การตรวจสอบน้ำมันและไขมันในน้ำเสียจากกระบวนการแปรรูปอาหารทำได้อย่างไร

เหตุใดน้ำมันและไขมันจึงกลายเป็นปัญหาในการตรวจสอบ

การติดตามปริมาณน้ำมันและไขมันในน้ำเสียจากกระบวนการผลิตอาหาร คือหนึ่งในภารกิจที่ฟังดูเรียบง่าย จนกว่าผลการวิเคราะห์รอบแรกจะกลับมาจาห้องปฏิบัติการ แม้โรงงานจะเห็นน้ำที่ใสสะอาดไหลออกจากหน่วยลอยตัวด้วยอากาศละออง (dissolved air flotation unit) แต่ค่าปริมาณน้ำมันและไขมันก็ยังอาจสูงเกินขีดจำกัดที่ระบุไว้ในใบอนุญาตได้ เหตุการณ์นี้เกิดขึ้นเพราะการวิเคราะห์ไม่ได้ตรวจเฉพาะไขมันที่มองเห็นได้ผิวน้ำเท่านั้น แต่ยังครอบคลุมสารกลุ่มกว้างกว่านั้น ซึ่งสามารถสกัดออกด้วยตัวทำละลาย รวมถึงไขมันที่อยู่ในรูปอิมัลชัน กรดไขมัน และสารที่ไม่มีขั้วอื่นๆ อีกด้วย ไขมัน น้ำมัน และคราบมัน (มักย่อว่า FOG) ก่อให้เกิดปัญหาตั้งแต่ก่อนถึงจุดปล่อยน้ำทิ้งเสีย ทั้งการเคลือบท่อ ยึดติดกับใบพัดปั๊ม อุดตันเซนเซอร์ และเพิ่มภาระให้ระบบบำบัดทางชีวภาพ ในโรงงานแปรรูปเนื้อสัตว์หรือผลิตภัณฑ์นม ไขมันในรูปอิมัลชันอาจไหลเข้าท่อระบายน้ำอย่างฉับพลันหลังการทำความสะอาดด้วยน้ำร้อนและสารทำความสะอาดที่มีฤทธิ์เป็นด่าง ส่วนในโรงงานเบเกอรี่หรือผลิตขนมขบเคี้ยว น้ำมันที่แข็งตัวที่อุณหภูมิห้องอาจสะสมตามท่อแล้วไหลออกเป็นก้อนใหญ่เมื่อน้ำล้างที่ร้อนทำให้ท่ออุ่นขึ้น ใบอนุญาตปล่อยน้ำเสียสู่ระบบเทศบาลส่วนใหญ่มักกำหนดขีดจำกัดสูงสุดของน้ำมันและไขมัน ซึ่งมักอยู่ในช่วงไม่กี่สิบถึงสองร้อยมิลลิกรัมต่อลิตร ดังนั้น ค่าที่ระบุไว้ในใบอนุญาตก็จำเป็นต้องได้รับการเฝ้าระวังอย่างสม่ำเสมออยู่แล้ว ความแปรปรวนของค่าดังกล่าวจึงเป็นเหตุผลสำคัญที่การติดตามน้ำมันและไขมันต้องอาศัยแผนงานที่ชัดเจน ไม่ใช่แค่การเก็บตัวอย่างเดือนละครั้ง

