บึงประดิษฐ์ บำบัดน้ำเสีย : หลักพื้นฐานและกรณีศึกษา

บึงประดิษฐ์ เป็นระบบบำบัดน้ำเสียอย่างง่าย ค่าใช้จ่ายในการก่อสร้างและดำเนินระบบถูก และมีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม การนำระบบบึงประดิษฐ์มาใช้อย่างถูกต้องเหมาะสม นอกจากจะช่วยลดผลกระทบจากปัญหามลพิษน้ำแล้ว ยังสามารถก่อประโยชน์ในรูปอื่น ๆ และช่วยสร้างความยั่งยืนให้กับมนุษย์และสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

น้ำเป็นทรัพยากรพื้นฐานที่สำคัญและจำเป็นต่อการดำรงชีวิต กิจกรรมการใช้น้ำจึงเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง ซึ่งนอกจากประโยชน์ที่ได้รับแล้วการใช้น้ำยังทำให้เกิดน้ำทิ้งที่อาจส่งผลกระทบต่อแหล่งรองรับน้ำตามธรรมชาติ ดังนั้น การบำบัดเพื่อลดผลกระทบจากมลสารที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำจึงเป็นสิ่งจำเป็น

1. บึงประดิษฐ์

น้ำจำเป็นต่อมนุษย์ทั้งต่อการอุปโภคบริโภคในชีวิตประจำวัน และต่อกิจกรรมการผลิตทั้งด้านเกษตรกรรมและอุตสาหกรรม ภายหลังจากการใช้ประโยชน์น้ำจะปนเปื้อนไปด้วยสสารหรือวัตถุต่าง ๆ ที่ทำให้คุณภาพของน้ำลดลงจนกลายเป็นน้ำเสียที่ไม่สามารถใช้ประโยชน์ได้ตามปกติ อีกทั้งยังอาจก่อผลกระทบต่อระบบนิเวศภายในแหล่งที่รองรับน้ำเสียนั้นได้ ดังนั้นการบำบัดน้ำเสียจึงเป็นกระบวนการที่สำคัญเพื่อลดผลกระทบจากมลสารที่ปะปนอยู่ ในน้ำเสียต่อสิ่งแวดล้อม

ระบบบำบัดน้ำเสียที่ใช้กันในปัจจุบันมีอยู่หลากหลายประเภท ซึ่งแต่ละประเภทจะมีข้อดีและข้อจำกัดที่ส่งผลต่อความเหมาะสมในการนำไปใช้ประโยชน์ที่แตกต่างกันไป ทั้งนี้บึงประดิษฐ์ (Constructed wetland) เป็นระบบบำบัดน้ำเสียประเภทหนึ่งที่ถูกนำมาใช้เพื่อลดมลสารในน้ำเสีย และเป็นระบบบำบัดที่ได้รับการยอมรับในประสิทธิภาพการทำงาน อีกทั้งยังเป็นระบบบำบัดที่มีลักษณะเฉพาะที่สามารถนำไปใช้ในการบำบัดน้ำเสียที่เกิดขึ้นจากหลากหลายกิจกรรมและยังสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพในหลายลักษณะพื้นที่

ความหมายของระบบบึงประดิษฐ์

ระบบบึงประดิษฐ์ เป็นระบบบำบัดที่ถูกสร้างขึ้นโดยเลียนแบบลักษณะของพื้นที่ชุ่มน้ำธรรมชาติ (Natural wetland) ซึ่งเป็นระบบนิเวศที่เป็นรอยต่อระหว่างระบบนิเวศบกและระบบนิเวศ แหล่งมีบทบาทสำคัญประการหนึ่ง คือ การลดมลสารที่ปะปนอยู่ในน้ำที่ไหลเข้าสู่พื้นที่ชุ่มน้ำ ทั้งนี้น้ำที่ไหลจากพื้นที่ตอนบนซึ่งมีรูปแบบการใช้ประโยชน์ที่ดินที่หลากหลายจะไหลตามทิศทางความลาดชันลงสู่ที่ลุ่มต่ำที่มีลักษณะเป็นพื้นที่ชุ่มน้ำธรรมชาติก่อนจะไหลลงสู่แหล่งน้ำ เมื่อน้ำที่มักปนเปื้อนด้วยมลสารไหลลงสู่พื้นที่ชุ่มน้ำซึ่งเป็นพื้นที่ที่ดินมีลักษณะอิ่มตัวไปด้วยน้ำ และมีพืชที่สามารถปรับตัวได้ในดินที่มีความชื้นสูงหรือมีน้ำท่วมขังเจริญเติบโตอยู่ในพื้นที่ (Kivaisi, 2001)

