สารอินทรีย์

ส่วนประกอบที่สำคัญของสารอินทรีย์ในน้ำเสีย คือ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน และน้ำมัน

คาร์โบไฮเดรตและโปรตีน สามารถถูกย่อยสลายโดยทางชีวภาพ   ส่วนพวกไขมันและน้ำมันจะเสถียรมากกว่า ซึ่งจะถูกย่อยสลายโดยทางชีวภาพได้ช้ากว่า  น้ำเสียอาจประกอบด้วยสารซักฟอก สาร Phenolic และพวก Pesticides  สารต่างๆเหล่านี้หากพบปริมาณมาก จำเป็นต้องกำจัดออกก่อนที่จะบำบัดโดยทางชีวภาพ

การวัดปริมาณของสารอินทรีย์ นิยมวัดในค่า BOD, COD, TOD, ThOD, TOC

Biochemical Oxygen Demand (BOD)

เป็นค่าที่นิยมใช้ในการแสดงถึงความสกปรกมากน้อยเพียงใดของน้ำ BOD เป็นค่าที่มีความสำคัญมากในการออกแบบและควบคุมระบบบำบัดน้ำเสียโดยทางชีวภาพ สามารถบ่งบอกถึงค่าภาระอินทรีย์ (Organic loading) และใช้ในการหาประสิทธิภาพของระบบบำบัดน้ำเสีย

BOD₅ คือ ค่าปริมาณของออกซิเจนที่ถูกใช้ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ ภายใต้สภาวะที่มีออกซิเจน (aerobic) โดยจุลินทรีย์ในช่วงเวลา 5 วัน ณ อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส

Chemical Oxygen Demand (COD)

การวิเคราะห์หาค่าของ COD ใช้สำหรับประมาณปริมาณของสารอินทรีย์ในน้ำเสียทั่วๆไป โดยที่สารอินทรีย์ในตัวอย่างน้ำเสียจะถูกออกซิไดซ์โดยปริมาณมากเกินพอของ K₂Cr₂O₇ ในสภาพเป็นกรด โดยทั่วไปแล้ว ค่า COD จะมีค่ามากกว่าค่า BOD₅ เพราะปริมาณของสารที่ถูกออกซิไดซ์โดยวิธีทางเคมีจะมีปริมาณมากกว่าสารที่ถูกออกซิไดซ์โดยวิธีทางชีวภาพ

ประโยชน์ของการหาค่า COD คือ COD ใช้เวลาวิเคราะห์เพียง 3 ชม. ในขณะที่ BOD₅ ใช้เวลาถึง 5 วัน ดังนั้น COD จึงนิยมใช้กันมากสำหรับการควบคุมระบบบำบัดน้ำเสีย

แต่หากจำเป็นต้องทราบค่าของ BOD₅ ด้วยแล้ว ก็สามารถทำได้โดยหาความสัมพันธ์ระหว่างค่า COD และ BOD₅ ซึ่งค่าความสัมพันธ์นี้ขึ้นอยู่กับน้ำเสียแต่ละชนิด แม้กระทั่งน้ำเสียที่ไหลเข้าระบบบำบัด กับน้ำเสียที่ผ่านระบบบำบัดแล้ว ก็ยังมีค่า BOD₅/COD ต่างกัน

Total Oxygen Demand (TOD)

TOD สามารถรู้ผลได้ภายใน 3 นาทีเท่านั้น ง่ายกว่าการวิเคราะห์หา COD หรือ BOD แต่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีราคาแพงมาก

Theoretical Oxygen Demand (ThOD)

ThOD คือ ปริมาณของออกซิเจนที่ต้องการใช้ในการออกซิไดซ์สารใดสารหนึ่ง เช่น lactose, glycin เป็นต้น  ค่านี้ไม่นิยมใช้แสดงคุณภาพน้ำเนื่องจากยากที่จะได้ข้อมูลมา

Total Organic Carbon (TOC)

หาค่าได้โดยการออกซิไดซ์สารคาร์บอนในสารอินทรีย์ให้เปลี่ยนสภาพไปเป็นก๊าซ CO₂ และก็ทำการหาปริมาณก๊าซ CO₂ โดยการทำปฏิกิริยากับ KOH หรือโดยใช้เครื่องมือ Infrared ก่อนที่ตัวอย่างน้ำเสียจะถูกใช้ในการวิเคราะห์หาค่า TOC ต้องทำการเติมอากาส และทำให้มีสภาพเป็นกรด เพื่อกำจัดความผิดพลาดเนื่องจากมีสารอนินทรีย์คาร์บอนอยู่ในตัวอย่างน้ำเสียนั้น

