จุลินทรีย์กับการบำบัดน้ำเสีย
ธรรมชาติ แหล่งน้ำต่างๆ อาจเกิดจากการเน่าเสียได้เองเมื่ออยู่ในภาวะที่ขาดออกซิเจน ส่วนใหญ่มีสาเหตุเกิดจากการเพิ่มจำนวนอย่างรวดเร็วของแพลงค์ตอน แล้วตายลงพร้อมๆ กันเมื่อจุลินทรีย์ทำการย่อยสลายซากแพลงค์ตอนทำให้ออกซิเจนในน้ำถูกนำไปใช้มาก จนเกิดการขาดแคลนได้ นอกจากนี้การเน่าเสียอาจเกิดได้อีกประการหนึ่งคือเมื่อน้ำอยู่ในสภาพนิ่งไม่มีการหมุนเวียนถ่ายเท จุลินทรีย์ในน้ำเสียที่ปล่อยออกมาจากบางสถานที่อาจมีจุลินทรีย์ ปนเปื้อนเป็นจำนวนมากเช่น โรงฆ่าสัตว์ โรงพยาบาล นากุ้ง จุลินทรีย์อาจมี ทั้งที่ไม่ก่อให้เกิดโรคและที่ก่อให้เกิดโรคปะปน นอกจากนี้ อาจพบ ไวรัสและพวกพาราไซต์
กระบวนการบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีทางชีวภาพ Biological Wastewater Treatment เป็นการใช้สิ่งมีชีวิตเป็นตัวช่วยในการเปลี่ยนสภาพของเสียในน้ำ เปลี่ยน ให้เป็นแก๊ส โดยสิ่งมีชีวิตที่มีบทบาทในการช่วยเปลี่ยนสภาพสิ่งสกปรกในน้ำเสียคือพวกจุลินทรีย์ ได้แก่ แบททีเรีย โปรโตซัว สาหร่าย รา และโรติเฟอร์ โดยจุลินทรีย์ที่อาศัยออกซิเจน และไม่อาศัยออกซิเจน
โดยระบบการบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีทางชีวภาพ Biological Wastewater Treatment จุลินทรีย์จะใช้มวลสาร Pollutants เป็นอาหารและเจริญเติบโตขยายพันธุ์ ไปเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะลอยขึ้นบนอากาศ ส่วนน้ำจะผสมกับน้ำที่ผ่านการบำบัดมาแล้ว ส่วนพลังงานจะถูกจุลินทรีย์นำไปใช้ต่อ
สมการการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบใช้ออกซิเจน
สารอินทรีย์ในน้ำเสีย + ออกซิเจน O2 + สารอาหาร + ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO2 + แอมโมเนีย NH₃ + จุลินทรีย์ใหม่ + อื่น ๆ …….(1)
จุลินทรีย์ + ออกซิเจน O2 ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO2 + น้ำ H2O + แอมโมเนีย NH₃ + พลังงาน ……..(2)
สมการการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจน
สารอินทรีย์ในน้ำเสีย + จุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้ออกซิเจน O2 ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ CO2 + ก๊าซมีเทน CH₄ +จุลินทรีย์ใหม่ + อื่น ๆ
ทั้งนี้จุลินทรีย์จะต้องได้รับสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมต่อการเจริญเติมโตดังนี้
1. ต้องมีปริมาณอาหาร หรือ มวลสาร Pollutants ที่เหมาะสมซึ่งสามารถควบคุมอาหารของจุลินทรีย์ได้จากการรักษาอัตราส่วนของ BOD ซึ่งวัดในรูปแบบของแข็งแขวนลอย MLSS ให้มีค่าที่เหมาะสมต่อการบำบัดน้ำเสียนั้นๆ
