วิธี การ ဓာတုร้อน ใหม่ ช่วย แก้ ปัญหา พลังงาน จาก น้ํา ละออง

ลองจินตนาการถึงสถานการณ์ที่กากตะกอนที่ผลิตจากโรงบำบัดน้ำเสีย หลังจากผ่านกระบวนการย่อยสลายแล้ว สามารถกลายเป็นแหล่งพลังงานได้ แต่ในความเป็นจริง มักจะห่างไกลจากอุดมคตินี้ การแปรรูปด้วยความร้อนและเคมี ซึ่งเป็นวิธีการเปลี่ยนกากตะกอนที่ผ่านการย่อยสลายให้เป็นพลังงาน กำลังเผชิญกับความท้าทายที่สำคัญในการบรรลุความเป็นอิสระด้านพลังงาน

งานวิจัยบ่งชี้ว่าการบำบัดด้วยความร้อนและเคมี เช่น การเผาและการไพโรไลซิส ประสบปัญหาเรื่องสมดุลพลังงาน สำหรับการเผา มูลค่าพลังงานประจำปีของกากตะกอนแห้งคือ 6,391 MWh อย่างไรก็ตาม การอบแห้งกากตะกอนจากความชื้น 73% เป็น 35% ใช้พลังงาน 3,120 MWh ซึ่งเกือบครึ่งหนึ่งของปริมาณพลังงานที่มีอยู่ การกู้คืนไนโตรเจนในรูปของแอมโมเนียมซัลเฟตต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมอีก 3,363 MWh แม้จะมีการกู้คืนความร้อน (5,936 MWh) แต่ความต้องการพลังงานทั้งหมด (6,483 MWh) ก็ยังสูงกว่าที่ได้รับ

การไพโรไลซิสก็ประสบปัญหาคล้ายคลึงกัน กากตะกอนต้องถูกทำให้แห้งถึงความชื้น 10% ก่อน ในสถานการณ์หนึ่ง ไอน้ำที่เกิดจากการไพโรไลซิสจะถูกควบแน่น ในขณะที่แก๊สสังเคราะห์และถ่านชีวภาพจะถูกเผาเพื่อกู้คืนพลังงาน แต่สมดุลความร้อนโดยรวมยังคงติดลบ (-4,553 MWh) โดยการอบแห้ง (3,440 MWh) และการไพโรไลซิส (496 MWh) มีน้ำหนักมากกว่าความร้อนที่กู้คืนได้ (2,746 MWh) แม้จะเผาผลิตภัณฑ์จากการไพโรไลซิสทั้งหมด ก็ยังได้เพียง 5,600 MWh ซึ่งยังขาดอีก 1,699 MWh จากความต้องการ

การแก๊สซิฟิเคชันก็ประสบปัญหาเช่นกัน การอบแห้งกากตะกอนให้มีความชื้น 10% ก่อนการแก๊สซิฟิเคชันต้องใช้อัตราส่วนสมมูล 0.3 เพื่อให้เกิดความพอเพียง แต่แม้จะเผาแก๊สสังเคราะห์ที่ได้ ก็ยังคงมีสมดุลพลังงานติดลบ

บ่อกักตะกอน ซึ่งมักใช้ร่วมกับการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน เป็นทางออกที่ใช้เทคโนโลยีต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโรงบำบัดขนาดเล็ก การรวมการย่อยสลายแบบเย็น การอบแห้งด้วยอากาศ และการทำให้ข้นด้วยแรงโน้มถ่วง บ่อเหล่านี้มักมีขนาด 0.2–0.5 ลบ.ม. ต่อคน และออกแบบมาเพื่อใช้งาน 7–15 ปี ก่อนที่จะมีการกำจัดกากตะกอน ความลึกตั้งแต่ 3–5 เมตร โดยมีระยะห่างจากระดับน้ำถึงขอบบ่ออย่างน้อย 1 เมตร

การก่อสร้างที่เหมาะสมรวมถึงความลาดเอียงของผนัง 3:1 และแผ่นกันซึมที่ขยายออกไป 1 เมตร เหนือและใต้ระดับน้ำสูงสุด การกระจายน้ำเข้าช่วยให้กากตะกอนกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ ในขณะที่ทางน้ำออกจะส่งน้ำที่ถูกแทนที่กลับไปยังโรงบำบัด บ่อคู่ช่วยให้บ่อหนึ่งเต็มในขณะที่อีกบ่อหนึ่งว่าง กากตะกอนที่นำออกจากบ่อมีของแข็งตั้งแต่ 20% ในชั้นที่อัดแน่น ไปจนถึงเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ในชั้นผิวน้ำ ซึ่งต้องมีการกำจัดขั้นสุดท้าย

