คู่มือฉบับละเอียดเกี่ยวกับ 9 วิธีการบำบัดน้ำที่ใช้กันทั่วไป—คุณรู้จักทั้งหมดหรือไม่?

วิธีการบำบัดน้ำที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การกรองตะกอน การทำให้น้ำอ่อนลง การดูดซับด้วยถ่านกัมมันต์ และการกำจัดไอออน ระบบรีเวิร์สออสโมซิสกระบวนการต่างๆ ได้แก่ การกรองละเอียดพิเศษ (Ultrafiltration), การกลั่น (Distillation), การฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต (UV Disinfection) และการบำบัดทางชีวเคมี (Biochemical Treatment)

1. การกรองตะกอน

วัตถุประสงค์ของการกรองตะกอนคือการกำจัดอนุภาคแขวนลอยหรือสารคอลลอยด์ออกจากแหล่งน้ำ หากไม่กำจัดอนุภาคเหล่านี้ออกไป อาจทำให้เยื่อกรองที่บอบบางซึ่งใช้ในขั้นตอนการทำน้ำให้บริสุทธิ์ในขั้นตอนต่อไป (เช่น น้ำสำหรับฟอกไต) เสียหาย หรืออาจทำให้เกิดการอุดตันในท่อส่งน้ำได้ วิธีนี้เป็นวิธีการทำน้ำให้บริสุทธิ์แบบโบราณและเรียบง่าย ดังนั้นขั้นตอนนี้จึงมักถูกใช้เป็นขั้นตอนเบื้องต้นในกระบวนการทำน้ำให้บริสุทธิ์ นอกจากนี้ หากจำเป็น อาจมีการติดตั้งตัวกรองเพิ่มเติมในระบบท่อเพื่อกำจัดสิ่งเจือปนขนาดใหญ่ ตัวกรองที่ใช้ในการกรองอนุภาคแขวนลอยมีหลากหลายชนิด รวมถึงตัวกรองตาข่าย ตัวกรองเม็ด (เช่น ทรายควอตซ์) และ ตัวกรองเมมเบรนอนุภาคใดๆ ที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดรูพรุนของตัวกรองจะถูกดักจับและกำจัดออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่สามารถกำจัดไอออนที่ละลายอยู่ในน้ำได้

2. การทำให้น้ำอ่อนลง

การทำให้น้ำกระด้างอ่อนลงต้องใช้วิธีการแลกเปลี่ยนไอออน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้เรซินแลกเปลี่ยนแคตไอออนในการแลกเปลี่ยนไอออนโซเดียมกับไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมที่มีอยู่ในน้ำกระด้าง ซึ่งจะช่วยลดความเข้มข้นของไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียมในแหล่งน้ำ

3. ถ่านกัมมันต์

ถ่านกัมมันต์ผลิตโดยการกลั่นแห้งด้วยอุณหภูมิสูงและการเผาไหม้ของวัสดุต่างๆ เช่น ไม้ เศษไม้ เมล็ดผลไม้ กะลามะพร้าว ถ่านหิน หรือกากปิโตรเลียม หลังจากการผลิต วัสดุจะต้องผ่านกระบวนการกระตุ้นโดยใช้ลมร้อนหรือไอน้ำ หน้าที่หลักของถ่านกัมมันต์คือการกำจัดคลอรีน คลอรามีน และสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำอื่นๆ ที่มีน้ำหนักโมเลกุลตั้งแต่ 60 ถึง 1,000 ดาลตัน พื้นผิวของถ่านกัมมันต์มีลักษณะเป็นเม็ด ในขณะที่โครงสร้างภายในมีรูพรุนสูง รูพรุนเหล่านี้ประกอบด้วยเส้นเลือดฝอยจำนวนมากที่มีขนาดตั้งแต่ประมาณ 10 นาโนเมตรถึง 1 อังสตรอม ถ่านกัมมันต์หนึ่งกรัมมีพื้นที่ผิวภายในสูงถึง 700–1,400 ตารางเมตร กระบวนการดูดซับเกิดขึ้นภายในพื้นผิวของเส้นเลือดฝอยเหล่านี้ รวมถึงบนพื้นผิวภายนอกของเม็ดถ่านด้วย