รายละเอียดการสุ่มตัวอย่างเปลี่ยนภาพรวมทั้งหมด

ข้อมูลน้ำมันและไขมันที่ไม่ดีจำนวนมากเริ่มต้นก่อนที่ห้องปฏิบัติการจะสัมผัสตัวอย่างเสียอีก ตัวอย่างแบบจับ (grab sample) เก็บได้ง่าย แต่ให้ภาพเพียงช่วงเวลาหนึ่งเท่านั้น หากโรงงานปล่อยน้ำทิ้งเป็นรอบๆ การเก็บตัวอย่างแบบจับในช่วงที่การปล่อยช้าอาจพลาดจุดสูงสุดของไขมันที่ไหลลงท่อหลังการทำความสะอาดพื้นที่ ตัวอย่างแบบผสม (composite sample) ให้มุมมองที่เป็นธรรมมากขึ้นตลอดกะทำงาน แต่ก็สร้างคำถามเกี่ยวกับการจัดเก็บและการรักษาคุณภาพ น้ำมันและไขมันในน้ำทิ้งจากกระบวนการแปรรูปอาหารเกาะติดกับพลาสติกได้ง่าย ดังนั้นภาชนะที่ทำจากแก้วหรือเคลือบด้วย PTFE จึงปลอดภัยกว่า ขวดปากกว้างยังช่วยให้ถ่ายโอนตัวอย่างได้ง่ายขึ้น โดยไม่เหลือฟิล์มหนาบริเวณคอขวด การเติมกรดให้ตัวอย่างมีค่า pH ต่ำกว่า 2 และเก็บไว้ในที่เย็นจะชะลอการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ และลดการสูญเสีย วิธีมาตรฐาน เช่น APHA 5520 และ EPA 1664 อธิบายขั้นตอนการรักษาคุณภาพเหล่านี้อย่างละเอียด หากตัวอย่างถูกทิ้งไว้ในขวดพลาสติกที่อุณหภูมิห้องเป็นเวลาหลายชั่วโมง ไขมันบางส่วนจะตกตะกอนติดผนังขวด ทำให้ค่าที่รายงานต่ำกว่าปริมาณจริงที่มีอยู่ ความคลาดเคลื่อนประเภทนี้ไม่ใช่ความผิดพลาดแบบสุ่ม แต่ส่งผลให้ผลลัพธ์เบี่ยงเบนไปในทิศทางเดียวกันเสมอ ซึ่งอาจทำให้โรงงานเข้าใจผิดว่าปัญหาไขมันของตนน้อยกว่าความเป็นจริง

การเลือกวิธีที่เหมาะสมกับน้ำเสียที่คุณมีจริง

ไม่ใช่ทุกสถานที่จะต้องใช้เครื่องวิเคราะห์ราคาแพงที่สุด โรงงานขนาดเล็กที่ต้องตรวจสอบเฉพาะน้ำมันและไขมันเพื่อให้สอดคล้องกับใบอนุญาตระดับท้องถิ่นอาจส่งตัวอย่างเพื่อการตรวจสอบความสอดคล้องทุกเดือนไปยังห้องปฏิบัติการที่ได้รับรอง และใช้ชุดทดสอบแบบง่ายสำหรับการตรวจสอบประจำวัน ขณะที่โรงงานขนาดใหญ่ที่ใช้ระบบลอยตัวด้วยอากาศละลาย (dissolved air flotation) หรือระบบปฏิกรณ์ชีวภาพแบบเมมเบรน (membrane bioreactor) มักต้องการผลการวิเคราะห์ที่รวดเร็วขึ้น เพื่อปรับการเก็บคราบน้ำมันหรือการเติมสารเคมีให้เหมาะสม วิธีการวิเคราะห์ยังควรพิจารณาลักษณะของน้ำมันด้วย น้ำมันแบบฟรี (free oil) จะแยกตัวออกอย่างรวดเร็ว และสามารถกำจัดออกได้ด้วยเครื่องเก็บคราบน้ำมัน (skimmer) ส่วนน้ำมันที่อยู่ในรูปอิมัลชัน (emulsified oil) จะคงตัวอยู่ในสารละลาย เนื่องจากสารลดแรงตึงผิว (surfactants) ความร้อน หรือค่า pH สูง ทำให้แตกตัวเป็นหยดเล็กๆ ที่แขวนลอยอยู่ วัสดุที่ละลายได้ (soluble material) ซึ่งมีพฤติกรรมคล้ายน้ำมันเมื่อสกัดด้วยตัวทำละลาย อาจมองไม่เห็นด้วยตาเปล่าเลยก็ได้ วิธีการวัดตามน้ำหนัก (gravimetric methods) จะวัดสารตกค้างหลังจากการสกัดด้วย n-hexane จึงสามารถตรวจจับสารที่ไม่มีขั้ว (nonpolar compounds) ได้หลากหลายชนิด ในขณะที่วิธีการวัดด้วยแสงอินฟราเรด (infrared) และวิธีการวัดด้วยโฟโตเมตริก (photometric methods) ให้ผลเร็วกว่า แต่ค่าที่ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของน้ำมัน เช่น น้ำมันจากพืช ไขมันสัตว์ที่ผ่านกระบวนการกลั่น และน้ำมันแร่ จะให้ค่าการวัดไม่เท่ากัน ดังนั้น การสอบเทียบ (calibration) จึงมีความสำคัญมาก ISO 9377-2 เป็นมาตรฐานอีกฉบับหนึ่งที่บางครั้งปรากฏในใบอนุญาต แต่ขั้นตอนการสกัดและการวัดของมาตรฐานนี้แตกต่างจากวิธีอื่นพอสมควร จึงไม่สามารถถือว่าค่าที่ได้จากวิธีต่าง ๆ นั้นแทนกันได้ นี่คือเหตุผลที่รายงานจากห้องปฏิบัติการควรระบุวิธีการที่ใช้ในการวิเคราะห์ไว้เสมอ

