1

บทท 1 การอดตนจากการกรองนาดวยระบบ Reverse Osmosis (RO)

ออสโมซส (Osmosis) เปนกระบวนการทางธรรมชาตทนาหรอตวทาละลายในสารละลายทเจอจางซมผานเนอเยอ (Selective Semipermeable Membrane) ไปยงสารละลายทมความเขมขนกวาซงกระบวนการดงกลาวสามารถอธบายไดโดยกระบวนการปรบสมดลตามธรรมชาต กลาวคอ ถานานาบรสทธมาบรรจและใหสมผสกบเนอเยอทงสองขาง ณ ทความดนและอณหภมของทงสองขางเทากน จะไมเกดการซมผานเนอเยอ หรออาจกลาวไดวาระบบอยในสภาวะทสมดล แตเมอเตมตวถกละลาย (เกลอ) ลงในนาอกขางหนงจะทาใหศกยทางเคม (Chemical potential) ของสารละลายลดลง สมดลจะถกรบกวน ระบบจงปรบเขาสสมดลใหม โดยธรรมชาตจะปรบสมดลโดยการลดสงรบกวนนนโดยการลดความเขมขนของเกลอของสารละลาย หรออาจกลาวไดวาระบบจะปรบเขาสสมดลโดยการเพม Chemical potential ของสารละลายขางทเตมนาเกลอ โดยการทนาบรสทธจะไหลผานเนอเยอมายงขางทเปนสารละลาย (นาเกลอ) และการไหลผานของนาในกระบวนการปรบสมดลน เรยกวา “ออสโมซส”

รเวอรสออสโมซส (Reverse Osmosis) เปนกระบวนการทนาซมผานเนอเยอ ( Semipermeable Membrane) จากสารละลายทมความเขมขนสงกวาไปยงสารละลายทมความเขมขนตากวา ซงเปนกระบวนการฝนธรรมชาต (ตรงขามกบออสโมซส) โดยการเพมแรงดนทางดานสารละลายทมความเขมขนสง จนกระทงนาซมยอนจากสารละลายเขมขนไปสสารละลายทเจอจางกวา ซงแรงดนทใชนจะตองมากกวาแรงดนออสโมซส (Osmotic Pressure) การกรองนาดวยระบบรเวอรสออสโมซส กเปนกระบวนการเชนเดยวกบทกลาวมา แตการกรองนาระบบในนทสามารถใชงานไดอยางมประสทธภาพเปนเวลายาวนานจะตองประกอบดวยการดาเนนการในหลายปจจยดงตอไปน

• มการปรบสภาพนากอนเขาระบบ (Pretreatment) ทด เพอขจดตะกอนอนภาคของสารตางๆ รวมทงสารละลายทมอย ตลอดจนเชอจลนทรยและสารเคมทอาจทาใหเกดการตกผลกอดตนบนผวหนาเมมเบรนหรอทาใหเนอเยอของเมมเบรนเสอมสภาพ

2

• จะตองมการออกแบบระบบ (System design) ทด ใหมการจดเรยงเมมเบรนทเหมาะสม ทาใหนาทไหลในมดเมมเบรน (Membrane Module) มความเหมาะสม รวมทงอปกรณควบคมและแสดงสถานะภาพของระบบมการตดตงอยางเหมาะสมดวย

• มการเดนระบบทถกตองและมการบารงรกษาอยางตอเนองและเหมาะสม ถาสามารถจดทาการดาเนนการ 3 ปจจยเหลานไดด กจะสามารถใชงานระบบ RO

ไดอยางมประสทธภาพและยาวนาน เกดความคมทน

1.1 ผลกระทบทเกดขนกบระบบ RO เนองจากคณภาพนาทปอนเขาสระบบ เมมเบรนเปนอปกรณหลกในการกรองหรอกกกนสงเจอปนตางๆ ในนา ตลอดจน

สารละลายเกลอได สามารถกรองนาทเคมหรอกรอยอนเนองจากมเกลอละลายอย ใหนาทผานการกรอง (Permeate) มปรมาณเกลอลดลงจนเปนนาจดทสามารถดมไดนน เมมเบรนทใชกกกนจะตองมขนาดรพรนเลกมากถง 0.1 นาโนเมตร (nm) ดงนนถานาทปอนเขาระบบมพวกตะกอนสารแขวนลอย (Suspended Solids) คอลลอยด (Colloids) ตลอดจนจลนทรยเจอปน อาจทาใหเกดการอดตนบนผวหนาเมมเบรนและขดขวางการซมแพรผานของนาผานเมมเบรน ทาใหผลตนาไดลดลง นอกจากนยงอาจเกดการตกผลกของสารละลายทเขมขนขนจากการทนาไดซมแพรผานเมมเบรน ไดกกกนสารละลายเกลอไวจนมความเขมขนถงจดอมตวและตกผลกอยบนผวหนาเมมเบรนซงทาใหเกดการอดตนได

นอกจากนสารเคมทปนเปอนมากบนาบางชนดอาจทาปฏกรยากบเมมเบรนทาใหเมมเบรนเกดการเสอมสภาพเรวกวาทควร เชน คลอรนหรอสารในกลมออกซไดซงเอ-เจนต (Oxidizing agent) ซงสารพวกนจะทาปฏกรยากบสารทใชทาเนอเยอเมมเบรนทาใหความสามารถของระบบการกกกนเกลอลดลง และทาใหนาทผานการกรองมความเคมเพมขน จากเหตผลดงกลาวขางตนจะเหนไดวาคณภาพนาทปอนเขาระบบ RO มความสาคญทจะตองพจารณาอยางมาก เพราะจะกอใหเกดผลกระทบตอประสทธภาพการเดนระบบทมกจะเกดกบเมมเบรนทเรยกวา เมมเบรนฟาวลง (Membrane Fouling) ทาใหเมมเบรนมสมรรถนะในการกรองไดไมเตมประสทธภาพ

3

1.2 การอดตนในเมมเบรน (Membrane Fouling) เมมเบรนฟาวลง คอการทเมมเบรนเกดการอดตนและมสมรรถนะในการกรองหรอ

กกกนเกลอไดไมเตมประสทธภาพอนเนองมาจากสาเหตตางๆ และสงผลกระทบตางๆ กบเมมเบรน ไดจาแนกตามลกษณะของผลกระทบทเกดขนไดดงน

• ทาใหเกดการอดตนบนผวหนาเมมเบรนและในแทง (มด) เมมเบรน (Membrane Module)

• ทาใหเกดการเสอมสภาพของวสดทใชทาเนอเยอเมมเบรน เชน การทเมมเบรนถกทาใหเสอมสภาพการกกกนเกลอดวยคลอรน

• ทาใหเกดความเสยหายขนตอโครงสรางของแทง (มด) เมมเบรน (Membrane Module) ทาใหมดเมมเบรนแตก อนเนองจากการอดตนในชองนาไหลในมดเมมเบรนหรอ การใช

ในการเลนฟตบอล จะเหนวาถาผเลนปฏบตไมถกตองตามขอตกลงของการเลนหรอตามกฎกตกา กรรมการจะสงลงโทษผเลนนนวา ฟาว (Foul) เมมเบรนทใชในระบบการกรองนา RO นนกลกษณะเดยวกน ถาผใชนาเมมเบรนไปใชไมถกตองกจะเกดผลกระทบตอประสทธภาพและสมรรถนะของเมมเบรนทควรจะเปนไปตามขอกาหนดหรอลกษณะเฉพาะของเมมเบรนนนๆ ตามทบรษทผผลตกาหนดไว ถาผใชเมมเบรนนาเมมเบรนนนไปใชในลกษณะทไมถกตอง กเหมอนกบทาผดกตกา (Foul) ทาใหไมสามารถรองเรยนใดๆ ตอผผลตเมมเบรนไดถงคณภาพของเมมเบรนวามสมรรถนะและประสทธภาพตรงกบทระบในคณลกษณะเฉพาะของเมมเบรน เพราะการนาไปใชทผดกอใหเกดความเสยหายกบเมมเบรนหรอเกดเมมเบรนฟาวลงขน

การทนามตะกอนสารแขวนลอย การเกดการตกผลกของสารละลายทปนเปอนในนาเกาะตดบนผวหนาเมมเบรน รวมทงจลนทรยทปนเปอนมากบนาทปอนเขาระบบ RO เกดการเจรญเตบโตบนผวหนาเมมเบรน และเกดเปนกลมของจลนทรยคลมบนผวหนาเมมเบรน เหตการณดงกลาวเหลานลวนสงผลทาใหเกดการขดขวางการซมแพรผานของนาใหผานเมมเบรนไดโดยยาก สงผลทาใหกาลงการผลตนาของระบบ RO ลดลง หรอจะตองเพมแรงดนนามากขนเพอใหกาลงการผลตคงท จงทาใหเพมตนทนการเดนระบบและถามการอดตนมากขนจนทาใหชองทางทนาไหลภายในมดเมมเบรนอดตน อาจทาใหเกดความ

4

• การอดตนเนองจากตะกอนและสารแขวนลอย (Suspended Solids) • การอดตนเนองจากคอลลอยด (Colloids) • การอดตนเนองจากการตกผลก (Membrane Scaling ) • การอดตนเนองจากออกไซดของโลหะ (Metal Oxide) • การอดตนเนองจากสารอนทรย (Organic) • การอดตนเนองจากจลนทรย (Microbioorganism)

1.3 หลกในการปองกนแกไขปญหาการอดตนบนผวหนาเมมเบรน นาดบทปอนเขาระบบ RO ถามตะกอนและสารแขวนลอยปนอยจะทาใหนานนมความขน ขนาดของอนภาคทแขวนลอยอยในนามไดหลายขนาด ถามขนาดตงแต 1-50 ไมครอน เรยกวา สารแขวนลอย (Suspension Solids) ขนาดเลกในชวง 0.3-1 ไมครอน เรยกวา คอลลอยด (Colloids) ซงอนภาคขนาดนอาจรวมถงตะกอนของจลนทรยไดดวย ซงถานามอนภาคเหลานอยมากจะทาใหนามความขนมาก ถาปอนนาทมอนภาคของสาร เหลานมากๆ เขาสระบบกรอง RO อาจทาใหเกดการสะสมของตะกอนบนผวหนาเมมเบรนและในชองนาไหลในมดเมมเบรน ทาใหขดขวางการไหลของนาทจะซมแพรผานเมมเบรน สงผลใหกาลงการผลตนาของระบบกรองนา RO ลดลง ตองใชแรงดนเพมขน หรอบางครงอาจมการสะสมมากจนชองทางทใหนาไหลในมดเมมเบรนแคบลง ทาใหแรงดนสญเสยของมดเมมเบรนสงขนจนทาใหแรงดนภายในมดเมมเบรนและนอกมดเมมเบรน ตางกนมากจนอาจทาใหมดเมมเบรนแตกเสยหายได การอดตนแบบนมกเกดกบสวนตางๆ ของเมมเบรนดานทรบนาดบหรอเกดกบมดเมมเบรนทอนแรกๆ ในกรณทระบบกรอง RO ใชเมมเบรนหลายมด ดงนนในการเดนระบบจะตองตรวจสอบดวาในนาดบทปอนเขาระบบมจานวนของตะกอนในรปสารแขวนลอยและคอลลอยดมากหรอไม โดยทวไปจะใชคาความขนของนามาพจารณาเบองตน โดยคาความขนของนาทปอนเขาระบบตองไมเกน 1 NTU หรออาจพจารณาจากการวดคาดชนตะกอน (Silt Density Index) SDI ตองไมเกน 5 หนวย ซงคา

5

รปท1 แผนภาพแสดงอปกรณหาดชนตะกอน SDI ทมา: Reverse Osmosis Membrane Technology, Zahid Amjad,

Van Nostrand Reinhold, 1992, pp. 107

6

การคานวณหาคา SDI สามารถหาไดจาก ASTM และ American Water Works Association, (2007) จากสมการดงน

= 1 - x 100f

TT15

o

SDI SDI = ดชนตะกอน (Silt Density Index) T0 = เวลา (วนาท) ทใชในการกรองนาเรมแรกเพอใหไดนากรองในปรมาณ

