ระบบผลิตน้ำสะอาด

ความรู้พื้นฐานและทฤษฎีเบื้องต้นของระบบ

2.1 Pre-Treatment System

2.1.1 ถังกรองมัลติมีเดีย (Multi-Media Filter System)
ทรายหรือแอนทราไซต์ทําหน้าที่ กรองดักอนุภาคสารแขวนลอยหลงเหลือมากับน้ำที่ออกมาจากถังพักน้ำบาดาล โดยการผานน้ำเข้าไปยังชั้นกรองซึ่งมีรูพรุน วัสดุกรองที่ใช้โดยทั่วไปได้แก่ทรายหรือแอนทราไซต์ทั้งนี้อนุภาคสารแขวนลอยดังกล่าวอาจเป็นอนุภาคของแข็งที่แขวนลอยหรือจุลินทรีย์ที่อยูในน้ำดิบ การประยุกต์ใช้ระบบกรองน้ำในกระบวนการผลิตน้ำสามารถทำได้หลายรูปแบบขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำดิบและสิ่งเจือปนที่ต้องการกําจัดออกจากน้ำ

Manganese Zeolite หรือ สารกรองแมงกานีส ซีโอไลท์ ลักษณะเป็นเม็ดกลมมีสีน้ำตาลเข้มไปจนถึงสีดำสามารถออกซิไดซ์เหล็กและแมงกานีส ซึ่งละลายอยู่ในน้ำได้โดยเปลี่ยนให้อยู่ในในรูปไม่ละลายน้ำทำหน้าที่เป็นสารกรองผลึกเหล็กและแมงกานีส ใช้สำหรับกรองแหล่งน้ำบาดาลหรือน้ำที่มีการปะปนของสนิมเหล็กจำนวนมาก สารกรองแมงกานีส มีคุณสมบัติโดดเด่นในการกำจัดเหล็ก ไฮโดรเจนซัลไฟด์และแมงกานีส ซึ่งทนต่อการเสียดสีและการสึกกร่อนได้เป็นอย่างดี สามารถใช้ในระบบความดันแบบปิดที่ไม่จำเป็นต้องผ่านกระบวนการแอเรชั่นได้

หลักการทํางานของถังกรอง

ถังกรองทําจากถังเหล็กเป็นรูปทรงกระบอกแนวตั้งหรือแนวนอนหรือถังคอนกรีตเสริมเหล็ก ภายในจะมีพื้นที่แบ่งออกเป็น  2  ส่วน  คือ หนึ่งส่วนบนเป็นส่วนที่รับน้ำเขากรองและส่วนล่างซึ่งแยกออกจากกันโดยมีแผ่นเหล็ก(Perforated Plate) โดยติดตั้งหัวกรองน้ำ (Nozzles) ไว้ที่พื้นดังกล่าว บริเวณด้านบนเป็นชั้นกรองทรายและแอนทราไซต์ และส่วนที่สองคือสวนด้านล่างเป็นชั้นรองรับน้ำที่ออกจากชั้นทรายหรือแอนทราไซต์ซึ่งเป็นชั้นแมงกานีส ซีโอไลท์ เพื่อกำจัดเหล็กและแมงกานีสต่อไป

ชั้นสารกรองทรายหรือแอนทราไซต์ทําหน้าที่กรองดักอนุภาคสารแขวนลอยซึ่งโดยปกติจะต้องมีขนาดมากกว่า  1  ไมครอน  ขนาดรูพรุนทรายกรองหรือแอนทราไซต์จะสามารถดักไวได้  เมื่ออนุภาคที่ดักไวมีปริมาณมากขึ้นเรื่อยๆ  จะทําให้เกิดการอุดตันของชั้นสารกรองหรือเรียกว่า Filter clogging อัตราเร็วในการอุดตันขึ้นอยู่กับ

1.  คุณสมบัติของน้ำที่เข้าถังกรองซึ่งขึ้นอยูกับประสิทธิภาพของระบบทั้งระบบการสร้างตะกอน(Coagulation)    การสมานตะกอนหรือการรวมตะกอน(Flocculation) และการตกตะกอน  (Sedimentation) เชน ถ้าน้ำมีความขุ่นสูงเมื่อหลุดออกมาจากถังตกตะกอนเขาสู่ถังกรองการอุดตันก็จะเกิดขึ้นได้เร็ว