4. การกำจัดไอออน

จุดประสงค์ของการกำจัดไอออนคือการกำจัดไอออนอนินทรีย์ที่ละลายอยู่ในน้ำ เช่นเดียวกับกระบวนการทำให้น้ำอ่อนลง วิธีนี้ก็ทำงานบนพื้นฐานของหลักการของเรซินแลกเปลี่ยนไอออนเช่นกัน กระบวนการนี้ใช้เรซินสองประเภท ได้แก่ เรซินแลกเปลี่ยนแคตไอออนและเรซินแลกเปลี่ยนแอนไอออน เรซินแลกเปลี่ยนแคตไอออนใช้ไอออนไฮโดรเจน (H+) ในการแลกเปลี่ยนกับแคตไอออน ในขณะที่เรซินแลกเปลี่ยนแอนไอออนใช้ไอออนไฮดรอกไซด์ (OH-) ในการแลกเปลี่ยนกับแอนไอออน จากนั้นไอออนไฮโดรเจนและไอออนไฮดรอกไซด์จะรวมกันเพื่อสร้างน้ำที่เป็นกลาง

5. ระบบรีเวิร์สออสโมซิส
การออสโมซิสย้อนกลับเป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดสารอนินทรีย์ที่ละลายอยู่ สารอินทรีย์ แบคทีเรีย สารก่อไข้ และอนุภาคอื่นๆ ออกจากน้ำ นับเป็นองค์ประกอบสำคัญในการบำบัดน้ำที่ใช้ในการฟอกไต คำว่า "ออสโมซิส" หมายถึงกระบวนการที่สารละลายสองชนิดที่มีความเข้มข้นต่างกันถูกแยกออกจากกันด้วยเยื่อกั้นกึ่งซึมผ่านได้ หากสารละลายไม่สามารถผ่านเยื่อกั้นได้ โมเลกุลของน้ำจะเคลื่อนที่จากด้านที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าไปยังด้านที่มีความเข้มข้นสูงกว่า จนกระทั่งความเข้มข้นทั้งสองด้านเท่ากัน ก่อนที่จะถึงสมดุลนี้ สามารถค่อยๆ เพิ่มแรงดันไปยังด้านที่มีความเข้มข้นสูงกว่าเพื่อหยุดการเคลื่อนที่ของโมเลกุลน้ำชั่วคราว แรงดันที่จำเป็นในการทำเช่นนี้เรียกว่า "แรงดันออสโมติก" หากแรงดันที่ใช้เกินกว่าแรงดันออสโมติก การเคลื่อนที่ของโมเลกุลน้ำจะเปลี่ยนทิศทาง คือไหลจากด้านที่มีความเข้มข้นสูงกว่าไปยังด้านที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "การออสโมซิสย้อนกลับ"

6. การกรองแบบอัลตราฟิลเทรชัน
การกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันคล้ายกับการกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิสตรงที่ใช้เยื่อกึ่งซึมผ่านได้เช่นกัน แต่ไม่สามารถควบคุมการกำจัดไอออนได้เนื่องจากขนาดรูพรุนของเยื่อค่อนข้างใหญ่ โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 10 ถึง 200 อังสตรอม (Å) จึงสามารถกำจัดได้เฉพาะแบคทีเรีย ไวรัส สารก่อไข้ และอนุภาค แต่ไม่สามารถกรองไอออนที่ละลายน้ำได้ หน้าที่หลักของการกรองแบบอัลตราฟิลเทรชันคือการใช้เป็นขั้นตอนการบำบัดเบื้องต้นก่อนการกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิส เพื่อป้องกันการปนเปื้อนของแบคทีเรียบนเยื่อรีเวิร์สออสโมซิส นอกจากนี้ยังสามารถใช้เป็นขั้นตอนหลังการบำบัดในระบบกรองน้ำเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำต้นทางปนเปื้อนแบคทีเรียภายในท่อ โดยทั่วไป ประสิทธิภาพของเยื่ออัลตราฟิลเทรชันจะถูกตรวจสอบโดยการสังเกตความแตกต่างของความดันระหว่างทางเข้าและทางออก เช่นเดียวกับตัวกรองถ่านกัมมันต์ เยื่อจะถูกทำความสะอาดเป็นระยะโดยกระบวนการล้างย้อนกลับเพื่อกำจัดสิ่งสกปรกที่สะสมอยู่

