กระบวนการบ าบัดสีน ้าทิ้งจากอุตสาหกรรมฟอกย้อมมีหลายวิธี ได้แก่ วิธีทางกายภาพ วิธีทางเคมี และวิธีทางชีวภาพ โดยทั่วไปวิธีทางกายภาพ ได้แก่ การดูดซับ และการกรอง เป็นต้น ส่วนวิธีทางเคมีเน้นการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับโครงสร้างหรือหมู่ฟังก์ชันของสีย้อม และวิธีทางชีวภาพ โดยการใช้จุลินทรีย์มาช่วยในการดูดซับสีย้อม และ/หรือ ย่อยสลายสีย้อมด้วยเอนไซม์(25)
4.1 การบ าบัดทางกายภาพ (physical treatment)
เป็นวิธีการก าจัดสีย้อม สารพิษ และสารอื่น ๆ ที่มีอยู่ในน ้าทิ้ง โดยอาศัยแรงดึงดูด ทางไฟฟ้า (electrical attraction) แรงโน้มถ่วง (gravity) แรงแวนเดอร์วาลส์ (Van der Waal forces) รวมทั้งการใช้สิ่งกีดขวางทางกายภาพ (physical barriers) การบ าบัดด้วยวิธีนี้ไม่ได้
ท าลายโครงสร้างทางเคมีของสารเคมีในน ้าทิ้ง แต่เป็นเพียงการแยกสารหรือการเปลี่ยนสถานะทาง กายภาพของสารเท่านั้น ตัวอย่างเช่น การดูดซับ (adsorption) อาศัยตัวดูดซับ (adsorbent) ที่มี
คุณสมบัติในการดูดซับสารประกอบอินทรีย์ต่าง ๆ รวมไปถึงสีย้อมที่ละลายน ้า เช่น สีย้อมรีเอกทีฟ สีย้อมเบสิค และสีย้อมเอโซ แต่ไม่สามารถดูดซับสารแขวนลอยและสีย้อมที่ไม่ละลายน ้าได้ โดย สีย้อมหรือสารมลพิษจากน ้าเสียจะถูกสะสมอยู่ที่พื้นผิวของตัวดูดซับโดยอาศัยปฏิกิริยาของพันธะ ต่าง ๆ เช่น พันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond) และแรงแวนเดอร์วาลส์ เป็นต้น ข้อดีของวิธีการ ดูดซับ คือ เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพ ใช้งานง่ายเมื่อน ้าทิ้งที่ต้องการบ าบัดมีสีย้อมที่หลากหลาย(7) ส่วนข้อเสีย คือ ใช้เวลานาน และกากตะกอนที่เกิดขึ้นก าจัดได้ยาก(3, 28, 29) การกรองด้วยเมมเบรน (membrane filtration) เป็นวิธีที่ใช้เมมเบรนที่มีรูขนาดเล็กในการกรองเพื่อแยกสารตามขนาด โมเลกุล(25) โดยอาศัยแรงดันผ่านเมมเบรนเป็นหลัก เช่น อัลตราฟิลเตรชัน (ultrafiltration) นาโนฟิล เทรชัน (nanofiltration) และรีเวิร์สออสโมซิส (reverse osmosis) ข้อดีของวิธีนี้ คือ มีความทนทาน ต่ออุณหภูมิ มีประสิทธิภาพการแยกสารสูง ใช้พลังงานต ่า และง่าย ส่วนข้อเสีย คือ เมมเบรนมี
ราคาค่อนข้างสูง และอาจเกิดการอุดตันได้ง่าย(3, 29) 4.2 การบ าบัดทางเคมี (chemical treatment)
เป็นวิธีการก าจัดสีโดยใช้สารเคมีในการท าปฏิกิริยา เช่น การตกตะกอนด้วยสารเคมี
(chemical precipitation) เป็นวิธีที่นิยมในการบ าบัดน ้าทิ้งสิ่งทอ เพื่อก าจัดโลหะที่เป็นพิษที่อยู่ใน รูปสารละลายให้เกิดการตกตะกอนเป็นอนุภาคของแข็งโดยการเติมสารเคมีช่วยให้ตกตะกอน จากนั้นจะก าจัดออกด้วยวิธีการกรอง ตัวอย่างเช่น การตกตะกอนของไฮดรอกไซด์ สารที่ถูกใช้เป็น
รีเอเจนต์ในการเปลี่ยนโลหะที่ละลายเป็นอนุภาคของแข็ง คือ โซเดียมหรือแคลเซียมไฮดรอกไซด์
เป็นต้น(3) การสร้างตะกอนและการรวมตะกอน (coagulation and flocculation) เป็นวิธีทางเคมีที่
