กิจกรรมต่างๆ ที่เกิดขึ้นภายในโรงงานอุตสาหกรรม เช่น การผลิต การล้างทำความสะอาด รวมไปถึงการอุปโภค บริโภค เหล่านี้ก่อให้เกิดน้ำเสีย

น้ำเสีย คือ น้ำที่ปนเปื้อน หรือมีคุณสมบัติที่มีโอกาสส่งผลเสียต่อมนุษย์หรือสิ่งแวดล้อม เช่น ปนเปื้อนสารเคมี สารอินทรีย์ หรือโลหะหนัก น้ำที่มีค่า pH สูงหรือต่ำเกินไป น้ำที่มีอุณหภูมิสูงหรือต่ำเกินไป สิ่งต่างๆเหล่านี้ หากหลุดออกไปสู่แหล่งน้ำ จะส่งผลให้เกิดภาวะน้ำเน่า น้ำเป็นพิษ พืชและสัตว์น้ำไม่สามารถดำรงชีวิตได้และตายลง มนุษย์ไม่สามารถนำมาดื่ม ล้าง และประกอบอาหาร ซึ่งจะส่งผลเสียต่อกันเป็นทอดๆ ตามวัฎจักรของน้ำ

จากความสัมพันธ์ที่กล่าวมาจึงทำให้เกิดระบบบำบัดน้ำเสียขึ้น เพื่อเปลี่ยนน้ำเสียให้เป็นน้ำดี มีหลักการ คือ กำจัดสิ่งปนเปื้อนที่ไม่พึงประสงค์ในน้ำเสียออกไป และปรับสภาพน้ำให้เหมาะสม ก่อนปล่อยออกจากโรงงาน

หนึ่งในสิ่งปนเปื้อนที่สำคัญและพบได้มากในน้ำเสีย คือ แป้ง โปรตีน และไขมัน รวมเรียกว่า สารอินทรีย์ อาจพบเพียงตัวใดตัวหนึ่ง หรือหลายตัวปนกันก็ได้ วิธีการกำจัดที่แพร่หลายมากที่สุด คือ การย่อยสลายโดยใช้จุลินทรีย์ประเภทใช้ ออกซิเจน มีหลักการคือ การปล่อยน้ำเสียที่ปนเปื้อนสารอินทรีย์เข้าไปในบ่อจุลินทรีย์ตัวนี้ และทำการเติมออกซิเจนจำนวนมากเข้าไป จุลินทรีย์ประเภทใช้ออกซินเจน ก็จะมีออกซิเจนให้ใช้อย่างเหลือเฟือ เมื่อเราเติมอาหารเข้าไป ในที่นี้ คือ สารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนในน้ำเสีย จุลินทรีย์ก็จะ กิน และย่อยสลายจนกระทั่งสารอินทรีย์หมดไป น้ำเสียก็จะกลายเป็นน้ำดี

แต่เมื่อเจ้าจุลินทรีย์ กิน และหายใจ ก็จะเริ่มแบ่งตัวจาก 1 เป็น 2 จาก 2 เป็น 4 จุลินทรีย์หนึ่งตัว สามารถแบ่งตัวเพิ่มได้เป็น 1,000 ตัว ภายใน 4 ชั่วโมง และเพิ่มเป็นมากกว่า 1,000,000 ตัว ภายใน 8 ชั่วโมง!

นั่นทำให้ในน้ำดีตอนนี้ ที่แทบไม่มีสารอินทรีย์ปนเปื้อนแล้ว แต่กลับเต็มไปด้วยจุลินทรีย์จำนวนมาก น้ำในตอนนี้จะมีลักษณะขุ่นข้น มีสีน้ำตาล ส้ม หรือแดง แล้วแต่ชนิดของน้ำเสียและจุลินทรีย์ ซึ่งไม่ใช่ปัญหาใหญ่ เนื่องจากจุลินทรีย์เหล่านี้มีคุณสมบัติเสถียร และหนักกว่าน้ำ เราจึงเพียงปล่อยน้ำขุ่นนี้ไปสู่บ่อตกตะกอน และรอให้จุลินทรีย์เหล่านี้จมลงสู่ก้นถัง หรืออาจใช้สารเคมีบางอย่าง เช่น โพลีเมอร์ เพื่อช่วยเร่งการตกตะกอนให้ไวขึ้น สุดท้ายเมื่อจุลินทรีย์ตกตะกอนหมดแล้ว น้ำที่ผิวจะใสสะอาด ปล่อยออกสู่ภายนอกโรงงานได้อย่างถูกต้องตามมาตรฐาน

น้ำเสียที่ปนเปื้อนสารอินทรีย์ มีหน่วยวัดความสกปรก คือ BOD (Biochemical Oxygen Demand) ยิ่งค่านี้สูง ยิ่งปนเปื้อนมาก ยิ่งสกปรก น้ำเสียโรงงานทั่วไปจะมีค่า BOD ประมาณหลักพันถึงหลักหมื่น ในขณะที่มาตรฐานการปล่อยน้ำเสียออกนอกโรงงานจะควบคุมให้มีค่า BOD ต่ำกว่า 20-60 มิลลิกรัมต่อลิตรขึ้นกับประเภทโรงงาน

ในการออกแบบระบบบำบัดน้ำเสีย ผู้ออกแบบต้องรู้ค่า BOD ของน้ำเสียโรงงาน และค่า BOD น้ำออกที่กฎหมายควบคุม เพื่อนำมาคำนวณประสิทธิภาพระบบ ยิ่งประสิทธิภาพในการลด BOD สูง ระบบก็จะยิ่งแพง