500 ml Tf = เวลา (วนาท) ทใชในการกรองนาใหไดนากรอง 500 ml เมอกรองนาครบ

15 นาท

7

บทท 2 การอดตนเนองจากตะกอนสารแขวนลอย (Suspension Solids)

และการอดตนจากคอลลอยด (Colloids)

การอดตนในระบบกรองนา RO เปนการอดตนของเมมเบรนทเกดขนเนองจากตะกอนตางๆ ทมอยในนาดบ เชน ตะกอนสารแขวนลอย หรอตะกอนคอลลอยด เปนตน

ลกษณะของการอดตนทเกดขนจากตะกอนตางๆ ในนาดบมไดดงตอไปน • การอดตนทเกดกบชองทางไหลของนาในมดเมมเบรน มกจะเกดจากอนภาค

ขนาดใหญกวา 10 ไมครอน • การอดตนบนผวหนาเมมเบรนมกเกดจากตะกอนขนาดเลกทอยในรปคอลลอยด

(Colloids)

2.1 การอดตนเนองจากตะกอนสารแขวนลอย (Suspension Solids) การอดตนเนองจากตะกอนสารแขวนลอย เปนการอดตนของตะกอนขนาดใหญ

(ใหญกวา 10 ไมครอน) มกจะอดตนในชองทางนาไหลในมดเมมเบรน และมกจะเกดในสวนตนๆ ของชองทางนาไหลทาใหนาไหลไมสะดวกเกดความดนสญเสยสงกวาปกตในมดเมมเบรน ปกตมดเมมเบรนจะมแรงดนสญเสยประมาณ 10-12 ปอนดตอตารางนว ดงนนในการเดนระบบ RO ควรมการตรวจสอบแรงดนสญเสยในมดเมมเบรนวาสงขนหรอไม ถาสงขนแสดงวามการอดตนชองทางไหลของนาในมดเมมเบรนมากขนกวาปกต ถาแรงดงสงขนกวาเดมมากควรรบทาการแกไข เพราะถาปลอยใหการอดตนมากขนอาจจะทาใหโครงสรางของมดเมมเบรนเสยหายได

2.1.1 การปองกนการอดตนเนองจากตะกอนสารแขวนลอย การปองกนการอดตนเนองจากตะกอนขนาดใหญนทาไดโดยการตดตงชด

กรองทมขนาดรพรนในชวง 5-10 ไมครอน กรองนาดบกอนเขาปมแรงดนสงทจะปมนา

8

2.1.2 การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากตะกอนสารแขวนลอย การลางทาความสะอาดเมมเบรนทอดตนจากตะกอนและสารแขวนลอย

เมมเบรนทถกใชงานและเกดการอดตนสามารถลางไดดวยนายาลางจาน สบเหลว ผงซกฟอก และนายาสระผมทไมผสมสารฟอกขาว ทสาคญตองไมมสารในกลมออกซไดซงเอเจนตผสมอย เพราะจะทาใหเนอเยอเมมเบรนเสยหายได การลางดวยสบควรใชสบเหลวเขมขน 0.45 เปอรเซนตโดยนาหนก แตถาเปนการอดตนจากตะกอนจลนทรยอาจจะตองทาการฆาเชอจลนทรยดวยฟอรมลดไฮด (Formaldehyde) 2.0 เปอรเซนตโดยนาหนก รวมดวย

2.2 การอดตนเนองจากคอลลอยด (Colloids) คอลลอยด (Colloids) คออนภาคทมขนาดเลกมาก โดยปกตอยในชวงประมาณ 0.3-1.0 ไมครอน ซงจะแขวนลอยอยในนาไมตกตะกอนโดยแรงโนมถวงของโลก จะตองใชเครองเหวยงจงจะตกตะกอนได (ปกตแรงโนมถวงขนกบคา g = 9.8 m/s2 การเหวยงเปนการเพมคา g ทาใหตะกอนขนาดเลกเคลอนทดวยความเรง g ทสงขนทเกดเนองจากแรงเหวยง ) คอลลอยดมประจไฟฟาทาใหเกดแรงผลกทางไฟฟาและทาใหอนภาคเหลานกระจายตวอยในนาได คาประจไฟฟาของคอลลอยดทวดไดในรปของ ซตาโพเทนเชยล (Zeta Potential) โดยใชเครองมอทางไฟฟาทเรยกวา Zeta Potential Meter ซงคานเปนตวแสดงความเสถยรของคอลลอยด โดยปกตคอลลอยดจะเสถยรทคา Zeta Potential สงกวา - 30 mV จากการทอนภาคมประจไฟฟาทาใหอนภาคกระจายตวเปนอนภาคทมขนาดเลกมากจนแรงดงดดของโลกทกระทากบอนภาคหรอทเรยกวานาหนก W นอยมาก ดงสมการ W = mg m = มวลของอนภาค g = ความเรงของแรงโนมถวงของโลก (9.8 เมตรตอวนาทกาลงสอง M/s2 )

9

ดงนนเมออนภาคทมขนาดเลกมากจะทาใหแรงดงดดททาใหอนภาคตกตะกอนดวยแรงนอยมากและนอยกวาแรงพยงของนาอนเนองจากการเคลอนไหวของนาจากความแตกตางของอณหภม (Thermal Movement) ดงนนถาในนาทมอนภาคคอยลอยดจงไมสามารถตกตะกอนไดโดยการตงทงไว ทงนเพราะอณหภมของอากาศทอยรอบๆ มการเปลยนแปลงทาใหนามการเคลอนไหวพยงอนภาคคอลลอยดใหแขวนลอยอยในนา

2.2.1 แหลงกาเนดของการเกดคอลลอยดในระบบกรองนา RO การเกดของคอลลอยดในระบบกรองนา RO มแหลงกาเนดมาจาก 3 แหลงดวยกนดงน • เกดจากนาดบทไหลผานตะกอนดนเหนยว ซงจะชะลางเอาสารอลมเนยมซลเกต (Aluminums Silicate) มาเปนตะกอนคอลลอยดในนาได

• เกดจากการกดกรอนของเหลกทสมผสนาในสวนของทอ ขอตอ และปมในระบบของการกรองนา RO ทาใหเกดคอลลอยดของเหลก (Iron Colloids) ขน

• เกดจากนาทผานกระบวนการทาใหใส (Clarifier) ซงมการเตมสารสมหรอสารโคแอคคแลนท (Coagulants) ซงทาใหเกดคอลลอยดของอลมเนยม (Aluminum Colloids) และถามสารเรงตกตะกอนจาพวกพอลเมอร (Polymer) หลงเหลอจากระบบตกตะกอนมากเกนไป จะเพมความรนแรงของการอดตนและทาใหลางออกยากเพราะจะเกดเปนตะกอนเหนยว ดงนนจงไมควรเตมสารสมและสารเรงตกตะกอนมากจนเกนไป เพราะจะทาใหมสารเหลานหลงเหลอมากจนเกดปญหาอดตนในระบบกรอง RO ได

2.2.2 แนวทางการปองกนปญหาการอดตนเนองจากคอลลอยด การอดตนเนองจากคอลลอยด เปนการอดตนของคอลลอยดในระบบ RO เกด

จากการทอนภาคคอลลอยดทมประจไฟฟาเกดการรวมตว (Coagulated) กบวสดทใชทาเนอเยอเมมเบรน (ปกตใชโพลเอไมด (polyamide)) โพลเอไมดจะมประจตามสภาพความเปนกรดดางหรอคา pH ของนา ทาใหผวหนาเมมเบรนในระบบ RO มประจไฟฟาออนๆ (ถา pH สงจะมประจลบ ถา pH ตาจะมประจบวก) ดงนนในการเดนระบบ RO อาจตองตรวจสอบวาอนภาคคอลลอยดมประจไฟฟาบวกหรอลบ และตองตรวจสอบความเปนกรดดาง (pH) ของนาดบทใช ซงจะตองควบคมใหประจบนผวเมมเบรนมประจเดยวกบ

10

ในปจจบนมบรษทผผลตเมมเบรนไดพฒนาเมมเบรนชนดทสามารถลดปญหาการดดซบจากคอลลอยด (Low Fouling Membrane) โดยการเคลอบสารบางชนดทเปนกลางทางไฟฟาทบบนผวหนาเมมเบรนทเปนสารโพลเอไมด (Polyamide) ทาใหผวหนาเมมเบรนทผลตขนมความเปนกลางทางไฟฟาไมวาจะเดนระบบทสภาพความเปนกรดหรอเปนดาง (pH ตางๆ) โดยผวหนาเมมเบรนยงคงเปนกลางทางไฟฟาทาใหสามารถเดนระบบไดแมจะมปจจยเสรมทจะทาใหเกดการอดตนมากขนจากการทอนภาคมประจไฟฟา

อตราการเกดการรวมตว (Coagulate) ของคอลลอยดสามารถแสดงไดดง

สมการ

22 nk

dtdN

=− (1)

เมอ = อตราการลดลงของคอลลอยดตอชวงเวลา dtdN

−

(มความหมายวาเกดการสะสมอนภาคคอลลอยดบนผวหนา เนอเยอเมมเบรน)

= 2k คาคงทของการรวมตว ขนอยกบชนดของเนอเยอ อณหภม และคาความเปนกรดดาง

n = ความเขมขนของคอลลอยดในนา

จากสมการจะเหนไดวาถาจะควบคมใหปญหาการอดตนลดลงจะตองควบคมปรมาณความเขมขนของคอลลอยด ใหนอย หรอลดคา ลง ทงนตองขนอยกบn 2k

11

ดงนนในการเดนระบบ RO จะตองมการประเมนคณภาพของนาดบทจะปอนเขาสระบบเพอเปนการทานายวาจะทาใหเกดปญหาการอดตนจากอนภาคคอลลอยดมากนอยเพยงใด ซงจะตองตรวจสอบตวบงชดงตอไปน

• คาประจบนอนภาคคอลลอยด วดในรป Zeta Potential ปกตจะตองมากกวา -30 mV

• คา pH ของนาเพอตรวจสอบวาผวหนาเมมเบรนมประจไฟฟาใดเปนบวกหรอเปนลบซงจะตองปรบใหมประจไฟฟาเดยวกบประจบนคอลลอยด

• คาตวบงชการอดตน (Fouling Index) เนองจากอนภาคตะกอน ในรปคา SDI (Silt Density Index)

ตารางท 1 การอดตนจากคอลลอยดภายใตภาวะตวบงชตางๆ

SDI Zeta Potential (mV)

อตราการอดตนทเกดขนจากคอลลอยด

<3.0 3.0-5.0

<5.0 >5.0

0 ถง -30 0 ถง -30

นอยกวา -30 นอยกวา -30

ไมเกดการอดตนหรออดตนเลกนอย เกดปญหาการอดตนตองมระบบปรบสภาพนาเขาระบบ RO ไมเกดการอดตนหรออดตนเลกนอย เกดปญหาการอดตนมากตองปรบสภาพนากอนเขาระบบ RO

* - ขอมลจากการทดลองท Plant recovery 75 % - Zeta Potential วดทนาเขาระบบ คา TDS = 3,000 ppm

ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 504, page1, date 12/1/82

12

2.2.3 ดชนตะกอน (Silt Density Index) SDI ดชนตะกอนเปนตวเลขทใชบงบอกถงการเกดปญหาการอดตนบนเมมเบรน

ได ซง ความเขมขนของอนภาคคอลลอยด หาไดจากคา SDI ซงคา SDI จะมความสมพนธกบความเขมขนของคอลลอยดดงสมการท1

การหาคา SDI หาไดจากการหาอตราการอดตนบนกระดาษกรองทมขนาดรพรน 0.45 ไมครอน โดยใชความดน 30 ปอนดตอตารางนว แลวหาอตราสวนของอตราการกรองเรมตนกบอตราการกรองหลงจากกรองผานไป 15 นาท คา SDI จะมความสมพนธกบอตราการอดตนของคอลลอยดบนเมมเบรนดงรายละเอยดในขอ 1.3

