ระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำ (WATER TREATMENT PLANT)

ผศ. ปราโมทย์ เชี่ยวชาญ

                   น้ำเป็นต้นกำเนิดและมีความสำคัญอย่างสิ่งสำหรับชีวิตทุกชีวิตไม่ว่าจะเป็นพืช สัตว์ หรือจุลินทรีย์ โดยเฉพาะมนุษย์นั้น เราต้องใช้น้ำและมีความสัมพันธ์อยู่กับน้ำในชีวิตประจำวันอย่างเห็นได้ชัด อย่างไรก็ตามน้ำที่นำมาใช้ต้อง มีความสะอาด ปลอดภัย และมีลักษณะที่น่าใช้ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำให้ได้มาตรฐานตามที่ต้องการ  ในจุลสารฉบับนี้จะได้กล่าวถึงระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำ พอสังเขป
ระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำ หรือระบบประปา เป็นการนำหรือเลือกใช้กระบวนการในแต่ละหน่วยมาจัดเรียงเพื่อปรับปรุงคุณภาพน้ำให้ได้มาตรฐานตามที่ต้องการ เนื่องจากแต่ละหน่วย (Unit) ของกระบวนการ มีวัตถุประสงค์หลักที่แตกต่างกันไป

 ปัจจัยในการเลือกระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำ
ในการเลือกกระบวนการในระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำนั้นต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ ที่สำคัญดังต่อไปนี้
1 คุณภาพน้ำของแหล่งน้ำดิบ ในการเลือกแหล่งน้ำดิบนั้น นอกจากต้องพิจารณาในด้านปริมาณของน้ำต้องเพียงพอต่อความต้องการใช้น้ำแล้ว การพิจารณาทางด้านคุณภาพของน้ำมีความจำเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากจะเป็นปัจจัยซึ่งกำหนดระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำว่าจะต้องใช้กระบวนการอะไรบ้าง และมีจำนวนมากน้อยเพียงใด ดังนั้นโดยทั่วไปจึงต้องมีการเก็บน้ำตัวอย่างจากแหล่งน้ำดิบนั้นไปตรวจวิเคราะห์คุณภาพ ก่อนตัดสินใจเลือกระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำ และถ้าเป็นไปได้ควรพยายามเลือกแหล่งน้ำดิบที่มีคุณภาพดีหรือสะอาดมากที่สุดเพราะจะส่งผลให้มีกระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำน้อยที่สุด ซึ่งจะทำให้ประหยัดในการลงทุนก่อสร้างและการดำเนินการ
2 คุณภาพน้ำที่ต้องการ ระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำโดยทั่วไป คุณภาพน้ำที่ต้องการคือ มีความสะอาด ปลอดภัย และมีลักษณะน่าใช้เพื่อการอุปโภคบริโภคของประชาชน หรือกล่าวได้ว่ามีคุณภาพน้ำตามมาตรฐานน้ำดื่ม ดังนั้นหลังจากที่ทราบคุณภาพของแหล่งน้ำดิบแล้ว เราต้องพิจารณาว่าคุณภาพน้ำด้านใดหรือพารามิเตอร์ใดไม่ได้ตามมาตรฐานน้ำดื่มและจำเป็นต้องเลือกหรืออาศัยกระบวนการใดมาปรับปรุงคุณภาพน้ำดังกล่าวให้ได้ตามมาตรฐานน้ำดื่ม