ง่ายในการปรับสภาพน ้าทิ้งของสีย้อมสิ่งทอ(7) โดยการเติมสารที่ช่วยในการตกตะกอน เช่น อะลูมิเนียมซัลเฟต (aluminum sulfate, Al2(SO4)3) และเฟอร์ริกคลอไรด์ (ferric chloride, FeCl3) เพื่อช่วยท าให้อนุภาคขนาดเล็กเกิดการจับตัวกันเป็นตะกอนได้ ตะกอนที่เกิดขึ้นจะถูกแยกออก จากน ้าเสียด้วยวิธีการลอยตัว (flotation) การกรอง (filtration) และการตกตะกอน (settling) เป็นต้น จากนั้นจะมีการน าตะกอนที่แยกได้ไปก าจัดเพื่อลดความเป็นพิษด้วยวิธีที่เหมาะสมต่อไป ข้อเสียของวิธีนี้ คือ การเติมสารช่วยตกตะกอนที่เป็นสารเคมีอาจเป็นการเพิ่มความเป็นพิษของ น ้าทิ้ง ค่าใช้จ่ายในการก าจัดตะกอนค่อนข้างสูง และวิธีการในการก าจัดตะกอนต้องมีความมั่นใจ ได้ว่าสามารถลดความเป็นพิษของตะกอนได้อย่างสมบูรณ์ก่อนปล่อยตะกอนออกสู่สิ่งแวดล้อม(3, 8,
29) ที่ส าคัญวิธีนี้สามารถใช้ในการก าจัดสีน ้าทิ้งที่มีการปนเปื้อนสีดิสเพอร์ส เท่านั้น แต่ไม่มี
ประสิทธิภาพในการก าจัดสีแว็ต และสีรีเอกทีฟ ท าให้วิธีการสร้างและรวมตะกอนยังเป็นวิธีที่มี
ข้อจ ากัด(30) การเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันทางเคมี (chemical oxidation) เป็นวิธีทางเคมีที่ใช้กัน อย่างแพร่หลายส าหรับการบ าบัดน ้าทิ้งจากโรงงานสิ่งทอ โดยอาศัยปฏิกิริยาออกซิเดชัน (oxidation reaction) ปัจจุบันมี 2 วิธีที่นิยมใช้ ได้แก่ วิธีโอโซนออกซิเดชัน (ozone oxidation) และ วิธีเฟนตันออกซิเดชัน (Fenton oxidation) โดยการใช้สารออกซิไดซ์ (oxidizing agents) ได้แก่
โอโซน (O3) และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ซึ่งสามารถชักน าให้เกิดไฮดรอกซิลเรดิเคิล (hydroxyl radicals) แล้วเข้าท าลายพันธะคู่ของโครงสร้างสีโครโมฟอร์ และหมู่ฟังก์ชัน ซึ่งมัก ประกอบด้วยวงอะโรมาติกที่ซับซ้อน ให้เสียสภาพ ส่งผลให้ปริมาณสีของน ้าทิ้งลดลง(3, 29) ข้อดีของ วิธีโอโซนออกซิเดชัน คือ การบ าบัดไม่เพิ่มปริมาณน ้าเสียหรือมวลตะกอน ในวิธีนี้โอโซนถูกใช้เป็น สารออกซิไดซ์ ที่มีประสิทธิภาพเนื่องจากมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูง สามารถย่อยสลายฟีนอล และอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนได้ นอกจากนี้ยังสามารถย่อยสลายสีย้อมในกลุ่มเอโซที่ปนเปื้อนใน น ้าทิ้งได้(7) แต่โอโซนมีค่าครึ่งชีวิตสั้น สลายตัวภายใน 20 นาที ดังนั้นจึงต้องใช้โอโซนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีราคาแพงมาก จึงไม่เหมาะสมส าหรับใช้บ าบัดน ้าทิ้งในระดับอุตสาหกรรม(3, 29) และข้อเสียของ วิธีเฟนตันออกซิเดชัน คือ ต้องเติมกรดจ านวนมากเพื่อให้ได้ค่า pH ที่ต้องการในการเกิดปฏิกิริยา
(29, 31)
4.3 การบ าบัดทางชีวภาพ (biological treatment)
การบ าบัดทางชีวภาพหรือการย่อยสลายทางชีวภาพสามารถเกิดขึ้นเองตาม ธรรมชาติโดยผ่านการท างานของจุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรีย เชื้อรา สาหร่าย และยีสต์ ที่มีอยู่ในน ้าทิ้ง
หรือบริเวณที่เป็นมลพิษ โดยวิธีการบ าบัดทางชีวภาพสามารถพัฒนาให้เกิดประสิทธิภาพสูงสุดได้
โดยการคัดเลือกสายพันธุ์จุลินทรีย์ที่เหมาะสมและมีประสิทธิภาพในการก าจัดสีน ้าทิ้งจากโรงงาน สิ่งทอในระดับห้องปฏิบัติการ จากนั้นขยายขนาดเพื่อใช้ในระดับอุตสาหกรรมต่อไป(7) ในการบ าบัด ทางชีวภาพด้วยจุลินทรีย์โดยใช้เทคนิคต่าง ๆ เช่น การดูดซับทางชีวภาพ (biosorption) การสะสม ทางชีวภาพ (bioaccumulation) หรือการเปลี่ยนโครงสร้างสารทางชีวภาพ (biotransformation) โดยท าให้โมเลกุลของสารที่เป็นพิษกลายเป็นสารที่ไม่เป็นพิษหรือแม้แต่เป็นประโยชน์ และการย่อย สลายทางชีวภาพ (biodegradation) เป็นต้น ทั้งนี้ประสิทธิภาพการบ าบัดทางชีวภาพด้วย จุลินทรีย์ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัยโดยเฉพาะการย่อยสลายทางชีวภาพ เช่น ปริมาณของอินทรียวัตถุที่