การหาความเขมขนของอนภาคคอลลอยดอาจหาไดจากการใชเครองนบจานวนอนภาคและขนาดโดยใชหลกการสะทอนแสงเลเซอร (Laser patical analyzer) ซงเครองมอวดนมราคาแพงมาก และไมสามารถวดในภาคสนามได

การหาความเขมขนของอนภาคคอลลอยดอาจหาไดจากคาความขนของนา (Turbidity) กได แตเนองจากคาความขนของนามความสมพนธกบขนาดและรปรางของอนภาคและสของนา จงทาใหอาจไมสมพนธกบการอดตนของอนภาคคอลลอยดโดยตรง แตเปนวธการวดททาไดงายและสามารถทาในภาคสนามได จงสามารถนามาใชในการประเมนเบองตน

ปกตนาทวๆ ไป เชนนาบาดาลจะมคา SDI ไมเกน 1.0 ซงไมจาเปนตองใชระบบปรบสภาพนาเพอกาจดคอลลอยด แตถานาบาดาลทมเหลกและแมงกานสปนเปอนอยในปรมาณสง เมอสบขนมาสมผสกบอากาศจะเกดอนภาคคอลลอยดของเหลกออกไซด และแมงกานสออกไซดได ดงนนถาใชนาบาดาลปอนเขาระบบ RO จงควรนาเขาระบบ RO โดยตรง โดยไมใหสมผสกบออกซเจนในอากาศ จะชวยลดปญหาคอลลอยดของเหลกและแมงกานสได นอกจากนนาบาดาลทมการปนเปอนจลนทรย ซงเซลลของจลนทรยจดเปนอนภาคทมขนาดในระดบเดยวกบคอลลอยด และจลนทรยหรอแบคทเรยบางชนดสามารถเปลยนเหลกทละลายอยในนาบาดาลไปเปนสารประกอบอนทรยทมเหลกเปนองคประกอบ หรอในบางครงเกดเปนคอลลอยดของกามะถน (S) ขนไดในกรณทนาบาดาลมการปนเปอนสารประกอบซลไฟดอย สวนนาผวดน นาในแมนาลาคลอง หนอง บง บอ สวนใหญจะมคา SDI อยในชวง 10-175 ทงนขนอยกบฤดกาลและสภาพแหลงนา

13

จากการทดลองหาความสมพนธระหวางคา SDI กบการอดตนพบวา ถาคา SDI มคาเทากบ 3 หรอนอยกวา ทาใหไมเกดปญหาการอดตนจากคอลลอยด สามารถเดนระบบ RO อยางมประสทธภาพไดเปนเวลายาวนาน (นานกวา 3 ป) นาผวดนทผานกระบวนการตกตะกอนโดยการเตมสารสมหรอสารเคมชวยตกตะกอน (Coagulant) สารชวยเพมประสทธภาพการรวมตวของตะกอน (Flocculants) ใหตกตะกอนในถงตกตะกอนแลวกรองดวยระบบกรองสาร (Sand Filter) เมอนามาวดหาคา SDI โดยทวไปจะมคา SDI สงกวา 6 และนาจากระบบผลตประปาชมชนมกจะมคา SDI สงกวา 6 ดงนนถาจะนานาจากแหลงนเขาในระบบ RO จะตองมการบาบดเพมเตมเพอลดปรมาณคอลลอยดใหเหลอนอยลงจนมคา SDI นอยกวา 3 (อาจจะอนโลม SDI นอยกวา 5 ไดแตตองพจารณาปจจยการอดตนจากตะกอนตวอนๆ ประกอบดวย) จงจะสามารถนานานนมาเขาระบบ RO ไดโดยทไมเกดปญหาการอดตน

2.2.4 การปรบสภาพนาดบเพอลดปรมาณคอลลอยด นาทมปรมาณอนภาคของสารคอลลอยดสงซงเราสามารถวดในรปคาความ

ขนหรอคาดชนตะกอน (SDI) ตามปกตบรษทผผลตเมมเบรนทใชสาหรบกรองนาในระบบ RO จะกาหนดระดบคาดชนตะกอนทยอมรบไดนอยกวา 5 และคาความขนนอยกวา 1 NTU ซงนาดบสวนใหญมปรมาณคอลลอยดสงมคาความขนและคา SDI สงกวาเกณฑทยอมรบไดของทางบรษทกาหนด หากนานาดบทมคาความขนและคา SDI สงๆ ปอนเขาในระบบ RO จะทาใหเกดปญหาการอดตนในเมมเบรน จงจาเปนตองมการปรบสภาพนาดบเพอลดปรมาณของสารคอลลอยดกอนทจะนาเขาในระบบ RO วธการปรบสภาพนาเพอลดปรมาณคอลลอยด มหลายวธดงน

1. การกรองโดยใชสารชวยกรองไดอะตอม (Diatomaceous Earth) DE ซงมทงการกรองโดยใชสารไดอะตอมผสมนาพอกแกนกรอง (Pre Coat Filter ) หรอใชไสกรองทผสม DE ททาใหไสกรองมขนาดของรพรนเลกกวา 1 ไมครอน วธการกรองนสามารถลดอนภาคคอลลอยดจากคา SDI ทสง 5-6 ลงเหลอนอยกวา 2 ได การกรองระดบนอาจเรยกวาไมโครฟวเตรชน (Microfiltration : MF)

2. การกรองอลตราฟวเตรชน (Ultrafiltration) UF เปนการกรองในระดบทมขนาดของรพรนเลก 0.01 ไมครอน หรออาจบอกขนาดของรพรนในรปของขนาดโมเลกล

14

2.2.5 การปรบเสถยรอนภาคคอลลอยด (Colloids Stabilization) จากสมการ (1) แสดงวาอตราการลดลงของอนภาคคอลลอยดตอเวลา คอ

อตราการรวมตวของอนภาคคอลลอยดกบผวหนาเนอเยอเมมเบรน

22 nk

dtdN

=− (1)

= n ความเขมขนของอนภาคคอลลอยด = 2k คาคงทของอตราการรวมตว ขนอยกบคา Zeta Potential

การลดคา k โดยการเพมคา Zeta Potential จะทาใหยบยงการเกดการ

รวมตวของตะกอนโคแอคคเลชน (Coagulation) ของคอลลอยด การปรบเสถยรของคอลลอยดซงทาไดหลายวธ วธหนงคอใชผานระบบทานาออน (Water softening) เนองจากการแลกเปลยนอออนบวก 2 ประจของ Ca2+ และ Mg2+ ในนากบ Na1+ ทอยบนผวเรซนจะมผลทาใหเกดชนของประจมากขนบนอนภาคคอลลอยด ทาใหความกระดางของนาลดลงเหลอนอยกวา 5 mg/L (as CaCO3) แตคา Zeta Potential จะเพมขนจนมคาสงกวา -30 mV

2

2.2.6 การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากคอลลอยด

การลางเมมเบรนทเกดการอดตนจากคอลลอยดบนผวหนาเมมเบรนสามารถทาไดโดยใชสารเคมดงน

15

1. ใชสบเหลว นายาลางจาน ยาสระผม หรอผงซกฟอกทไมมสารฟอกขาวและสารออกซไดซงเอเจนต นามาผสมกบ NaOH และปรบความเปนกรดดางใหอยระหวาง pH 10-11

2. NaOH pH 10-11 (โซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) หรอทเรยกกนทวไปวาโซดาไฟ ผสมนาใหคา pH อยท10-11)

3. HCl pH 2.5 (กรดไฮโดรคลอรก (HCl) หรอทเรยกทวไปวากรดเกลอ ละลายนาใหมคา pH 2.5)

4. กรดมะนาว ปรบ pH = 4 ดวย NH4OH (กรดมะนาวหรอกรดซตก (Citic acid) เขมขน 2% โดยนาหนก ปรบ pH ใหไดเทากบ 4 โดยใชแอมโมเนยมไฮดรอกไซด (NH4OH) หรอนาแอมโมเนย)

ถาเปนการอดตนเนองจากตะกอนจลนทรยรวมดวย อาจจะตองฆาเชอจลนทรยดวยสารฟอรมลดไฮด ( Formaldehyde) 2.0 เปอรเซนตโดยนาหนก กอนแลวตามดวยการลางดวยสารเคมในขอ 1-4 อยางใดอยางหนง

16

รปท 2 ชองทางนาไหลภายในมดเมมเบรน Membrane Module ทมา: Richard W. Baker and Mc Graw-Hill, 2000

17

บทท 3 การอดตนเนองจากออกไซดของโลหะ (Metal Oxide)

ปญหาการอดตนของเมมเบรนในระบบกรองนา RO ทเกดจากออกไซดของโลหะ

(Metal Oxide) สวนใหญแลวจะพบออกไซดของเหลกและแมงกานส สวนออกไซดของอลมเนยมมเกดขนเปนบางกรณทนาดบผานระบบการผลตนาทใชสารชวยตกตะกอนในกลมสารสม และสารในกลมทมอลมเนยมเปนองคประกอบ

3.1 การอดตนเนองจากตะกอนเหลกออกไซด ปกตเหลกทละลายปนเปอนมากบนาเกดในรปของเฟอรสไอออน (Fe2+) เมอ Fe2+

ทาปฏกรยากบออกซเจนทละลายอยในนาในสภาวะทนามคา pH สงๆ (pH สงกวา 7) Fe2+ จะกลายเปน เฟอรคไอออน (Fe3+) แลวเกดเปนตะกอนเฟอรคออกไซด Fe2O3 อดตนในเมมเบรน ถาตองการปองกนไมใหเกดปฏกรยาดงกลาวจะตองควบคมปรมาณของเหลกและออกซเจนทละลายในนาใหมปรมาณตา หรอควบคม pH ใหอยในชวง 5-7 จะทาใหเหลกทละลายอยในนาทาปฏกรยากบออกซเจนเกดเปนตะกอนสนมเหลกไดนอยลงดงสมการ

4 Fe2+ + 3O2 2 Fe2O3

3.1.1 ทมาของตะกอนเหลกออกไซดในระบบกรองนาRO เหลกทปนเปอนในนาตามธรรมชาต ถาเปนนาผวดนจะมปรมาณเหลก

ละลายอยไมเกน 0.5 มลลกรมตอลตร ทงนเพราะ Fe2+ จะถกออกซไดซตามธรรมชาต ในขณะทนาไหลจะเกดปฏกรยากบออกซเจนตกตะกอนแยกออกไป สวนในนาบาดาลปรมาณเหลกทปนเปอนจะอยในระดบสง อาจสงถง 25 มลลกรมตอลตรได ทงนเพราะในนาบาดาลไมมออกซเจนละลายอย หรอคา DO (Dissolve Oxygen) เปนศนย ทาใหเหลกยงคงสภาพอยในนาไดโดยไมตกตะกอน เมอสบนาบาดาลขนมาจากบอ ออกซเจนจะเรมละลายลงไปในนาและจะเกดปฏกรยาออกซเดชนทาใหเกดเปนตะกอนสนมเหลก

18

เหลกทละลายนากอใหเกดปญหาในระบบ RO อกแหลงหนงคอ เหลกทละลายออกมาจากการททอ ขอตอ มสวนประกอบทเปนเหลกอยในระบบ RO แลวเกดการผกรอนและละลายเปนอนภาคเหลกออกไซดเลกๆ ทเปนคอลลอยดของเหลก ซงกจะทาใหเกดปญหาการอดตนไดเชนเดยวกบทกลาวในหวขอทผานมา ดงนนในระบบ RO ควรหลกเลยงการใชอปกรณทเปนเหลกในชนสวนอปกรณทตองสมผสกบนา

เหลกในนาบาดาลทมการปนเปอนจลนทรย มจลนทรยบางชนดใชเหลกในกระบวนการเผาผลาญอาหารทาใหเกดสารประกอบอนทรยทมเหลกเปนองคประกอบ ซงเหลกในกลมนจะไมถกออกซไดซใหเกดเปนตะกอน แตจะเปนคอลลอยดของสารประกอบอนทรยอยในนาและกทาใหเกดปญหาการอดตนในระบบกรองนา RO ไดเชนเดยวกน สวนแมงกานสทละลายอยในนากจะเกดปฏกรยาเชนเดยวกบเหลกและจะเกดเปนตะกอนสนาตาลดาทาใหเกดปญหาการอดตนในระบบกรองนา RO ไดเชนกน