นอกจากปัจจัยที่สำคัญดังกล่าวแล้วยังมีปัจจัยอื่นๆ ที่ควรนำมาร่วมพิจารณาในการเลือกระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำ ได้แก่ ความน่าเชื่อถือและความยืดหยุ่นของระบบที่เลือกใช้ ความต้องการพื้นที่ในการก่อสร้างระบบความต้องการทักษะและประสบการณ์ของผู้ควบคุม รวมทั้งค่าลงทุนในการก่อสร้าง ค่าบำรุงรักษา และเดินระบบด้วย
เนื่องจากแหล่งน้ำดิบตามธรรมชาติที่สำคัญ ซึ่งสามารถนำมาปรับปรุงคุณภาพน้ำเพื่อใช้ผลิตเป็นน้ำประปา มีอยู่ 2 แหล่งคือ แหล่งน้ำผิวดิน และแหล่งน้ำใต้ดิน ระบบการปรับปรุงคุณภาพน้ำจากแต่ละแหล่งจึงมีความเฉพาะ ทั้งนี้เนื่องจากลักษณะคุณภาพน้ำของแหล่งน้ำดิบนั้นๆ
ระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลายสามารถแบ่งตามประเภทแหล่งน้ำดิบได้เป็นระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำจากแหล่งน้ำผิวดิน และระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำจากแหล่งน้ำใต้ดิน

ระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำจากแหล่งน้ำผิวดิน
แหล่งน้ำผิวดินที่นิยมใช้เป็นแหล่งน้ำดิบ ได้แก่ แม่น้ำ ลำคลอง ทะเลสาบ และอ่างเก็บน้ำ เนื่องจากมีปริมาณน้ำค่อนข้างสูง เพียงพอต่อความต้องการใช้น้ำ ลักษณะคุณภาพของน้ำจากแหล่งน้ำผิวดินโดยทั่วไปจะขึ้นอยู่กับลักษณะของดินและหินที่น้ำไหลผ่าน ส่วนมากจะมีคุณภาพทางกายภาพไม่ดีนัก คือมักจะมีความขุ่น มีรส กลิ่น สีไม่ค่อยดี เนื่องจากน้ำผิวดินจะพาเอาอนุภาคของสิ่งต่างๆ บนพื้นดินซึ่งเป็นทั้งสารอินทรีย์และอนินทรีย์ละลายเจือปนมาด้วย ตามธรรมชาติแล้วแหล่งน้ำผิวดินมักจะมีแบคทีเรียปนเปื้อนอยู่ค่อนข้างสูง นอกจากนี้ คุณภาพของน้ำจากแหล่งน้ำผิวดินมีการเปลี่ยนแปลงคุณภาพไปตามฤดูกาล เช่น ในฤดูฝน ปริมาณน้ำมาก อัตราการไหลของน้ำสูง เกิดการพัดพาเอาอนุภาคสิ่งต่างๆ ลงมาปนเปื้อนในแหล่งน้ำผิวดินมาก ทำให้ความขุ่นของแหล่งน้ำสูงกว่าในฤดูร้อน เป็นต้น
จากลักษณะคุณภาพของแหล่งน้ำผิวดิน สามารถกำหนดกระบวนการหรือระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำจากแหล่งน้ำผิวดินได้ ดังแสดงในภาพที่ 1 มีวัตถุประสงค์เพื่อกำจัดความขุ่น สารแขวนลอย สี กลิ่น และจุลินทรีย์ต่างๆ ในน้ำเป็นสำคัญ
