การปรับปรุงระบบบัดน้ำเสียด้วยเครื่องปฏิกรณ์สำหรับนำกลับธาตุอาหารเพื่อลดการปนเปื้อนธาตุอาหารในแหล่งน้ำ

น้ำเป็นปัจจัยสำคัญในการดำรงชีวิตของมนุษย์ไม่ว่าจะเป็นการอุปโภคหรือบริโภค แต่เนื่องจากจำนวนประชากรที่เพิ่มมากขึ้น การใช้น้ำเพื่อการอุปโภคบริโภคของมนุษย์ทั้งในกิจวัตรประจำวัน อุตสาหกรรม และการเกษตรกรรมก็เพิ่มขึ้นตามไปด้วย ซึ่งน้ำเสียที่เกิดขึ้นมีการปนเปื้อนของธาตุอาหารต่างๆ อยู่เป็นปริมาณมาก เช่น ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส และเมื่อน้ำเสียเหล่านี้ถูกระบายลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติโดยปราศจากการบำบัด ก็จะส่งผลให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมากมาย เช่น การเกิดสาหร่ายเบ่งบานหรือปรากฏการณ์ยูโทรฟิเคชัน (Eutrophication)ซึ่งก่อให้เกิดผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมเนื่องจากพืชน้ำที่เกิดขึ้นบนผิวน้ำหนาแน่น ส่งผลให้แสงแดดไม่สามารถส่องผ่านไปยังแหล่งน้ำได้ อีกทั้งยังส่งผลต่อค่าการละลายของออกซิเจนในน้ำที่ลดลงอย่างรวดเร็วในเวลากลางคืน เนื่องจากพืชน้ำที่เกิดขึ้นบริเวณผิวน้ำดึงออกซิเจนไปใช้ในเวลากลางคืน เมื่อค่าการละลายของออกซิเจนในน้ำลดลงจะส่งผลต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำตาย และยังส่งผลให้แหล่งน้ำเกิดการเน่าเสียซึ่งปัญหาเหล่านี้ได้ทวีความรุนแรงมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากผู้ใช้น้ำส่วนใหญ่ขาดความรับรู้และจิตสำนึกรับผิดชอบต่อปัญหาที่เกิดขึ้น

ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสเป็นธาตุอาหารสำคัญที่พืชใช้ในการเจริญเติบโต ดังนั้นจึงควรกำจัดธาตุอาหารเหล่านี้ออกจากน้ำเสียก่อนปล่อยลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ ซึ่งในปัจจุบันมีวิธีการกำจัดธาตุอาหารเหล่านี้อยู่ด้วยกันหลายวิธี ทั้งวิธีทางชีวภาพที่ใช้จุลินทรีย์ในการย่อยสลาย และวิธีทางเคมี เช่น การตกผลึกฟอสฟอรัส แอมโมเนียม และแมกนีเซียมในรูปของสตรูไวท์ ซึ่งการตกผลึกในรูปของสตรูไวท์นั้นเป็นทางเลือกที่ดีทางหนึ่ง เพราะนอกจากจะสามารถกำจัดธาตุอาหารในน้ำเสีย เพื่อลดปัญหาการเจริญเติบโตของพืชน้ำได้แล้ว ยังสามารถนำกลับธาตุอาหารจากน้ำเสียและใช้ประโยชน์ในรูปของปุ๋ยได้อีก รวมถึงสามารถขายเพื่อเพิ่มรายได้ได้อีกทางหนึ่ง 

สตรูไวท์หรือสารประกอบ Magnesium Ammonium Phosphate (MgNH₄PO₄∙6H₂O) เกิดจากการตกผลึกของแมกนีเซียม แอมโมเนียม และฟอสเฟต ในอัตราส่วนโมลที่เท่ากัน คือ 1:1:1 ซึ่งประโยชน์ของสตรูไวท์ ได้แก่ สามารถใช้เป็นปุ๋ยละลายช้าให้แก่พืช หรือใช้เป็นสารปรับปรุงดินได้ ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงได้ศึกษาการปรับปรุงระบบบำบัดน้ำเสียด้วยการสร้างเครื่องปฏิกรณ์สำหรับนำกลับธาตุอาหารในรูปของปุ๋ยสตรูไวท์ เพื่อลดการปนเปื้อนของธาตุอาหารในแหล่งน้ำและลดปัญหาแหล่งน้ำเสื่อมโทรม โดยน้ำเสียที่ใช้ในการทำวิจัย คือ น้ำเสียฟาร์มปศุสัตว์ (ฟาร์มสุกร หรือฟาร์มโคนม) โดยน้ำเสียจากฟาร์มปศุสัตว์จะมีปริมาณของไนโตรเจนและฟอสฟอรัสในปริมาณที่มากเมื่อเทียบกับน้ำเสียจากแหล่งอื่นๆ อย่างไรก็ตามน้ำเสียจากฟาร์มปศุสัตว์อาจจะขาดแมกนีเซียม จึงต้องมีการเติมแมกนีเซียมให้เพียงพอต่อการตกผลึกสตรูไวท์ได้อย่างสมบูรณ์ 

โดยในส่วนแรกของการวิจัยจะทำการศึกษาปัจจัยที่เหมาะต่อการนำกลับธาตุอาหาร ไม่ว่าจะเป็นในส่วนของค่าพีเอช และอัตราส่วนเชิงโมงระหว่างแมกนีเซียมต่อฟอสฟอรัส นอกจากนั้นทางทีมวิจัยยังต้องการศึกษาสภาวะที่เหมาะสมในการเพิ่มขนาดของผลึกสตรูไวท์ เนื่องจากว่าโดยปกติลักษณะของผลึกสตรูไวท์จะมีขนาดเล็กและแยกออกจากน้ำเสียค่อนข้างยาก ส่งผลให้ต้องใช้ลานตากตะกอนซึ่งใช้พื้นที่ค่อนข้างมาก และไม่เหมาะในการดำเนินการช่วงฤดูฝน แต่ถ้ามีการเพิ่มขนาดของผลึกให้ใหญ่ขึ้น ก็จะสามารถแยกออกจากน้ำได้ง่ายและลดปัญหาในส่วนนี้ลงได้

ในส่วนที่สองของการวิจัยจะเป็นการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบที่ใช้ในการนำกลับธาตุอาหารและการเพิ่มขนาดผลึกสตรูไวท์นั้น โดยจะทำการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ระดับห้องปฏิบัติการ (Batch scale) และเลือกสภาวะที่เหมาะสมจากการทดลองในส่วนแรก ซึ่งในระดับห้องปฏิบัติการจะมีการศึกษาในส่วนของวัสดุที่จะนำมาใช้ในการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ต้นแบบ เนื่องจากผลึกสตรูไวท์อาจจะจับตัวกับวัสดุที่นำมาใช้ในการประกอบเครื่องปฏิกรณ์ได้ หลังจากได้เครื่องปฏิกรณ์ระดับห้องปฏิบัติการ(Batch scale)และสภาวะต่างๆ ที่เหมาะสมแล้ว จะทำการสร้างเครื่องปฏิกรณ์ระดับภาคสนาม (Pilot scale)และทดสอบการใช้งานจริง ซึ่งจะสามารถช่วยลดการปนเปื้อนของธาตุอาหารในแหล่งน้ำและลดปัญหาแหล่งน้ำเสื่อมโทรม อีกทั้งยังลดการนำเข้าปุ๋ยอนินทรีย์จากต่างประเทศ และลดต้นทุนในการใช้ปุ๋ยอนินทรีย์ของเกษตรกรได้อีกด้วย