3.1.2 การปองกนและแกไขปญหาการอดตนเนองจากตะกอนเหลกออกไซด

นาดบทสามารถปอนเขาสระบบกรอง RO ได จะตองมเหลกปนเปอนอยไมเกน 0.05 มลลกรมตอลตร อาจมเหลกปนเปอนอยสงถง 4 มลลกรมตอลตรได แตระดบปรมาณออกซเจนละลายในนาตองตาและคา pH ของนากตองตาดวย ดงแสดงในตารางท 2

ตารางท 2 ปรมาณเหลกทยอมใหมไดในนาทปอนเขาสระบบกรองนา RO ได ซง ตอง

ขนอยกบปรมาณออกซเจนทละลายนาและคา pH ของนา

ปรมาณความเขมขนออกซเจนละลาย (มลลกรมตอลตร)

pH ปรมาณ Fe2+ ทยอมใหมได (มลลกรมตอลตร)

< 0.5 < 6.0 4 0.5-5 6.0-7.0 0.5 5-10 >7.0 0.05

ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 503, page1, date 12/1/82

19

ถานาทจะปอนเขาระบบกรองนา RO มปรมาณเหลกละลายสงจะตองมระบบปรบสภาพนาเพอลดปรมาณ Fe2+ โดยการใชสารออกซไดซงเอเจนต (Oxidizing agent) จาพวกคลอรน หรอสารโปตสเซยมเปอรแมงกาเนต (Potassium permanganate : KMnO4) หรอใชอากาศกได เฟอรสไอออน Fe2+ จะถกออกซไดซเปนเฟอรคไอออน Fe3+ เกดเปนตะกอนเหลกออกไซด (Fe2O3) แลวสามารถกรองตะกอนของเหลกออกไซดออกโดยการใชระบบกรองทราย หรอระบบกรองตะกอนอน ๆ

การใชเรซนกาจดเหลก (Iron Removal Resin) เชน Birm และ Manganese green sand ซง Birm เปนเรซนทสามารถกาจดเหลกไดเพยงขนตอนเดยว กลาวคอจะสามารถออกซไดซเหลกและสามารถกรองออกไดในเวลาเดยวกนแต Manganese green sand จะตองคนสภาพ (Regenerate) ดวยสาร KMnO4 และตองระมดระวงมใหสาร KMnO4 เหลอเขาไปในระบบ RO เพราะสาร KMnO4 จะไปทาลายเนอเยอเมมเบรนได ปจจบนมการพฒนาเรซนทใชกาจดเหลกได มชอทางการคาตางๆ กน สามารถกาจดเหลกไดเชนเดยวกบ Manganese green sand แตไมตอง Regenerate ดวย KMnO4 ทาใหไมเกดปญหาสาร KMnO4 เหลอเขาไปทาลายเมมเบรน

ระบบทานาออนโดยกระบวนการแลกเปลยนอออน (Ion Exchange) หรอ Softener สามารถกาจดเหลกไดเชนเดยวกนแตตองมปรมาณเหลกละลายอยในนาไมมาก (นอยกวา 1 มลลกรมตอลตร) ทงนเพราะถานามปรมาณเหลกปนเปอนอยสงจะเกดปญหาสนมเหลกตกตะกอนอดตนในรพรนของเมดเรซน ทาใหเรซนมความสามารถในการกาจดความกระดางลดลงและอาจทาใหเรซนเสยหายเสอมสภาพเรวกวาทควร

การควบคม pH ของนาทปอนเขาระบบกสามารถควบคมปญหาการอดตนของเหลกในเมมเบรนไดเชนเดยวกน เพราะท pH ตาๆ ปฏกรยาออกซเดชนของ Fe2+ ไปเปน Fe3+ เกดขนไดนอยมาก ทงนตองดตามคาการยอมรบในตารางท 2

3.2 การอดตนเนองจากสารประกอบอลมเนยม (Aluminum Compound) สารประกอบอลมเนยม (Aluminum Compound) เปนโลหะออกไซดทพบไดใน

ระบบการกรองนา RO ทเกดการอดตนในเมมเบรน มทมาและสาเหตของการเกดสารประกอบอลมเนยมในนามดงน

20

3.2.1 ทมาของตะกอนสารประกอบอลมเนยมในระบบกรองนา RO และการกาจด สารประกอบอลมเนยม (Aluminum Compound) ในระบบกรองนา RO เกด

จากอลมเนยมไฮดรอกไซด (Aluminum Hydroxide) ในกระบวนการตกตะกอนสารแขวนลอยดวยสารสมทมกใชในระบบผลตนาประปาชมชนทวไป ซงโดยปกตอลมเนยมจะละลายนาไดนอยท pH 6.5 – 6.7 ดงนนในการผลตนาประปาควรตกตะกอนดวยสารสมและปรบ pH ใหอยในชวง 6.5 – 6.7 จะทาใหมอลมเนยมละลายปนไปกบนาในปรมาณตา แตถาตกตะกอนท pH สงกวาหรอตากวาชวงดงกลาว คอ pH สงกวา 6.7 หรอตากวา 6.5 จะมปรมาณอลมเนยมละลายอยสง อาจทาใหเกดปญหาการอดตนจากตะกอนของอลมเนยมไฮดรอกไซดบนผวหนาเมมเบรนได

ระบบผลตนาประปาชมชนมกตกตะกอนดวยสารสมท pH 5.0-5.5 เพอกาจดสในนา และเมอเกดตะกอนแลวผานระบบกรองทรายจะถกปรบ pH เปน 8.0-8.5 อาจมอลมเนยมไฮดรอกไซด (Aluminum Hydroxide) ตกตะกอนเปนคอลลอยดในนาได ซงสามารถใชวธกาจดคอลลอยดทเกดขนไดเชนเดยวกบการบาบดสารแขวนลอยในบทท2 ระบบทานาออน (Softener) สามารถกาจดอลมเนยมอออนไดเชนกน แตปรมาณอลมเนยมตองไมสงมาก

อลมเนยมทสามารถนาเขาระบบไดโดยไมเกดปญหาการอดตนตองมคอลลอยดของ Al3+ ไมเกน 0.05 มลลกรมตอลตร แตถาม Al3+ สงกวา 0.1 มลลกรมตอลตรตองปรบใหอยในสภาวะ pH ทเหมาะสม (pH ตากวา 6.5 หรอสงกวา 6.7)

3.2.2 การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากตะกอนสารประกอบอลมเนยม การอดตนของโลหะออกไซดหรอตะกอนของสารประกอบอลมเนยมบน

เมมเบรนสามารถลางออกไดดวยสารเคมตางๆ ดงตอไปน 1. 1.0 % โดยนาหนก Sodium Hydrogen sulfite (Na2S 2O4)

2. 2.0 % โดยนาหนกกรดมะนาว (Citric acid) โดยปรบ pH 4.0 ดวย NH4OH

3. 2.0 % โดยนาหนกกรดมะนาว (Citric acid) ผสมกบ 2.0 % โดยนาหนก Sodium EDTA โดยปรบ pH ท 4.0 ดวย NH4OH

4. 1.0 % โดยนาหนก Sodium Hexa meta phosphate

21

บทท 4 การอดตนเนองจากการตกผลก (Membrane Scaling)

การอดตนเนองจากการตกผลกบนผวหนาเมมเบรน (Membrane Scaling) เปนการ

อดตนทเกดขนเนองจากการตกผลกของสารละลายเกลอทละลายนาไดนอยเกดการตกผลกบนผวหนาเมมเบรน เนองจากในระบบกรองนา RO ใชเมมเบรนในการคดกรองสารละลายเกลอไวแลวปลอยใหนาสะอาดซมแพรผานเนอเยอเมมเบรนได ดงนนในกระบวนการนาทเหลอทงจะมปรมาณความเขมขนของเกลอสงขน ซงบางครงอาจทาใหเกลอบางชนดทละลายอยซงมปรมาณมากเกนกวาทเกลอชนดนนจะละลายไดหมด จงเกดการตกผลกแยกออกจากนาแลวไปเกาะบนผวหนาของเมมเบรน ทาใหขดขวางการไหลของนาทจะผานเมมเบรนเปนเหตใหเกดการอดตน ดงทเรยกกนวา เมมเบรนฟาวลง (Membrane Fouling) ซงการอดตนเกดไดจากผลกหลายชนดดงน

1. การอดตนเนองจากผลก BaSO 4 2. การอดตนเนองจากผลก SrSO4 3. การอดตนเนองจากผลก CaF2 4. การอดตนเนองจากผลก CaSO4 5. การอดตนเนองจากผลก CaCO3 หรอหนปน 6. การอดตนเนองจากผลก SiO2 ในการเดนระบบ RO จะตองควบคมมใหความเขมขนของสารดงกลาวเขมขนเกน

ความสามารถในการละลายของสารเหลานน และตองไมเกนคาตวบงชการตกผลก (Solubility Index) ของสารแตละชนดซงอาจระบเปนคาความสามารถในการละลายในรปผลคณอออน Ksp (Solubility Product) ซงจะกลาวโดยละเอยดตอไป

4.1 การอดตนเนองจากผลกเกลอซลเฟต (Sulfate) ปญหาการอดตนในระบบกรองนา RO มกเกดกบเกลอซลเฟตในรป CaSO4 ,

BaSO4, SrSO4 เกลอซลเฟตเหลานละลายนาไดนอย ดไดจากคาผลคณอออน (Solubility

22

ตารางท 3 คา Solubility Product: Ksp ของเกลอทละลายนาไดนอยบางชนด

สารประกอบ Solubility Product : Ksp CaSO4 7.10x10-5 BaSO 4 1.07x10-10 SrSO4 3.44x10-7 CaCO3 4.96x10-9 CaF2 1.46x10-10

ทมา: Hand book of chemistry and physics, 70th edition, 1989-1990 คา Ksp ทแสดงในตารางท 3 เปนคา Ksp ทแสดงความสามารถในการละลายของสารในนาบรสทธทอณหภม 25 องศาเซลเซยส แตความสามารถในการละลายขนอยกบปรมาณเกลออนๆ ทละลายอยในนาทงหมด ทงนเพราะถาในนามปรมาณเกลอละลายอยมากคา Ksp จะสงกวาในตาราง ดงเชนในนาทะเลและนากรอยซงมปรมาณอออนทมประจไฟฟาละลายอยในปรมาณมาก และการละลายนาของเกลอขนอยกบอณหภมของนาและปรมาณเกลอทงหมดทละลายอยในนา กราฟในรปท 3 , 4 และ 5 แสดงคา Ksp ของเกลอ CaSO4 , BaSO4 และ SrSO4 ทอณหภมตางๆ และความเขมขนของประจ (แสดงความเขมขนของเกลอทงหมด) ในรป Ionic Strength และแสดงผลของปรมาณอออนอนๆ ทปะปนอยในนาคานวณเปนคา Ionic Strength ทมผลตอคา Ksp ฉะนนในระบบการกรองนา RO จะตองตรวจสอบนาดบวามคา Ionic Strength อยเทาไร แลวจงจะสามารถหาคา Ksp ของเกลอทละลายอยได โดยใชคา 80% ของคา Ksp มาเปนเกณฑในการยอมรบไดของนาทจะปอนเขาสระบบ หรอจะดจากคาทบรษทผผลตเมมเบรนกาหนด

23

รปท 3 กราฟแสดงคา Ksp ของเกลอ CaSO4 ท 25 oC ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page11, date 12/1/82

24

รปท 4 กราฟแสดงคา Ksp ของเกลอ BaSO4 ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page12, date 12/1/82

Ionic Strength

25

รปท 5 กราฟแสดงคา Ksp ของเกลอ SrSO4 ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page13, date 12/1/82