2.  อัตราการไหลของน้ำ ถ้าอัตราการไหลของน้ำเข้าถังกรองสูง การอุดตันจะเกิดขึ้นเร็ว

3.  ขนาดของเม็ดทรายหรือแอนทราไซต์ที่มีขนาดเล็กกวาจะทําให้เกิดการอุดตันได้เร็วกว่า
ซึ่งเป็นเหตุทำให้ประสิทธิภาพในการกรองนั้นลดลง ดังนั้นจึงต้องมีการฟื้นฟูประสิทธิภาพของถังกรองทรายด้วยการทำความสะอาดชั้นสารกรอง หรือที่เรียกว่า Backwash นั่นเอง    

แสดงการวางหัวกรองน้ำประเภท Nozzles บนแผ่น Plate

แสดงการวางหัวกรองน้ำประเภท Nozzles แบบดอกเห็ดหรือแบบดาว(Star)

แสดงการวางหัวกรองน้ำแบบท่อก้างปลาหรือแบบแขน(Arm)

2.1.2 ถังกรองแอคติเวทเต็ดคาร์บอน (A/C Filter System)

ถังกรองแอคติเวทเต็ดคาร์บอนนั้นมีบทบาทในการปรับปรุงคุณภาพน้ำ โดยการช่วยลดสารประกอบอินทรีย์ และสารคลอรีนที่เหลืออยู่ในน้ำ (ซึ่งมีการเติมลงไปเพื่อกำจัดเชื้อโรคที่ปะปนอยู่ในน้ำ) ทั้งนี้ถังกรองแอคติเวทเต็ดคาร์บอนไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงคุณภาพของน้ำให้มีรสชาติที่ดีขึ้น และความเป็นพิษต่อร่างกายมนุษย์ ยังช่วยในการป้องกันระบบรีเวิร์สออสโมซิส (Reverse Osmosis) ไม่ให้ได้รับความเสียหายอันเนื่องมาจากคลอรีน และสารประกอบอินทรีย์อีกด้วย

โดยทั่ว ๆ ไปสารกรองที่ใช้สำหรับถังกรองคาร์บอน ก็คือ ถ่านกัมมันต์ (Activated Carbon หรือ Activated Charcoal) ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จาก เปลือกหอย (Nutshell), ไม้ (Wood), ถ่านหิน (Coal), และผลิตภัณฑ์จากปิโตรเลียม (Petroleum) เป็นต้น ซึ่งส่วนใหญ่แล้วถ่านกัมมันต์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในการปรับปรุงคุณภาพน้ำจะเป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จาก กะลามะพร้าว (Coconut Shell) เพราะหาได้ง่าย และมีราคาถูก

หลักการทำงานของระบบถังกรองแอคติเวทเต็ดคาร์บอน (A/C Filter) จะมีด้วยกัน 2 ขั้นตอน คือ กระบวนการเกาะหรือดูดติดผิว (Adsorption) เป็นความสามารถของสารบางชนิดในการดึงโมเลกุลหรือคอลลอยด์ ซึ่งอยู่ในของเหลวหรือก๊าซให้มาเกาะจับและติดบนผิวของมัน ปรากฏการณ์เช่นนี้จัดเป็นการเคลื่อนย้ายสาร (Mass Transfer) จากของเหลวหรือก๊าซมายังผิวของของแข็ง โมเลกุลหรือคอลลอยด์เรียกว่า Adsorbate ส่วนของแข็งที่มีผิวเป็นที่เกาะจับของ Adsorbate เรียกว่า Adsorbent   ตัวอย่างของการดูดติดผิว ได้แก่ การดูดติดผิวของโมเลกุลสีบนถ่านแอคติเวทเต็ดคาร์บอน (Activated Carbon) และกระบวนการ Catalytic Reduction ซึ่งสารประกอบอินทรีย์จะถูกกำจัดด้วยกระบวนการ Adsorption ส่วนสารคลอรีนนั้นจะถูกกำจัดด้วยกระบวนการ Catalytic Reduction