ในกรณีที่แหล่งน้ำดิบเป็นทะเลสาบหรืออ่างเก็บน้ำ ซึ่งคุณภาพน้ำโดยทั่วไปมักมีความขุ่นไม่สูงมากนัก เมื่อเทียบกับแม่น้ำลำคลอง กระบวนการจะประกอบด้วยการใช้ตะแกรง (Screening) การสร้างตะกอน (Coagulation) หรือการผสมเร็ว (Rapid Mix) การรวมตะกอน (Flocculation) หรือการผสมช้า (Slow Mix) การตกตะกอน (Sedimentation) การกรอง (Filtration) และการฆ่าเชื้อโรค (Disinfection) ตามลำดับ ซึ่งระบบหรือการจัดเรียงกระบวนการเช่นนี้ถูกเรียกว่า ระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำจากแหล่งน้ำผิวดินโดยทั่วไป (Conventional Surface Water Treatment Plant) บางกรณีคุณภาพน้ำดิบมีสี กลิ่น และรส อาจจำเป็นต้องเพิ่มกระบวนการดูดซับ (Adsorption) โดยใช้ถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon) ชนิดผง เติมก่อนการตกตะกอนหรือการกรอง ดังแสดงในภาพที่ 1 ก-1 สำหรับรายละเอียดพอสังเขปของแต่ละกระบวนการมีดังต่อไปนี้
- การใช้ตะแกรง เป็นการใช้ตะแกรงติดตั้งในจุดที่นำน้ำดิบ (Raw Water) จากแหล่งน้ำดิบเข้าสู่ระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำ ทั้งนี้มีวัตถุประสงค์หลักคือเพื่อป้องกันการอุดตัน และความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นกับเครื่องสูบน้ำดิบระบบท่อหรือระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำอื่นๆ ที่จะตามมา
- การสร้างตะกอนและการรวมตะกอนเป็นการเติมสารเคมีที่นิยมใช้คือสารส้ม (Alum) หรือเรียกเป็นชื่อทางเคมีว่าอะลูมิเนียมซัลเฟต [Al2 (SO4)3] เพื่อลดความเสถียร (Destability) ของอนุภาคขนาดเล็กพวกคอลลอยด์ในน้ำหรือความขุ่นของน้ำ ทำให้อนุภาคเหล่านี้รวมตัวกันเป็นของแข็งที่มีขนาดใหญ่และหนักขึ้น โดยอาศัยกระบวนการทางกายภาพร่วมด้วย คือกระบวนการผสมเร็วและผสมช้า นอกจากนี้ ต้องมีการปรับพีเอชของน้ำให้กระบวนการสร้างและรวมตะกอนให้มีประสิทธิภาพโดยสารเคมีที่นิยมใช้ปรับพีเอชในกระบวนการนี้คือปูนขาว [Lime; (Ca (OH)2]
- การตกตะกอนเป็นกระบวนการทางกายภาพมีวัตถุประสงค์เพื่อแยกอนุภาคของแข็งออกจากน้ำโดยอาศัยแรงโน้มถ่วงของโลก
- การกรองเป็นกระบวนการทางกายภาพที่ให้น้ำไหลผ่านชั้นตัวกรองที่นิยมใช้ทราย (Sand) เพื่อกำจัดสารแขวนลอยหรือความขุ่นของน้ำที่หลงเหลือจากการตกตะกอนเครื่องกรองที่ใช้ต่อจากการสร้างรวมตะกอนและการตกตะกอนจะถูกเรียกว่าเครื่องทรายกรองเร็ว (Rapid Sand Filter) โดยมีอัตราการกรองที่นิยมใช้ในช่วง 5-10 ลบ.ม./ชม.-ตร.ม. การกรองโดยทั่วไปจะใช้แรงโน้มถ่วงของโลก อย่างไรก็ตาม อาจใช้เป็นเครื่องทรายกรองภายใต้แรงดัน (Pressure Sand Filter) ก็ได้ นอกจากนี้ เมื่อทำการกรองจนกระทั่งเกิดการอุดตันของชั้นกรองระดับหนึ่งต้องทำการล้างย้อน (Back Wash) เพื่อทำความสะอาดชั้นทรายกรอง
