การบำบัดน้ำเสียโดยใช้ธรรมชาติ

ที่มาการต่อยอดโครงการ :

การกำจัดขยะและน้ำเสียตามแนวพระราชดำริ ในโครงการศึกษาวิจัยและพัฒนาสิ่งแวดล้อมแหลมผักเบี้ยอันเนื่องมาจากพระราชดำริ โดยใช้หลัก“กลไกธรรมชาติ ช่วยธรรมชาติ ใช้เทคโนโลยีที่สร้างได้ง่าย และประหยัด” ดังพระราชดำรัสว่า

“...ปัญหาสำคัญ คือ เรื่องสิ่งแวดล้อม เรื่องน้ำเสียและขยะ ได้ศึกษามาแล้วเหมือนกัน ทำไม่ยากนัก ในทางเทคโนโลยีทำได้ แล้วในเมืองไทยเองก็ทำได้...”

“…โครงการที่จะทำนี้ไม่ยากนักถือว่า ก็มาเอาสิ่งที่เป็นพิษออก พวกโลหะหนักต่างๆ เอาออก ซึ่งมีวิธีทำ ต่อจากนั้นก็มาฟอกใส่อากาศ บางทีก็อาจไม่ต้องใส่อากาศ แล้วก็มาเฉลี่ยใส่ในบึง หรือเอาน้ำไปใส่ในทุ่งหญ้าแล้วก็เปลี่ยนสภาพของทุ่งหญ้าเป็นทุ่งเลี้ยงสัตว์ ส่วนหนึ่งเป็นที่สำหรับปลูกพืชปลูกต้นไปไม้...”

“…แล้วก็ต้องทำการเรียกว่าการกรองน้ำ ให้ทำน้ำนั้นไม่ให้โสโครก แล้วก็ปล่อยน้ำลงมาที่เป็นที่ทำการเพาะปลูก หรือทำทุ่งหญ้า แล้วจากนั้นน้ำที่เหลือก็ลงทะเล โดยที่ไม่ทำให้น้ำนั้นเสีย...”

เทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียที่เรียบง่ายและใช้ธรรมชาตินี้ จากทฤษฎีและแนวคิดธรรมชาติช่วยธรรมชาติตามแนวพระราชดำริ ได้ศึกษาออกแบบการใช้เทคโนโลยีในการบำบัดน้ำเสียอย่างเรียบง่ายและหาได้ตามท้องที่ แบ่งออกเป็น ๔ ระบบ

ระบบการบำบัดน้ำเสียชุมชน ได้แบ่งเทคโนโลยีการบำบัดออกเป็น ๔ ระบบ ดังนี้

๑ ระบบบ่อบำบัดน้ำเสีย (Lagoon Treatment)

๒ ระบบพืชและหญ้ากรองน้ำเสีย (Plant and Grass Filtration)

๓ ระบบพื้นที่ชุ่มน้ำเทียม (Constructed Wetland)

๔ ระบบแปลงพืชป่าชายเลน (Mangrove Forest Filtration)

๑. ระบบบ่อบำบัดน้ำเสีย (Lagoon Treatment)

เป็นระบบที่อาศัยการกักพักน้ำเสียไว้ในระยะเวลาที่เหมาะสมกับปริมาณความสกปรกของน้ำ การเติมออกซิเจนด้วยกระบวนการสังเคราะห์แสงของแพลงก์ตอน และสาหร่าย อาศัยแรงลมช่วยในการพลิกน้ำเติมอากาศ การย่อยสลายสารอินทรีย์ด้วยจุลินทรีย์ และระยะเวลากักพักน้ำจะช่วยฆ่าเชื้อโรค ระบบบ่อบำบัดน้ำเสียของโครงการฯ ประกอบด้วย ระบบบ่อบำบัดน้ำเสีย ๓ ประเภท จำนวน ๕ บ่อ ในการออกแบบโดยการสร้างบ่อดิน ๓ ประเภท ความลาดชัน ๑:๑๐๐๐ ต่อต้นแบบอนุกรม ให้น้ำเสียเติมเต็มทุกวันแล้วปล่อยน้ำดีไหลผ่านข้ามสู่บ่อถัดไป