การเปรียบเทียบวิธีการตรวจสอบที่นิยมใช้ทั่วไป

ตารางด้านล่างแสดงการเปรียบเทียบเชิงปฏิบัติสำหรับการตรวจสอบน้ำมันและไขมันเป็นประจำในสถานประกอบการแปรรูปอาหาร คำอธิบายแต่ละรายการเป็นช่วงค่าโดยทั่วไป ไม่ใช่การรับประกันอย่างเคร่งครัด

การใช้ระบบสองระดับมักให้ผลดีที่สุด โรงงานสามารถใช้เซนเซอร์วัดค่าแบบออนไลน์หรือชุดทดสอบแบบเร็วเพื่อติดตามแนวโน้มรายวัน แล้วส่งตัวอย่างแบบจับครั้งเดียวไปยังห้องปฏิบัติการที่ได้รับรองเพื่อวิเคราะห์ค่าตามข้อกำหนดในใบอนุญาต วิธีนี้ช่วยให้ข้อมูลประจำวันได้รับการรายงานทันเวลา โดยไม่ต้องพึ่งพาเพียงวิธีเดียวในการตัดสินใจทั้งหมด นอกจากนี้ยังสร้างการตรวจสอบซ้ำที่มีประโยชน์ หากเซนเซอร์ออนไลน์แสดงค่าคงที่แต่ผลการวิเคราะห์จากห้องปฏิบัติการในเดือนนั้นกลับเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า สิ่งแรกที่ควรสงสัยคือเซนเซอร์อาจมีสิ่งสกปรกเกาะ ไม่ใช่ระบบบำบัดล้มเหลวอย่างฉับพลัน ในทางกลับกัน หากผลจากห้องปฏิบัติการลดลงแต่ค่าจากเซนเซอร์ยังคงสูง จุดเก็บตัวอย่างอาจกำลังรับน้ำที่สะอาดซึ่งไม่สะท้อนคุณภาพของน้ำทิ้งโดยรวม