สารอนินทรีย์

สารอนินทรีย์เป็นสารที่มีอยู่ในน้ำเสียทั่วไป มากน้อยขึ้นอยู่กับชนิดของน้ำเสีย  บางชนิดจำเป็นต้องมีอยู่ในน้ำเสียบ้าง เพื่อช่วยให้กระบวนการบำบัดโดยทางชีวภาพเป็นไปได้ด้วยดี แต่บางชนิดไม่ควรให้มีเลย

pH

เป็นค่าที่สามารถบ่งถึงคุณภาพน้ำว่าเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตหรือไม่  ค่า pH จะแสดงถึงความเป็น กรด หรือ ด่าง ส่วนมากนิยมใช้เครื่อง pH meter ซึ่งสะดวกรวดเร็ว และได้ค่าที่น่าเชื่อถือ

Alkalinity

ค่า Alkalinity จะมีความสัมพันธ์กับค่าของ pH คือ  ถ้า pH มีค่าต่ำที่ < 4.5 ค่า Alkalinity จะมีค่าเท่ากับ 0 โดยจะมีแต่ค่า Acidity เท่านั้น   หรือถ้า pH มีค่าสูงมากๆ คือ > 8.3 ค่า Acidity ของน้ำเสียนี้ก็จะเท่ากับ 0 โดยจะมีแต่ค่า Alkalinity เท่านั้น 

การที่รู้ค่า Alkalinity จะมีประโยชน์ต่อการบำบัดน้ำเสีย เช่น ใช้ในการเลือกตำแหน่งสำหรับใส่สารเคมีลงในระบบให้มีประสิทธิภาพสูงสุด  การป้องกันการเกิดสาหร่ายเบ่งบาน (Algal Bloom) ซึ่งจะเกิดเมื่อน้ำมี pH ประมาณ 10-11

คลอไรด์ (Chlorides)

ในน้ำธรรมชาติดจะมีสารคลอไรด์อยู่เสมอ เนื่องจากมาจากตามดิน และหินต่างๆ  ไหลผ่าน จากชายฝั่งทะเล น้ำทะเลซึมเข้าสู่แผ่นดิน เป็นต้น

ค่าความเข้มข้นของคลอไรด์สามารถบ่งชี้ถึงความสกปรก  ทำให้น้ำมีรสเค็ม โดยปกติน้ำประปาไม่ควรมีคลอไรด์อยู่มากเกินกว่า 250 มก./ลิตร

ไนโตรเจน (Nitrogen)

ธาตุไนโตรเจนเป็นธาตุที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพวก Protista และพืช และยังเป็นธาตุอาหารหลักที่สำคัญต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ ดังนั้นในกระบวนการบำบัดน้ำเสียโดยวิธีทางชีวภาพจำเป็นต้องมีสารไนโตรเจนอย่างเพียงพอ ในอัตราส่วนดังนี้

COD : N : P = 150 : 5 : 1 หรือ BOD₅ : N : P = 100 : 5 : 1  

ถ้ามีมากเกินไปก็จะทำให้เกิด Algal Bloom

ฟอสฟอรัส (Phosphorus)

ฟอสฟอรัสเป็นธาตุหลักธาตุหนึ่งที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์เช่นเดียวกับไนโตรเจน และก็เช่นเดียวกันหากมีฟอสฟอรัสมากเกินไปในแหล่งน้ำ ก็จะเป็นผลให้มีการเติบโตของสาหร่ายมาก

ซัลเฟอร์(Sulfur)

ซัลเฟอร์เป็นสารที่อยู่ในน้ำธรรมชาติ และจะมีซัลเฟอร์อยู่ในสิ่งมีชีวิตทุกประเภท โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นสารหนึ่งที่สำคัญประกอบอยู่ใน Amino acids ของโปรตีน สารซัลเฟอร์ที่มีความสำคัญในงานน้ำเสียได้แก่ Organic Sulfur, Hydrogen Sulfide (H₂S) ธาตุซัลเฟอร์ สารซัลเฟต เป็นต้น

โลหะหนัก (Heavy Metals)

สารโลหะหนักเป็นสารพิษต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย ได้แก่ Cd, Cr, Cu, Fe, Pb, Mn, Hg, Ni, Zn เป็นต้น  สารโลหะหนักบางชนิดอาจจำเป็นสำหรับช่วยให้มีการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวติแต่ต้องมีในปริมาณที่พอเหมาะ สำหรับโลหะบางชนิดเป็นสารที่ไม่ต้องการสำหรับสิ่งมีชีวิตและมีพิษอันตราย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องทราบข้อมูลของสารโลหะในน้ำเสียว่ามีชนิดใดและปริมาณเท่าใด  และถ้าน้ำเสียจะถูกบำบัดด้วยวิธีชีวภาพ จำเป็นต้องนำข้อมูลของสารโลหะหนักมาคำนวณหาผลกระทบต่อระบบบำบัด เพื่อสามารถบ่งชี้ว่าระบบบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีชีวภาพจะสามารถทำการบำบัดได้อย่างมีประสิทธิภาพหรือไม่

ก๊าซ (Gases)