เทคโนโลยีปัจจุบันมักจะกู้คืนสตรูไวท์จากน้ำใสของถังย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบกำจัดฟอสฟอรัสทางชีวภาพขั้นสูง อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นสูงของไอออนที่แข่งขันกัน (Ca²⁺, NH₄⁺, Na⁺) ทำให้การตกตะกอน K-สตรูไวท์ทำได้ยากในน้ำย่อยสลายกากตะกอน การคำนวณทางอุณหพลศาสตร์แสดงให้เห็นว่า แม้ว่าสตรูไวท์และไฮดรอกซีอะพาไทต์อาจก่อตัวที่ระดับ pH สูง แต่ K-สตรูไวท์ไม่ตกตะกอนในถังย่อยสลายเนื่องจากการตกผลึกของสตรูไวท์ที่เด่นชัดกว่า

กากตะกอนที่ผ่านการย่อยสลายแสดงให้เห็นถึงความลื่นไหลที่มากขึ้นและความยืดหยุ่นที่ลดลงในสภาวะคงที่ ซึ่งเกิดจากแรงคอลลอยด์ที่อ่อนแอลงหรือโครงสร้างที่แข็งแรงน้อยลง กากตะกอนประกอบด้วยน้ำ สารอินทรีย์ เซลล์จุลินทรีย์ และสารโพลีเมอร์นอกเซลล์ (EPS) คุณสมบัติของกากตะกอน รวมถึงการถ่ายเทมวล ลักษณะพื้นผิว และความเสถียร ได้รับอิทธิพลอย่างมากจากองค์ประกอบของ EPS

การบำบัดเบื้องต้นด้วยไมโครเวฟ/ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (MW/H₂O₂) ทำให้สีและโครงสร้างของกากตะกอนเปลี่ยนแปลงอย่างเห็นได้ชัด แม้ว่าการให้ความร้อนด้วยไมโครเวฟเพียงอย่างเดียวจะทำให้การแตกตัวของกากตะกอนน้อยมาก แต่การบำบัดด้วย MW/H₂O₂ จะทำให้เยื่อหุ้มเซลล์แตกออกอย่างสมบูรณ์ ปลดปล่อยสารภายในเซลล์ อย่างไรก็ตาม อินทรียวัตถุเพียงน้อยกว่า 40% เท่านั้นที่ถ่ายเทไปยังน้ำใส ซึ่งบ่งชี้ว่ามีการสลายตัวบางส่วนที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100°C

การทำให้เสถียรด้วยปูนขาวจะเพิ่มค่า pH ของกากตะกอนให้ ≥12 เป็นเวลาอย่างน้อยสองชั่วโมง โดยใช้ Ca(OH)₂ หรือ CaO ซึ่งสามารถยับยั้งแบคทีเรียและไวรัสได้อย่างมีประสิทธิภาพ (แม้ว่าจะไม่ค่อยมีผลกับปรสิต) ในขณะเดียวกันก็ช่วยลดกลิ่น การบำบัดด้วยความร้อนเกี่ยวข้องกับการให้แรงดันกากตะกอนที่อุณหภูมิ 260°C เป็นเวลา 30 นาที ซึ่งจะฆ่าเชื้อโรคและปรับปรุงความสามารถในการแยกน้ำ

พารามิเตอร์ที่ต้องตรวจสอบอย่างละเอียด ได้แก่:

• pH : โดยทั่วไปเป็นกลาง (7.0) ในกากตะกอนดิบ สูงขึ้นเล็กน้อยในกากตะกอนที่ผ่านการย่อยสลาย และต่ำลงในกากตะกอนระยะกรด
• ความเป็นด่างทั้งหมด (TA) : แสดงเป็น mg-CaCO₃/L มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรักษาสภาพที่เป็นด่างอ่อนในกระบวนการหมักมีเทน
• กรดไขมันระเหยง่าย (VFA) : ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของการย่อยสลาย ซึ่งความเข้มข้นของโพรพิโอเนตที่สูงอาจบ่งชี้ถึงความไม่เสถียรของกระบวนการ

อัตราส่วน VFA/TA (FOS/TAC) ทำหน้าที่เป็นพารามิเตอร์การดำเนินงาน แม้ว่าจะไม่ควรเป็นตัวชี้วัดการควบคุมเพียงอย่างเดียว

การศึกษาได้ประเมินวัสดุตรึง เช่น วุ้น แคลเซียมอัลจิเนต โพลีอะคริลาไมด์ (PA) และโพลีไวนิลแอลกอฮอล์ (PVA) ร่วมกับผงถ่านกัมมันต์ (PAC) และเรซิน DEAE ในขณะที่ PA แสดงความสามารถในการเพิ่มจำนวนจุลินทรีย์ได้ดี เรซิน DEAE แสดงคุณสมบัติการตกตะกอนที่เหนือกว่า การใช้คลื่นเสียงความถี่สูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแยกน้ำโดยการรบกวนโครงสร้างกากตะกอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ร่วมกับการบำบัดทางเคมี เช่น โพลีอิเล็กโทรไลต์หรือด่าง