การอ่านผลโดยไม่ตอบสนองเกินเหตุต่อค่าผิดปกติครั้งเดียว

ผู้ปฏิบัติงานบางครั้งมองผลการวิเคราะห์น้ำมันและไขมันเหมือนสวิตช์เปิด-ปิด ค่าที่สูงเพียงค่าเดียวไม่ได้หมายความว่าระบบบำบัดล้มเหลวเสมอไป และค่าที่ต่ำเพียงค่าเดียวก็ไม่ได้รับรองว่าน้ำทิ้งสะอาดจริง ในการแปรรูปอาหาร เหตุการณ์ล้างอุปกรณ์ สารเคมีสำหรับการทำลายเชื้อ กระบวนการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ และแม้แต่การเปลี่ยนแปลงวัตถุดิบตามฤดูกาล ล้วนส่งผลให้ปริมาณไขมันในน้ำทิ้งเปลี่ยนแปลงได้ แนวทางที่มีประโยชน์คือ การติดตามช่วงค่าที่เปลี่ยนไปเรื่อยๆ แทนที่จะตอบสนองต่อค่าหนึ่งจุดเพียงอย่างเดียว หากค่ารายวันเพิ่มขึ้นติดต่อกันสามหรือสี่วัน รูปแบบดังกล่าวควรได้รับการพิจารณาอย่างใกล้ชิด แต่หากเกิดค่าพุ่งสูงเพียงครั้งเดียวทันทีหลังเหตุการณ์ทำความสะอาดที่ทราบแน่ชัด แล้วลดลงกลับมาเป็นปกติทันที ปฏิกิริยาตอบสนองก็ควรดำเนินการอย่างรอบคอบ ข้อมูลประกอบในบันทึกการเก็บตัวอย่างจึงมีความสำคัญมาก ปัจจัย เช่น อัตราการไหล อุณหภูมิ ค่า pH และสายการผลิตที่กำลังทำงานอยู่ สามารถอธิบายความแปรผันของค่าได้เป็นส่วนใหญ่ บันทึกเหล่านี้จะเปลี่ยนตัวเลขดิบให้กลายเป็นสัญญาณเชิงปฏิบัติการ และยังช่วยได้เมื่อมีที่ปรึกษาหรือหน่วยงานควบคุมมาสอบถามว่าเหตุใดวันนั้นจึงแสดงผลต่างออกไป

ที่โรงงานแปรรูปสัตว์ปีกแห่งหนึ่งในจังหวัดชายฝั่ง ตัวอย่างแบบดึงทันที (grab sample) ที่เก็บในช่วงเช้าเพื่อวิเคราะห์น้ำมันและไขมัน ให้ผลไม่สอดคล้องกับตัวอย่างแบบผสม 24 ชั่วโมงเสมอ จุดเก็บตัวอย่างถูกติดตั้งไว้หลังถังแยกไขมันแบบเปิด (open grease trap) ซึ่งไขมันส่วนใหญ่ลอยตัวขึ้นและเย็นตัวจนกลายเป็นชั้นหนาเหนือผิวน้ำ ตัวอย่างแบบดึงทันทีจึงได้แต่น้ำจากบริเวณใต้ชั้นไขมันนั้นเป็นส่วนใหญ่ หลังจากย้ายจุดเก็บตัวอย่างไปยังส่วนของลำน้ำที่ผสมได้ดีก่อนขั้นตอนการปรับค่า pH แล้ว ค่ารายวันที่ได้จึงสอดคล้องกับผลจากการวิเคราะห์ตัวอย่างแบบผสมมากขึ้นอย่างชัดเจน โรงงานไม่ได้เปลี่ยนแปลงระบบบำบัดน้ำเสียแต่อย่างใด เพียงแต่เปลี่ยนวิธีการสังเกตและประเมินลำน้ำเท่านั้น การปรับปรุงวิธีการเก็บตัวอย่างลักษณะนี้อาจมีคุณค่ามากกว่าการลงทุนซื้อเครื่องมือวิเคราะห์เพิ่ม เพราะช่วยแก้ไขคุณภาพข้อมูลตั้งแต่ขั้นตอนแรก ก่อนที่การวิเคราะห์จะเริ่มขึ้น