ก๊าซชนิดที่พลในน้ำเสีย โดยมากเป็นพวกก๊าซไนโตรเจน ก๊าซออกซิเจน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ แอมโมเนีย และมีเทน

ปริมาณของแข็ง (Solids)

ประมาณของแข็งทั้งหมด(Total Solids) ประกอบด้วย

Total Solids (TS) = Total Suspended Solids (TSS)+ Total Dissolved Solids (TDS)

ตารางข้อมูลของแข็งและประโยชน์ของข้อมูล

กลิ่น (Odor)

ส่วนมากเกิดจากการย่อยสลายของสารอินทรีย์ในน้ำ โดย ก๊าซไข่เน่า (H2S) ซึ่งเกิดขึ้นจากจุลินทรีย์ชนิดที่ไม่ต้องการออกซิเจน ได้เปลี่ยนสภาพของ ซัลเฟต เป็น ซัลไฟด์ ส่วนสารอื่นๆ ที่ทำให้เกิดกลิ่นไม่พึงประสงค์อันเนื่องมาจากสภาพไร้ออกซิเจนในน้ำ มีดังนี้

ก๊าซไข่เน่า                               -->      H₂S

ผักกระหล่ำปรีเน่า                       -->      Organic sulfides

กลิ่นปลาตาย                            -->      Organic amines

กล่นพวกหนอนไส้เดือน พยาธิ          -->      Phosphorus

กลิ่นอับ                                  -->      Organic acids

การกำจัดกลิ่นในน้ำ สามารถใช้สารเคมีที่สามารถออกซิไดซ์สารที่ทำให้เกิดกลิ่นได้ เช่น คลอรีน, Hypochlorite, Permanganate หรือ เครื่องกรองชนิดคาร์บอน (Carbon Filter)

อุณภูมิ (Temperature)

น้ำเสียที่ปล่อยออกจากโรงงานอุตสาหกรรม หากมีอุณภูมิสูงกว่าปกติ เมื่อปล่อยลงแม่น้ำ ลำคลอง จะทำให้เกิดมลภาวะ ดังนี้

1. ปริมาณออกซิเจนลดลง เพราะค่าการอิ่มตัวของออกซิเจนในน้ำจะลดลง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น
2. เมื่อน้ำอุณภูมิสูงขึ้น ปฏิกิริยาชีวเคมีของจุลินทรีย์ก็จะสูงขึ้นตาม ทำให้ ออกซิเจนในน้ำได้ถูกใช้เพิ่มมากขึ้น เช่น ฤดูร้อน น้ำในแม่น้ำลำคลอง จะมีปริมาณออกซิเจนน้อยกว่าในฤดูหนาว
3. เมื่ออุณภูมิน้ำสูงขึ้นกว่าปกติ การเจริญเติบโตของพืชน้ำที่ก่อให้เกิดปัญหามลพิษทางน้ำจะมีมากกว่าปกติ และอาจเกิดราขึ้นในแหล่งน้ำได้

สี (Color)

ผลกระทบของสีในแหล่งน้ำ มีดังนี้

1. ปิดกั้น หรือขวางแสงแดดไม่ให้ส่องลงใต้น้ำ ซึ่งเป็นสาเหตุให้ลดการเกิดการสังเคราะห์แสง (Photosynthesis)
2. สีเป็นสิ่งที่มองเห็นด้วยตาเปล่า ดังนั้น จะทำให้แม่น้ำไม่น่าดูได้
3. สีส่วนใหญ่แล้วเกิดจากสารอินทรีย์ชนิด Dissolved และ Colloidal ซึ่งสารอินทรีย์เหล่านี้ จะใช้ออกซิเจนในน้ำ

ความขุ่น (Turbidity)

ความขุ่น คือ สารแขวนลอยที่ลอยอยู่ในน้ำ จะปิดกั้น หรือขวางแสงแดดไม่ให้ส่องลงใต้น้ำ เช่นเดียวกันกับสี  น้ำที่มีความขุ่นมาก จะทำให้ยากต่อการกรอง และหากต้องใช้คลอรีนสำหรับฆ่าเชื้อโรคก็จะต้องใช้ในปริมาณมากกว่าปกติ

ความขุ่นสามารถวัดหาค่าได้เพียงเวลาไม่ถึง 5 นาที ด้วยวิธี Jackson Candle Turbidimeter หรือวิธี Naphelometric ด้วยการวัดค่าอย่างรวดเร็ว ทำให้การควบคุมระบบบำบัดเกิดขึ้นได้อย่างทันท่วงที เปรียบเทียบกับการวัดหาค่า TSS ซึ่งต้องใช้เวลานาน  และหากมีข้อมูลมากเพียงพอ การนำค่าความขุ่นและค่า TSS มาสร้างกราฟหาความสัมพันธ์สามารถทำให้วิศวกรสามารถควบคุมระบบได้อย่างมีประสิทธิภาพ รวดเร็ว และประหยัดค่าใช้จ่าย