2. จุลินทรีย์บางชนิดจะเจริญเติบโตได้ดีในสภาวะแวดล้อมที่เป็นกลาง หรือบางชนิดจะเจริญเติบโตได้ดีในสภาวะที่เป็นกรด แต่ค่า pH ที่เหมาะสมสำหรับจุลินทรีย์จะมีค่าอยู่ที่ 5-9 ที่เหมาะที่สุดอยู่ที่ 6.8-7.2 ที่ใช้ควบคุมระบบบำบัดน้ำเสีย
3. อุณหภูมิ (Temperature) เป็นสภาพแวดล้อมที่มีความสำคัญในการเจริญ และการปรับตัวที่อยู่รอดของจุลินทรีย์ทั่วไป จุลินทรีย์แต่ละชนิดต้องการอุณหภูมิในการเจริญเติบโตที่แตกต่างกันไป
4. จุลินทรีย์จะมีการแบ่งตามความต้องการออกซิเจนอยู่ 2 กลุ่มได้แก่ จุลินทรีย์ที่ต้องการออกซิเจน (Aerobic Microorganisms หรือ Aerobe) เจริญได้เฉพาะในที่ที่มีออกซิเจนเท่านั้น เพราะต้องนำออกซิเจนมาสร้างพลังงานเนื่องจากไม่สามารถสร้างพลังงานโดยการหมักได้ และจุลินทรีย์ที่เจริญในที่ที่มีออกซิเจนก็ได้ หรือไม่มีออกซิเจนก็ได้ (Facultative Microorganisms) พวกนี้สามารถสร้างพลังงานได้จากกระบวนการหมัก ดังนั้นถ้ามีการควบคุมสภาพแวดล้อมน้ำเสียให้อยู่ในสภาวะไร้อากาศ จุลินทรีย์ที่ต้องการออกซิเจน (Aerobic Microorganisms หรือ Aerobe) ก็จะตายหมด ส่วนจุลินทรีย์ที่เจริญเติบโตในที่ที่มีออกซิเจนก็ได้ หรือไม่มีออกซิเจนก็ได้ (Facultative Microorganisms) จะเจริญเติบโตได้ดี
5. รังสี (Radiation) มีผลต่อการทำลายจุลินทรีย์มี 2 ชนิด
5.1 รังสีที่เกิดการแตกตัวเป็นไอออน (Ionizing radiation) อาทิเช่น รังสีเอกซ์ (X-ray) , รังสีแกมมา (Gamma ray) ,รังสีคาโธด (Cathode ray)
5.2 คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสูง อย่างรังสีอัลตราไวโอเลต (Ultraviolet) เป็นรังสีที่พบในแสงแดด
6. ความชื้น (Moisture) จะส่งผลในกระบวนการออสโมซิสของเซลล์ และจากผลของแรงดันออสโมซิสของจุลินทรีย์ แตกต่างกันไปทำให้จำแนกจุลินทรีย์ได้หลากหลายชนิด ไม่ว่าจะเป็นจุลินทรีย์ที่เจริญได้ในน้ำตาลอย่างยีสต์ หรือจะเป็นจุลินทรีย์ที่เจริญได้ดีในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นของเกลือสูง อย่างจุลินทรีย์ในน้ำทะเลเป็นต้น
ในปัจจุบันทั่วโลกจึงหันมาให้ความสนใจการแก้ปัญหาน้ำเน่าเสียต่างๆ ด้วยวิธีการบำบัดทางชีวภาพ (Biological Treatment) หรือการใช้จุลินทรีย์กำจัดสิ่งเจือปนในน้ำเสียโดยเฉพาะจำพวกสารคาร์บอนอินทรีย์ ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส โดยความสกปรกเหล่านี้จะถูกใช้เป็นอาหารและเป็นแหล่งพลังงานของจุลินทรีย์อย่างดี ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงไปในทางที่ดีของสภาพแวดล้อม อย่างปลอดภัยไม่ส่งผลเสียต่อตัวบุคคล สัตว์ พืช และสิ่งแวดล้อม อีกทั้งยังประหยัดค่าใช้จ่ายในการบำบัดอีกด้วย
