ระบบทำน้ำบริสุทธิ์

ระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์ของ รศ.ชูชาติ  อารีจิตรานุสรณ์

WATER PURIFICATION SYSTEM

น้ำบริสุทธิ์เป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการดำรงชีวิตของสิ่งที่มีชีวิตเกือบทุกชนิด จำเป็นต่อวงการ

อุตสาหกรรม เกษตรกรรม การแพทย์ และตรวจวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ แต่เนื่องจากน้ำที่มีอยู่ตาม

ธรรมชาติมักสิ่งเจือปนปนอยู่อีกมาก ตัวอย่างเช่น ไอออนประจุบวก (Na+ , Ca2+) ไอออนประจุลบ

สารแขวนลอย สารประกอบของธาตุต่าง ๆ (Fe2+ , Na+ , Mg2+ , Ca2+)

สารอินทรีย์ และจุลชีพชนิดต่าง ๆ จึงจำเป็นต้องมีการทำน้ำให้สะอาดสำหรับการใช้งานแต่ละประเภท

น้ำที่ใช้ในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่เป็นน้ำประปา ซึ่งเหมาะสมสำหรับงานล้าง

และงานบางประเภทเท่านั้น แต่ในการวิเคราะห์ทางห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์เกือบทั้งหมด

จำเป็นต้องใช้น้ำที่บริสุทธิ์ เพื่อคุณภาพของงานและความสำเร็จในการวิเคราะห์ ห้องปฏิบัติการแต่ละ

แห่งจึงต้องมีระบบน้ำให้บริสุทธิ์ เพื่อผลิตน้ำบริสุทธิ์ให้เหมาะสม และพอเพียงสำหรับงานแต่ละประเภท

โดยอาศัยเครื่องมือ อุปกรณ์และวิธีการต่าง ๆ ทำงานร่วมกันเป็นระบบ

ซึ่งในที่นี้จะกล่าวถึงวิธีการการทำน้ำให้บริสุทธิ์ที่นิยมใช้ 4 วิธีคือ การกลั่น (distillation)

การกำจัดไอออน (deionization) การกรอง(filtration) และออสโมซิสผันกลับ (reverse osmosis)

เครื่องกลั่นน้ำ (Water still)

ห้องปฏิบัติการทั่ว ๆ ไป มักมีเครื่องกลั่นน้ำเป็นอุปกรณ์พื้นฐานในการทำน้ำให้บริสุทธิ์

เนื่องจากสามารถแยกน้ำออกจากสิ่งเจือปนได้เกือบหมด ยกเว้นสารเจือปนที่มีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำ หรือ

ระเหยได้ง่าย และน้ำกลั่นที่ได้มีคุณภาพสูง กล่าวคือ มีความนำไฟฟ้า(conductance) อยู่ในช่วง

0.5-2 ไมโครซีเมนต์/ซม. ซึ่งเหมาะสำหรับงานเกือบทุกประเภทในห้องปฏิบัติการ

1. หลักการกลั่น อาศัยความร้อนจากกระแสไฟฟ้าหรือแก๊สทำให้น้ำระเหยกลายเป็นไอน้ำ

แยกตัวออกจากสิ่งสกปรกต่าง ๆ แล้วควบแน่น(condense) กลับเป็นน้ำที่บริสุทธิ์ ปริมาณน้ำที่กลั่นได้

ขึ้นอยู่กับปริมาณไอน้ำที่เกิดขึ้นทั้งหมด (ΣDs) ลบด้วยปริมาณไอน้ำที่ไม่ถูกควบแน่น (L1) และ

ปริมาณไอน้ำที่สูญหายออกไปจากเครื่องกลั่นน้ำ (L2) ดังสมการ Qc = ΣDs – (L1 + L2)

2. องค์ประกอบ ถึงแม้ว่าเครื่องกลั่นน้ำจะมีรูปร่างต่าง ๆ กัน แต่เครื่องกลั่นน้ำมี

องค์ประกอบหลักที่เหมือน ๆ กันคือ อุปกรณ์สำหรับทำให้น้ำระเหย อุปกรณ์ที่ทำให้ไอน้ำควบแน่น

นอกนั้นเป็นอุปกรณ์ที่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกลั่น อุปกรณ์ช่วยป้องกันอันตราย

และอุปกรณ์อำนวยความสะดวกในการใช้งาน

2.1 หม้อต้ม (boiler) เป็นแหล่งที่น้ำดิบถูกต้มให้ร้อนจนกลายเป็นไอ มีความจุตั้งแต่ 2 ลิตร

จนถึงหลายสิบลิตรขึ้นอยู่กับขนาดของเครื่องกลั่นน้ำ แต่สิ่งที่ขาดไม่ได้คือรูระบายแก๊ส

ซึ่งมีหน้าที่ 3 ประการ คือ ระบายแก๊สที่เจือปนในไอน้ำ ลดความดันในหม้อต้ม

ซึ่งจะช่วยป้องกันหม้อต้มระเบิดและช่วยลดการเจือปนในไอน้ำด้วย เพราะสัมประสิทธิ์พาร่วม(Y)

ของสารเจือปนมีค่าสูงขึ้นเมื่อความดันในหม้อต้มมีค่าสูงขึ้น

หม้อต้มขนาดเล็กส่วนใหญ่ทำจากแก้วชนิดบอโรซิลิเคท (borosilicate glass)

ซึ่งทนความร้อนได้สูง ทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดี และปล่อยสิ่งเจือปนออกมาปนเปื้อนในน้ำกลั่น

ได้น้อย แต่มีราคาสูงและแตกหักง่าย ส่วนหม้อต้มขนาดใหญ่นิยมใช้เหล็กกล้าไร้สนิม (stainless Steel)

ซึ่งมีความเหนียวและราคาถูกกว่าแก้ว แต่มักจะปล่อยสิ่งเจือปนออกมาปนเปื้อนในน้ำกลั่นได้

มากกว่า เพราะถูกกัดกร่อนได้ง่ายกว่า และการผลิตโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูงกระทำได้ยาก

2.2 ตัวกำเนิดความร้อน (heater) เครื่องกลั่นน้ำขนาดเล็กทั่ว ๆ ไป ใช้ตัวกำเนิดความร้อน

ที่ใช้กระแสไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงาน เนื่องจากมีขนาดเล็ก ติดตั้งในเครื่องกลั่นได้ง่าย อาจพบในรูป

ของแท่งเหล็กกล้าไร้สนิมเปลือย แท่งเหล็กกล้าไร้สนิมหุ้มด้วยซิลิกา ลวดความร้อนหุ้มด้วยซิลิกา

ซึ่งการหุ้มด้วยซิลิกามีจุดประสงค์เพื่อลดการเจือปนเปื้อนจากโลหะที่ใช้ทำตัวกำเนิดความร้อน แต่จะ

ทำให้ราคาจะเพิ่มขึ้นอีกเท่าตัว จากการทดลองใช้พบว่าตัวกำเนิดความร้อนชนิดแท่งมีอายุการใช้งาน

นานกว่า และมีราคาถูกกว่าตัวกำเนิดความร้อนชนิดลวดความร้อนมาก

2.3 เครื่องควบแน่น (condenser) มีหน้าที่ทำให้ไอน้ำควบแน่นกลายเป็นน้ำ ทำด้วยแก้ว

หรือโลหะซึ่งมีข้อดีและข้อเสียต่างกันดังได้กล่าวแล้วในหัวข้อ 2.1 เครื่องควบแน่นที่ดี นอกจากจะ

ทำให้ไอน้ำควบแน่นได้มากแล้ว ควรป้องกันการเจือปนด้วย ซึ่งขึ้นอยู่กับการออกแบบระยะระหว่าง

หม้อต้มกับเครื่องควบแน่น ขนาดของท่อระหว่างหม้อต้มกับเครื่องควบแนน่ และมุมในการติดตั้ง

เครื่องควบแน่น ตัวอย่างเช่น การวางเครื่องควบแน่นในแนวตั้งจะช่วยให้อัตราการกลั่นดีขึ้น

แต่สิ่งสกปรกจะเจือปนออกมาได้ง่ายขึ้น

2.4 อุปกรณ์ควบคุมระดับน้ำในหม้อต้ม (constant level device) ส่วนใหญ่ใช้ระบบกาลักน้ำ