ประเภทที่ ๒ บ่อผึ่ง มีจำนวน ๓ บ่อหรือตามความจำเป็นของขนาดพื้นที่ บ่อนี้จะสาหร่ายจะเจริญเติบโตและสังเคราะห์แสงให้ออกซิเจนเพิ่มพลังแก่จุลินทรีย์กัดกินอาหารของเสียที่อยู่ในน้ำ บ่อนี้น้ำเสียจะถูกบำบัด ๘๕ – ๙๐ % จึงต้องหาทางให้อากาศถ่ายเทได้ดีในบ่อนี้

ประเภทที่ ๓ บ่อปรับสภาพ ๑ บ่อ เป็นบ่อบำบัดแบบใช้อากาศ ความลึก ๑.๗ เมตร ทำหน้าที่ปรับแต่งปรับสภาพ เพื่อกำจัดสาหร่าย น้ำที่พ้นบ่อนี้ปล่อยลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติได้ปลอดภัย บ่อบำบัดน้ำเสียนี้ ยังทดลองเลี้ยงปลาได้ พบว่าปลาเจริญเติบโตได้ดีและบริโภคปลอดภัย เช่น ปลานิล ปลา

การก่อสร้างบ่อบำบัดน้ำเสียแต่ละประเภทแต่ละบ่อ จะต้องเชื่อมต่ออย่างเป็นอนุกรม สามารถรองรับปริมาณน้ำเสียสูงสุดได้ ๑๐,๐๐๐ลูกบาศก์เมตร/วัน โดยน้ำเสียจะถูกลำเลียงจากเทศบาลเมืองเพชรบุรีเข้าสู่บ่อตกตะกอน แล้วผ่านไปยังบ่อผึ่ง ๑ ๒ และ ๓ ตามลำดับ จากนั้นเข้าสู่บ่อปรับสภาพคุณภาพน้ำเป็นขั้นสุดท้าย ทั้งนี้น้ำเสียแต่ละบ่อ จะไหลล้นผ่านอาคารระบายน้ำด้านบนและเชื่อมต่อกันทางตอนล่างของบ่อถัดไปเป็นลำดับ สำหรับระบบนี้มีประสิทธิภาพการบำบัดเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสีย

หลักการ : โดยใช้บ่อดิน ๓ -๕ บ่อ เป็นบ่อบำบัดน้ำเสีย โดยการเปิดน้ำเสียเข้าพักไว้ในเวลาที่เหมาะสมตามค่าความสกปรกของน้ำเสีย แล้วปล่อยให้ระบบทำลายความสกปรกด้วยจุลินทรีย์ตามธรรมชาติ ทำงานกำจัดความสกปรก โดยอาศัยกลไกให้สาหร่ายสังเคราะห์แสงเพิ่มออกซิเจน ( O?) ในน้ำให้จุลินทรีย์เติมพลังเพื่อกัดกินอินทรีย์สารในความสกปรก และสายลมพัดช่วยเติมอากาศออกซิเจน ( O?) ในน้ำช่วยลดอุณหภูมิของน้ำ น้ำระเหยไปกับสายลมช่วยให้น้ำเย็นลง ระบบนี้ใช้หลักการบำบัดน้ำเสียโดยอาศัยกลไกให้สาหร่ายสังเคราะห์แสงเพื่อให้ออกซิเจนแก่จุลินทรีย์สำหรับการหายใจและย่อยสลายกัดกินของเสีย โดยมีลมพัดช่วยเติมอากาศลดอุณหภูมิและแสงแดดเป็นตัวช่วยฆ่าเชื้อโรคอีกทางหนึ่ง ระบบนี้เหมาะสำหรับเมืองในเขตร้อน เช่น ประเทศไทยลดความสกปรกในรูปของบีโอดีได้ถึงร้อยละ ๘๕-๙๐

