ความเป็นมา (History Background)

REVERSE OSMOSIS (RO) เป็นการกรองรูปแบบหนึ่งซึ่งพัฒนาขึ้นราวปลาย 1950 ถึงช่วงต้น 1960 โดยในตอนแรกถูกพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในงานการกำจัดเกลือ (desalination) ออกจากน้ำทะเลหรือน้ำกร่อย จากนั้นจึงมีการพัฒนาใช้ในหลายๆด้านมากขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการน้ำคุณภาพสูงในอุตสาหกรรมต่างๆ ซึ่งเป็นทางเลือกที่ประหยัดพลังงานและมลพิษต่ำ โดยในช่วงแรกนั้นเทคโนโลยีการผลิตเมมเบรนยังไม่ดีเหมือนทุกวันนี้ ต่อมาจึงค่อยมีการพัฒนาเพื่อให้เมมเบรนมีความสามารถสูงขึ้นและเหมาะสมกับงานเฉพาะด้านมากขึ้น และเพื่อความเข้าใจตรงกัน บทความต่อไปนี้เมื่อกล่าวถึง “เมมเบรน” จะหมายถึง RO membrane, “เกลือ” หมายถึงเกลือแร่ที่ละลายอยู่ในน้ำ

การกรองด้วยระบบ RO จัดได้ว่าเป็นการกรองที่ละเอียดที่สุดเท่าที่มีในปัจจุบัน โดยขนาดการกรองอยู่ประมาณ 0.0001 ไมครอน เมมเบรนสามารถกรองเกลือแร่ที่ละลายอยู่ในน้ำรวมถึงสารอินทรีย์ที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่ ส่วนโมเลกุลของน้ำสามารถผ่านเมมเบรนได้อย่างอิสระ น้ำที่กรองผ่านเมมเบรนจึงมีไอออนหรือเกลือแร่ต่ำ ซึ่งอัตราการกำจัดไอออนออกโดยเมมเบรนนั้นทำได้ 95 – 99% โดยประมาณ ระบบกรอง RO มีการใช้งานอย่างกว้างขวางมาก เช่นการผลิตน้ำประปาจากน้ำทะเลหรือน้ำกร่อย การผลิตน้ำเพื่อใช้ในอุตสาหกรรมผลิตอาหารและเครื่องดื่ม การกรองน้ำเพื่อใช้ดื่มในบ้านที่พักอาศัย นอกจากนี้ยังมีการใช้งานผลิตน้ำบริสุทธิ์ป้อน boiler เช่นในอุตสาหกรรมพลังงาน หรือน้ำบริสุทธิ์ในอุตสาหกรรมผลิตยา และอุตสาหกรรมผลิตชิ้นส่วนอิเลกทรอนิคเป็นต้น

 

หลักการทำงาน (How it work)

ทำไมถึงเรียกการกรองแบบนี้ว่า Reverse Osmosis ? --- เพื่อง่ายต่อความเข้าใจให้ดูรูปที่ 1.1

ro-phenomenont

รูปที่ 1.1 (ซ้าย) แสดงปรากฏการณ์ osmosis ปกติที่น้ำจะแพร่ผ่านเยื่อเลือกผ่านซึ่งกั้นอยู่ตรงกลางโดยแพร่จากด้านที่สารละลายมีความเข้มข้นต่ำไปด้านที่สารละลายมีความเข้มข้นสูง ส่วนต่างระดับที่เกิดขึ้นเรียกว่า “แรงดันออสโมติก”, (ขวา) ถ้าใส่แรงดันทางฝั่งสารละลายความเข้มข้นสูงให้มากกว่าแรงดันออสโมติก น้ำจะแพร่ผ่านเยื่อเลือกผ่านกลับไปยังสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำจึงเรียกว่าภาคกลับของออสโมซิส (Reverse osmosis)

ด้วยวิธีนี้เราจึงสามารถผลิตน้ำที่มีความบริสุทธิ์ทางเกลือแร่สูงขึ้นได้จากน้ำที่มีเกลือแร่ละลายอยู่เดิม โดยที่เยื่อเลือกผ่านให้น้ำผ่านได้แต่ไม่ให้เกลือผ่าน ซึ่งก็เมมเบรนในบทความนี้ก็เป็นเยื่อเลือกผ่านแบบนึง และนี่ก็เป็นหลักการพื้นฐานของระบบกรอง RO ทั่วๆไป ดังแสดงในรูปที่ 1.2

ro-diagram

รูปที่ 1.2 แสดงหลักการทำงานพื้นฐานของระบบกรอง RO 

น้ำถูกเพิ่มแรงดันโดย High Pressure Pump ก่อนที่จะผ่านระบบกรอง RO เมื่อน้ำผ่านเมมเบรนจะแยกออกเป็นสองส่วนคือส่วนที่มีเกลือต่ำหรือก็คือน้ำ RO ในทางเทคนิคเรียกว่า “Permeate” ส่วนน้ำที่ไหลผ่านเมมเบรนออกไปทาง Concentrate Valve คือน้ำทิ้งที่มีเกลือสูง ในทางเทคนิคเรียกน้ำส่วนนี้ว่า “Concentrate” หรือ “Reject” ก็ได้ ซึ่งสาเหตุที่ต้องมีส่วนน้ำทิ้งก็เพราะป้องกันเกลือแร่ที่ไม่สามารถผ่านเมมเบรนไปได้นั้นสะสมตัวจนความเข้มข้นถึงจุดตกผลึก ทำให้เมมเบรนสูญเสียพื้นที่การทำงานบางส่วนหรือทั้งหมดแล้วแต่กรณี

 

ศัพท์ที่เกี่ยวข้องที่ควรรู้ (Technical Term)

Rejection คือเปอร์เซนต์เกลือที่ถูกกำจัดโดยเมมเบรนออกจากน้ำป้อนเข้า

Passage คือเปอร์เซนต์เกลือที่เล็ดรอดผ่านเมมเบรนไปเจือปนอยู่ในส่วน Permeate, เป็นส่วนกลับของ Rejection

Recovery คือสัดส่วนน้ำ RO ต่อน้ำจ่ายเข้าระบบ

Permeate คือน้ำส่วนที่มีความบริสุทธิ์สูงซึ่งเป็นผลิตผลของระบบกรอง RO

Flux คืออัตราส่วนระหว่าง Permeate ที่ผลิตได้ต่อพื้นที่ผิวของเมมเบรน

จบตอนแรก: ขอเวลาไปเตรียมเนื้อหาตอนต่อไปก่อนครับ