กระบวนการบำบัดไนโตรเจนในน้ำเสียทางชีววิทยาโดยทั่วไปสามารถแบ่งได้ 2 ขั้นคือ กระบวนการไนตริฟิเคชัน เป็นการเปลี่ยนแอมโมเนียมให้เป็นไนไตร์ทจากนั้นไนไตร์ทจะถูกเปลี่ยนไปเป็นไนเตรทภายใต้สภาวะใช้อากาศ (Aerobic) และกระบวนการดีไนตริฟิเคชัน

               เป็นการเปลี่ยนจากไนเตรทให้เป็นไนโตรเจนก๊าซในสภาวะไร้อากาศ (Anaerobic) ซึ่งกระบวนการไนตริฟิเคชัน/ดีไนตริฟิเคชันต้องการออกซิเจนและสารอินทรีย์คาร์บอนปริมาณมาก Hellinga et al. (1998) พบการกำจัดแอมโมเนียความเข้มข้นสูงในน้ำเสียด้วยกระบวนการทางชีวภาพและให้ชื่อระบบว่า Single reactor system for High Ammonium Removal Over Nitrite (SHARON) เป็นปฏิกิริยาเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นไนไตร์ทโดยควบคุมไนไตร์ทไม่ให้เปลี่ยนเป็นไนเตรท ในการบวนการชารอนภายใต้สภาวะที่มีออกซิเจนเพียงพอ จุลินทรีย์กลุ่มไนโตรโซโมแนสจะเปลี่ยนแอมโมเนียไปเป็นไนไตร์ท ดังสมการ

Ruiz et al. (2006) พบว่าค่าออกซิเจนละลายน้ำที่ 0.7-1.4 mg/L มีไนไตร์ทสะสมในระบบมากที่สุด

                อนาม็อก (Anaerobic Ammonium Oxidation : Anammox) เป็นการกำจัดแอมโมเนียภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน ซึ่งเปลี่ยนแอมโมเนียเป็นก๊าซไนโตรเจนโดยใช้ไนไตร์ทเป็นตัวรับอิเล็กตรอน ดังสมการ (Strous et al. 1998)

                  ชารอน/อนาม็อก จุดเด่นของกระบวนการนี้คือ การลดขั้นตอนหนึ่งของกระบวนการไนตริฟิเคชันจากไนไตร์ท (NO2-) ไม่ให้เป็นไนเตรท (NO3-) แล้วใช้ไนไตร์ทเป็นตัวรับอิเล็กตรอนในกระบวนการดีไนตริ-ฟิเคชัน ส่วนตัวให้อิเล็กตรอนคือแอมโมเนียม (NH4+) แล้วเปลี่ยนเป็นก๊าซไนโตรเจนดังรูปที่ 1

ข้อดีของกระบวนการชารอนและอนาม็อกคือ

• ลดปริมาณออกซิเจนที่ต้องเติมลงไปในปฏิกิริยาไนตริฟิเคชัน
• สามารถลดปริมาณคาร์บอนที่ต้องเติมลงไปในปฏิกิริยาไนตริฟิเคชัน
• ลดจำนวนตะกอนที่เกิดขึ้นระหว่างการบำบัด

รูปที่ 2 การรวมกันระหว่างกระบวนการชารอนและอนาม็อก (Khin et al. 2004)

วัตถุประสงค์

               เพื่อศึกษาประสิทธิภาพการบำบัดไนโตรเจนในน้ำเสียที่มีความเข้มข้นแอมโมเนียสูง ด้วยกระบวนการเบื้องต้นชารอนของกระบวนการอนาม็อก ที่อัตราภาระบรรทุกแอมโมเนียต่างๆ กัน ค่าออกซิเจนละลายน้ำที่ 0.4±0.3 มก./ล.

ขอบเขตการวิจัย
                เดินระบบแบบต่อเนื่อง (Continuous - flow) เมื่อค่าออกซิเจนละลายน้ำคงที่เท่ากับ 0.4±0.3 มก./ล. ที่อัตราภาระบรรทุกแอมโมเนียต่างๆ กัน เพื่อหาอัตราภาระบรรทุกแอมโมเนียที่เหมาะสมที่จะเกิดไนไตร์ทสูงที่สุด

แนวทางการวิจัย

                ทำการทดลองเดินระบบชารอนซึ่งเป็นกระบวนการเบื้องต้นของกระบวนการอนาม็อก ในปฏิกรณ์แบบกวนสมบูรณ์ ดังรูปที่ 2 ปริมาตรใช้งาน 8 ลิตร เวลากักเก็บน้ำ 1 วัน อัตราการไหล 8 ลิตร/วัน ควบคุมความเข้มข้นของออกซิเจนละลายที่ 0.4±0.2 มก./ล. ที่อัตราภาระบรรทุกแอมโมเนีย 0.05, 0.15, 0.30 และ 0.50 กก.N/ม.3-วัน

รูปที่  2 แสดงถังปฏิกรณ์ที่ใช้ในการทดลอง (ชารอน)

ผลการวิจัย

รูปที่ 2 การเปลี่ยนแปลงของไนโตรเจนในปฏิกรณ์ชารอน ที่อัตราภาระบรรทุกแอมโมเนียต่างๆ

                      จากรูปที่ 2 เมื่อระบบเข้าสู่สภาวะคงที่ พบว่าที่อัตราภาระบรรทุกแอมโมเนีย 0.15 กก.N/ม.3-วัน ที่ช่วงวันที่ 32-69 ระบบมีอัตราส่วนไนไตร์ทสะสมต่อแอมโมเนีย 1.21±0.07 ซึ่งใกล้เคียงกับอัตราส่วนที่จะบำบัดต่อด้วยกระบวนการอนาม็อกคือ 1.32 ของ Strous et al. (1998) ตามสมการที่ 2 เกิดไนไตร์ทสะสม 80.21±5.26 มก.N/ล. คิดเป็นร้อยละ 53.08±3.48 ของแอมโมเนียในน้ำเข้าระบบ โดยระบบมีประสิทธิภาพในการบำบัดแอมโมเนียไนโตรเจนร้อยละ 56.25±1.41 ไม่เกิดไนเตรทขึ้นในระบบ

ประโยชน์ที่ได้รับ
                    ทราบอัตราภาระบรรทุกแอมโมเนียในกระบวนการชารอน ที่ทำให้เกิดไนไตร์ทสะสมต่อแอมโมเนียเหมาะสมในการบำบัดต่อด้วยกระบวนการอนาม็อก
สามารถลดปริมาณออกซิเจนที่ต้องเติมลงไปในปฏิกิริยาไนตริฟิเคชันในการบำบัดแบบเดิม