ข้อแนะนำ ประโยชน์จากตะกอนยังสามารถนำไปปลูกพืชกินใบได้ กินผล และกินหัวได้ ยกเว้นแต่บ่อที่ ๑ ตะกอนหนักสามารถนำไปใช้ปลูกไม้ดอกไม้ประดับได้เท่านั้น และควรตากบ่อระยะ ๒ – ๓ ปี และปาดขี้ตะกอนเลนหน้าบ่อออกด้วย

ข้อจำกัดของระบบนี้ ใช้พื้นที่มาก ระยะเวลาบำบัดตากผึ่งมีระยะเวลา และอาจให้งบประมาณมากในการพักบำรุงบ่อทั้งหมด

๒ ระบบพืชและหญ้ากรองน้ำเสีย (Plant and Grass Filtration)

เป็นระบบที่ให้พืชช่วยดูดซับธาตุอาหารจากการย่อยสลายสารอินทรีย์เป็นสารอนินทรีย์ที่พืชต้องการของจุลินทรีย์ในดิน การปลดปล่อยออกซิเจนจากกระบวนการสังเคราะห์แสงจากระบบราก สาหร่าย และแพลงค์ตอน โดยการปล่อยให้น้ำเสียไหลผ่านแปลงพืชหรือหญ้า โดยน้ำเสียจะไหลผ่านผิวดินและต้นพืชหรือหญ้าเป็นระยะทางอย่างน้อย ๕๐ เมตร ระดับความสูงของน้ำเสียที่กักขังบริเวณท้ายแปลงเท่ากับ๓๐ เซนติเมตร สำหรับระยะเวลาเก็บกักที่เหมาะสม คือ ขังน้ำเสียไว้ ๕ วัน แล้วปล่อยให้แห้ง ๒วัน เพื่อให้จุลินทรีย์ได้พักตัว สำหรับพืชและหญ้าที่ใช้ในการบำบัดแบ่งเป็น ๒ กลุ่ม คือ หญ้าอาหารสัตว์ ได้แก่ หญ้าคาล์ลา หญ้าโคสครอส และหญ้าสตาร์ พืชทั่วไป ได้แก่ ธูปฤาษี กกกลม(กกจันทบูร) และหญ้าแฝกพันธุ์อินโดนีเซีย เมื่อครบระยะเวลา ๔๕ วัน (ยกเว้นธูปฤาษี ๙๐ วัน) จะตัดพืชและหญ้าเหล่านั้นออก เพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ ซึ่งหญ้าเหล่านี้นำไปใช้ในการเลี้ยงสัตว์ได้ เนื่องจากการปนเปื้อนของมลสารไม่เกินมาตรฐานสำหรับสัตว์ ส่วนพืชทั่วไปนำไปใช้ในการจักสานได้เป็นอย่างดี

สำหรับแปลงบำบัดที่แหลมผักเบี้ย มีความยาวประมาณ ๑๐๐ เมตร ในการปล่อยน้ำเสียไหลผ่าน ค่อยข้างเป็นแปลงที่ยาว ใช้พื้นที่มาก น้ำจะไหลได้ต้องเป็นทางลาด จากการสอบถามน้ำจะดีขึ้นในระยะ ๖๐ เมตร ก็สามารถปล่อยสู่ลำรางสาธารณะได้