26

เมอพจารณาคา Ksp ของเกลอซลเฟตทง 3 ชนดจากกราฟจะเหนวาคายงตาอยมาก ในการเดนระบบ RO จะตองควบคมมใหความเขมขนของเกลอดงกลาวทอยในสวนของนาเกลอเขมขน (Brine) ของระบบ RO สงเกนกวาคา Ksp ซงโดยปกตจะยอมใหความเขมขนของเกลอในระบบสงเพยง 80 % ของคา Ksp ในรปท 3,4,5 ไดแสดงคา 0.8 Ksp เพอใหเชอไดวาไมเกดการตกผลกของเกลอเหลานบนผวหนาเมมเบรน และถาตองการเดนระบบ RO ทความเขมขนของเกลอซลเฟตสงกวา 0.8 Ksp จะตองใชสารปองกนการตกผลก (Anti sealants) เชน (Sodium Hexa meta phosphate) NaHMP หรอสารตวอนๆ ทมชอทางการคาดงเชน Forcal-100 , Seflox-100 เปนตน แตตองอยในเกณฑทยอมรบไดดงแสดงในตาราง 4 ตารางท 4 เงอนไขในการเดนระบบ RO เพอปองกนการอดตนของผลกเกลอซลเฟตทคา Ksp ตาง ๆ

เกลอซลเฟต ผลคณของอออนในนาเกลอ (Brine) IPb

ไมใช Anti sealant ใช Anti sealant 10 mg/L CaSO4 BaSO 4 SrSO4

< 0.8 Ksp < 0.8 Ksp < 0.8 Ksp

≤ 0.001 หรอ 1.2 Ksp ≤ 40 Ksp ≤ 8 Ksp

ทมา: Hand book of chemistry and physics, 70th edition, 1989-1990 ในทางปฏบตจะเกบนาทงของระบบ RO ทเรยกวา Brine นามาตรวจหาความเขมขนของอออนของเกลอชนดทคาดวามอย หาความเขมขนวามอยเทาไรในหนวยโมลตอลตร แลวนาความเขมขนมาคณกนดงเชนในกรณของเกลอซลเฟตเปนดงน

[Ba2+] [SO42- ] = Ksp

[Ba2+] และ [SO42- ] = ความเขมขนของอออน Ba2+และ SO4

2- ในหนวยโมลตอลตร แลวนาผลคณทไดไปเทยบในกราฟรปท 4 โดยดเสนกราฟทอณหภมของนา Brine ถา

27

ถาเปนการออกแบบระบบ RO ทตองประเมนวาจะมการอดตนเกดขนหรอไม สามารถทาไดโดยการวเคราะหนาดบทจะปอนเขาระบบแลวคานวณหาความเขมขนของนาเกลอเขมขน (Brine) โดยใชคาสดสวนของปรมาณนาทผลตไดตอปรมาณนาทปอนเขาระบบ (conversion) ในการเดนระบบมาใชในการคานวณหาคา Ksp ของ BaSO4 เพอคานวณหาคาความเขมขนของนาเกลอเขมขนจากการเดนระบบ RO ตามสดสวนการผลตนาตอนาทปอนเขาระบบ (y) ดงสมการ [Ba2+]b = [Ba2+]f[1/(1-y)] (1)

[Ba2+]b = ความเขมขนของ Ba2+ ในนาเกลอเขมขน (Brine) [Ba2+]f = ความเขมขนของ Ba2+ ในนาปอนเขาระบบ (Feed)

y = conversion ratio สดสวนของปรมาณนาทผลตไดตอปรมาณนาทปอนเขาระบบ หรอ

y = Permeate Flow Rate / Feed Flow Rate แลวนาคาทไดไปคานวณหาคา Ksp ของผลกในนาเกลอเขมขน (Brine) จากสมการ

IP(BaSO4) b = [Ba2+]b [SO4

2- ]b

IP(BaSO4) b = Ion Product ของ BaSO4 ใน Brine [Ba2+]b = ความเขมขน Ba2+ Ion ใน Brine (mole/ liter) [SO4

2- ]b = ความเขมขน SO42- Ion ใน Brine (mole/ liter)

4.1.1 การคานวณหาคา Ionic strength

ตวอยางการคานวณหาคา Ionic Strength จากสมการ

28

2

21

ii ZMI ∑= (2)

I = Ionic Strength iM = ความเขมขนของอออน (Molal) โมลตอ 1000 กรมของนา = iZ ประจบนอออน (i)

iM หาไดจากสมการ

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡ −=

6

6

1010

000,1 fi

ii TDS

MW

CM (3)

iC = ความเขมขนของอออน i ppm (as ion)

iMW = นาหนกอออน i

fTDS = ปรมาณสารละลายรวม (Total Dissolved Solids) ในนาท ปอนเขาระบบ (Feed) ppm or mg/l

เมอคานวณไดคา ในสมการ (3) แลวจะเปนคา ของนาทปอนเขา

ระบบ (feed) จะตองนาไปคานวณหาคา b ซงเปนความเขมขนในนาทง (Brine) จากการเดนระบบ RO ทใชสดสวนของนาทผลตไดตอนาทปอนเขาระบบ = y

iM iM

iM

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

=y

MM ifib1

1

ibM = ความเขมขนอออน i ในนาเกลอเขมขน (Brine) , Molal ifM = ความเขมขนอออน i ในนาปอนเขาระบบ (Feed) , Molal

y = Conversion ratio (นาทผลตไดตอนาทปอนเขาระบบ) ตามเงอนไขในการเดนระบบ RO

29

การคานวณหาคา Ionic strength ตองหาผลรวมของประจไฟฟาของอออนทงหมดทมปนเปอนอยในนา ทงนตองพจารณาปรมาณของอออนทปนอยในนาทมผลตอนยสาคญของการคานวณ ถาใช ความเขมขนของอออนในนาเกลอเขมขน (Brine) จะไดคา Ionic strength ของ Brine ดวย

biM

ใชคา IP(BaSO4)b , คา Ib Ionic strength ของนาเกลอเขมขน (Brine) และอณหภมทเปนเงอนไขในการเดนระบบอานคา 0.8 Ksp จากรปท4

1. ถานอยกวา 0.8 Ksp ไมตกผลก 2. ถาเทากบ 0.8 Ksp สมดลพอด ไมเกดผลก 3. ถามากกวา 0.8 Ksp มแนวโนมจะตกผลก การคานวณหาดชนการตกผลกของ CaSO4 และ SrSO4 กใชวธเดยวกน

4.1.2 การปรบสภาพนากอนเขาระบบ RO เพอปองกนการอดตนจากเกลอซลเฟต วธการปรบสภาพนากอนเขาระบบ RO เพอปองกนการอดตนจากเกลอ

ซลเฟตทาไดหลายวธดงน 1. การเตมสารปองกนการตกผลก (Anti scalants) หรอ Scale Inhibitors โดย

ปกตใชสาร NaHMP (Sodium hexa meta phosphate) หรอสารปองกนการตกผลก (Anti scalant) ทมชอทางการคาตางๆในกรณทคาผลคณอออนสงกวาคา Ksp ไมมากหรอตามขอกาหนดของบรษทผผลตเมมเบรน โดยเตมผสมกบนาปอนเขาระบบใหมสาร Anti scalants เขมขน 10 มลลกรมตอลตร หรอตามทปรมาณผผลตระบตามขอกาหนดในตารางท 5 แตการใชสารยบยงการตกผลกจะตองมการลาง (Flushed) ระบบทกๆ 4 ชวโมง และเมอหยดระบบจะตอง Flushed ดวยนาสะอาดทกครง ทงนเพราะสารเหลานจะยบยงการตกผลกไดในชวงเวลาจากด อนงในการเตมสาร NaHMP จะตองพจารณาดปญหาการตกผลกของสารในกลมฟอสเฟต เชน Ca3(PO4)2 ทงนเพราะการเตม NaHMP จะเปนการเพมจานวนฟอสเฟตอออน ซงอาจจะเปนการเพมปญหาการเกดผลก Ca3(PO4)2 ใหรนแรงขน

2. ใชวธลด Conversion หรอลดปรมาณสดสวนของนาทผลตไดตอนาทปอนเขาระบบ (y) เพอลดความเขมขนของอออน ทาใหผลคณอออน IPb ลดลงอยในสภาวะทไมตกผลกหรออยในสภาพทสามารถใชสาร Anti sealants ได ควรหลกเลยงการใชกรดกามะถน (H2SO4) ในการปรบสภาพความเปนกรดดาง (pH) เพราะจะเปนการเพม

30

3. ใชระบบทานาออน (Softener) ซงใชกระบวนการแรกเปลยนไอออนบวก (Cation Exchange) ในระบบน Ca2+, Ba2+, Sr2+ จะถกจบใชกบเรซนทาใหผลคณ IPb ลดลง

4.1.3 การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากเกลอซลเฟต เกลอซลเฟตทมกพบวามการอดตนในระบบ RO เชนเกลอ CaSO4 , BaSO4 และ SrSO4 ในระบบกรองนา RO ถาเปนนากรอยจะเดนระบบท Conversion Ratio สงๆ ประมาณ 60-70 % เพราะจะทาใหเกดการตกผลกเกลอซลเฟตดงกลาวทงหมด (CaSO4 , BaSO4 และ SrSO4 ) สวนในระบบกรองนาทะเลผลก CaSO4 จะไมเกดเพราะระบบกรองนาทะเลเดนระบบท Conversion ไมเกน 40 % ทาให IPb ของ CaSO4 ไมสงกวา 0.8 Ksp ของ CaSO4

การลางผลก CaSO4, BaSO4 และ SrSO4 ในกรณทเกดการอดตน 1. สารละลาย EDTA ท pH 7-8 2. กรดมะนาว Citric acid 2 % โดยนาหนก ปรบ pH 8 ดวย NH4OH

4.2 การอดตนเนองจากแคลเซยมฟลออไรด (Calcium Fluoride) CaF2

แคลเซยมฟลออไรดเปนตะกรนอยางหนงทเกดการอดตนในระบบกรองนา RO แตพบไมบอยนก การคานวณหาดชนการเกดตะกรนมขนตอนเชนเดยวกบการคานวณหาดชนการเกดตะกรนของ CaSO4 เพยงแตสมการสมดล K sp ตางกน ดงสมการ

Ksp (CaF2 ) = [Ca 2+ ][F 1- ]2

ดงนน IPb = [M Ca2+ ]b [M F1- ]b2

ถาคานวณแลวคา IP b (Ion Product of Brine) IPb < Ksp of CaF2 แสดงวาไมเกดตะกรน IPb = Ksp of CaF2 อยภาวะสมดลพอด IPb > Ksp of CaF2 แสดงวาจะเกดตะกรน

31

คา Ksp ของ CaF2 = 4.0 x 10-11

ถาตองการจะเดนระบบ RO ทคาผลคณอออน (IPb) ในนาทงสงกวา 4.0 x 10-11 ซงเปนจดทจะเกดการตกผลกของเกลอ CaF2 จะตองเตมสารปองกนการตกผลก (Anti scalants) อาจใชสาร NaHMP (10 mg/L) หรอสารปองกนการตกผลกตวอนๆ ตามททางบรษทผผลตเมมเบรนระบ แตคา IPb ตองไมเกน 4.0 x 10-9 เพราะทความเขมขนของเกลอทสงมากๆ สารปองกนการตกผลกไมสามารถควบคมการตกผลกได ถาผลคณอออน IPb ของนาทงสงเกนคา Ksp ของ CaF2 วธการปองกนทาไดโดยการลด Convertion ratio (y) ลง หรอลดปรมาณความเขมขนของ Ca 2+ ในนาดบ โดยการผานเขาระบบทานาออน (Solftener) โดยการใชแคทไอออนเรซนจบ Ca 2+ จะทาใหเหลอ Ca 2+ นอยๆ ทาใหผลคณอออน IPb ลดลงตากวาคา Ksp

4.3 การอดตนเนองจากตะกรนแคลเซยมคารบอเนต (Calcium carbonate) ตะกรนของแคลเซยมคารบอเนตหรอหนปนทกอใหเกดปญหาการอดตนในระบบ