ทำให้ระดับน้ำที่สูงเกินระดับที่ต้องการไหลทิ้งออกไป การรักษาระดับในหม้อต้มให้คงที่อยู่เสมอ

ช่วยควบคุมอัตราการกลั่นให้คงที่ และป้องกันน้ำท่วมหม้อต้มในกรณีที่น้ำดิบ(raw water)

ไหลเข้าสู่เครื่องกลั่นน้ำมากเกิน

2.5 อุปกรณ์ควบคุมการไหลของน้ำดิบ เครื่องกลั่นบางชนิดอาจไม่มีอุปกรณ์ชนิดนี้ แต่บาง

ชนิดมีอุปกรณ์ควบคุมซึ่งอาจแตกต่างกัน ดังนี้

2.5.1 ตัวกรอง (filter) เป็นตระแกรงพลาสติกขนาดเล็กวางขวางท่อจ่ายน้ำดิบก่อนเข้า

สู่เครื่องกลั่นน้ำ ใช้สำหรับกรองสิ่งสกปรกขนาดใหญ่ออก

2.5.2 ลิ้นควบคุมอัตราการไหลให้คงที่ เนื่องจากอัตราการไหลเข้าของน้ำดิบ

เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอจึงต้องมีลิ้นควบคุมอัตราการไหลให้คงที่

2.5.3 โซเลนอยด์ (solenoid) ทำหน้าที่เหมือนประตูปิดเปิดน้ำเข้าสู่หม้อต้มและเครื่องควบแน่น

การทำงานอาจพบได้หลายลักษณะ ตัวอย่างเช่น เปิดเมื่อเปิดสวิทช์จ่ายไฟฟ้าให้ตัวกำเนิด

ความร้อน เปิดเมื่อความดันของน้ำดิบสูงอยู่ในช่วงที่กำหนด ปิดเมื่อความดันของน้ำดิบต่ำกว่าที่

กำหนด ปิดเมื่อเครื่องกลั่นมีอุณหภูมิสูงเกินกำหนด

2.6 ตัวไวความร้อน มีหน้าที่ป้องกันไม่ให้อุณหภูมิของหม้อต้มสูงเกินจนเป็นอันตรายต่อ

เครื่องกลั่นน้ำ โดยทั่วไปจะติดตัวไวความร้อนที่บริเวณใกล้ ๆ ตัวกำเนิดความร้อน เมื่ออุณหภูมิของ

ตัวกำเนิดความร้อนสูงเกิน ซึ่งอาจเกิดจากน้ำดิบในหม้อต้มแห้ง ตัวไวความร้อนจะส่งสัญญาณไปตัด

วงจรจ่ายกระแสไฟฟ้าให้เครื่องกลั่นน้ำเป็นผลให้ตัวกำเนิดความร้อนไม่ร้อน และน้ำดิบหยุดไหล

(เครื่องกลั่นบางชนิดน้ำดิบไม่หยุดไหล) เครื่องกลั่นจะไม่ทำงานจนกว่าอุณหภูมิจะเย็นลงในระดับ

ปกติ ถึงแม้ว่าจะเปิดสวิทช์จ่ายกระแสไฟฟ้าให้เครื่องกลั่นน้ำก็ตาม เครื่องกลั่นน้ำบางชนิดอาจต้อง

กดสวิทช์เริ่มทำงาน (reset switch) ก่อน เครื่องกลั่นน้ำจึงจะเริ่มทำงานอีกครั้ง

2.7 อุปกรณ์ควบคุมระดับน้ำในถังเก็บ เครื่องกลั่นน้ำบางชนิดจะมีถังเก็บน้ำกลั่นในตัวหรือ

แยกออกมานอกตัวเครื่องกลั่นน้ำ ถังเก็บน้ำช่วยเพิ่มความสะดวกในการใช้งาน เพราะเครื่องกลั่นน้ำ

จะหยุดกลั่นน้ำเองเมื่อน้ำกลั่นเต็มถังเก็บ และเริ่มกลั่นใหม่เมื่อระดับน้ำในถังเก็บลดลง

2.8 สวิทช์จ่ายกระแสไฟฟ้า ใช้ควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้อุปกรณ์ส่วนต่าง ๆ เช่น

ตัวกำเนิดความร้อน โซเลนอยด์ และสัญญาณเตือนต่าง ๆ

3. ข้อควรปฏิบัติในการใช้งาน เพื่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพในการกลั่นน้ำ ควรปฏิบัติดังนี้

3.1 ควรติดตั้งเครื่องกลั่นน้ำในสถานที่ที่ระบายอากาศได้ดี ห่างจากอุปกรณ์ทำความเย็น

อื่น ๆ (ตู้ทำความเย็น ห้องปรับอากาศ) พอสมควร

3.2 โต๊ะหรือพื้นห้องควรเป็นชนิดที่ทนต่อน้ำและความชื้นได้ดี

3.3 เครื่องกลั่นน้ำที่ใช้กระแสไฟฟ้ามากกว่า 6,000 วัตต์ ควรต่อกระแสไฟฟ้าแบบ 3 เฟส

(220 หรือ 380 โวลต์) แทนการต่อแบบเฟสเดียว(110 หรือ 220 โวลต์) และ

ควรติดตั้งตัวตัดกระแสไฟฟ้า (circuit breaker) เสมอ

3.4 น้ำดิบที่ป้อนเข้าเครื่องกลั่นน้ำควรมีความดันในช่วง 5-10 ปอนด์/ตารางนิ้ว มีอัตราการ

ไหลพอเพียงสำหรับเครื่องกลั่นน้ำ และควรไหลอย่างสม่ำเสมอ

3.5 น้ำดิบที่ป้อนเข้าสู่เครื่องกลั่นน้ำควรมีความบริสุทธิ์พอสมควรเพื่อทำให้การผลิตน้ำกลั่น

มีคุณภาพดี และลดการเกิดตะกอนในเครื่องกลั่นน้ำ โดยอาจปฏิบัติดังนี้

3.5.1 ลดความกระด้างของน้ำ โดยการเติมสารประกอบฟอสเฟต ตัวอย่างเช่น

Na3PO4, Na5P3O10, (NaPO3)6 และ Na5P3O10 เป็นต้น

เพื่อทำให้เกิดตะกอน hydroxyapatite

[3 Ca3(PO4)2.Ca(OH2)2] ซึ่งปล่อยทิ้งออกจากหม้อต้มได้ง่าย

3.5.2 เติมโซเดียมซิลิเคท 12-16 มก. ต่อน้ำ 1 ลิตร เพื่อลดการเกิดออกไซด์ของเหล็ก

ซึ่งจะเกาะติดกับผิวโลหะโดยเฉพาะตัวกำเนิดความร้อนได้ง่าย

3.5.3 กำจัดสารแขวนลอยและไอออนโดยการกรองหรือการกำจัดไอออน

ก่อนปล่อยน้ำดิบเข้าสู่เครื่องกลั่น

3.6 ในกรณีที่น้ำดิบมีปริมาณจำกัดหรือหาได้ยาก ควรนำน้ำดิบที่ผ่านเครื่องควบแน่น

กลับมาใช้ใหม่ ด้วยการทำให้เย็นก่อนในระบบปิด (close-circuit cooling water)

วิธีการทำให้เย็นส่วนใหญ่ใช้ลมเป่าผ่านละอองน้ำร้อนที่ออกมาจากเครื่องควบแน่น

วิธีดังกล่าวจะทำให้เกิดตะกอน CaCO3

อุดตันในท่อของเครื่องควบแน่นได้ง่าย จึงควรเติมกรดซัลฟิวริก (H2SO4) เพื่อป้องกันการเกิด

CaCO3(2H++ 2HCO3-2H2O + 2CO2)

3.7 ก่อนใช้เครื่องกลั่นน้ำเครื่องใหม่ ควรล้างสิ่งสกปรกที่อาจติดอยู่ออก โดยล้างด้วยน้ำเย็น

ล้างด้วยน้ำร้อน ล้างด้วย 0.5-1% NaOH (กำจัดไขมัน ซิลิเคท) ล้างด้วยกรด

[citric acid + EDTA(1 :1 โดยปริมาตร)] เพื่อกำจัดสนิม ตามลำดับ

3.8 หลังจากล้างทำความสะอาดเครื่องกลั่นน้ำทุกครั้ง ไม่ควรใช้น้ำกลั่นที่กลั่นได้ทันที