7. การกลั่น
การกลั่นเป็นวิธีการบำบัดน้ำแบบโบราณแต่มีประสิทธิภาพ สามารถกำจัดสิ่งเจือปนที่ไม่ระเหยได้ทั้งหมด แต่ไม่สามารถกำจัดสารปนเปื้อนที่ระเหยได้ กระบวนการนี้ต้องใช้ถังเก็บน้ำขนาดใหญ่เพื่อเก็บน้ำบริสุทธิ์ ซึ่งน่าเสียดายที่ถังเก็บน้ำและท่อที่เกี่ยวข้องมักเป็นแหล่งสำคัญของการปนเปื้อนซ้ำ ดังนั้นโดยทั่วไปแล้วจึงไม่ใช้วิธีนี้ในการทำน้ำให้บริสุทธิ์สำหรับงานฟอกไต

8. การฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต (UV)
การฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวีเป็นหนึ่งในวิธีการบำบัดน้ำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด แตกต่างจากเทคนิคอื่นๆ การฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวีไม่ก่อให้เกิดมลพิษรองใดๆ และจัดเป็นเทคโนโลยีการฆ่าเชื้อรุ่นใหม่ ด้วยประสิทธิภาพที่ครอบคลุมกว้างขวาง ต้นทุนการดำเนินงานต่ำ อายุการใช้งานยาวนาน ความสามารถในการประมวลผลสูง และปราศจากมลพิษ การฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวีจึงค่อยๆ กลายเป็นวิธีการฆ่าเชื้อหลักในประเทศตะวันตกที่พัฒนาแล้ว กลไกการฆ่าเชื้อเกี่ยวข้องกับการทำลายกรดนิวคลีอิก ซึ่งเป็นสารพันธุกรรมที่จำเป็นต่อชีวิตภายในแบคทีเรีย ทำให้แบคทีเรียไม่สามารถสืบพันธุ์ได้ ปฏิกิริยาสำคัญที่เกี่ยวข้องในกระบวนการนี้คือการรวมตัวกันของเบสไพริมิดีนภายในโมเลกุลของกรดนิวคลีอิก โดยทั่วไปแล้วจะทำได้โดยการใช้พลังงานอัลตราไวโอเลต (UV) ที่ความยาวคลื่นเฉพาะ 253.7 นาโนเมตร ซึ่งสร้างขึ้นโดยหลอดไฟปล่อยประจุปรอทความดันต่ำ (หลอดฆ่าเชื้อโรค) หลักการทำงานของหลอดฆ่าเชื้อโรคยูวีเหมือนกับหลอดฟลูออเรสเซนต์ อย่างไรก็ตาม ต่างจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ ภายในหลอดไม่ได้เคลือบด้วยสารเรืองแสง และตัวหลอดทำจากแก้วควอตซ์ ซึ่งมีอัตราการส่งผ่านรังสีอัลตราไวโอเลตสูง โดยทั่วไป อุปกรณ์ฆ่าเชื้อด้วยรังสียูวีจะแบ่งออกเป็นสามประเภทตามการใช้งาน ได้แก่ ระบบแบบฉายรังสี ระบบแบบจุ่ม และระบบแบบไหลผ่าน

9. วิธีการทางชีวเคมี
วิธีการบำบัดน้ำเสียทางชีวเคมีใช้ประโยชน์จากแบคทีเรียและจุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติหลายชนิดในการย่อยสลายและเปลี่ยนสารอินทรีย์ในน้ำเสียให้กลายเป็นสารที่ไม่เป็นอันตราย ซึ่งจะช่วยทำให้น้ำเสียบริสุทธิ์ขึ้น วิธีการบำบัดทางชีวเคมีเหล่านี้สามารถแบ่งออกได้เป็นกระบวนการตะกอนเร่ง กระบวนการไบโอฟิล์ม หอออกซิเดชันทางชีวภาพ ระบบบำบัดบนบก และวิธีการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพแบบไม่ใช้ออกซิเจน
ขั้นตอนการบำบัดน้ำเสียทางชีวเคมีโดยทั่วไปมีดังนี้: น้ำดิบ → ตะแกรงดักสิ่งสกปรก → ถังปรับสมดุล → ถังออกซิเดชันแบบสัมผัส → ถังตกตะกอน → การกรอง → การฆ่าเชื้อ → น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้ว