กรองนา RO เปนปญหาทพบบอย ทงนเพราะ Ca2+ , CO32- และ HCO3

- อนมลคารบอเนตและไบคารบอเนตมกมปนเปอนอยในนา การเกดตะกรนหนปนแคลเซยมคารบอเนตเกดจากแคลเซยมอออน (Ca2+) คารบอเนตอออน (CO3

2- ) และ ไบคารบอเนต (HCO3

- ) มความเขมขนสงเกนกวาความสามารถในการละลายของ CaCO3 จงรวมตวกนเปนผลกของ CaCO3 ดงนนในการปองกนมใหเกดตะกรนหนปน CaCO3 ทาไดโดยการควบคมความเขมขนของ Ca2+ , CO3

2- และ HCO3- ใหมปรมาณตาๆ เพอมใหถงคาอมตว

4.3.1 การหาคาบงชการเกดตะกรนแคลเซยมคารบอเนต

ในการหาคาบงชการเกดตะกรน CaCO3 ซงไมสามารถใชคา K sp ของ CaCO3 มาใชในการพจารณาเพยงอยางเดยวได ทงนเพราะ Ca2+ และ HCO3

- มการเปลยนแปลงตามคาความเปนกรดดาง (pH) อณหภมและสงเจอปนตาง ๆ ในนา ตลอดจนความกระดางของนา ทงนเพราะการแตกตวของกรดคารบอนก (Carbonic) H2CO3 ซงเปนกรดออนจะเกดการแตกตว 2 ขนตอนดงน

32

H2CO3 H+ + HCO3

- (4) ka1

HCO3

- H+ + CO32- (5)

ka2

ซงการแตกตวแตละขนตอนของกรดคารบอนกจะมสมดลของการแตกตว

ของกรด Ka 2 คา คอ ka1 และ ka2 ดงสมการ 4 และ 5 การแตกตวของกรดคารบอนกในสมการท 4 ถอวาแตกตว 100 % ka ถอวา

เปนคาคงทแสดงอตราการสลายตวของกรดคารบอนกในการแตกตวครงท 2 ka2 ดงสมการ6

[ ][ ][ ]−

−+

=3

23

2 HCOCOH

k a (6)

การละลายของหนปนแคลเซยมคารบอเนต

CaCO3 Ca 2+ + CO32- (7)

K sp (ของ CaCO3) = [Ca 2+ ] [ CO32-] (8)

K sp ความสามารถการละลายในรปของผลคณอออน IP ของสวนทละลายนา และสามารถคานวณเปนสดสวนของคา K sp และ ka2 ไดดงน

[ ][ ][ ][ ][ ]+−

+−−

=HCO

CaCOHCOkk

a

sp2

3

2233

2

และสามารถจดรปแบบสมการใหอยในรปของคาทสามารถตรวจวดได ดงตอไปน

33

[ ][ ][ ]+

+−

=H

CaHCOkk

a

sp2

3

2

[ ] [ ][ ]+−+ = 23

2 CaHCOkk

Hsp

a

[ ] [ ][⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡−=− +−+ 2

32loglog CaHCO

kk

Hsp

a ] (ใส-log ทงสองขางของสมการ)

ในทางเคมคา -log ของความเขมขนในหนวยโมลตอลตรแทนดวย p

ตวอยาง เชน -log[H+ ] = pH คา [H+ ] = ความเขมขนของไฮโดรเจนอออน pH จงเปนคาแสดงความเปนกรดดางของสารละลาย

[ ]{ } [ ]{ }+− −+−+−= 23

2 logloglog CaHCOkk

pHsp

a

pCapAlkCpH ++= [ ][ ][ ]

sp

a

kk

C

CapCaHCOpAlk

HpH

2

2

3

log

loglog

log

−=

−=

−=

−=

+

−

+

ทงนเพราะวา – log ของคาคงทจะไดคาคงทตวใหมเรยกวา C สรปสมการใหงายขนไดดงน

CpAlkpCapH ++= (9)

จากการปรบสมการใหอยในรปทดงายและสมพนธกบคาทสามารถวดไดและหาคาได จะเหนวาสมการ (9) แสดงคา pH ของนามผลตอการตกผลกของหนปน จงสามารถพจารณาคา pH ทจดหนปนอมตว

CpAlkpCapH ccs ++= (10) spH คอ pH ทจดหนปนอมตวพอด

34

ในป 1930 Langelier ไดทาการศกษาการทดลองและหาความสมพนธของคา C อณหภมและปรมาณสารละลายรวมตามสมการ (10) และไดทาการทดลองหาคา C ซงสมพนธกบอณหภมและคาปรมาณสารละลายรวมในชวงความเขมขน 1-10,000มลลกรมตอลตร (TDS) ดงแสดงในรปท 6 (Langelier Saturation Index)

35

รปท 6 กราฟแสดงดชนชวดการอมตวของการตกผลกในนา (Langelier Saturation Index)

ทมา: ASTM D 3739-05, standard practice for calculation and adjustment

36

สวนในนาทมคา TDS สงๆ สงกวา 10,000 มลลกรมตอลตร (ชวงความเขมขนของนาทะเล) Stiff และ Davis ไดหาความสมพนธของคา C ในสมการ (9) และ (10) ทสมพนธกบอณหภมและคา Ionic Strength เรยกคาคงทนวา K ดงรปท 7 และหาคา pCa และ pAlk จากรปท 8

รปท 7 ความสมพนธของคา K และคา Ionic Strength ทอณหภมตางๆ (“K” vs Ionic Strength and Temperature )

ทมา: ASTM D 4582-05, standard practice for calculation and adjustment

37

รปท 8 กราฟความสมพนธของคา pCa and pAlk และคา Ca and Alkalinity as mg/l CaCO3 (Conversion of Calcium and Alkalinity to pCa and pAlk)

ทมา: ASTM D 4582-05, standard practice for calculation and adjustment

38

การพจารณาดชนบงชการเกดตะกรนของ CaCO3 โดยการพจารณาจากคา pH ของนาเทยบกบคา pHS เรยกวา LSI (Langelier Saturation Index)

LSI (Langelier Saturation Index) = pHb – pH S S & DSI (Stiff and Davis Stability Index) = pHb – pH S (สาหรบ TDS เกน 10,000 (mg/l)

pH S = pH ทมปรมาณ CaCO3 อมตวพรอมตกผลก pH b = pH ของนาเกลอเขมขนททงจากระบบ RO

ซงอาจวดไดจากการเดนระบบ RO แลววด pHb ของนาทง แตถาระบบยงไมไดสรางหรอยงไมไดเดนระบบสามารถหาคาไดโดยการคานวณเพอประเมนสถานภาพการอดตนจากหนปนตามสมการ (9) 4.3.2 วธการคานวณหา pHb

วธการคานวณหา pHb สามารถคานวณหาไดจากสมการดงน

CpAlkpCapH bbb ++= KpAlkpCapH bbb ++=

[ ]bb CapCa +−= 2log [ ]bb HCOpAlk −−= 3log [Ca2+]b = ความเขมขนของ Ca2+ ในนาเขมขน (นาทง Brine)โมลตอลตร

[HCO3- ]b = ความเขมขนของ HCO3

- ในนาเขมขน (นาทง Brine) โมลตอ ลตร(as CaCO3)

[ ] [ ] ( )( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

−= ++

ySPyCaCa fb 1

122

SP = Salt passage ของ Ca2+ มคาใกลศนย

39

[ ] [ ] ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

= ++

yCaCa fb 1

122

SRSP −=1

SP = Salt passage SR = Salt Rejection

y = Conversion Ratio ในการเดนระบบ

[ ] [ ] ( )( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

−= −−

ySPyHCOHCO fb 1

133

[Ca2+]b = ความเขมขนของ Ca2+ ในนาเขมขน (นาทง Brine)โมลตอลตร [Ca2+]f = ความเขมขนของ Ca2+ ในนาปอนเขาระบบ (Feed)โมลตอลตร [HCO3

-]b = ความเขมขนของ HCO3- ในนาเขมขน (นาทง Brine)โมลตอลตร

[HCO3-]b = ความเขมขนของ HCO3

- ในนาปอนเขาระบบ (Feed)โมลตอลตร อตราการซมผานเมมเบรนของเกลอ (Salt Passage) SP ของ HCO3

- มความสามารถในการซมแพรผานเนอเยอเมมเบรนไดอยางมนยสาคญและแปรผนกบคา pH ของนาทปอนเขาระบบ สามารถหาคา SP ของ HCO3

- นไดจากกราฟรปท 9 และ 10

40

รปท 9 กราฟแสดงความสมพนธของ %HCO3- Passage และคา Feed pH

(Effect of Feed pH on HCO3- Passage for B-9 Permeator)

ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page2, date 12/1/82

41

รปท10 กราฟแสดงความสมพนธของ %HCO3- Passage และคา Feed pH

(Effect of Feed pH on HCO3- Passage for B-10 Permeator)

ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 402, page4, date 12/1/82

42

สวนคา C และ K หาไดจากกราฟในรปท 7, 6 เมอไดคา pHb และ pH S นาไปแทนคาในสมการ

sb pHpHLSI −= หรอ sb pHpHLSIS −=&

ถา คา LSI หรอ S & DSI < 0 แสดงวาไมเกดตะกรน CaCO3 คา LSI หรอ S & DSI = 0 สมดลในการตกผลก คา LSI หรอ S & DSI > 0 ระบบอาจเกดการตกผลกของ CaCO3 ถาจะเดนระบบทคา LSI อยในชวง 0 – 1 จะตองเตม Antiscalant ถา

มากกวา 1 ตองเตมกรด H2SO4 หรอ HCl เพอทาปฏกรยากบ CO3

2-

ใหเปนคารบอนไดออกไซด (CO2) CO3

2- จะลดลง หรอผานระบบทานาออนเพอกาจด Ca2+ หมายเหต การหาคา pHb อาจหาไดจากสดสวนของไบคารบอเนต HCO3

- และคารบอนไดออกไซด CO2 ทละลายในนาโดยอานจาก Scale ในรปท 11

bb RpH log30.6 += (In Brine as CaCO3)

2

3

COHCORb

−

= (In Brine as CO2)

R b หาไดจากกราฟในรปท 12 หรอ Scale ในรปท 11

รปท11 สเกลในการหาสดสวนของ HCO3

-และ CO2 ทละลายในนา (pH Versus Methyl Orange Alkalinity/Free CO3)

ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page6, date 12/1/82

43

รปท 12 ความสมพนธของคา pH และ HCO3- as mg/l CaCO3 และสเกลหาสดสวนของ

HCO3-และ CO2 ทละลายในนา (Effect of HCO3

- และ CO2 on pH) ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page 6, date 12/1/82

44

)()/)((

)/)(()/)((

2

3

22

33

asCOdioxideFreeCarbinlmgasCaCOyeAlkalinitMethyOrangR

lmgasCOCOlmgasCaCOHCOR

=

=−

การหาคาR b ทาไดโดยการหา ของนาปอนเขาระบบโดยใชคา pH ของนาเขาระบบหาคา R แลวนาคา R ไปหารคา Methyl orange-Alkalinity จะไดคา Free CO2 ในนาทปอนเขาระบบ

RRf =

คา Free CO2 ในนาทปอนเขาระบบ = Free CO2 ในนา Brine ทงนเพราะ CO2 ผานเมมเบรนได 100 % (SP CO2=1)

นาคา Methyl orange-Alkalinity ในนา Brine ทคานวณได ไปหาคา R b

ดงนนในการเดนระบบจะตองตรวจสอบหาคา LSI วามคาเทาไร

LSI < 0 เดนระบบไดโดยไมเกดตะกรน CaCO3 1≥LSI ≥0 เดนระบบไดโดยเตม Anti scalant 10 mg/l หรอตามท

บรษทผผลตกาหนด LSI > 0 ตองการระบบปรบสภาพนากอนเขาระบบ RO Pretreatment

4.3.3 การปรบสภาพนาเพอปองกนการเกดตะกรนแคลเซยมคารบอเนต กรณคานวณหาคา LSI แลวไดคามากกวาศนยแสดงวา CaCO3 มโอกาสตก

