั้งต้น ต้องเติม
ออกซิเจนให้พอ เพราะ BOD+ Bio mass มาก ต้องการออกซิเจนช่วยในการย่อยสลาย(กิน)
- ความต้องการออกซิเจนไปตามส่วนที่เหลือของถังเกิดจากการหายใจภายนอก

11. ความเข้มข้นของสารอาหารสูง➠DO จะลดเร็ว ➠ อันตรายต่อประชากรจุลินทรีย์ ➠อาจจะเกิดจากการหมัก
หรือออกซิเดชันบางส่วน➠สารอินทรีย์ผลิตกรด ➠ค่าpH ลดลง

12. กระบวนการกาจัด N2
กระบวนการ nitrification
NH4
+
(ammonium) NO2
-
(nitrite) NO3
-
(nitrate)
กระบวนการ denitrificationคือในสภาพไร้ออกซิเจน แบคทีเรียบางชนิดสามารถสร้างออกซิเจนได้เองจากไน
เตรต และได้ผลผลิตเป็นก๊าซไนโตรเจนกลับคืนสู่บรรยากาศ
NO3
-
(nitrate) NO2
-
(nitrite) N2 O(nitrorousoxide) N2 (nitrogen)
Modified Ludzack-Ettinger
1. เป็นกระบวนการ preanoxic คือกระบวนการที่ใช้น้าเสียที่มี NO3
-
อยู่แล้ว
2. โดยทั่วไปใช้สาหรับ denitrification
3. ไนเตรทมากจะถูกผสมกับสารละลายจาก aerobic tank และมีการrecycle ไปยัง anoxic tank เพื่อเปลี่ยน
ไนเตรทไปเป็น N2 gas
4. แต่ระบบนี้ยังมีไนเตรทหลุดออกมาข้างนอกบ้าง
Step feed
1. เป็นกระบวนการ preanoxic คือกระบวนการที่ใช้น้าเสียที่มี NO3
-
อยู่แล้ว
2. มีการ feed น้าเสียเข้าสภาวะ anoxic เป็นช่วงๆดังรูป ทาแบบนี้เพื่อกาจัด N2
3. สามารใช้ถังที่เป็น Plug Flow ได้
anoxic aerobic aerobicaerobic aerobicanoxicanoxicanoxic
Feed
ReturnAS

13. SBR
1. เป็นกระบวนการ preanoxic คือกระบวนการที่ใช้น้าเสียที่มี NO3
-
อยู่แล้ว
2. เป็นกระบวนการที่ทางานเป็บกะ โดยประกอบไปด้วย4ขั้นตอนคือ Fill, React, Settle และ Decent
กาจัด P เกิด NO3
-
กาจัด N2 ทิ้งไว้ในตกตะกอน
SingleSludge
 เป็นกระบวนการPostanoxic
ปัญหาคือ
1. นานว่าจะเกิดปฎิกิริยา Nitrification
2. N2 ที่เกิดจะละลายในน้ารวมกับอากาศกลายเป็นฟองเล็กๆไปจับกับFloc ทาให้ไม่ตกตะกอน
3. ถัง aerobic มีขนาดใหญ่ทาให้ใช้เวลานานและใช้ Substrate หมดซึ่งจะไปกระทบในกระบวนการ
Denitrification เมื่อไม่มี Substrate จะทาให้การทางานได้ไม่ดี ไม่เร็ว
Berdenpho 4 ขั้นตอน
1. มีการใช้2กระบวนการผสมกัน คือ Preanoxic กับ Postanoxic
2. มีการกาจัดฟอสฟอรัสเกิดขึ้น โดย ฟอสฟอรัสจะถูกกาจัดในถัง Anaerobic
anaerobic aerobic anoxic settle

14. Oxidation ditch
1. ทาการเพิ่มความยาวของคลองวนเวียนเพื่อทาให้เกิด anoxic ก่อน aerobic zone
2. BOD จะถูกกาจัดใน aerobic zone
3. ซึ่งใน anoxic zone NO3
-
จะถูกแบคทีเรีย endogenous เอาไปใช้งาน
การกาจัด ฟอสฟอรัส
กระบวนการเบื้องต้นในการกาจัดฟอสฟอรัสคือ ต้องมี Anaerobic tank และ Aerobic tank โดยในการกาจัด
ฟอสฟอรัสจะใช้จุลินทรีย์กลุ่ม PAOมาช่วยในการกาจัดโดย เมื่อตัวมันอยู่ใน Anaerobic tank มันจะทาการคาย
P ออกมากินจะทาให้ P ใน Anaerobic tank มีสูง และเมื่อตัวมันถูกย้ายมาใน Aerobic tank มันจะทาการดูด P เข้า
สู่ร่างกายในปริมาณมากกว่าที่มันคายออกมา 1-2เท่าของที่คาย
Phoredox จะใช้กับน้าเสียที่มีปริมาณ NO3
-
น้อยๆ กาจัดแต่ ฟอสฟอรัส อย่างเดียว
A2O เป็นการประยุกต์ Phoredox ซึ่งในกระบวนการนี้จะมีทั้ง Anaerobic tank, Anoxic tank และ Aerobic
tank มีการกาจัด ฟอสฟอรัสและไนโตเจน
Benderpho 5 ขั้นตอน
ก็คือการนา 4ขั้นตอนมาดัดแปลง โดยทาการ returnaerobic tank ไป anoxic tank เพื่อกาจัด ไนเตรท
ซึ่งกระบวนการนี้มีการกาจัด ฟอสฟอรัสเกิดขึ้นด้วย
ไม่มี NO3
-
เลย
UCT
จะมีการ return ปลายๆถัง anoxic เพราะ ไนเตรทเริ่มหมด
ไม่มี NO3
-
เลย