รูปตัดแสดงถึงโพรงหรือช่องว่างภายในแอคติเวทเต็ดคาร์บอน

แอคติเวทเต็ดคาร์บอน  (Activated  Carbon) เป็นถ่านที่สังเคราะห์ขึ้นเป็นพิเศษเพื่อให้มีพื้นที่มากที่สุด  ซึ่งทำได้โดยการทำให้รูพรุนหรือโพรงภายในเนื้อคาร์บอนมากเท่าที่จะทำได้ รูพรุนหรือโพรงมีขนาดตั้งแต่ 200 A ถึง 20000 A การสังเคราะห์คาร์บอนชนิดนี้กระทำได้โดยไล่ความชื้นออกจากวัตถุดิบ (Dehydration) เสียก่อน จากนั้นจึงเผาวัตถุดิบที่แห้งให้เป็นถ่าน (Carbonization) ที่อุณหภูมิประมาณ 400-600 °C

คาร์บอนที่ได้ยังมีอำนาจการดูดติดผิวต่ำ เนื่องจากโพรงภายในคาร์บอนยังมี Tar อุดตันอยู่ คาร์บอนนี้จึงต้องเผาต่อไปที่อุณหภูมิประมาณ 750-950 °C ภายใต้ความชื้นที่เหมาะสมเพื่อไล่ Tar ออกให้หมด (ขั้นตอนนี้เรียกว่า Activation) จึงจะได้แอคติเวทเต็ดคาร์บอน วัตถุดิบที่ใช้สังเคราะห์แอคติเวทเต็ดคาร์บอนมีหลายชนิด เช่น กระดูกสัตว์ ถ่านหินบางชนิด กะลามะพร้าว เมล็ดในของผลไม้บางชนิด ฯลฯ เทคโนโลยีปัจจุบัน  สามารถทำให้แอคติเวทเต็ดคาร์บอน 1 กรัม มีพื้นที่ผิวประมาณ 600-1,000 ตร.เมตร

การที่คาร์บอนต้องมีพื้นที่ผิวสูงก็เพื่อให้สามารถดูดโมเลกุลจำนวนมากๆ มาเกาะติดที่ผิวได้ พื้นที่ผิวจึงเป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดสมรรถนะของคาร์บอน ด้วยเหตุนี้ คาร์บอนที่มีพื้นที่ผิวจำเพาะ (ตร.เมตร/กรัม) สูง จึงมีอำนาจหรือขีดความสามารถในการดูดติดผิว (Adsorptive Capacity) สูงตามไปด้วย การวัดพื้นที่ผิวของคาร์บอนกระทำได้โดยการหาปริมาณไนโตรเจนที่ถูกคาร์บอนดูดเก็บไว้ วิธีวัดสมรรถนะของคาร์บอนอาจกระทำได้โดยการวัด Iodine Number

ประโยชน์แอคติเวทเต็ดคาร์บอนในระบบผลิตน้ำประปา

1. กำจัดสี, กลิ่น และรส 
2. กำจัดคลอรีนในน้ำ
3. กำจัดโลหะหนัก
4. กำจัดยาฆ่าแมลง (Pesticide)
5. กำจัดผงซักฟอก
6. กำจัดสารไฮโดรคาร์บอน

2.1.3 ถังกรองเรซิ่น (Softener Filter Tank)
สารกรองเรซิ่น คือ สารกรองน้ำชนิดหนึ่งที่ใช้ทั่วไปในการบำบัดน้ำ มีหน้าที่ลดความกระด้างของน้ำโดยการกำจัดหินปูน ทำให้น้ำมีความนุ่มนวล ไม่กระด้างคอ เม็ดเรซิ่นจะมีขนาดเล็กเหมือนรูปจุดไข่ปลา มีเหลืองใสหรือสีเหลืองเข้มทำมาจากพลาสติกที่ไม่สามารถละลายน้ำได้ เพื่อใช้ในการ

1. ระบบผลิตน้ำดื่ม
2. ปรับปรุงคุณภาพน้ำในที่อยู่อาศัย
3. กรองน้ำใช้ในออฟฟิศสำนักงาน
4. บำบัดน้ำในอุตสาหกรรม

เมื่อน้ำไหลผ่านสารกรองเรซิ่น จะเกิดกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออน โดยไอออนในน้ำจะถูกแลกเปลี่ยนกับไอออนที่ติดอยู่บนเม็ดเรซิ่นไอออนแคลเซียม (Ca²)และแมกนีเซียม (Mg²)จะถูกแลกเปลี่ยนกับไอออนโซเดียม (Na) หรือโพแทสเซียม (K) ทำให้น้ำอ่อนนุ่มลง