น้ำจะถูกกักพักอยู่ในพื้นที่เป็นระยะเวลาหนึ่งซึ่งเป็นช่วงเวลาที่มลสารที่ปะปนอยู่ในน้ำจะถูกบำบัดหรือถูกเคลื่อนย้ายออกจากน้ำด้วยกระบวนการทางธรรมชาติที่เกิดขึ้นในพื้นที่ชุ่มน้ำ บทบาทของพื้นที่ชุ่มน้ำในการลดมลสารที่ปนเปื้อนในน้ำดังกล่าวนี้ได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในการพัฒนาสร้างระบบบึงประดิษฐ์เพื่อใช้ประโยชน์ในการบำบัดน้ำเสีย โดยนำคุณลักษณะของพื้นที่ชุ่มน้ำธรรมชาติที่ส่งผลดีต่อประสิทธิภาพการบำบัดมาใช้และพัฒนาคุณลักษณะที่เหมาะสมเพิ่มเติม เพื่อเพิ่มศักยภาพของระบบ ขณะที่ข้อด้อยของพื้นที่ชุ่มน้ำธรรมชาติที่เป็นข้อจำกัดของประสิทธิภาพในการบำบัดน้ำเสียได้ถูกปรับปรุงให้เหมาะสมต่อการทำงานของระบบและนำไปสู่การประยุกต์ใช้ต่อไป

2. การบำบัดของแข็งแขวนลอยในน้ำเสียของระบบบึงประดิษฐ์

ของแข็งเป็นมลสารที่ปะปนอยู่ในน้ำเสียเกือบทุกประเภท พบได้ทั้งในรูปของของแข็งแขวนลอย (Suspended solid) และของแข็งละลาย (Dissolved solid) ในปริมาณที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของน้ำเสียและลักษณะของกิจกรรมที่ก่อให้เกิดการปนเปื้อน ลักษณะเฉพาะของของแข็งเป็นปัจจัยหลัก ที่ส่งผลต่อลักษณะของการก่อผลกระทบ รวมถึงกลไกในการบำบัดของแข็งในน้ำเสีย เช่น ของแข็งละลาย ในกลุ่มของธาตุอาหาร และของแข็งละลายในกลุ่มของโลหะหนัก จะมีลักษณะของการก่อผลกระทบและมีกลไกในการบำบัดที่แตกต่างกันบางประการ ซึ่งจะได้กล่าวถึงในบทต่อไป

การบำบัดของแข็งแขวนลอยในน้ำเสียของระบบบึงประดิษฐ์ที่จะกล่าวถึงในบทนี้ จัดเป็น การบำบัดด้วยกลไกการบำบัดอย่างง่ายที่สอดคล้องกับคุณสมบัติทางกายภาพของของแข็งแขวนลอย อันประกอบด้วยน้ำหนัก ขนาด ความถ่วงจำเพาะ และความหนาแน่นของของแข็งแขวนลอย ซึ่งจะส่งผลต่อการแยกของแข็งแขวนลอยออกจากน้ำเสีย ทำให้น้ำที่ผ่านการบำบัดมีปริมาณของแข็งแขวนลอยลดลง และเนื่องจากของแข็งแขวนลอย หมายถึง ของแข็งที่มีขนาดตั้งแต่ 1 µm ขึ้นไป (U.S. Environmental Protection Agency [U.S. EPA], 2000)

หรือของแข็งที่สามารถถูกกรองไว้ได้ด้วยกระดาษกรองที่มีรูพรุนขนาด 1.2 µm (American Public Health Association, American Water Works Association, Water Environment Federation [APHA, AWWA, WEF], 1998) ของแข็งแขวนลอยจึงอาจเป็นได้ทั้งสารอินทรีย์หรือสารอนินทรีย์ ดังนั้นการลดปริมาณของแข็งแขวนลอยในน้ำเสียจึงช่วยลดผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นจากคุณสมบัติของการเป็นสารอินทรีย์หรือสารอนินทรีย์ดังกล่าวด้วย และด้วยการลดของแข็งแขวนลอยในน้ำเสียเป็นการบำบัดที่เกิดขึ้นเป็นลำดับแรก ๆ

โดยกระบวนการอย่างง่ายที่ใช้แรงตามธรรมชาติเป็นหลักจึงมีต้นทุนในการบำบัดต่ำขณะที่มีผลในการลดปริมาณมลสารหลายชนิดในน้ำเสียลงด้วย ดังนั้นกระบวนการ ในการลดของแข็งแขวนลอยจึงมีความสำคัญในการบำบัดน้ำเสียของระบบบำบัดบึงประดิษฐ์