ควรกลั่นน้ำทิ้งอย่างน้อยประมาณ 10 นาที เพื่อกำจัดสารที่ใช้ล้างเครื่องกลั่นน้ำ

3.9 ตรวจสอบคุณภาพของน้ำกลั่นเป็นประจำสม่ำเสมอ โดยเฉพาะการวัดความต้านทานหรือความนำไฟฟ้า

3.10 เครื่องกลั่นน้ำที่เกิดการร้อนเกิน(overheat) จนต้องปิดตัวเอง ควรปล่อยให้เย็นอย่าง

น้อย 20 นาที ก่อนเปิดใช้เครื่องกลั่นน้ำอีกครั้ง

3.11 ไม่ควรเก็บน้ำกลั่นไว้นาน เพราะแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะละลายปนอยู่ในน้ำ

และสารเจือปนอาจถูกปล่อยออกมาจากภาชนะเก็บได้มากขึ้น

4. การบำรุงรักษา ควรปฏิบัติดังนี้

4.1 ตรวจสอบรอยรั่วและการอุดตันของข้อต่อ และท่อต่าง ๆ เสมอ

4.2 ทำความสะอาดรูน้ำดิบเข้าและรูระบายน้ำออกจากหม้อต้มทุก ๆ ครั้งที่ล้างทำความสะอาด

4.3 ตรวจสอบการทำงานของอุปกรณ์ตัดกระแสไฟฟ้าเมื่ออุณหภูมิสูงเกินทุก ๆ 6 เดือน

4.4 ตรวจสอบอัตราการกลั่นน้ำทุก ๆ 6 เดือน หรือเมื่อเปลี่ยนตัวกำเนิดความร้อน

4.5 ทำความสะอาดตะกรันในหม้อต้ม ควรตัดกระแสไฟฟ้าออกจากเครื่องกลั่นน้ำก่อน

สวมถุงมือ และหลีกเลี่ยงการสูดดมแก๊สที่เกิดขึ้น การกำจัดตระกรันในหม้อต้มควรกระทำอย่าง

สม่ำเสมอ เพราะตะกรันทำให้อัตราการกลั่นน้ำลดลง คุณภาพน้ำกลั่นลดลง และสิ้นเปลืองพลังงานเพิ่มขึ้น

4.5.1 อาจใช้วิธีการขูด หรือขัดตระกรันออกด้วยแปรงลวด ซึ่งเหมาะสมกับเครื่อง

กลั่นน้ำขนาดเล็ก หรือเครื่องกลั่นที่ทำด้วยโลหะ

4.5.2 การกำจัดตระกรันด้วยสารเคมี(chemical method) ตะกรันที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่

เป็นสารประกอบแมกนีเซียมและแคลเซียม คือ [CaCO3,CaSiO3,CaSO4,Ca3(PO4)2,MgO,Mg(PO4)2]

ตระกรันส่วนน้อยเป็นออกไซด์ของเหล็ก ทองแดง และ ซิลิเคท ซึ่งตระกรันเหล่านี้ละลายได้ดีในกรด

4.5.2.1 กรดเกลือเกรดต่ำเป็นสารเคมีที่นิยมใช้มาก เนื่องจากมีราคาถูก

มีประสิทธิภาพในการละลายตะกรันสูง ใช้ในรูปกรดเข้มข้นหรือกรดเจือจาง(10%) ทั้งนี้อยู่กับ

ระยะเวลาที่ใช้กรดเกลือล้าง แต่กรดเกลือสามารถกัดกร่อนโลหะได้ดีจึงควรระมัดระวังในการใช้ล้าง

4.5.2.2 กรดอินทรีย์ที่ใช้ล้างตะกรันอาจเป็น citric acid, formic acid, maleic acid หรือ

acetic acid กรดเหล่านี้กัดกร่อนโลหะได้น้อย แต่มีราคาแพงกว่า ต้องใช้ในปริมาณมากกว่า

นอกจากนี้ยังใช้เวลาในการล้างนานกว่าในช่วง 12-24 ชั่วโมง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการล้างของ

กรดอินทรีย์อาจใช้ร่วมกับ EDTA หรือล้างที่อุณหภูมิ 50-60 0ซ. หรือใช้กรดมากกว่า 1 ชนิดร่วมกัน

ตัวอย่างเช่นใช้สารละลายที่ประกอบด้วย น้ำ : formic acid : acetic acid = 80:10:10 โดยปริมาตร

5. การเลือก ควรพิจารณาถึง

5.1 คุณภาพของน้ำกลั่น น้ำกลั่นมีพีเอชอยู่ในช่วงกว้าง 5.6-7.2 มีความนำไฟฟ้า 0.5-2

ไมโครโมห์/ซม. ถ้ากลั่นจากเครื่องกลั่นที่เป็นแก้ว แต่มีความนำไฟฟ้ามากกว่า 2.5 โมโครโมลห์/ซม.

ถ้ากลั่นจากเครื่องกลั่นที่ทำด้วยโลหะ การเลือกใช้ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องกลั่นน้ำที่ผลิตน้ำกลั่นที่มีค่า

ความนำไฟฟ้าต่ำกว่าเสมอไป เพราะความแตกต่างของค่าความนำไฟฟ้าสามารถทำให้ลดลงได้

เมื่อต่อร่วมกับเครื่องมืออื่น ๆ ตัวอย่างเช่น เครื่องกำจัดไอออนในระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์

5.2 มีอัตราการกลั่นเหมาะสมกับปริมาณการใช้ เครื่องกลั่นน้ำที่เป็นแก้วส่วนใหญ่มีอัตรา

การกลั่นต่ำ (2-8 ลิตร/ชั่วโมง) ส่วนเครื่องกลั่นที่ทำจากโลหะมีอัตราการกลั่นตั้งแต่จำนวนน้อย ๆ

จนถึง 50 ลิตร/ชั่วโมง

5.3 ปริมาณน้ำดิบที่ต้องใช้ต่อการผลิตน้ำกลั่น 1 ลิตร เนื่องจากน้ำดิบที่ใช้ส่วนใหญ่ถูก

ปล่อยทิ้งไปเลย จึงเป็นค่าใช้จ่ายที่ต้องนำมาคิดเป็นต้นทุนในการผลิตน้ำกลั่น

5.4 ปริมาณพลังงาน (แก๊สหรือกระแสไฟฟ้า) ที่ใช้ต่อการผลิตน้ำกลั่น 1 ลิตร

5.5 ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาหรือซ่อมแซม ควรพิจารณาถึงราคาของสารเคมีที่ใช้ล้าง

ตะกรัน และราคาตัวกำเนิดความร้อนที่ต้องใช้ใน 1 ปี

5.6 ควรมีระบบหยุดกลั่นเองโดยอัตโนมัติเมื่อน้ำดิบหยุดไหล หรือเมื่อเครื่องกลั่นน้ำมีอุณหภูมิสูงเกิน

5.7 ควรมีโซเลนอยด์ปิดการไหลของน้ำดิบโดยอัตโนมัติเมื่อกระแสไฟฟ้าดับ

5.8 สามารถล้างทำความสะอาดตะกรันในหม้อต้ม หรือในเครื่องควบแน่นได้ง่าย

5.9 อุณหภูมิของน้ำกลั่น (distillate) โดยทั่วไปอยู่ในช่วง 35-60 0ซ. เครื่องกลั่นน้ำที่ผลิต

น้ำกลั่นที่มีอุณหภูมิสูงกว่า จะมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ละลายปนอยู่น้อยกว่า

6. ปัญหาและสาเหตุ เมื่อใช้งานเป็นเวลานานเครื่องกลั่นน้ำอาจมีปัญหาที่เกิดจากหลาย

เครื่องกำจัดไอออน (Deionizer)

ถึงแม้ว่าเครื่องกำจัดไอออนจะสามารถทำให้น้ำที่ผ่านออกจากเครื่องกำจัดไอออน มีความ

ต้านทางสูงถึง 18 เมกะโอห์ม/ซม. แต่ไม่ควรใช้เครื่องกำจัดไอออนทำน้ำให้บริสุทธิ์โดยตามลำพัง

เพราะไม่สามารถกำจัดสารอินทรีย์ แบคทีเรีย สารแขวนลอยออกได้ ซึ่งสารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนอยู่