หลักการ : ระบบนี้ให้พืชกึ่งบกกึ่งน้ำ คือ รากอยู่ในน้ำลำต้นอยู่บนบก เช่น ธูปฤษี กกกลม เป็นต้น รวมถึงพืชหญ้าต่างๆที่เป็นอาหารสัตว์และหญ้าทั่วไป ด้วยการดึงออกซิเจน (O?) ผ่านใบพืชสู่ลำต้นและดินรากเพื่อเพิ่มออกซิเจน( O?) ให้กับจุลินทรีย์บริเวณรอบๆรากพืชโดยให้ดินเป็นตัวกรองของเสีย และจุลินทรีย์ในดินทำหน้าที่ย่อยของเสีย ของเสียที่ย่อยแล้วพืชจะดูดเอาไปเป็นอาหารเจริญเติบโตต่อไป ทำให้ของเสียเปลี่ยนเป็นมวลชีวภาพ น้ำจะมีคุณภาพดีและสามารถระบายสู่แหล่งน้ำธรรมชาติได้การบำบัดน้ำเสียด้วย

ระบบนี้อาศัยหลักการใช้ดินเป็นตัวกรองของเสียและจุลินทรีย์ ในดินทำหน้าที่เป็นตัวย่อยของเสีย ของเสียที่ย่อยแล้วพืชจะเป็นตัวดูดเอาไปใช้ในการเติบโต ทำให้ของเสียเปลี่ยนเป็นมวลชีวภาพ น้ำเสียที่ผ่านระบบจะมีคุณภาพดีและสามารถระบายสู่แหล่งน้ำธรรมชาติได้

ข้อจำกัดในระบบนี้ ต้องมีบุคลากรค่อยดูแลสม่ำเสมอ โดยเฉพาะการตัดเกี่ยวหญ้า และใช้พื้นที่มาก และมีระยะทางในการไหลไปจนน้ำเสียเป็นน้ำดีปล่อยสู่ธรรมชาติได้ ต้องคอยปรับแต่งความลาดเทให้ได้ขนาด ๑: ๑,๐๐๐ ในกำหนดเวลา และพักบ่ออีกเป็นระยะหนึ่ง

๓ ระบบพื้นที่ชุ่มน้ำเทียม (Constructed Wetland)

เป็นระบบที่ใช้หลักการและกลไกในการบำบัดน้ำเสียเช่นเดียวกับระบบพืชและหญ้ากรอง จะแตกต่างกันที่วิธีการ กล่าวคือ การปล่อยให้น้ำเสียขังในแปลงพืชน้ำ ที่ระดับความสูง ๓๐ เซนติเมตรจากพื้นแปลง โดยให้น้ำเสียมีระยะเวลากักพักอย่างน้อย ๑ วัน ใช้การเติมน้ำเสียใหม่ลงสู่ระบบให้ได้ระดับ ๓๐ เซนติเมตร ซึ่งเท่ากับปริมาณน้ำเสียที่สูญหายไปโดยกระบวนการระเหยในแต่ละวัน

อีกวิธีการหนึ่งคือ การเติมน้ำเสียใหม่ลงสู่ระบบอย่างต่อเนื่องตลอดวัน โดยที่อัตราความเร็วของน้ำเสียเท่ากับปริมาณน้ำเสียใหม่ที่สามารถผลักดันไล่น้ำเสียเก่าออกจากระบบหมดในเวลา ๑ วัน สำหรับพืชที่ใช้ในการบำบัดคือ ธูปฤาษี และกกกลม (กกจันทบูร) เมื่อครบระยะเวลาจะตัดพืชเหล่านั้นออก เพื่อเป็นการเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ ระยะเวลาที่เหมาะสม คือ ต้องตัดใน ๙๐ วันสำหรับธูปฤาษี และ ตัดใน ๔๕ วันสำหรับกกกลม (กกจันทบูร) พืชเหล่านี้นำไปใช้ในการจักสาน เยื่อกระดาษ และเชื้อเพลิงเขียวได้

หลักการ : ระบบนี้คล้ายกับระบบที่ ๒ คือใช้พืชหรือหญ้ากรองน้ำเสีย เป็นระบบเติมออกซิเจน (O?) ในดินจากใบสู่รากเช่นเดียวกับระบบที่ ๒) แต่ต่างที่การกักน้ำเสียให้ขังอยู่ที่แปลงพืชให้น้ำเสียเกิดการระเหยและปล่อยน้ำเสียใหม่ให้ผลักดันน้ำเสียเก่าออกไปจากระบบ พืชน้ำโดยทั่วไปมี