3. การบำบัดสารอินทรีย์ในน้ำเสียของระบบบึงประดิษฐ์

สารอินทรีย์เป็นมลสารหลักที่พบปนเปื้อนทั้งในน้ำเสียชุมชน น้ำเสียจาก การเกษตรกรรม และน้ำเสียอุตสาหกรรมที่มีการใช้สารอินทรีย์ในกระบวนการผลิต ดังนั้นค่าของดัชนีที่บ่งชี้ถึงการปนเปื้อนสารอินทรีย์จึงได้ถูกกำหนดไว้ในเกณฑ์มาตรฐานควบคุมการระบายน้ำทิ้งทุกประเภท ซึ่งแสดงถึงความสำคัญในลดปริมาณของสารอินทรีย์ในน้ำเสีย ทั้งนี้เนื่องจากการระบายน้ำเสียที่มีสารอินทรีย์ปะปน ในปริมาณสูงลงสู่แหล่งรองรับน้ำตามธรรมชาติจะทำให้ระบบนิเวศของแหล่งน้ำเสื่อมโทรมลงได้ จากการใช้ออกซิเจนในน้ำที่มีอยู่อย่างจำกัดของจุลินทรีย์ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ ซึ่งจะส่งผลให้สิ่งมีชีวิตในแหล่งน้ำนั้นเกิดอาการขาดออกซิเจนจนไม่สามารถดำรงชีวิตอยู่ได้ เกิดการตายของสิ่งมีชีวิตที่ไม่สามารถอพยพเคลื่อนย้ายถิ่นอาศัย และเกิดภาวะน้ำเน่าเสียได้ในที่สุด นอกจากผลกระทบต่อระบบนิเวศแหล่งน้ำแล้ว การลดต่ำลงของคุณภาพน้ำในแหล่งน้ำที่ได้รับน้ำเสียที่มีสารอินทรีย์ปนเปื้อนสูง จะกระทบต่อความสามารถในการนำน้ำนั้นไปใช้ประโยชน์ด้วย ดังนั้นการลดปริมาณสารอินทรีย์ในน้ำเสีย จึงเป็นเป้าหมายหลักที่สำคัญของการทำงานของระบบบำบัดน้ำเสียที่ใช้กันอยู่ในปัจจุบัน ในขณะที่ปริมาณของสารอินทรีย์ในน้ำเสีย ได้ถูกใช้เป็นข้อกำหนดในการออกแบบระบบบำบัดน้ำเสียทุกประเภทด้วยเช่นกัน

4. การบำบัดไนโตรเจนในน้ำเสียของระบบบึงประดิษฐ์

ไนโตรเจนเป็นธาตุที่เป็นองค์ประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิต พบได้ทั้งในรูปสารอินทรีย์และ สารอนินทรีย์ นอกจากนั้นไนโตรเจนยังเป็นก๊าซที่มีมากที่สุดในชั้นบรรยากาศบริเวณที่เป็นที่อาศัย ของสิ่งมีชีวิตอีกด้วย แม้ในสภาพปกติตามธรรมชาติ ไนโตรเจนจะเกิดการหมุนเวียนอยู่เป็นวัฏจักร โดยเมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงอินทรีย์ไนโตรเจนที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตจะถูกย่อยสลายเปลี่ยนไปเป็น อนินทรีย์ไนโตรเจนที่สิ่งมีชีวิตที่สร้างอาหารเองได้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ แต่เนื่องจากเป็นธาตุที่สำคัญต่อการดำรงอยู่ และการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต

ไนโตรเจนจึงได้ถูกสังเคราะห์ขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์ ในการเพิ่มผลผลิตทางการเกษตร ปริมาณอนินทรีย์ไนโตรเจนที่เพิ่มมากขึ้นนี้ จะทำให้สิ่งมีชีวิตเพิ่มจำนวนและมีความต้องการออกซิเจนเพิ่มมากขึ้นด้วย ในขณะที่ออกซิเจนจะถูกใช้ในกระบวนการย่อยสลายอินทรีย์ไนโตรเจนด้วยเช่นกัน ดังนั้นในระบบนิเวศแหล่งน้ำซึ่งมีออกซิเจนอยู่อย่างจำกัด ความต้องการออกซิเจน ที่เพิ่มขึ้นของสิ่งมีชีวิตที่เพิ่มจำนวนขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากแหล่งน้ำได้รับน้ำที่ปนเปื้อนไนโตรเจน ร่วมกับความต้องการออกซิเจนของจุลินทรีย์ในแหล่งน้ำในการย่อยสลายสารอินทรีย์ อาจทำให้เกิดภาวะ ยูโธฟิเคชั่น (Eutrophication) ขึ้น ซึ่งจะทำให้คุณภาพน้ำและระบบนิเวศแหล่งน้ำเสื่อมโทรมลงในที่สุด