มักจะรบกวรการตรวจวิเคราะห์ในปฏิกิริยาออกซิเดชันและรีดัชัน และยังส่งเสริมให้เกิดการอุดตันใน

ระบบท่อเล็ก ๆ ในเครื่องมือต่าง ๆ ดังนั้นจึงควรใช้ร่วมกับการกรอง การดูดซับ หรือการกลั่น

1. หลักการกำจัดไอออน ไอออนประจุบวก(cation) และไอออนประจุลบ(anion) ถูกพาไปที่

ผิวและภายในเรซิน (resin) ซึ่งมีไอออนประจุบวก (H+) หรือไอออนประจุลบ (OH)- อยู่แล้ว

จึงเกิดการแทนที่ไอออนที่มีประจุเหมือนกัน

ความจุของเรซินแปรผันโดยตรงกับการเชื่อมโยงไขว้ (cross linkage)ภายในเรซิน ส่วนชนิด

ของไอออนที่แลกเปลี่ยนกับไอออนของเรซินขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของไอออน กล่าวคือ ไอออน

ที่มีวาเลนซีมากกว่าสามารถแทนที่ไอออนบนเรซินได้ดีกว่า

ส่วนไอออนที่มีวาเลนซีเท่ากัน ความสามารถในการแทนที่ไอออนจะเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักอะตอม

2. องค์ประกอบที่สำคัญ มีดังนี้

2.1 เรซิน ประกอบด้วยเมทริกซ์ (matrix) และหมู่แลกเปลี่ยนไอออน (functional group)

ส่วนเมทริกซ์นิยมใช้พอลิเมอร์ (polymer) ที่เกิดจากการรวมตัวของ styrene กับ divinyl benzene

หรือระหว่าง divinyl benzene กับ meta acrylic acid

หมู่แลกเปลี่ยนไอออนมี 2 ชนิดคือ ชนิดที่ถูกแทนที่ด้วยไอออนประจุบวก (cation exchanger)

(R-NH2, R-RNH2, R-R2N, R-R3N+ OH-) และ

ชนิดที่ถูกแทนที่ด้วยไอออนประจุลบ(anion exchanger)

เรซินถูกแบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ ๆ ตามชนิดของหมู่แลกเปลี่ยนไอออน และเรซินแต่ละ

กลุ่มยังแบ่งย่อยออกเป็นชนิดกรดแก่ กรดอ่อน ด่างแก่ และด่างอ่อน

2.2 กระบอกใส่เรซิน เครื่องกำจัดไอออนขนาดเล็กนิยมใช้พลาสติกชนิด polystyrene หรือ

polyvinyl chloride เพราะมีน้ำหนักเบาและทนต่อการกัดกร่อนจากสารเคมีได้ดี ส่วนเครื่องกำจัด

ไอออนขนาดใหญ่นิยมใช้เหล็กกล้าไร้สนิมเคลือบด้วย neoprene, polystyrene หรือ butyl rubber

เพราะมีความแข็งแรงกว่าชนิดพลาสติก กระบอกใส่เรซินโดยทั่วไปมีรูสำหรับให้น้ำไหลเข้า และรู

สำหรับให้น้ำปราศจากไอออนไหลออก ในกระบอกใส่เรซินบางแบบจะมีรูสำหรับล้างเรซินเพิ่มเติม

เพื่อความสะดวกในการล้าง

2.3 เครื่องสูบน้ำ (water pump) ขนาดเล็ก พบในเครื่องกำจัดไอออนที่มีคุณภาพสูง มี

หน้าที่หมุนเวียนน้ำที่ผ่านเรซินแล้วให้กลับไปผ่านเรซินอีกเป็นวงรอบ (recirculation) เพื่อให้ได้น้ำ

ที่มีความบริสุทธิ์สูงขึ้นตามต้องการ และช่วยทำให้น้ำที่ค้างอยู่ภายในเครื่องกำจัดไอออนมีความบริสุทธิ์อยู่เสมอ

2.4 เครื่องวัดคุณภาพน้ำ ส่วนมากติดตั้งไว้ที่บริเวณท่อจ่ายน้ำปราศจากไอออน เพื่อตรวจ

ความบริสุทธิ์ของน้ำอยู่ตลอดเวลา ซึ่งอาจแสดงความบริสุทธิ์เป็นค่าความตามทานในหน่วยเมกะโอห์ม/ซม.

หรือแสดงเป็นค่าความนำไฟฟ้าในหน่วย ไมโครโมห์/ซม.

3. การใช้งาน น้ำดิบที่ป้อนเข้าเครื่องกำจัดไอออนควรมีอุณหภูมิไม่เกิน 40 0ซ. และควรมี

ความดันอยู่ในช่วงกำหนดของเครื่องกำจัดไอออนแต่ละชนิด กล่าวคือ เครื่องกำจัดไอออนชนิดความ

ดันต่ำต้องการแรงดันน้ำ 5-15 ปอนด์/ตารางนิ้ว ส่วนชนิดความดันสูงต้องการแรงดันน้ำ

50-100 ปอนด์/ตารางนิ้ว

3.1 แบบผสมเรซิน การผสมเรซินทั้งสองชนิดเข้าด้วยกันในกระบอกใส่อันเดียวกัน มี

ข้อดี คือ สามารถกำจัดไอออนประจุบวกและประจุลบได้ดีกว่าแบบแยกเรซิน การล้างตะกอน

(back wash) การผสมใหม่(remixing) และการล้างเรซินเพื่อนำใช้ใหม่ (regenerate) กระทำได้ง่าย

นอกจากนี้ยังมีราคาถูกกว่า และมีขนาดเล็กกว่า ทำให้สามารถติดตั้งและเคลื่อนย้ายได้ง่าย

จึงเหมาะสำหรับห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ขนาดเล็ก

3.2 แบบแยกเรซิน เป็นระบบที่แยกกระบอกใส่แคตไอออนเรซินและแอนไอออนเรซินออก

จากกัน โดยปล่อยน้ำดิบผ่านกระบอกใส่แคตไอออนเรซินก่อนแอนไอออนเรซิน ซึ่งทำให้ความจุใน

การแลกเปลี่ยนไอออนเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับแบบผสมเรซิน จึงเหมาะสำหรับการผลิตน้ำปราศจาก

ไอออนปริมาณมาก ๆ แต่ระบบนี้จะมีแคตไอออนบางตัว (Na+) ถูกจับไว้ไม่หมด และ

ถ้าใช้แอนไอออนเรซินชนิดด่างอ่อนจะมีสารประกอบซิลิกา (H4SiO4) และ

แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งอยู่ในรูปกรดคาร์บอนิก(H2CO3)ปนออกมาในน้ำปราศจากไอออนด้วย

ซึ่งอาจแก้ไขโดยการติดตั้งอุปกรณ์แยกแก๊ส (degasifier) เพิ่มเติมที่ท่อจ่ายน้ำปราศจากไอออน

4. การบำรุงรักษา ควรปฏิบัติดังนี้

4.1 ตรวจสอบอัตราการไหลของน้ำปราศจากไอออนอย่างสม่ำเสมอ ถ้าอัตราการไหล

ลดลงมาก อาจเกิดจากการอุดตันภายในกระบอกใส่เรซิน ซึ่งสามารถแก้ไขโดยการใช้น้ำสะอาด

ป้อนเข้าสู่กระบอกใส่เรซินด้านล่างแล้วปล่อยให้น้ำสกปรกซึ่งมีตะกอนต่าง ๆ ไหลออกทางท่อด้านบน

4.2 ตรวจสอบความถูกต้องของเครื่องวัดคุณภาพน้ำ หลังจากติดตั้งเครื่องใหม่ หรือทุก ๆ 6 เดือน

โดยการวัดเปรียบเทียบกับเครื่องวัดความนำไฟฟ้า(conductivity meter) ที่มีความถูกต้องสูง

4.3 ตรวจสอบการรั่วของน้ำบริเวณรอบต่อต่าง ๆ ของกระบอกใส่เรซิน ท่อน้ำดิบและ

ท่อจ่ายน้ำปราศจากไอออนอยู่เสมอ

4.4 ถ้าคุณภาพของน้ำปราศจากไอออนลดลงมากเนื่องจากเรซินมีความจุลดลง ควรทำการ

ล้าง (regenerate) เรซินแต่ละชนิดด้วยสารเคมี ชนิดต่างๆ สารเคมีซึ่งเป็นกรด ด่าง

หรือเกลือจะไล่ที่ไอออนบนเรซินออกดังสมการ ทำให้เรซินกลับมาสู่สภาวะพร้อมใช้งานอีกครั้งหนึ่ง