ความสามารถในการปรับตัวอยู่ในสภาพน้ำขังได้โดยการดึงเอาออกซิเจนจากอากาศ ส่งผ่านระบบเนื้อเยื่อในส่วนลำต้นลงสู่ระบบลำต้นใต้ดินและราก ซึ่งอากาศในส่วนนี้จะปลดปล่อยออกไปสู่บริเวณรอบรากพืชทำให้จุลินทรีย์ในดินสามารถย่อยของเสียที่ถูกดินกรองได้แล้วเปลี่ยนไปเป็นสารที่พืชรวมถึงสิ่งมีชีวิตอื่นๆ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้

ข้อจำกัดของระบบนี้ ต้องใช้บุคลากรในการดูแลจำนวนมาก และต้องดูแลตัดแต่งพืชที่ใช้ในการบำบัดตามระยะเวลา ที่กำหนด และใช้พื้นที่ค่อยข้างมาก เพื่อให้พอกับปริมาณน้ำเสีย

๔ ระบบแปลงพืชป่าชายเลน (Mangrove Forest Filtration)

เป็นระบบเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียตามแนวพระราชดำรินั้น พระองค์ทรงต้องการให้เป็นเทคโนโลยีที่ง่าย สะดวกและเป็นวิธีการที่อาศัยธรรมชาติให้ช่วยเหลือธรรมชาติด้วยกันเอง โดยอาศัยการเจือจางน้ำเสียด้วยน้ำทะเล การผสมน้ำเร่งการตกตะกอน การกักน้ำเสียที่ผสมกับน้ำทะเล ระบบรากของพืชป่าชายเลนช่วยในการเติมออกซิเจนให้กับน้ำเสีย กรองหรือฟอกน้ำให้สะอาดขึ้น

นอกจากนี้พืชป่าชายเลนจะดูดซับอาหารและสิ่งปนเปื้อนที่มีอยู่ในน้ำเสีย ทั้งยังช่วยการทำงานของจุลินทรีย์ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ อันเป็นการใช้ประโยชน์จากพืชป่าชายเลนอีกทางหนึ่ง นอกเหนือจากการเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยที่หลบภัย แหล่งอาหาร แหล่งอนุบาลตัวอ่อนของสัตว์น้ำ เป็นการลดค่าใช้จ่าย ในการดำเนินงานบำบัดน้ำเสียที่ไม่ต้องลงทุนสูงเหมือนที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน เทคโนโลยีตามแนวพระราชดำริด้วยการบำบัดน้ำเสียด้วยระบบแปลงพืชป่าชายเลน เป็นอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่อาศัยหลักการ ที่ให้ธรรมชาติช่วยเหลือธรรมชาติ ด้วยการเก็บกักน้ำเสียในแปลงป่าชายเลน และการเจือจางด้วยน้ำทะเลในระยะเวลาที่น้ำทะเลขึ้น อาศัยการปลดปล่อยออกซิเจนของพืชที่ได้จากการสังเคราะห์แสง กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ของจุลินทรีย์ในดิน การดูดซึมสารอาหารของพืชเพื่อใช้ในการเจริญเติบโต และการกรองสิ่งปนเปื้อนของพืชป่าชายเลนและดินร่วมกัน สำหรับสัดส่วนในการผสมระหว่างน้ำเสียและน้ำทะเลจะมีสัดส่วนมากน้อยเพียงใดนั้นขึ้นอยู่กับค่าเฉลี่ยความสกปรกของน้ำเสียในรูปบีโอดี ที่ตรวจวัดได้

รูปแบบเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียด้วยระบบแปลงพืชป่าชายเลน ที่โครงการศึกษาวิจัยและพัฒนาขึ้น ยึดหลักการตามแนวพระราชดำริ โดยการทำแปลงเพื่อกักเก็บน้ำทะเลและน้ำเสียที่รวบรวมได้จากชุมชน และปลูกป่าชายเลนด้วยพันธุ์ไม้ ๒ ชนิด คือ ต้นโกงกาง และต้นแสม ช่วยในการบำบัดน้ำเสีย อาศัยการเจือจางระหว่างน้ำทะเลกับน้ำเสีย การเร่งตกตะกอนของสารอินทรีย์ในน้ำเสีย ระยะเวลาการกักพักของน้ำ ระบบรากของพืชป่าชายเลนช่วยการปลดปล่อยก๊าซออกซิเจนให้กับน้ำเสีย และช่วยในการย่อยสลายสารอินทรีย์ โดยจุลินทรีย์ในดิน เพื่อให้การบำบัดน้ำเสียมีประสิทธิภาพมากขึ้น สำหรับเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นจะมีการกักน้ำทะเลที่เข้าสู่แปลงในช่วงเวลาที่น้ำขึ้นสูงสุดในรอบวัน (การขึ้นลง ปกติของน้ำทะเลจะมีการขึ้นลงวันละ ๒ ครั้ง) ทำการเก็บกักและเพื่อหาสัดส่วน ปริมาณการให้น้ำเสียในการบำบัด เมื่อเติมน้ำเสียตามสัดส่วนแล้วปล่อยให้น้ำผสมมีการกักพักไว้ระยะเวลาหนึ่ง (ตั้งแต่ช่วงเวลาที่น้ำขึ้นครั้งแรก จนกระทั่งถึงเวลาน้ำลงครั้งที่สองในรอบวัน) จึงระบายน้ำฝนที่ผ่านการผสม (น้ำที่ผ่านการบำบัด) ออกสู่แหล่งน้ำธรรมชาติต่อไป

หลักการ : ระบบนี้อาศัยตามแบบธรรมชาติตามการขึ้นลงของน้ำทะเลในแต่ละวัน โดยการกักน้ำเสียกับน้ำทะเลเข้าด้วยกันในระยะเวลาหนึ่ง หรือให้มีการตกตะกอนของน้ำเสีย ใช้หลักการเจือจางระหว่างน้ำเสียกับน้ำทะเล โดยใช้พันธุ์ไม้โกงกางใบใหญ่และแสม ซึ่งเป็นพืชป่าชายเลนที่มีคุณสมบัติคล้ายพืชน้ำ สามารถดำรงชีพอยู่ในสภาวะน้ำท่วมขังได้

โดยมีรากปรับตัวตามสภาพน้ำและดิน ในการทำงานของระบบธรรมชาตินี้ เกิดจากการส่งผ่านออกซิเจนจากการสังเคราะห์แสงของใบ ส่งต่อโดยระบบรากพืชให้กับจุลินทรีย์ในดิน เพื่อย่อยสลายสารอินทรีย์และสาหร่ายในน้ำ รวมทั้งการกรองน้ำเสียของดิน การเจือจางของน้ำระหว่างน้ำเสียกับน้ำทะเลในช่วงเวลาน้ำขึ้นน้ำลง

หลังจากการบำบัดน้ำเสียและปล่อยน้ำดีลงสู่ทะเลทำให้ป่าชายเลนถูกปลูกขึ้น ทำให้แผ่นดินงอกโดยน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วจะมีอินทรียวัตถุ ธาตุอาหาร แพรงตอน จึงเหมาะสมที่สิ่งมีชีวิตนำไปใช้ประโยชน์ ช่วยให้สภาพแวดล้อมและระบบนิเวศน์ชายฝั่งดีขึ้น สัตว์ทะเลมาวางไข่มากขึ้น ทำให้พื้นที่กลายเป็นแหล่งทำมาหากิน สร้างอาชีพสร้างรายได้กับชาวบ้านเพิ่มมากขึ้น นำความอุดมสมบูรณ์ความหลากหลายทางชีวภาพกลับคืนสู่ธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม