ระบบน้ำ Osmosis
ออสโมซิส (Osmosis)
เป็นปรากฏการณ์ธรรมชาติที่ถูกค้นพบครั้งแรกโดย นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสราว ค.ศ. 1740 จากการทดลองนำกระเพาะหมูที่มีน้ำบรรจุ อยู่ภายในไปแช่ในแอลกอฮอล์ แล้วพบว่า น้ำที่อยู่ในกระเพาะหมูซึมออกมา ยังแอลกอฮอล์ที่อยู่ภายนอก ทำให้ระดับน้ำที่อยู่ในกระเพาะหมู และระดับแอลกอฮอล์ที่อยู่ภายนอกนั้นไม่เท่ากัน ซึ่งปรากฏการณ์ดังกล่าวเรียกว่า “ออสโมซิส”
ออสโมซิส (Osmosis) เป็นกระบวนการแพร่โมเลกุลของเหลวหรือน้ำผ่านเยื่อเลือกผ่าน จากบริเวณที่มีความเข้มข้นของน้ำมาก (สารละลายความเข้มข้นต่ำ) ไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นของน้ำน้อย (สารละลายความเข้มข้นสูง) กระจายจนกว่าโมเลกุลของน้ำจะเท่ากัน เป็นกระบวนการทางกายภาพที่ตัวทำละลายจะเคลื่อนที่โดยอาศัยพลังงานความร้อน ผ่านเยื่อเลือกผ่าน (ซึ่งตัวทำละลายจะผ่านเยื่อเลือกผ่านได้ แต่สารละลายจะไม่สามารถผ่านเยื่อเลือกผ่านได้) ออสโมซิสก่อให้เกิดพลังงาน และสามารถสร้างแรงได้ ตัวอย่างออสโมซิส เช่น การออสโมซิสของน้ำเข้าไปในเซลล์พืชทำให้ผิวของพืชเต่ง
รีเวอร์ส ออสโมซิส (Reverse Osmosis) เป็นการบังคับให้เกิดการย้อนกลับของปรากฏการณ์ออสโมซิส โดยการให้ความดันไฮโดรลิก (Hydraulic pressure) แก่สารละลายที่มีความเข้มข้นสูง เพื่อให้เกิดการออสโมซิส จากสารละลายที่มีความเข้มข้นสูงไปยังสารละลาย ที่มีความเข้มข้นต่ำซึ่งความดันไฮโดรลิก ที่ใส่เข้าไปต้องมีค่า มากกว่าความดัน ออสโมติก จึงจะเกิดการ RO ได้
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
ภาพที่ 3 ปรากฏการณ์รีเวอร์ออสโมซิส (Reverse Osmosis)
บทสรุป
จากหลักการง่ายๆ ของการออสโมซิส ก่อให้เกิดแนวคิดของการรีเวอร์ส ออสโมซิส นำมาซึ่งเทคโนโลยีของการบำบัดน้ำแบบรีเวอร์ส ออสโมซิส (RO) ที่สามารถนำมาใช้งานได้ทั้งด้านการอุปโภค บริโภค และในอุตสาหกรรมต่างๆ ให้ผลคุ้มค่ากับการลงทุน เทคโนโลยีดังกล่าวนี้เหมาะสมกับการนำมาใช้ในการบำบัดน้ำป้อนหม้อไอน้ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งโรงงานอุตสาหกรรมในเขตปริมณฑลที่มีการใช้หม้อไอน้ำและมีปัญหาจากน้ำป้อนหม้อไอน้ำที่มีค่า TDS สูง ทำให้เกิดปัญหาต่างๆ ตามมาในระบบหม้อไอน้ำ ระบบ RO นี้จะช่วยแก้ปัญหาด้านต่างๆ ที่เกิดขึ้นแล้วยังเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของหม้อไอน้ำ โดยการลดความร้อนสูญเสียจากการโบล์วดาวนอีกทั้งยังก่อให้เกิดผลประหยัดทั้งทางด้านพลัง-งานความร้อน และค่าใช้จ่ายด้านพลังงานอีกด้วย