อยู่ในน ้าทิ้ง ปริมาณสีย้อมและจุลินทรีย์ อุณหภูมิ ค่า pH และความเข้มข้นของออกซิเจนที่ละลาย อยู่ในน ้า นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับการเลือกชนิดของจุลินทรีย์และกิจกรรมของเอนไซม์ที่มีบทบาท ส าคัญในการย่อยสี เมื่อเทียบกับวิธีทางกายภาพและทางเคมี กระบวนการบ าบัดทางชีวภาพมี
ข้อดีหลายประการ เช่น เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ปลอดภัย ต้นทุนการด าเนินงานต ่า สะอาด (ไม่มี
กากตะกอน) ประหยัด และสามารถน ามาผสมผสานกับเทคโนโลยีอื่น ๆ ได้ เป็นต้น แบคทีเรีย และ รา เป็นจุลินทรีย์ที่นิยมใช้ในการย่อยสลายสีจากน ้าทิ้ง เนื่องจากมีความสามารถในการผลิต เอนไซม์ที่ย่อยสลายโครงสร้างทางเคมีที่ซับซ้อนของสีได้ ยกตัวอย่างเช่น เอนไซม์ออกซิโดเรดัคเตส (oxidoreductases) ไฮ โด รเล ส (hydrolases) ลิ ก นิ น เน ส (ligninases) เป อ ร์อ อ ก ซิ เด ส (peroxidases) และแลคเคส (laccases) เป็นต้น นอกจากนี้ยังมีความสามารถในการดูดซับสีย้อม สังเคราะห์ต่าง ๆ ได้อีกด้วย(7, 32, 33)
กระบวนการบ าบัดแบบเอเอส หรือระบบแอกทิเวเต็ดสลัดจ์ (activated sludge process) เป็นระบบบ าบัดน ้าทิ้งทางชีวภาพแบบใช้ออกซิเจน โดยอาศัยจุลินทรีย์ในการย่อยสลาย ดูดซับ หรือเปลี่ยนรูปของสารอินทรีย์ต่าง ๆ ที่มีอยู่ในน ้าทิ้งให้มีค่าความสกปรกน้อยลง ซึ่งระบบ แอกทิเวเต็ดสลัดจ์ ประกอบด้วย 3 ส่วนที่ส าคัญ ได้แก่ ถังเติมอากาศ (aeration tank) ถังตกตะกอน (sedimentation tank) และระบบสูบตะกอนย้อนกลับ (sludge recycle) หลักการ ของระบบแอกทิเวเต็ดสลัดจ์ (ภาพประกอบ 4) คือ จุลินทรีย์จะใช้สารอินทรีย์ที่มีอยู่ในน ้าเป็น อาหารส าหรับการเจริญเติบโต ภายในถังจะมีการเติมอากาศเพื่อเพิ่มออกซิเจนให้แก่น ้าเสีย รวมทั้งเป็นเครื่องกวนน ้าเสียให้สัมผัสกับจุลินทรีย์ โดยการบ าบัดสารอินทรีย์ต่าง ๆ ของระบบจะ เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ภายในถังนี้ เมื่อจุลินทรีย์ใช้สารอินทรีย์และเจริญเติบโตจะเกิดการจับตัวกัน เป็นก้อนตะกอนในถังเติมอากาศ ก้อนตะกอนเหล่านี้จะถูกแยกออกจากน ้าที่บ าบัดแล้วด้วย
ถังตกตะกอน ส่วนตะกอนที่อยู่ก้นถังส่วนหนึ่งจะถูกน ากลับไปยังถังเติมอากาศอีกครั้ง เพื่อน าไปใช้
ในการบ าบัดน ้าทิ้งชุดใหม่ และตะกอนอีกส่วนหนึ่งที่เป็นตะกอนส่วนเกินจะถูกก าจัดต่อไป
ภาพประกอบ 4 การบ าบัดน ้าเสียด้วยกระบวนการเอเอส หรือระบบแอกทิเวเต็ดสลัดจ์
ที่มา: LennyCZ. (2008). Retrieved April 9, 2021 from https://commons.wikimedia.
org/wiki/File:Activated_Sludge_1.svg.(34)
นอกจากนี้วิธีการบ าบัดทางชีวภาพโดยใช้ราไวท์รอท ยังเป็นอีกหนึ่งทางเลือกที่
น่าสนใจเนื่องจากราไวท์รอทสามารถบ าบัดสีย้อมได้โดยการดูดซับไว้ที่ผิวเซลล์ หรือการย่อยสลาย ทางชีวภาพโดยอาศัยเอนไซม์ชนิดต่าง ๆ ที่ราผลิตได้ ซึ่งท าให้เกิดกากตะกอนของเสียน้อยกว่า ที่ส าคัญเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และไม่ก่อให้เกิดมลภาวะที่เป็นพิษ