5. การบำบัดฟอสฟอรัสในน้ำเสียของระบบบึงประดิษฐ์

ฟอสฟอรัสในธรรมชาติเป็นธาตุอาหารที่ได้จากการผุกร่อนของหินฟอสเฟต ดังนั้นจึงต้องใช้ระยะเวลานานในการเติมฟอสฟอรัสให้กับระบบนิเวศด้วยกระบวนการทางธรรมชาติ ขณะที่ฟอสฟอรัสบางส่วนจะสูญหายจากระบบนิเวศจากการตกตะกอนร่วมกับธาตุอื่นซึ่งเป็นส่วนที่สิ่งมีชีวิตไม่สามารถนำมาใช้ได้ จึงทำให้ธาตุอาหารฟอสฟอรัสเป็นปัจจัยจำกัดตามธรรมชาติ แต่เนื่องจากฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบสำคัญของสารพันธุกรรม (RNA และ DNA) เยื่อหุ้มเซลล์ (Phospholipids) และโมเลกุลพลังงาน (Nucleotides) (Water Environment Federation [WEF], 2011)

ซึ่งจำเป็นต่อการสร้างเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ดังนั้นฟอสฟอรัสจึงถูกสังเคราะห์ขึ้นเพื่อใช้ประโยชน์ในการเพิ่มผลผลิตทางการเกษตร นอกจากนั้นยังถูกใช้เป็นองค์ประกอบในสารซักฟอก (Detergent) ที่ถูกใช้ในหลายกิจกรรมและถูกใช้เป็นประจำในชีวิตประจำวัน ดังนั้นจึงพบ การปนเปื้อนของฟอสฟอรัสในน้ำเสียจากหลายกิจกรรม ซึ่งน้ำเสียเหล่านี้จะเป็นแหล่งที่เติมฟอสฟอรัส ให้กับแหล่งรองรับน้ำเสียนั้น และเนื่องจากฟอสฟอรัสเป็นองค์ประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิตเช่นเดียวกับ ธาตุอาหารไนโตรเจน ดังนั้นผลกระทบสำคัญของฟอสฟอรัสต่อระบบนิเวศแหล่งน้ำจึงเกิดขึ้นในลักษณะเดียวกันกับธาตุอาหารไนโตรเจน คือ การกระตุ้นให้เกิดปรากฎการณ์ยูโธฟิเคชั่น (Eutrophication)

6. การบำบัดโลหะหนักและยาปฏิชีวนะในน้ำเสียของระบบบึงประดิษฐ์

แม้โลหะหนักบางชนิดจะจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิต แต่โดยทั่วไปแล้วสิ่งมีชีวิตมีความต้องการโลหะหนักในปริมาณที่ต่ำ ขณะที่โลหะหนักบางชนิดสามารถก่อผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์ และต่อความสมดุลของระบบนิเวศได้แม้ปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมในปริมาณที่ไม่สูงนัก

เนื่องจากโลหะหนักเป็นมลสารที่มีความเป็นพิษค่อนข้างรุนแรงทั้งนี้ขึ้นกับชนิดและคุณสมบัติของโลหะหนัก นอกจากนั้นโลหะหนักยังคงทนหรือสลายตัว ได้ยากในสภาพธรรมชาติจึงทำให้เกิดการสะสมและเพิ่มความเป็นพิษขึ้นเป็นลำดับ รวมถึงโลหะหนัก ยังสามารถถูกส่งต่อในระบบห่วงโซ่อาหารด้วย โลหะหนักพบได้ในน้ำเสียจากหลายแหล่งกำเนิด เช่น น้ำเสียจากชุมชน โรงงานอุตสาหกรรม เหมืองแร่ อุตสาหกรรมการถลุงและหลอมโลหะ เป็นต้น และอาจพบปนเปื้อนในน้ำที่ไหลบ่าผ่านพื้นที่เกษตรกรรม พื้นที่ชุมชนเมือง และพื้นที่เทกองขยะที่ไม่มีการจัดการ อย่างเหมาะสม