ในกรณีที่เรซินผสมกันอยู่ในคอลัมน์เดียวกัน ต้องแยกเรซินออกเป็น 2 ชั้นก่อน โดยผ่าน

น้ำประปาเข้าไปยังท่อน้ำออกด้านล่าง แล้วปล่อยให้เรซินนอนก้นแยกชั้นกันเอง แคตไอออนเรซิ

ซึ่งหนักกว่าจะอยู่ด้านล่าง หลังจากนั้นจึงล้างด้วยกรด น้ำ ด่าง และน้ำ ตามลำดับ

แล้วจึงผสมเรซินให้เข้ากันด้วยอากาศ

5. การเลือก ควรพิจารณาถึงองค์ประกอบและคุณสมบัติที่สำคัญ ดังนี้

5.1 ความบริสุทธิ์สูงสุดของน้ำปราศจากไอออนที่สามารถผลิตได้

5.2 ความจุ (capacity) ของเรซิน เรซินที่มีความจุมากช่วยทำให้เครื่องกำจัดไอออนมีขนาดเล็กลง

และช่วยลดความถี่ในการล้างเรซินด้วยสารเคมี

5.3 เสถียรภาพ (stability) ของเรซินต่อสารเคมี การคนหรือการเขย่า

ซึ่งมีผลต่ออายุการใช้งานของเรซินโดยตรง

5.4 ความบริสุทธิ์ของวัสดุที่ใช้ทำกระบอกใส่เรซิน ท่อและสายยางต่าง ๆ

5.5 สามารถต่อร่วมกับอุปกรณ์หรือเครื่องทำน้ำให้บริสุทธิ์ชนิดอื่น ๆ ได้ง่าย

5.6 ควรมีเครื่องวัดคุณภาพของน้ำที่ไหลออกจากเครื่องกำจัดไอออน

5.7 เครื่องกำจัดไอออนที่มีเครื่องสูบน้ำหมุนเวียนน้ำภายใน ช่วยทำให้น้ำมีความบริสุทธิ์สูง

อยู่ตลอดเวลา เพราะน้ำที่ขังนิ่งในคอลัมน์จะมีความบริสุทธิ์ลดลง

ตัวดูดซับ (Adsorbent)

ตัวดูดซับที่นิยมใช้มากที่สุดในระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์ในห้องปฏิบัติการคือ ถ่านกัมมันต์

(activated carbon) เนื่องจากมีความสามารถในการดูดซับสูง มีราคาถูกและใช้เนื้อที่น้อย

จึงสามารถใช้ร่วมกับเรซินชนิดต่าง ๆ ได้ดี จึงใคร่ขอกล่าวถึงตัวดูดซับชนิดนี้เพียงชนิดเดียวดังนี้

1. หลักการดูดซับ ถ่านกัมมันต์แบ่งการดูดซับเป็น 3 ขั้นตอนคือ ขั้นตอนแรกเป็นปฏิกิริยา

ที่ผิวหน้า (surface reaction) ที่เกิดระหว่างหมู่ carbonyl และหมู่ carboxyl ของถ่านกัมมันต์ทำปฏิกิริยา

กับตัวถูกดูดซับ(adsorbate) ขั้นตอนที่สอง ตัวถูกดูดซับจะแพร่ปกคลุมผิวหน้าของถ่านกัมมันต์

(external diffusion) ขั้นตอนที่สาม ตัวถูกดูดซับแพร่เข้ารูขนาดเล็ก (micropore) และรูขนาดใหญ่

(macropore) ของถ่านกัมมันต์ โดยโมเลกุลขนาดใหญ่จะถูกกักไว้ในรูขนาดใหญ่ ส่วนโมเลกุลขนาด

เล็กถูกกักไว้ในรูขนาดเล็ก ดังนั้นน้ำที่ผ่านรูออกมาจึงมีความบริสุทธิ์

2. โครงสร้างและคุณสมบัติ ถ่านกันมันต์อาจผลิตจากกะลามะพร้าว ถ่านหิน ถ่านลิกไนต์

หรือไม้ โดยการเผาวัตถุดิบในแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์บริสุทธิ์ หรือในสุญญากาศ และใช้

อุณหภูมิประมาณ 170 0ซ. เพื่อไล่น้ำออก (dehydration) ใช้อุณหภูมิในช่วง 275-400 0ซ. เพื่อเปลี่ยน

สารอินทรีย์ให้กลายเป็นคาร์บอน (carbonization) และไล่สารที่ไม่ใช่คาร์บอนออก หลังจากนั้นเพิ่ม

การดูดซับอนุภาคขนาดต่าง ๆ ด้วยถ่านกัมมันต์อุณหภูมิให้สูงขึ้นเป็น 750-985 0ซ.

เพื่อขยายรูภายในถ่าน (activation) จึงได้ถ่านกัมมันต์ที่มีคุณสมบัติ

เป็นด่าง (basic carbon) แต่ถ้าใช้อุณหภูมิขยายรูต่ำกว่า 500º ซ. จะได้ถ่านกัมมันต์ที่มีคุณสมบัติ

เป็นกรด (acid carbon) ถ่านกัมมันต์มีคุณสมบัติทั่ว ๆ ไปดังนี้

2.1 รูพรุนภายในมีขนาดตั้งแต่ 10-100 อังสตรอม

2.2 มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยอยู่ในช่วง 1.2-1.7 มม.

2.3 มีน้ำหนัก 0.9-1.5 กรัม/มล. เมื่อมีความชื้นร้อยละ 2.8

2.4 มีพื้นที่ผิวมาก (500-2,500 ตรม./กรัม) ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบและเทคนิคที่ใช้ในการผลิต

ซึ่งทำให้ถ่านกัมมันต์แต่ละยี่ห้อมีพื้นที่ผิวต่างกัน

2.5 สามารถดูดสี กลิ่น รสและสารเคมีออกจากน้ำได้ ตัวอย่างเช่น acetaldehyde, acetic

acid, acetone, alcohol, amine, ammonia, benzine, calcium hypochlorite,

chloral, chlorine, chlorophenol, chlorophyll, cresol, detergents, dissolved oil, dye,

ethyl acetate, gasoline, glycol, herbicides, H2S, insecticide, I2, ketone,

lactic acid, naptha, กลิ่น(สารอินทรีย์), toluene, trichloroethane, vinegar และ xylene ฯลฯ.

2.6 การดูดซับเพิ่มขึ้นเมื่อ มีพื้นที่ผิวมากขึ้น พีเอชต่ำลง อุณหภูมิลดลง ตัวถูกดูดซับละลาย

น้ำได้น้อย หรือมีความเข้มข้นมาก

2.7 การดูดซับลดลง เมื่อสารอินทรีย์มีการแตกตัวเพิ่มขึ้น หรือมีการแย่งดูดซับกับตัวถูก

ดูดซับอื่น ๆ ในน้ำ

2.8 อัตราการไหลของน้ำบริสุทธิ์ลดลงเรื่อย ๆ เมื่อสิ่งสกปรกถูกดูดซับมากขึ้นตามลำดับ

3. การใช้งาน ถ่านกัมมันต์อาจใช้ดูดซับสารเจือปนในน้ำดิบก่อนปล่อยน้ำดิบเข้าสู่เครื่องกลั่น

หรือใช้ดูดซับสารเจือปนในน้ำหลังจากผ่านเครื่องกำจัดไอออน

การใช้งานอาจแบ่งออกได้เป็น 2ลักษณะตามการไหลของน้ำ คือ

3.1 แบบไหลลง (downflow หรือ cocurrent) ทำงานโดยปล่อยให้น้ำไหลผ่านถ่านกัมมันต์

จากด้านบนลงสู่ด้านล่างด้วยแรงโน้มถ่วงของโลกหรือแรงดันในระบบทำน้ำให้บิรสุทธิ์ วิธีนี้ทำให้

คอลัมน์อุดตันบ่อย และประสิทธิภาพในการดูดซับลดลง ทำให้ต้องเปลี่ยน หรือล้างถ่านกัมมันต์บ่อย

3.2 แบบไหลขึ้น (counter current) ทำงานในลักษณะตรงกันข้ามกับแบบแรก แรงดันของ

น้ำที่ไหลจากด้านล่างขึ้นสู่ด้านบน ทำให้ถ่านกัมมันต์มีการลอยตัวขึ้นเล็กน้อยทำให้การดูดซับของ

ถ่านกัมมันต์กระทำได้อย่างเต็มที่ และช่วยลดการอุดตันจากตะกอน นอกจากนี้ยังสามารถยืดอายุในการใช้งานได้

โดยการเติมถ่านกัมมันต์ใหม่ที่ด้านบนของคอลัมน์ได้อีกเรื่อยๆ โดยไม่ต้องเปลี่ยนถ่านกัมมันต์ทั้งหมด

4. การนำถ่านกัมมันต์กลับมาใช้ใหม่ โดยทั่วไปนิยมทิ้งถ่านกัมมันต์ที่ดูดซับสิ่งสกปรกไว้เต็มที่แล้ว

เพราะถ่านกัมมันต์มีราคาถูก และวิธีการการนำกลับมาใช้ใหม่ค่อนข้างยุ่งยาก

แต่ถ้าต้องการนำถ่านกัมมันต์กลับมาใช้อีก อาจกระทำได้โดยนำถ่านกัมมันต์ไปอบที่

อุณหภูมิ 1,600-1,800º ฟ. ในสุญญากาศ หรือในแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อป้องกันออกซิเจน

ออกซิไดส์ถ่าน อุณหภูมิที่สูงนี้ทำให้น้ำและสิ่งสกปรกระเหยออกไปจากรูของถ่าน ส่วนที่ไม่ระเหยจะถูก

เผาจนเป็นคาร์บอน หลังจากนั้นจึงนำมาล้างสิ่งสกปรกออกด้วยน้ำสะอาดหลาย ๆ ครั้งก่อนนำไปใช้ซ้ำอีก

เครื่องออสโมซิสผันกลับ (Reverse osmosis)

นิยมใช้แพร่หลายในการผลิตน้ำดื่มจากน้ำทะเล การทำให้ของเสียบางชนิดให้เข้มข้นขึ้นเพื่อ

นำมาใช้อีก การกำจัดความกระด้างของน้ำดิบก่อนส่งเข้าสู่หม้อต้ม

ใช้เตรียมน้ำสำหรับการฟอกเลือด (hemodialysis) ฯลฯ.

ในห้องปฏิบัติการบางแห่งใช้กำจัดไอออนแทนเครื่องกำจัดไอออน เพราะมีอัตราการผลิตน้ำ

บริสุทธิ์สูง ใช้พลังงานในการผลิตน้อย(100-200 ลิตร/กิโลวัตต์/ชั่วโมง) ใช้และบำรุงรักษาง่าย

เยื่อ (membrane) มีอายุการใช้งานนาน 1-3 ปี แต่อย่างไรก็ตาม ถ้าต้องใช้น้ำที่บริสุทธิ์สูงมาก

ควรใช้เครื่องออสโมซิสผันกลับร่วมกับอุปกรณ์อื่น ๆ เพราะเครื่องออสโมซิสผันกลับกำจัดสารเจือปน

ออกจากน้ำได้ไม่หมด กล่าวคือ กำจัดเกลือ จุลินทรีย์ และสารเจือปนที่ละลายออกได้ในช่วง

70-99.9%, 99.7 -99.99% และ 0-99.9% ตามลำดับ

1. หลักการทำงาน โดยธรรมชาติน้ำจะซึมผ่านเยื่อกึ่งซึมได้ (semipermeable membrane) จาก

สารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำไปสู่สารละลายที่มีความเข้มข้นสูงกว่า เนื่องจากมีความดันออสโมซิส

ต่ำกว่า(direct osmosis) แต่เครื่องออสโมซิสผันกลับทำงานในทิศทางตรงกันข้าม อาศัยความดันที่สูง

กว่าความดันออสโมซิสดันให้น้ำไหลผ่านเยื่อกึ่งซึมได้ในทิศทางตรงกันข้าม (reverse osmosis)

นอกจากนี้ การซึมผ่านเยื่อกึ่งซึมได้ของตัวถูกละลายยังขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติของตัวถูกละลาย

นั้น ๆ ด้วย เมื่อเปรียบเทียบจากร้อยละการคงไว้ (% retention) สามารถสรุปได้ดังนี้

- ไอออนวาเลนซีมาก>ไอออนวาเลนซีน้อยกว่า

- เกลือของกรดหรือด่าง>กรดหรือด่าง

- ไอออน> เกลือ

- แก๊สที่ละลายน้ำ>แก๊สที่ไม่ละลายน้ำหรือละลายได้น้อย (Cl 2 , O 2 , CO2, H2S)

- สารที่แตกตัวได้น้อยหรือไม่แตกตัว> สารที่แตกตัวมากกว่า

- สารอินทรีย์ที่ละลายน้ำน้อยกว่า> สารอินทรีย์ที่ละลายน้ำมากกว่า

- สารที่ไม่แตกตัวและมีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า200>สารที่ไม่แตกตัวแต่มีน้ำหนักโมเลกุลน้อยกว่า

2. องค์ประกอบและคุณสมบัติ ที่สำคัญมีดังนี้

2.1 เยื่อกึ่งซึมได้ เยื่อกึ่งซึมได้ที่ใช้กับเครื่องออสโมซิสผันกลับทำจากสารเคมีหลายชนิด

ตัวอย่างเช่น polybenzimidazol(Celanese). Polyamide(Dupont, Barnsted), polyfuran(FRL),

polyethyleneimine(NSRI), polyether amide(UOP), copolyacrylonitrile(Sumitomo Electric)

และcellulose acetate (Barnsted) ฯลฯ. เยื่อกึ่งซึมได้เหล่านี้มีเปอร์เซนต์การคงไว้ใกล้เคียงกัน

ในช่วง 95-99.9% แต่ชนิดที่นิยมใช้มากในปัจจุบันมี 2 ชนิด คือ

2.1.1 เซลลูโลสแอซิเตท (cellulose acetate) เป็นเยื่อกึ่งซึมได้ที่เลือกไอออนให้ผ่าน

ด้วยคุณสมบัติของชั้นผิวหนัง(surface skin) ซึ่งหนาประมาณ 0.2 ไมครอน ส่วนชั้นกลางมีน้ำอยู่มาก

ถึง 2 ใน 3 ส่วนของน้ำหนักเยื่อกึ่งซึมได้ มีราคาถูก ทนคลอรีนไดดี้ มีความหนาทั้งหมดประมาณ

100 ไมครอน มีเปอร์เซนต์การคงไว้สำหรับ NaCl และเชื้อจุลินทรีย์ 97 และ 99.9 ตามลำดับ แต่มี

ขีดจำกัดในการใช้งานหลายประการ กล่าวคือ มีช่วงพีเอชที่ใช้งานแคบ (4-8) ถ้าพีเอชเกินช่วงนี้เยื่อ

กึ่งซึมได้จะถูกแยกสลายด้วยน้ำได้ง่าย ทนความร้อนไม่เกิน 50 oซ. ทำความสะอาดยาก และสลายตัว

ด้วยกระบวนการทางชีวภาพ (biodegradable)

2.1.2 Polyamide ทำจากเรซินชนิด cellulose acetate butyrate มีความหนาประมาณ

0.0005 นิ้ว มีเสถียรภาพสูงกว่าเซลลูโลสแอซิเตทในช่วงพีเอช 2-12 ไม่สลายตัวด้วยกระบวนการทาง

ชีวภาพ แต่ polyamide ไม่ทนต่อคลอรีน ทนอุณหภูมิได้เท่ากับเซลลูโลสแอซิเตท มีเปอร์เซ็นต์

การคงไว้ของ NaCl สูงถึงร้อยละ 99.9

2.2 เครื่องสูบน้ำ พบในเครื่องออสโมซิสผันกลับบางชนิดที่ใช้เครื่องสูบน้ำช่วยปรับความดันของนํ้าที่ผ่านเยื่อกึ่งซึมได้

เพื่อให้การซึมผ่านเยื่อกึ่งซึมได้มีประสิทธิภาพสูงอยู่ตลอดเวลา เครื่องสูบน้ำจะทำงานโดยอัตโนมัติ