ผลกได การปองกนทาได 4 วธคอ 1. เดนระบบโดยเตมสาร Anti scalant รวมดวย โดยใชความเขมขน 10 mg/l

NaHMP หรอสาร Anti scalant อนๆ ทมขายตามทองตลาดแตไมควรใชกบนาทมคา LSI มากกวา 1 และเมอใชสาร Anti scalant จะตองมการ flesh นาทงทกๆ 4-6 ชวโมง หรอเมอหยดเดนระบบจะตอง flesh ดวยนาสะอาดทกครง

2. ลดปรมาณ CO32- และ HCO3

- โดยการเตมกรด H2SO4 หรอกรด HCl กรดเหลานจะทาปฏกรยากบ CO3

2- และ HCO3- ไปเปน CO2 ดงสมการ

45

−− ++→+ 2422342 222 SOCOOHHCOSOH

−− ++→+ ClCOOHHCOHCl 223

จากสมการเปนการลดปรมาณ CO32- และ HCO3

- ทาใหคา LSI ลดลงได 3. กาจด Ca2+ โดยใชระบบ Softener Cationic Resin จะจบ Ca2+ เอาไวทา

ใหจานวน Ca2+ ลดลงทาใหมคา LSI ลดลง 4. ลด Conversion จะทาใหความเขมขนของ Ca2+ ในนาทง Brine ลดลง ทา

ใหมคา LSI ลดลงดวย

4.3.4 การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากตะกรนแคลเซยมคารบอเนต การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากตะกรนแคลเซยมคารบอเนต CaCO3 ใน

ระบบกรองนา RO สามารถลางไดดวยกรดตางๆ ดงน 1. ลางดวยกรดไฮโดรคลอรก ( HCl ) 1% ท pH = 2 2. ลางดวยกรดมะนาว Citric acid เขมขน 2% โดยนาหนก ปรบ pH =

4 ดวย NH4 OH

4.4 การอดตนเนองจากการเกดตะกรนของซลกา (Silica) SiO2 การอดตนเนองจากการเกดตะกรนของซลกาในระบบกรองนา RO เกดขนเมอซลกาอยในภาวะทอมตวยงยวด (supersaturated) ซลกาจะสามารถเชอมตอกนเปนสายโซซลกา (Polymerize) ทาใหเกดเปนคอลลอยดทไมละลายนาหรอเกดเปนเจลของซลกา เมอเดนระบบในสภาวะทมการเกดคอลลอยดของซลกาจะทาใหเกดการอดตนในเมมเบรนเชนเดยวกบการอดตนโดยอนภาคคอลลอยดทกลาวในบทท 1 โดยปกตในนาบรสทธซลกาจะสามารถละลายไดประมาณ 100 มลลกรมตอนา 1 ลตร ความสามารถในการละลายของ SiO2 จะเพมขนเมออณหภมสงขน เชนทอณหภม 40 องศาเซลเซยส จะละลายได 160 มลลกรมตอนา 1 ลตร ความสมพนธของความสามารถในการละลายนาของ SiO2 กบอณหภมแสดงในรปท 13

46

รปท13 กราฟแสดงความสมพนธของคา SiO2 TEMP mg/l as SiO2 กบอณหภม

(Effect of Temperature on SiO2 Solubility) ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page 15, date 12/1/82

47

ตามรปท 13 เสนทบแสดงความสามารถในการละลายของ SiO2 ทภาวะเปนกลาง (pH = 7) ทภาวะเปนดางความสามารถในการละลายของ SiO2จะสงขนและสงกวาสภาวะทเปนกลางและเปนกรดดงแสดงคาตวคณคาความสามารถการละลายของ SiO2 ท pH ตางๆในรปท 14 ความสามารถในการละลายของ SiO2 จะไมขนอยกบคา Ionic strength แตถาในสารละลายมอลมเนยมรวมอยดวยจะทาใหเกดอลมเนยมซลเกต (Aluminium Silicate) ทละลายนาไดยากเกดขนดวย เชน นาทผานระบบการตกตะกอนดวยสารสมทมากเกนพออาจมอลมเนยมอออนหลงเหลออยมาก ซงอาจกอใหเกดตะกอนอลมเนยมซลเกตได ในการเดนระบบ RO ทอาจจะกอใหเกดปญหาการอดตนจาก SiO2 ใหพจารณาจากปรมาณ SiO2 ในนาทง Brine วามระดบความเขมขนสงกวาความสามารถในการละลายของ SiO2 ทอณหภมและ pH ทเปนเงอนไขในการเดนระบบหรอไม ถาสงกวาแสดงวาอาจจะเกดปญหาการอดตนจากคอลลอยดของ SiO2 ได SiO2b ≤ SiO2Ac

SiO2b = ปรมาณ SiO2 นาทง Brine (mg/l) SiO2Ac = ปรมาณ SiO2 ทยอมรบไดทภาวะอณหภมและ pH ในการเดนระบบ

SiO2Ac = SiO2temp x (pH Correct ion factor) SiO2temp = ความสามารถในการละลาย SiO2 ณ อณหภมทใชเดนระบบ RO

(mg/l) pH Correct ion factor ทสมพนธกบคา pH หาไดจากกราฟรปท 14

48

รปท 14 กราฟแสดงความสมพนธของคา pH Correction Factor

และคา Brine pH (SiO2 pH Correction Factor) ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page 16, date 12/1/82

49

นอกจากนในการเดนระบบ RO ทอาจจะกอใหเกดปญหาการอดตนจาก SiO2 จะตองพจารณารวมกบปรมาณสารอนทปนเปอนมากบนา เชน อลมเนยม เหลก แมกนเซยม และแคลเซยม เนองจากสารเหลานสามารถเกดเปนตะกอนในรปซลเกตไดดงรปท 15 แสดงการเกดตะกอนซลเกตของโลหะเหลานทคา pH ตางๆ ในรปพนทสวนทเปนเงาดาเปนสวนทคา pH และความเขมขนของ Ca2+ Mg2+ Fr 2+ จะเกดเปนสารประกอบเชงซอนกบอลมเนยมได [Ion] (mg/l as ion)

pH

รปท 15 กราฟแสดงความสมพนธของคา [Ion] (mg/l as ion) และคา pH

(Metal concentration at which silicate precipitation can occur) ทมา: Reverse Osmosis Apractical Guide for Industrial Users 2nd edition, WES BYRNE,

Tall Oaks Publishing Inc., 2002, pp. 173

50

4.4.1 การปองกนการอดตนเนองจากการเกดตะกรนของซลกา ในการเดนระบบ RO ถาคานวณแลวปรมาณของ SiO2 ในนาทง Brine สง

กวาคาทยอมรบได SiO2Ac แสดงวามโอกาสเกดการอดตนจาก SiO2ในระบบ RO วธปองกนทาได 4 วธดงน

1. ลด Conversion (y) ลงโดยปรบใหมการทงนามากขน จะทาใหความเขมขนของ SiO2b ในนาทงลดลง วธการนทาใหกาลงการผลตลดลงบาง

2. ใชกระบวนการทานาออน (Solftener) โดยวธการเตมปนขาว วธการนอาจลดปรมาณ SiO2ลงไดถง 50 % และในระบบทานาใส (Clarifier) จะตองเตม FeCl3 มากขน และเตมโซเดยมอลมเนต (Sodium Aluminates) เพอชวยให SiO2 ตกตะกอนในรปของอลมเนยมซลเกต วธการนเหมาะสาหรบระบบ RO ทมขนาดใหญ

3. วธการควบคมอณหภมในการเดนระบบใหเหมาะสม ทงนเพราะเมออณหภมสงขนการละลายของ SiO2 จะมากขน แตอณหภมตองไมสงจนเกดความเสยหายกบเมมเบรน โดยปกตใหสงไดไมเกน 45 องศาเซลเซยส

4. การควบคม pH ใหเหมาะสม ท pH สงกวา 8 ความสามารถในการละลายของ SiO2 จะสงขนอยางรวดเรว ดงแสดงในรป 14 แตการปรบคา pH ไมควรสงจนทาใหเนอเยอเมมเบรนเกดความเสยหาย โดยปกตจะปรบใหมคาอยในชวง pH 8.5-9 อยางไรกตามในการเดนระบบโดยการปรบ pH ใหสงขนจะตองพจารณาถงปญหาอนๆ เชน อาจกอใหเกดการอดตนจาก CaCO3 เพมขนหรอไมซงเปนปจจยทผเดนระบบจะตองพจารณารวมดวย

4.4.2 การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากการเกดตะกรนของซลกา การลางระบบ RO ทเกดการอดตนจาก SiO2 จะตองพจารณาถงการอดตนนนเกดจากการรวมตวของ SiO2 กบสารชนดใด ดงเชน 1. ถาการอดตนเกดจากการรวมตวของซลกากบแคลเซยมหรอแมกนเซยมเกดเปน Calcium Silicate หรอ Magnesium Silicate จะตองลางดวย 1% NaHMP 2. ถาการอดตนนนเกดจากตะกอนคอลลอยดของ SiO2 และเกดขนบอยๆจะตองลางดวย NaOH pH 11.5

51

บทท 5 การอดตนเนองจากสารอนทรย (Organic matter)

สารอนทรยอาจมปนเปอนอยในนาบางทงนขนอยกบพนทของแหลงนาในแตละแหง สารอนทรยในนารวมไปถงคราบนามน ไขมนทงทละลายนาและไมละลายนา และพวกสารอนทรยโมเลกลใหญทใชในการเกษตรและอตสาหกรรมตางๆ ทถกปลอยออกมากบนาเสยลงสแหลงนาแลวปนเปอนอยในแหลงนา โดยปกตสารอนทรยทมโมเลกลใหญกวา 150 ดาลตนขนไปจะไมสามารถซมผานเมมเบรนไดดงตารางท 5 ยกเวนโมเลกลสารอนทรยทมคณสมบตพเศษบางชนดซงขนอยกบลกษณะของโมเลกลทสามารถแตกตวเปนอออนไดจะถกกกกนไดดถงแมจะมโมเลกลขนาดเลกกวา 150 ดาลตน กตาม ตวอยางเชน กรดอนทรยและฟนอลซงความสามารถในการดกกรองจะขนอยกบความเปนกรดดาง (pH) ของนา สารอนทรยทไมสามารถผานเมมเบรนไดจะเกดการสะสมบนผวหนาเมมเบรนเกดเปนเจลหรอคอลลอยดของสารอนทรยเหลานนบนผวหนาเมมเบรนและขดขวางการซมผานของนา ทาใหนาไหลผานเมมเบรนไดนอยลงและเกดการอดตน

นอกจากสารอนทรยดงกลาวแลว สารชวยตกตะกอนโพลเมอร ซงเปนสารทใชเตมในระบบการทานาใส (Clarifier) ในระบบประปาทอาจหลงเหลอจากการเตมทมากเกนพอ และอาจเกดปญหาการอดตนจากเจลทเกดจากการรวมตวกนของสารประกอบอนทรยและไขมน และเจลนอาจรวมตวกบสารแขวนลอยทเปนของแขงในนาซงเพมปญหาการอดตนใหรนแรงขน บางครงอาจอดตนแบบไมสามารถลางออกได

52

ตารางท 5 ความสามารถของเมมเบรนในการกกกน (Rejection) สารอนทรยทขนาดโมเลกลตางๆ

Solute

นาหนกโมเลกล (Molecular Weight)

(ดาลตน)

Feed Concentration

%

ความสามารถในการคดกรองของเมมเบรน

(Rejection) %

Methanol 32.0 3.0 0.0 Ethanol 46.0 4.0 0.0 Ethyleneglycol 62.0 5.5 0.0 Isopropanol 60.0 5.5 26.0 Diethyleneglycol 106.0 9.0 47.0 Triethyleneglycol 150.0 13.0 90.0 Fructose 180.0 6.0 80.0 Glucose 180.0 6.0 79.0 Sucrose 342.0 1.0 98.0 Lactose 342.0 6.0 99.0 Humic Acid - 0.4 99.0 ทมา: Desal product specifications replacements for FILMTEC TW 30 ELEMENTS, E-19.4