ถึงแม้เราจะสามารถดำเนินการระบบบำบัดน้ำเสียที่สามารถปล่อยออกนอกโรงงานได้อย่างถูกต้องแล้ว แต่กระบวนการดังกล่าวจะก่อเกิดของเสียอีกชนิดหนึ่ง นั่นคือ ตะกอนจุลินทรีย์ที่จมอยู่ในถังตกตะกอนนั่นเอง ซึ่งตะกอนตัวนี้จะถูกสูบต่อไปยังเครื่องบีบอัด

เครื่องบีบอัดในที่นี้ หมายถึง เครื่องฟิลเตอร์เพรส เบลท์เพรส สกรูว์เพลส รวมทั้ง เซนตริฟิวก์ เป็นต้น แล้วแต่โรงงานนั้นๆจะเลือกใช้เครื่องมือชนิดใด มีจุดประสงค์เดียวกันคือ แยกน้ำออกให้เหลือเนื้อตะกอนมากที่สุด เพื่อลดภาระในการจัดเก็บ การขนส่ง และการกำจัด บางเครื่องสามารถบีบไล่น้ำจนได้ตะกอนแห้งแข็งเป็นก้อน ขณะที่บางเครื่องทำได้แค่เป็นโคลนเหลวๆ

น้ำที่ผ่านการกรองจากเครื่องบีบอัดจะถูกส่งกลับไปยังต้นทางระบบบำบัดน้ำเสียใหม่อีกครั้ง ส่วนเนื้อตะกอนที่ได้นี้ เรียกว่า ตะกอนชีวภาพ (Bio Sludge) ถ้าเอามาส่องกล้องขยายก็จะเห็นซากจุลินทรีย์ประเภทใช้ออกซิเจน จำนวนมหาศาล ซึ่งจุลินทรีย์เป็นสิ่งมีชีวิต และเมื่อสิ่งมีชีวิตตายลงก็จะเน่าและส่งกลิ่นเหม็น

มีคำถามว่าตะกอนชีวภาพเหล่านี้ สามารถนำไปใส่ต้นไม้ใช้กับแปลงปลูกพืชได้หรือไม่ คำตอบ คือ ได้ และไม่ได้ ขึ้นอยู่กับปริมาณ ยกตัวอย่างเช่น เราฝังเศษอาหารที่ทานเหลือนิดหน่อยไว้ที่แปลงผักหลังบ้าน เป็นเรื่องธรรมดาที่ใครก็ปฏิบัติกัน แต่ถ้าเอาเศษอาหาร 100 กิโลกรัม ไปฝังที่แปลงผักหลังบ้านทุกวันๆ จะเกิดอะไรขึ้น เพียงแค่เดือนเดียวบริเวณนั้นจะเหม็นคละคลุ้ง เป็นแหล่งก่อเชื้อโรคแน่นอน

วิธีการกำจัดตะกอนชีวภาพที่ผ่านมา คือการส่งไปฝังกลบในที่รกร้าง เปรียบดั่งการนำเศษอาหาร 100 กิโลกรัม ไปฝังในป่าลึกทุกวันๆ ฝังเป็นสิบๆปีก็ไม่เต็ม และถึงจะเหม็นจะเน่าก็อยู่ในป่าลึก วิธีการนี้มีต้นทุนในการดำเนินการต่ำที่สุด เพราะมีเพียงค่าขนส่ง ไม่มีค่ากำจัด จึงเป็นทางเลือกแรกในการกำจัดตะกอนชีวภาพของโรงงานในบ้านเราตลอดมา

ในช่วง 10 ปี หลังมานี้ กระแสสิ่งแวดล้อมมาแรง ส่งผลให้หลายโรงงานเริ่มปรับเปลี่ยนวิธีการกำจัดมาส่งเข้าเตาเผาแทน หลักการคือ ตะกอนชีวภาพจะถูกเผาจนเหลือแต่ขี้เถ้า ถึงค่าใช่จ่ายจะสูงมาก แต่ก็เป็นการทำให้ของเสียหายวับไปเลย แพงแต่จบ

อีกหนึ่งวิธีที่โรงงานหลายแห่งเลือกใช้ คือการนำตะกอนชีวภาพมาเป็นวัตถุดิบหนึ่งในการผลิตปุ๋ยหมัก หลักการคือ ตะกอนชีวภาพมีค่า สัดส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน (C/N Ratio) ต่ำประมาณ 1/10-20 เมื่อนำมาคลุกผสมกับวัตถุดิบการเกษตรที่มีค่า C/N Ratio สูง เช่น ฟาง เปลือกไม้ ขี้เลื่อย แกลบ ฯลฯ เติมจุลินทรีย์เร่งกระบวนการผลิตปุ๋ยหมัก ทำการกลับกอง และควบคุมความชื้นให้เหมาะสม ในเวลา 2-4 เดือน ก็จะได้ปุ๋ยหมักที่เสถียรสมบูรณ์ สามารถนำไปใช้กับพืชได้ วิธีการนี้ เราสามารถเปลี่ยนของเสียให้กลับมามีมูลค่า และสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ หรือกล่าวได้ว่าเป็นการเปลี่ยนตะกอนชีวภาพให้กลายเป็นปุ๋ยหมักที่นำกลับมาใช้ประโยชน์ได้อีกครั้ง