เมื่อเริ่มเปิดเครื่องออสโมซิสผันกลับ หรือทำงานทุก ๆ ชั่วโมง

เพื่อล้างสิ่งสกปรกที่จะตกตะกอนบนเยื่อกึ่งซึมได้

2.3 เครื่องวัดคุณภาพของน้ำดิบและน้ำที่ผ่านออกจากเครื่องออสโมซิสผันกลับ

2.4 ถังเก็บน้ำบริสุทธิ์ส่วนใหญ่เป็นแบบปิดสนิทและทึบแสง เพื่อป้องกันแบคทีเรีย

 ปนเปื้อนลงไป และป้องกันการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์บางชนิด ถังเก็บน้ำบริสุทธิ์มีความจุ

40-100 ลิตร ทำให้สามารถเลือกขนาดได้ตามความต้องการ

2.5 ตัวไวความดัน มีหน้าที่หยุดการทำงานของเครื่องออสโมซิสผันกลับ เมื่อแรงดันของ

น้ำมีค่าสูงหรือต่ำเกินไป เพราะความดันที่สูงเกินจะทำให้ท่อหรือเยื่อกึ่งซึมได้แตกเสียหาย

ส่วนความดันของน้ำที่ต่ำเกินไปจะทำให้มอเตอร์ของเครื่องสูบน้ำทำงานหนักจนอาจไหม้เสียหาย

2.6 ตัวไวความร้อน มีหน้าที่หยุดการทำงานของเครื่อง เมื่ออุณหภูมิของน้ำที่ปอ้ นเข้าสู่

เครื่องออสโมซิสผันกลับมีอุณหภูมิสูงเกิน ทั้งนี้เพื่อป้องกันเยื่อกึ่งซึมได้เสียหาย(รูปที่ 15.7)

3. การใช้งาน มีสิ่งที่ควรปฏิบัติดังนี้

3.1 ก่อนปล่อยน้ำดิบเข้าสู่เครื่องออสโมซิสผันกลับควรให้น้ำไหลผ่านตัวดูดซับก่อนเพื่อ

ช่วยกำจัดแก๊ส และป้องกันการอุดตันของเยื่อกึ่งซึมได้

3.2 น้ำดิบที่ใช้ควรมีของแข็งที่ละลายทั้งหมด(total dissolve solid) ไม่เกิน 2,000 ppm

แต่ถ้ามีมากเกินควรกำจัดออกโดยการตกตะกอนออกก่อน

3.3 น้ำดิบที่ผ่านเยื่อกึ่งซึมได้ไม่ควรมีอุณหภูมิเกิน 35 0ซ.

3.4 การอุดตันของเยื่อกึ่งซึมได้ที่เกิดจาก CaCO3 หรือ CaSO4 อาจป้องกันโดยปรับพีเอช

ของน้ำที่ผ่านเยื่อกึ่งซึมได้ให้มีพีเอชประมาณ 5.0

3.5 น้ำดิบที่ผ่านเยื่อกึ่งซึมได้ชนิด polyamide ควรกำจัดคลอรีนออกให้หมดโดยให้น้ำดิบ

ไหลผ่านถ่านกัมมันต์ก่อน ส่วนน้ำดิบที่ผ่านเยื่อกึ่งซึมได้ชนิด

เซลลูโลสแอซิเตทไม่ควรมีคลอรีนเกิน 1มก./ล.

3.6 ความดันของน้ำดิบที่ป้อนเครื่องออสโมซิสผันกลับ ควรอยู่ในช่วงที่กำหนดของ

เครื่องแต่ละชนิด (30-100 ปอนด์/ตารางนิ้ว)

3.7 น้ำที่ผ่านออกจากเครื่องออสโมซิสผันกลับอาจต้องแยกแก๊สออก ปรับพีเอช

หรือฆ่าเชื้อโรค ขึ้นอยู่กับงานแต่ละประเภท

3.8 ตรวจสอบคุณภาพน้ำดิบที่ป้อนเข้าสู่เครื่อง และน้ำบริสุทธิ์ที่ไหลออกจากเครื่องออสโมซิสผันกลับอยู่เสมอ

4. การบำรุงรักษา เครื่องออสโมซิสผันกลับมีวิธีการบำรุงรักษาง่าย ๆ ดังนี้

4.1 ตรวจสอบถูกต้องของเครื่องวัดคุณภาพน้ำทุก ๆ 6 เดือน

4.2 ตรวจสอบอัตราการไหลออกของน้ำบริสุทธิ์เพื่อดูการอุดตันทุก ๆ 3 เดือน

4.3 ใช้สารเคมีทำความสะอาดเยื่อกึ่งซึมได้ ตามระยะเวลาที่กำหนด หรือเมื่อเยื่อกึ่งซึมได้สกปรกมาก

4.4 ล้างและทำความสะอาดถังเก็บน้ำบริสุทธิ์ทุก ๆ 6 เดือน

4.5 ตรวจสอบรอยรั่วของน้ำที่บริเวณข้อต่อต่าง ๆ เสมอ

4.6 ตรวจสอบการทำงานของตัวไวความดันและตัวไวความร้อนทุก ๆ 6 เดือน

5. การเลือก ควรพิจารณาถึง

5.1 เยื่อกึ่งซึมได้ ควรมีคุณสมบัติที่ดีดังนี้ ทนต่อกรด ทนต่อด่าง ทนต่ออุณหภูมิสูง

น้ำไหลผ่านได้ดี ผลิตง่าย มีราคาถูก และทนต่อการสลายตัวด้วยกระบวนการทางชีวภาพ

5.2 มีอัตราเร็วในการผลิตน้ำบริสุทธิ์ควรเหมาะสม และพอเพียงต่อการใช้งาน

5.3 คุณภาพของน้ำบริสุทธิ์ เครื่องออสโมซิสผันกลับที่ดีควรผลิตน้ำบริสุทธิ์ที่มีความนำ

ไฟฟ้าไม่เกิน 1 ไมโครโมล/ซม. มีแบคทีเรียไม่เกิน 1 ตัว/มล. มีคาร์บอนของสารอินทรีย์รวม

(total organic carbon) ไม่เกิน 100 ppb และมีสารอินทรีย์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลมากกว่า 100 ไม่เกินร้อยละ 1

5.4 ความง่ายในการต่อร่วมกับอุปกรณ์ทำน้ำบริสุทธิ์อื่นๆ ที่มีอยู่แล้ว หรือที่จะจัดหาใหม่ในอนาคต

5.5 ค่าใช้จ่ายในการผลิตน้ำบริสุทธิ์ 1 หน่วยต่ำ โดยคำนวณจากราคาของน้ำดิบที่ใช้ ราคา

เยื่อกึ่งซึมได้ ค่าบำรุงรักษา และค่ากระแสไฟฟ้า ฯลฯ.

5.6 ราคาเครื่องออสโมซิสผันกลับเริ่มต้น เนื่องจากมีราคาสูงกว่าเครื่องกำจัดไอออนและเครื่องกลั่นมาก

ควรพิจารณาความคุ้มค่ากับงานที่มีอยู่

5.7 ใช้งานและทำการบำรุงรักษาง่าย

5.8 มีอุปกรณ์อำนวยความสะดวกในการใช้ ตัวอย่างเช่น ถังเก็บน้ำบริสุทธิ์ อุปกรณ์จ่าย

น้ำบริสุทธิ์ สัญญาณเตือนเมื่อคุณภาพของน้ำไม่สูงพอตามมาตรฐานที่กำหนด เป็นต้น

5.9 มีอุปกรณ์ป้องกันเครื่องออสโมซิสผันกลับเสียหาย ตัวอย่างเช่น ตัวไวความร้อนและตัวไวความดัน

เครื่องกรองละเอียด (Ultrafiltration)

เครื่องกรองละเอียดนิยมใช้กรองอนุภาคขนาดเล็ก โดยเฉพาะแบคทีเรียออกจากน้ำบริสุทธิ์

ในขั้นตอนสุดท้าย เพื่อให้ได้น้ำบริสุทธิ์ที่ปราศจากเชื้อ

1. หลักการกรองละเอียดมีดังนี้ น้ำ อนุภาคและตัวถูกละลายถูกดันผ่านเยื่อกรองโดยใช้

ความดันเช่น เดียวกับออสโมซัสผันกลับ แต่แตกต่างกันตรงที่ไม่มีความดันออสโมซิสเข้ามาเกี่ยวข้อง

ดังนั้นอัตราการไหลผ่านเยื่อกรอง จึงสามารถใช้สูตรคำนวณเช่นเดียวกับเครื่องออสโมซิสผันกลับ

ส่วนขนาดอนุภาคที่ถูกกักไว้โดยเยื่อกรองขึ้นอยู่กับขนาดรูของเยื่อกรอง ขนาดและรูปร่างของอนุภาคนั้น ๆ

2. โครงสร้างและคุณสมบัติ เยื่อกรองที่ใช้มีหลายชนิด ตัวอย่างเช่น cellulose(Dynetics),

cellulose acetate(sartorius), polyvinyllidene(Abcor), polysulphone(Sertorius),

polyacrylonitrile (Wafilin), polybenzoxazidione (Byer),

polytetrafluoroethylene (Sartorius) ฯลฯ.

