มาทำความรู้จักกับระบบ Reverse Osmosis (RO) กัน

บทความจากร้านค้า

มาทำความรู้จักกับระบบ Reverse Osmosis (RO) กัน

บทความ ณ. วันที่ : 6/7/2009 จำนวนคนเข้าชมเว็บ : 3558 ครั้ง

         ออสโมซิส (Osmosis) เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่ถูกค้นพบครั้งแรกโดย นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสราว ค.ศ. 1740 จากการทดลองนำกระเพาะหมูที่มีน้ำบรรจุ อยู่ภายในไปแช่ในแอลกอฮอล์ แล้วพบว่า น้ำที่อยู่ในกระเพาะหมูซึมออกมายังแอลกอฮอล์ที่อยู่ภายนอก ทำให้ระดับน้ำที่อยู่ในกระเพาะหมูและระดับแอลกอฮอล์ที่อยู่ ภายนอกนั้น ไม่เท่ากัน ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่า “ออสโมซิส”

ออสโมซิส

         ออสโมซิส เป็นปรากฏการณ์ที่ของเหลวซึมผ่าน Semipermeable membrane ซึ่งมีลักษณะเป็นเยื่อบางๆ มีรูพรุน เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.0001 ถึง 0.1 ไมครอน โดยที่โมเลกุลของตัวทำละลาย (solvent) ของสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำซึมผ่าน membrane ไปยังสารละลายที่มีความเข้มข้นสูง จนกระทั่งเกิดสภาวะสมดุลระหว่างความเข้มข้นของสารละลายทั้งสอง ความสามารถในการออสโมซิสของสารละลายขึ้นอยู่กับสมบัติของสารละลาย ได้แก่ความ--ดันออสโมติก (Osmotic pressure) ความดันออสโมติก ถือเป็นสมบัติเฉพาะของสารละลายมีหน่วยเป็นบรรยากาศ โดยความดันออสโมติกจะมีค่าสูงหรือต่ำขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลาย สารละลายที่มีความเข้มข้นสูงจะมีความดันออสโมติกสูงกว่า สารละลายที่มี ความเข้มข้นต่ำ

รูปที่ 1 ปรากฏการณ์ออสโมซิส (Osmosis)

รีเวอร์ส ออสโมซิส

         รีเวอร์ส ออสโมซิส (Reverse Osmosis) เป็นการบังคับให้เกิดการย้อนกลับของปรากฏการณ์ออสโมซิส โดยการให้ความดันไฮโดรลิก (Hydraulic pressure) แก่สารละลายที่มีความเข้มข้นสูง เพื่อให้เกิดการออสโมซิส จากสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงไปยังสารละลาย ที่มีความเข้มข้นต่ำซึ่งความดันไฮโดรลิก ที่ใส่เข้าไปต้องมีค่า มากกว่าความดัน ออสโมติก จึงจะเกิดการ RO ได้

รูปที่ 2 ความดันออสโมติก (Osmotic Pressure)

การนำ RO มาใช้ในการบำบัดน้ำ

         จากหลักการดังกล่าว RO ถูกนำมาใช้ในการบำบัดน้ำอย่างแพร่หลาย เนื่องจากน้ำเป็นตัวทำละลายที่ดี และ มีขนาดโมเลกุลเล็กมาก จึงสามารถแพร่กระจายผ่าน membrane ได้ง่าย แต่ข้อจำกัดเอาการบำบัดน้ำแบบ RO จะให้ผลผลิตน้ำมีอัตราการไหลต่ำ ดังนั้น จึงต้องการพื้นที่ผิวของ membrane สูง เพื่อให้ได้น้ำปริมาณมากภายในเวลาที่เหมาะสม นอกจากนั้นการบำบัดน้ำแบบ RO ซึ่งเกิดปัญหาจากการอุดตันและการเสียหายของ membrane ซึ่งเกิดขึ้นได้ง่าย หากน้ำที่นำมาบำบัดมีการปนเปื้อนสูง ดังนั้นน้ำที่นำมาบำบัดจะต้องนำไปผ่าน perfilter เพื่อขจัดสารแขวนลอยที่มีโมเลกุลใหญ่และขจัดสารประกอบคลอไรด์ (Chlorine) ที่จะทำให้เกิดการเสียหายของ membrane และหากต้องการนำน้ำจากการบำบัดแบบ RO ไปใช้ในการอุปโภค บริโภค ต้องนำน้ำที่ผ่าน membrane มาแล้วไปผ่าน postfilter อีกครั้งหนึ่งเพื่อเป็นการขจัดกลิ่นที่ไม่พึงประสงค์ออกไป

         การบำบัดน้ำแบบ RO นี้ จะเกี่ยวข้องกับการแยกไอออนด้วยโดยเทคนิค ion exclusion เนื่องด้วยคุณสมบัติของน้ำจะผ่าน semipermeable RO membrane ได้ แต่พวกโมเลกุลของตัวถูกละลายได้ เช่น เกลือ น้ำตาล จะถูก-กักไว้ semipermeable membrane จะขจัดโมเลกุลของเกลือ (ไอออน) โดยใช้หลักการของประจุ ถ้ายิ่งมีประจุมากจะยิ่งถูกขจัดได้ง่ายมากขึ้น ดังนั้น พวกอิออนที่มีพันธะยึดเหนี่ยวที่แข็งแรง (มีประจุมาก) strong polyvalent ions จะถูกขจัดได้ง่ายคือ ประมาณ 98% แต่พวกไอออนที่มีพันธะยึดเหนี่ยวอย่างอ่อน (ประจุน้อย) weakly ionized monovalent ions เช่น โซเดียมจะถูกขจัดเพียง 93% เท่านั้น