การจัดทำขั้นตอนปฏิบัติงานประจำที่คงประสิทธิภาพได้อย่างต่อเนื่อง

โปรแกรมการตรวจสอบควรสามารถดำเนินการต่อได้แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงบุคลากร หรือในช่วงกะกลางคืนและสัปดาห์ที่การผลิตหนาแน่น ซึ่งหมายความว่าต้องจดบันทึกวิธีการอย่างละเอียด ตำแหน่งที่เก็บตัวอย่างที่แน่นอน ประเภทของภาชนะที่ใช้ ขั้นตอนการรักษาตัวอย่าง และระยะเวลาตั้งแต่เก็บตัวอย่างจนถึงการวิเคราะห์ จุดที่ระบุชัดเจนว่าเป็นจุดเก็บตัวอย่างหนึ่งจุดนั้นมีคุณค่ามากกว่าคำสั่งที่คลุมเครือ เช่น "เก็บตัวอย่างหลังจากแท็งก์แยกไขมัน" โรงงานบางแห่งใช้ตัวจับเวลาหรือแบบฟอร์มลงชื่อยืนยันเพื่อไม่ให้ขั้นตอนนี้ถูกละเลยระหว่างการทำความสะอาด ขณะที่โรงงานอื่นผูกการเก็บตัวอย่างเข้ากับเหตุการณ์เฉพาะ เช่น สามสิบนาทีหลังจากเริ่มล้างอุปกรณ์หลัก การจัดทำบันทึกค่าไขมันและน้ำมันควบคู่ไปกับค่าการไหลและค่าพีเอช จะช่วยให้สังเกตได้ง่ายขึ้นว่าแนวโน้มที่เพิ่มขึ้นนั้นเกิดจากปริมาณไขมันในน้ำที่มากขึ้น หรือเกิดจากการเปลี่ยนแปลงวิธีการจัดการตัวอย่าง นอกจากนี้ ยังควรทบทวนข้อมูลร่วมกันทุกสัปดาห์ทั้งกับเจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการและผู้ปฏิบัติงานที่ดูแลสายการผลิต โดยผู้ปฏิบัติงานจะทราบว่าเมื่อใดมีการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ หรือเมื่อใดมีการเปลี่ยนสารทำความสะอาด ส่วนเจ้าหน้าที่ห้องปฏิบัติการจะทราบว่าตัวอย่างมาถึงในสภาพอุ่นหรือไม่ ค่าเบลนก์ของตัวทำละลายดูผิดปกติหรือไม่ หรือเครื่องมือจำเป็นต้องปรับค่าใหม่หรือไม่ การแลกเปลี่ยนข้อมูลเช่นนี้มักเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้โปรแกรมการตรวจสอบยังคงมีประโยชน์อย่างต่อเนื่อง แทนที่จะกลายเป็นรายงานที่ถูกวางทิ้งไว้โดยไม่มีใครสนใจ

สำหรับสถานที่ที่ต้องการลดความซับซ้อนในการตรวจสอบน้ำมันและไขมัน โดยไม่พึ่งพาห้องปฏิบัติการภายนอกเพียงอย่างเดียว บริษัท Lianhua จัดหาเครื่องมือวัดคุณภาพน้ำและสารเคมีทดสอบที่สามารถใช้ร่วมกับการวิเคราะห์หลายพารามิเตอร์ได้อย่างเหมาะสม ความเชี่ยวชาญด้านการผลิตของบริษัทและการจัดส่งวัสดุสิ้นเปลืองอย่างสม่ำเสมอ ช่วยให้ห้องปฏิบัติการที่ดำเนินการวิเคราะห์ตัวอย่างตลอดหลายกะทำงานได้อย่างต่อเนื่อง โดยไม่เกิดช่วงเวลาที่ขาดแคลนวัสดุเป็นเวลานาน การเลือกอุปกรณ์จากผู้จัดจำหน่ายที่มีประสบการณ์จริงด้านการผลิตและการควบคุมคุณภาพ ยังช่วยให้เจ้าหน้าที่ในโรงงานมีเวลาเพิ่มขึ้นในการมุ่งเน้นด้านการปฏิบัติงานของการบำบัดน้ำ ซึ่งมักเป็นจุดที่เกิดการปรับปรุงที่สำคัญที่สุด