2.1 ความทนต่อความร้อนและสารเคมีเป็นตัวอย่างคุณสมบัติของเยื่อกรอง

ที่ใช้กันแพร่หลาย ในการใช้งานจริงควรศึกษาเพิ่มเติมจากเอกสารประกอบ

การใช้งานของเยื่อกรองชนิดนั้น ๆ

2.2 มีความหนา 65-140 ไมครอนมีรูขนาด 0.01-8 ไมครอน ทำให้สามารถแยกอนุภาคที่มี

น้ำหนักโมเลกุล (molecular weight cut off) ตั้งแต่ 300 จนถึง 100,000 ออกได้

2.3 เยื่อเซลลูโลสแอซิเตทมีอุณหภูมิใช้งานในช่วง 50-60 oซ. แต่ PTFE มีอุณหภูมิใช้งาน

สูงกว่า (100 oซ.) อัตราการไหลของน้ำผ่านเยื่อกรองจะเพิ่มขึ้นประมาณเท่าตัว

เมื่อเพิ่มอุณหภูมิจาก15 oซ. เป็น 25 oซ.

2.4 ความดันกรองผ่านเยื่อกรองอยู่ในช่วง 10-30 ปอนด์/ตารางนิ้ว การใช้ความดันที่สูงเกิน

ทำให้อัตราการกรองผ่านเยื่อกรองลดลงเพราะไอออนที่ชั้นเจล(gel) ของเยื่อกรองจะปิดบังรูเพิ่มขึ้น

ในขณะที่การแพร่กลับ (back diffusion) ออกจากชั้นเจลลดลง

2.5 มีช่วงพีเอชใช้งานกว้าง 0-14 ขึ้นอยู่กับชนิดของเยื่อกรอง

3. การใช้งาน การกรองแบคทีเรียออกนิยมใช้เยื่อกรองที่มีรูขนาด 0.2 ไมครอน เพราะถ้าใช้

รูเล็กกว่านี้อัตราการไหลของน้ำจะลดลงมาก เยื่อกรองสามารถผลิตน้ำบริสุทธิ์ได้ถึง

2,200-34,000 ลิตร/วัน/ตารางฟุต และเพื่อลดการอุดตันของเยื่อกรอง

ควรกำจัดตะกอนขนาดใหญ่ออกก่อนเสมอ

การออกแบบระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์

การออกแบบระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์นับว่าเป็นสิ่งที่สำคัญมาก เพราะมีผลกระทบต่อคุณภาพ

น้ำบริสุทธิ์ ปริมาณน้ำบริสุทธิ์และค่าใช้จ่ายมาก ตัวอย่างเช่น การใช้เครื่องทำน้ำบริสุทธิ์ที่มีคุณภาพ

ต่ำกว่า ราคาถูกกว่า แต่เมื่อนำมาต่อร่วมกันเป็นระบบที่ดี สามารถผลิตน้ำที่มีความบริสุทธิ์มากกว่า

และเสียค่าใช้จ่ายน้อยกว่าระบบที่ใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ราคาแพงกว่า แต่การออกแบบระบบไม่

เหมาะสม จึงใคร่ขอเสนอแนวทางในการต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ ร่วมกันเป็นระบบดังนี้

1. น้ำปราศจากไอออน (ionically pure water) น้ำชนิดนี้เหมาะสมหรับการวิเคราะห์

เอนไซม์ อิเล็กโทรไลต์ และโลหะต่าง ๆ ฯลฯ. อาจผลิตโดยใช้ระบบดังต่อไปนี้

น้ำดิบ -------------------> เครื่องออสโมซิสผันกลับ -----> เครื่องกำจัดไอออน

น้ำดิบ -------------------> เครื่องกำจัดไอออน

น้ำดิบ -------------------> เครื่องกลั่น 2 ครั้ง

น้ำดิบ -------------------> เครื่องออสโมซิสผันกลับ -----> เครื่องกลั่น

2. น้ำปราศจากจุลินทรีย์ (biologically pure water) ซึ่งเหมาะสมกับงานเพาะเลี้ยงเชื้อ

เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ อาจผลิตโดยใช้ระบบดังต่อไปนี้

นอกจากนี้ยังอาจใช้หลอดอัลตราไวโอเลตช่วยฆ่าเชื้อจุลชีพ ตัวอย่างเช่น เชื้อแบคทีเรีย

เชื้อรา ไวรัส ยีสต์ ฯลฯ. โดยอาจต่อหลอดอัลตราไวโอเลตเพื่อฆ่าเชื้อในน้ำดิบก่อนปล่อยเข้าสู่ระบบ

หรือต่อไว้หลังจากที่น้ำบริสุทธิ์ผ่านระบบทำน้ำให้บริสุทธิ์ออกมาแล้ว

3. น้ำปราศจากสารอินทรีย์ (organically pure water) เป็นน้ำที่เหมาะสมสำหรับใช้ในเครื่อง

โครมาโทกราฟีเหลวความดันสูง (HPLC) และเครื่อง gas chromatography (GC) ตลอดจนน้ำที่ใช้

สำหรับวิเคราะห์ค่า total organic carbon (TOC) หรือค่า biochemical oxygen demand (BOD)

น้ำบริสุทธิ์มีบทบาทสำคัญต่อ การวิเคราะห์ทางห้องปฏิบัติการมาก การเลือกระบบผลิตน้ำให้

บริสุทธิ์ที่เหมาะสม และการดูแลรักษาอย่างสม่ำเสมอจะทำให้ระบบผลิตน้ำบริสุทธิ์มีประสิทธิภาพ

สูงสุดอยู่ตลอดเวลา ซึ่งจะทำให้เกิดผลดีต่อการตรวจวิเคราะห์ การวิจัยทางห้องปฏิบัติการ

วิทยาศาสตร์ รวมทั้งความประหยัดที่จะเกิดขึ้นในระยะยาวต่อไป

น้ำดิบ -----> เครื่องกลั่น -------------------> เครื่องกำจัดไอออน--------> เครื่องกรองละเอียด

น้ำดิบ -----> เครื่องออสโมซิสผันกลับ --> เครื่องกำจัดไอออน---------> เครื่องกรองละเอียด

น้ำดิบ -----> เครื่องกำจัดไอออน -------- > เครื่องกรองละเอียด

น้ำดิบ -----> เครื่องกลั่น

น้ำดิบ -----------------> เครื่องออสโมซิสผันกลับ

น้ำดิบ -----------------> เครื่องออสโมซิสผันกลับ ---------------> เครื่องกำจัดไอออน

น้ำดิบ -----------------> เครื่องกำจัดไอออน ------------> เครื่องออกซิเดชันด้วยแสงอัลตราไวโอเลต

น้ำดิบ -----------------> เครื่องกลั่น

 

บรรณานุกรม

 

1. Arden TV. Water purification by ion exchange. London : Plenum Press, 1968.

 

2. Belasn Fl. Water treatment. Moscow : Mir Publishers, 1981.

 

3. Cheremisinoff PN, Ellerbuch F. Carbon adsorption handbook. Mich : Ann Arbor

 

Science Publishers Inc, 1978.

 

4. Granzi GC, Parise PL. The production of pharmaceutical grade of water using

 

continuous deionization post reverse osmosis. J Parenter Sci 1990;44:231-41.

 

5. Schroder ED. Water and waste water treatment. Tokyo : Mc Graw-Hill Inc, 1979.

 

6. Walter J, Weber JR. Physiochemical process for water quality control. New York :

 

Wiley : Willey-Interscience, 1972.

 

       

Visitors: 112,911