การบำบัดน้ำแบบ RO สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่

         1. ระบบ RO ความดันต่ำ (Low Pressure System)

         ระบบ RO ความดันต่ำ เป็นระบบการบำบัดน้ำที่ใช้กับที่พักอาศัย โดยมีความดันไฮโดรลิกต่ำกว่า 100 psig ความบริสุทธิ์ของน้ำที่บำบัดแล้วสูงประมาณ 95% ระบบ RO ความดันต่ำ

         2. ระบบ RO ความดันสูง (High Pressure System)

         ระบบ RO ความดันสูง เป็นระบบการบำบัดน้ำที่ใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม ทั้งการผลิตน้ำเพื่อจำหน่ายและการนำไปใช้ในกระบวนการผลิตอื่นๆ โดยมีความดันไฮโดรลิกระหว่าง 100 ถึง 1,000 psig ขึ้นอยู่กับการเลือกชนิดของ membrane และลักษณะของน้ำที่นำมาป้อนสู่ระบบ ความบริสุทธิ์ของน้ำที่บำบัดแล้วสูงประมาณ 90% ระบบ RO ความดันสูง

ระบบ RO กับการบำบัดน้ำป้อนหม้อไอน้ำ (Boiler Feed Water)

         การบำบัดน้ำป้อนมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำ--งานของหม้อไอน้ำ เนื่องจากหม้อไอน้ำต้องทำงานต่อเนื่องเป็นเวลานานภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิสูง ดังนั้นต้องมีการเตรียมน้ำป้อนหม้อไอน้ำให้มีคุณภาพดี เพื่อการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของหม้อไอน้ำ ยืดอายุการทำงานของหม้อไอน้ำ อีกทั้งยังช่วยลดการใช้พลังงานในการผลิตไอน้ำ การบำบัดน้ำป้อนที่นิยมใช้ในปัจจุบัน ได้แก่ การบำบัดน้ำป้อนโดยผ่านเครื่องกรองความกระด้าง (Water Softener) เพื่อป้องกันการก่อตัวของตัวของตระกรัน และลดการกัดกร่อน (Corrosion) ในหม้อไอน้ำและท่อไอน้ำ มีหลักการทำงานคือ การกำจัดไอออนในน้ำ (Deionization) โดยให้น้ำดิบผ่านสารเรซิน (Resin) เพื่อทำให้เกิดการแลกเปลี่ยนไอออนที่อยู่ในน้ำกับไอออนที่ติดอยู่กับเรซิน ทำให้น้ำที่ผ่านออกมาเป็นน้ำอ่อน (Soft Water)

         ระบบ RO ถูกนำมาใช้ในการบำบัดน้ำป้อน เนื่องมาจากสาเหตุหลักคือ หลังจากผ่านเครื่องกรองความกระด้าง แม้ว่าความกระด้างจะหมดไปกลายเป็นน้ำอ่อน แต่ค่าสารละลายในน้ำ (Total Dissolved Solid :TDS) ยังคงมีค่าสูงอยู่ ซึ่งจะทำให้เกิดปัญหาตามมาคือ เกิดการ Foaming และ Carry Over ของไอน้ำที่ผลิตหากไม่มีการโบล์วดาวน์อย่างเพียงพอ นอกจากนี้การนำระบบ RO มาใช้ในการบำบัดน้ำป้อนยังก่อให้เกิดการประหยัดหลายประการ ได้แก่ สามารถลดปริมาณสารเคมีที่เติมลงในน้ำดิบ ลดอัตราการโบล์วดาวน์ ลดการเสียหาย ของระบบหม้อไอน้ำจากการ กัดกร่อน และยังช่วยลดค่าใช้จ่าย ด้านแรงงานในการดูแลระบบอีกด้วย

บทสรุป

         จากหลักการง่ายๆ ของการออสโมซิส ก่อให้เกิดแนวคิดของการรีเวอร์ส ออสโมซิส นำมาซึ่งเทคโนโลยีของการบำบัดน้ำแบบรีเวอร์ส ออสโมซิส (RO) ที่สามารถนำมาใช้งานได้ทั้งด้านการอุปโภค บริโภค และในอุตสาหกรรมต่างๆ ให้ผลคุ้มค่ากับการลงทุน เทคโนโลยีดังกล่าวนี้เหมาะสมกับการนำมาใช้ในการบำบัดน้ำป้อนหม้อไอน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโรงงานอุตสาหกรรมในเขตปริมณฑลที่มีการใช้หม้อไอน้ำและมีปัญหาจากน้ำป้อนหม้อไอน้ำที่มีค่า TDS สูง ทำให้เกิดปัญหาต่างๆ ตามมาในระบบหม้อไอน้ำ ระบบ RO นี้จะช่วยแก้ปัญหาด้านต่างๆ ที่เกิดขึ้นแล้วยังเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของหม้อไอน้ำ โดยการลดความร้อนสูญเสียจากการโบล์วดาวนอีกทั้งยังก่อให้เกิดผลประหยัดทั้งทางด้านพลัง-งานความร้อน และค่าใช้จ่ายด้านพลังงานอีกด้วยสำหรับวิธีการคำนวณผลประหยัดจากการลดค่า TDS ของน้ำป้อน โดยวิธี RO จะกล่าวถึงในฉบับต่อไป

เอกสารอ้างอิงจาก

         - http://www.havapure.com/clean.html

         - http://www.ext.nodak.edu/extpubs/h2oqual/watsys/ae1047w.htm

         - http://www.ext.nodak.edu/extpubs/h2oqual/watsys/ae1031w.htm

         - http://www.e-learning.sg.or.th/act5/content3.html

         - http://www.osmonics.com/products/page642.htm