5.1 การปองกนการอดตนเนองจากสารประกอบอนทรย การปองกนการอดตนเนองจากสารประกอบอนทรยทาไดโดยการควบคมระบบทานาใส (Clarifier) ทใชสารโพลเมอรมากเกนพอ ถาเปนนามนหรอไขมนทปะปนมากบนาในรปของอนภาคของแขงเลกๆ แขวนลอยในนา อาจใชวธ DAF (Dissolve Air Flotation) เพอแยกนามนและไขมนกอนปอนเขาระบบ RO การอดตนจากสารอนทรยอาจทาใหเกดปญหาการเจรญเตบโตของเชอจลนทรยและเปนเหตทาใหเกดปญหาการอดตนเนองจากจลนทรยรวมดวยได เพราะสารประกอบอนทรยเปนอาหารของจลนทรย ทาใหจลนทรยมการเจรญเตบโตไดดกอใหเกดการอดตน

53

5.2 การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากสารอนทรย การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากสารอนทรย มวธการลางไดหลายวธดงตอไปน

1. ลางดวยโซดาไฟ NaOH pH 11.0 เพราะโซดาไฟจะทาปฏกรยากบไขมน และกรดอนทรย กลายเปนเกลอทละลายนาได

2. ลางดวยกลมสารซกฟอก (Detergent) ทมฟอสเฟต แตตองไมมสารฟอกขาวจาพวกออกซไดซงเอเจนตผสมอย เพราะจะทาใหเมมเบรนเสยหาย อาจผสมโซดาไฟ NaOH ปรบ pH อยท 11.0 รวมดวยได

3. ถามการอดตนเนองจากจลนทรยรวมดวยอาจตองใช 0.25-2 % ฟอรมลดไฮด (Formaldehyde) ลาง แลวลางดวยนาสะอาด

54

บทท 6 การอดตนเนองจากจลนทรย (Biological Fouling)

นาทมการปนเปอนจากพวกเชอจลนทรยตางๆ อาจทาใหเกดการอดตนในเมมเบรนขนได เนองจากเชอจลนทรยจะไปเจรญเตบโตบนผวหนาเมมเบรนและในโครงสรางภายในชองนาไหลของเมมเบรน ซงอาจมผลตอการอดตนมากขนถาในนามการปนเปอนสารประกอบอนทรยทเปนอาหารของจลนทรยอยจะทาใหจลนทรยเกดการเจรญเตบโตอยางรวดเรวและกอใหเกดผลกระทบตอเมมเบรน

6.1 ปญหาทเกดจากการอดตนเนองจากจลนทรย การอดตนทเกดขนเนองจากจลนทรยมผลกระทบทกอใหเกดความเสยหายตอเมมเบรน 4 ประการดงน 1. ทาใหเกดการอดตนบนผวหนาเมมเบรน ขดขวางการซมแพรผานเมมเบรนทาใหกาลงการผลตนาลดนอยลง นอกจากนจลนทรยยงสามารถทาใหเกดการอดตนในชองทางนาไหลในมดเมมเบรน เปนเหตใหแรงดนสญเสยในมดเมมเบรนสงขน ( ปกตแรงดนสญเสยในมดเมมเบรนประมาณ 10 – 12 ปอนดตอตารางนว : psig) 2. ทาใหเนอเยอของเมมเบรนเสยหายจากการทาลายของเชอจลนทรย และเกดกลนเหมนอนเนองจากการยอยสลายของเซลลทตาย เกดสายพนธของแบคทเรยทไมใชออกซเจนในการดารงชวต แบคทเรยกลมนมกจะสรางกลนเหมนในระบบ RO ได 3. ทาใหเกดการอดตนในชองทางนาไหลในมดเมมเบรน 4. เกดการปนเปอนจลนทรยในนาทผลตได (Permeate) การอดตนในชองทางนาไหลในมดเมมเบรนนน ถาอดตนมากๆ จะทาใหแรงดนภายในมดเมมเบรนตางจากแรงดนภายนอกมาก ซงอาจทาใหมดเมมเบรนแตกได

6.2 การตรวจสอบการอดตนเนองจากจลนทรย การตรวจสอบการอดตนทเกดจากจลนทรย ทาไดโดยการเกบตวอยางนาทปอนเขาระบบและนาทงจากระบบไปตรวจสอบหาปรมาณแบคทเรยรวม (Total Bacteria Count)

55

นอกจากจะใชวธการวด TBC อาจใชวธการวดหาการเปลยนแปลงของ TOC (Total Organic Carbon) กได เพราะจะทาไดสะดวกและรวดเรวกวา

6.3 การปองกนการอดตนเนองจากจลนทรย โดยปกตนาบาดาลจะม TBC คอนขางตาจงไมจาเปนตองมระบบปองกนการเจรญเตบโตของจลนทรย ทงนเพราะในนาบาดาลไมมปรมาณออกซเจนละลายนา เวนแตถามการปนเปอนในเสนทอหรอปนเปอนแบคทเรยกลมทไมใชออกซเจนในการดารงชวต สวนนาผวดนปกตจะม TBC สงซงจะตองมระบบฆาเชอจลนทรยปกตใชระบบการเตมคลอรน ซงจะตองเตมใหมคลอรนอสระเหลอ 0.5 – 1 มลลกรมตอลตร เปนเวลา 20-30 นาท จงจะสามารถควบคมปรมาณจลนทรยได ถามคลอรนอสระเหลอนอยกวา 0.25 มลลกรมตอลตร จะไมสามารถควบคมการเจรญพนธของจลนทรยได นาทผานการฆาเชอจลนทรยดวยคลอรนจะตองกาจดคลอรนออกใหหมดโดยการเตมสารโซเดยมเมตาไบซลไฟด และดดซบดวยถานกมมนต (Activated carbon) ใหคลอรนอสระเหลอไมเกน 0.01 มลลกรมตอลตร เพราะถามปรมาณคลอรนเหลอสงกวาทกาหนด คลอรนจะทาปฏกรยากบสารโพลเอไมด (Polyamide) บนผวเมมเบรนจะทาใหความสามารถในการกกกนเกลอ (Salt Rejection) ลดลง แตถาเปนเมมเบรนชนดเซลลโลสอะซเตท (Cellulose Acetate) จะสามารถทนคลอรนอสระไดมากกวา ซงจะทนคลอรนสงถง 1.0 มลลกรมตอลตร การกาจดคลอรนอาจใชการดดซบดวยถานกมมนตหรอเตมสารโซเดยมไบซลไฟต ( Sodium Bisulfite) NaHSO3 แตสารโซเดยมไธโอซลเฟต (Sodium thiosulfate) Na2SO3 จะไมแนะนาใหใชเพราะอาจทาปฏกรยากบไฟเบอรในโครงสรางของมดเมมเบรนได นอก

56

การใชสารละลาย NaHSO3 กาจดคลอรนจะตองพจารณาความเสถยรของสารละลาย NaHSO3 และอายของสารละลาย NaHSO3 ทงนขนอยกบความเขมขนดงแสดงในตารางท 6 ตารางท 6 อายการคงสภาพของสารละลายโซเดยมไบซลไฟต

ความเขมขนของสารโซเดยมไบซลไฟต Sodium Bisulfite Solution (NaHSO3)

อายการคงสภาพของสารละลาย Sodium Bisulfite

Weight % Maximum Solution Life 2 3 วน 10 1 สปดาห 20 1 เดอน 30 6 เดอน

ทมา: Permasep Engineering Manual, Bulletin 505, page 1, date 12/1/82 ปรมาณการใชสาร NaHSO3 กาจดคลอรน ตองใช NaHSO3 ในปรมาณ 3 ปอนดตอคลอรน 1 ปอนด ถาใชถานกมมนต (Activated Carbon) 1 ลกบาศกฟต สามารถกาจดคลอรนในนาทมความเขมขนของคลอรน 1 ppm ไดจานวน 1 ลานแกลลอน (หรอกาจดคลอรนได 3.8 กโลกรม)

ปรมาณการเตมสาร NaHSO3 เพอกาจดคลอรนจะตองเตมในปรมาณทเหมาะสมทงนขนอยกบปรมาณ CO2 และปรมาณ O2 ทละลายในนาซงสามารถคานวณไดตามสมการตอไปน

[ ] [ ] 205.15.6 2 ++= ClDOX X = ปรมาณโซเดยมไบซลไฟด NaHSO3ทตองการใช (ppm)

57

DO = ปรมาณออกซเจนละลายนา (ppm) Cl2 = ปรมาณความเขมขนของคลอรนอสระ (ppm) 20 = คาความปลอดภย (เพราะอาจมสารอนทเจอปนในนาและทา

ปฏกรยากบ NaHSO3)

การควบคมจลนทรยโดยใชแสงอลตราไวโอเลต (UV) ทความยาวคลน 254 นาโนเมตร ซงแสง UV ทความยาวคลนนจะสามารถทาลายเชอจลนทรยได แตเชอจลนทรยแตละชนดมความทนตอแสง UV ไดแตกตางกน ดงนนในการออกแบบระบบฆาเชอจลนทรยดวยแสง UV จะตองออกแบบใหเชอจลนทรยอยในลาแสงทความเขมแสงเปนเวลานานพอทจะฆาเชอโรคชนดนนๆ ไดเรยกวา UV Disinfection Doseในหนวย mW-sec

การหยดเดนระบบเปนเวลานาน (5 วนขนไป) ควรตองเตมสารละลายฟอรมลดไฮด (Formaldehyde) แลวแชไวในระบบ และตองมการเปลยนทกๆ 4 สปดาห ทงนเพราะการหยดระบบกรอง RO จะมเชอจลนทรยสะสมบนผวหนาเมมเบรนไดมากและเกดกลนเหมนเพราะในนานงเชอจลนทรยเจรญไดดกวานาทมการไหล

6.4 การลางเมมเบรนทอดตนเนองจากจลนทรย การลางเมมเบรนทอดตนดวยจลนทรยใชวธการฆาเชอจลนทรยดวย 2% โดย

นาหนก Formaldehyde แลวลางดวยสารซกฟอก 0.25 %โดยนาหนก (ตองไมมสารฟอกขาว) นอกจากนการฆาเชอจลนทรยอาจใชโซเดยมเมตาไบซลไฟด 1.0%โดยนาหนก กได แตตองเตม 18 % กลเซอรน (Glycerine) เพอยบยงการเจรญเตบโตของจลนทรย

58

เอกสารอางอง

1. ASTM D 3739-05, standard practice for calculation and adjustment. P 1-1

2. ASTM D 4582-05, standard practice for calculation and adjustment 3. Desal product specifications replacements for FILMTEC TW 30 ELEMENTS, E-19.4 4. Hand book of chemistry and physics, 70th edition, 1989-1990 p B207-B208

5. Membrane Technology and Applications Second Edition, Richard W. Baker and Mc Graw-Hill, 2000 p 144

6. Permasep Engineering Manual, Bulletin 402, page4, date 12/1/82 7. Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page2, date 12/1/82 8. Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page6, date 12/1/82 9. Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page11, date 12/1/82 10. Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page12, date 12/1/82 11. Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page13, date 12/1/82 12. Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page 15, date 12/1/82 13. Permasep Engineering Manual, Bulletin 502, page 16, date 12/1/82 14. Permasep Engineering Manual, Bulletin 503, page1, date 12/1/82 15. Permasep Engineering Manual, Bulletin 504, page1, date 12/1/82 16. Permasep Engineering Manual, Bulletin 505, page 1, date 12/1/82

17. Reverse Osmosis Apractical Guide for Industrial Users 2nd edition, WES BYRNE, Tall Oaks Publishing Inc., 2002, pp. 173

18. Reverse Osmosis Membrane Technology, Zahid Amjad,Van Nostrand Reinhold, 1992, p 107 19. Reverse Osmosis and Nanofiltration, American Water Works Association, 2007, p 206

59