- การฆ่าเชื้อโรค เป็นกระบวนการที่มีวัตถุประสงค์เพื่อฆ่าเชื้อโรคในน้ำก่อนส่งไปให้ผู้ใช้น้ำ ซึ่งกระบวนการนี้มักนิยมใช้คลอรีน (Chlorine: Cl2) ในการฆ่าเชื้อโรค เนื่องจากสะดวกราคาถูกและมีข้อดีที่สำคัญคือมีฤทธิ์ตกค้างในน้ำสามารถฆ่าเชื้อโรคได้ หากเกิดการปนเปื้อน (Contaminate) ภายหลังในระบบท่อ อย่างไรก็ตาม อาจมีข้อจำกัดคือหากใส่มากเกินไป น้ำอาจมีกลิ่นและอาจเกิดไตรฮาโลมีเทนขึ้นในน้ำ โดยการเติมคลอรีนเพื่อฆ่าเชื้อโรคต้องเติมให้เลยจุดเบรกพอทย์ (Break Point) เพื่อให้เกิดคลอรีนคงเหลืออิสระ (Free Chlorine Residnal) ไม่น้อยกว่า 0.2 มก./ลิตร
นอกจากนี้ในกรณีที่มีพื้นที่พอเพียงต่อการก่อสร้างอาจใช้ระบบทรายกรองช้าก็ได้ โดยอาจเพิ่มเติมกระบวนการตกตะกอนขั้นต้นเพื่อลดค่าความขุ่นให้น้อยลงก่อนเข้าระบบทรายกรองช้า (Slow Sand Filter) ดังแสดงในภาพที่ 1  ก-2 สำหรับรายละเอียดของระบบทรายกรองช้ามีดังนี้
- ระบบทรายกรองช้า หรือเครื่องทรายกรองช้า เป็นเครื่องกรองที่มีระบบไม่ซับซ้อน อัตราการกรองต่ำอยู่ในช่วงประมาณ 0.04-0.4 ลม.ม./ชม.-ตร.ม. กลไกการทำงานจะอาศัยชั้นเมือกชีวภาพที่เรียกว่า ชมุทซ์เด็คเค (Schmatzdecke) ที่ผิวหน้าทรายเป็นกลไกสำคัญในการกรอง ข้อดีของระบบทรายกรองช้าคือเป็นเครื่องกรองที่ใช้เครื่องจักรกลน้อยไม่ต้องใช้สารเคมีและไม่ต้องมีกระบวนการสร้างและรวมตะกอน มีประสิทธิภาพในการกรองจุลินทรีย์ได้ประมาณร้อยละ 80 ถึง 99 แต่มีข้อจำกัดที่ความขุ่นของน้ำที่เข้าเครื่องกรองต้องต่ำโดยทั่วไป นิยมใช้กับน้ำที่มีความขุ่นไม่เกิน 50 หน่วย และต้องใช้พื้นที่ในการก่อสร้างมากเนื่องจากอัตราการกรองต่ำและในกรณีเกิดอุดตันแล้ว ต้องนำทรายกรองมาล้างภายนอกเครื่องกรองทำให้ต้องหยุดเครื่องกรองนาน สิ้นเปลืองเวลารวมทั้งต้องใช้เวลาปรับสภาพการกรองในตอนเริ่มทำการกรอง (สร้างชั้นเมือกชีวภาพ) ค่อนข้างนาน
ในกรณีที่เลือกใช้น้ำดิบจากแม่น้ำลำคลอง ซึ่งมักมีความขุ่นสูงและมีการเปลี่ยนแปลงคุณภาพน้ำตามฤดูกาลมากกว่าน้ำจากทะเลสาบ หรืออ่างเก็บน้ำ จึงนิยมให้มีการตกตะกอนขั้นต้น (Presedimentation) เพื่อลดอนุภาคตะกอนดินและสารอินทรีย์ที่ตกตะกอนได้ง่ายลงระดับหนึ่งก่อนเข้ากระบวนการต่อไป นอกจากนี้หากจำเป็นอาจเพิ่มเติมกระบวนการสร้างตะกอน การรวมตะกอน และการตกตะกอนขึ้นอีกเพื่อให้ระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำ มีความยืดหยุ่นและมีคุณภาพน้ำที่ดีขึ้นดังแสดงในภาพที่  1 ข.
สำหรับระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำจากแหล่งน้ำใต้ดินจะได้กล่าวถึงในฉบับต่อไป