7. กรณีศึกษาการใช้ระบบบึงประดิษฐ์บำบัดมลสารในน้ำและน้ำเสีย

ระบบบึงประดิษฐ์ถูกนำมาใช้ในการบำบัดมลสารในน้ำเสียอย่างแพร่หลายทั้งเชิงพื้นที่ และความหลากประเภทของน้ำเสียที่บำบัด ประสิทธิภาพการบำบัดมลสารแต่ละชนิดในน้ำเสียของ บึงประดิษฐ์แต่ละระบบจะเป็นผลสืบเนื่องจากหลายปัจจัย ทั้งปัจจัยด้านสภาพแวดล้อมในพื้นที่บำบัด ความแตกต่างด้านโครงสร้างและองค์ประกอบของระบบ และลักษณะของการดำเนินระบบที่แตกต่างกัน การศึกษาประสิทธิภาพการบำบัดมลสารในน้ำเสียของบึงประดิษฐ์แต่ละระบบ จะทำให้ได้ข้อมูลที่แสดงถึงศักยภาพของระบบนั้น ๆ และบ่งชี้ถึงแนวทางที่เหมาะสมในการนำระบบบึงประดิษฐ์ไปใช้ประโยชน์

กรณีศึกษาที่จะกล่าวถึงต่อไปนี้เป็นการศึกษาที่มีวัตถุประสงค์เพื่อตรวจสอบประสิทธิภาพของ บึงประดิษฐ์ในการลดมลสารที่สำคัญแต่ละประเภทในน้ำเสีย รวมถึงประโยชน์อื่นที่ได้รับจากระบบ เช่น การนำน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดกลับมาใช้ประโยชน์ หรือประโยชน์ในรูปของพืชที่เก็บเกี่ยวออกจากระบบ ผลจากกรณีศึกษาจะเป็นข้อมูลพื้นฐานที่นำไปสู่การจัดการระบบบึงประดิษฐ์และการนำระบบบึงประดิษฐ์ ไปใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

หนังสือเล่มนี้ได้นำเสนอองค์ความรู้ เรื่อง “บึงประดิษฐ์บำบัดน้ำเสีย: หลักพื้นฐานและกรณีศึกษา” องค์ประกอบของหนังสือแบ่งเป็น 3 ส่วนหลัก รวม 7 บท โดยส่วนที่ 1 นำเสนอข้อมูลพื้นฐาน ลักษณะและองค์ประกอบหลักของระบบบึงประดิษฐ์ หลักเกณฑ์พื้นฐานในการออกแบบระบบ และข้อดีและข้อจำกัดของระบบบึงประดิษฐ์ ส่วนที่ 2 นำเสนอกระบวนการสำคัญในการบำบัดมลสารในน้ำเสียของระบบบึงประดิษฐ์ ประกอบด้วย 5 บท ซึ่งกล่าวถึงการบำบัดของแข็งแขวนลอย การบำบัดสารอินทรีย์ การบำบัดไนโตรเจน การบำบัดฟอสฟอรัส และการบำบัดโลหะหนักและยาปฏิชีวนะ ในน้ำเสียของระบบบึงประดิษฐ์ และส่วนที่ 3 นำเสนอกรณีศึกษาการใช้ระบบบึงประดิษฐ์ในการลดมลสารในน้ำหรือน้ำเสีย ทั้งนี้ เพื่อเผยแพร่แนวทางหนึ่งในการปกป้องดูแลรักษาสภาพแวดล้อม โดยหวังเป็นอย่างยิ่งว่าองค์ความรู้ที่นำเสนอในหนังสือเล่มนี้จะเป็นประโยชน์และมีส่วนในการสร้างความรู้ความเข้าใจที่จะนำไปสู่การใช้ประโยชน์จากระบบบึงประดิษฐ์หรือการบำบัดน้ำเสียเพื่อสร้างความยั่งยืนให้กับสิ่งแวดล้อมต่อไป

เอกสารอ้างอิง

American Public Health Association, American Water Works Association, & Water Environment Federation. (1998). Standard methods for the examination of water and wastewater (20th ed.). Washington, D.C.: American Public Health Association

Kivaisi, A.K. (2001). The potential for constructed wetlands for wastewater treatment and reuse in developing countries: a review. Ecological Engineering, 16(4), 545-560.

U.S. Environmental Protection Agency. (2000). Constructed wetlands treatment of municipal wastewaters. Ohio: Office of Research and Development.

Water Environment Federation (WEF). (2011). Nutrient removal: WEF manual of practice no.34. Alexandria, Virginia (VA): The Agency. Water Science and Technology, 40(3), 273-281.