mfg

สารเคมีสำหรับบำบัดน้ำเสีย

สารเคมีสำหรับบำบัดน้ำเสีย

น้ำเสียถือว่าเป็นปัญหาที่สำคัญมาก ในประเทศเราตอนนี้ อย่างคลองที่คนถือว่าขึ้นชื่อเรื่องน้ำเสียมากที่สุด อย่างเช่นคลองแสนแสบนั้น ก็เป็นคลองที่น้ำเสียมากที่สุดเช่นกัน น้ำเสียนั้นจะมีลักษณะที่เรามองเห็นและสัมผัสได้ก็เช่น
1.มีกลิ่นเหม็น
2.มีสีดำ
3.มีลักษณะข้น 

แต่ลักษณะทางเคมีของน้ำเสียก็มีดังนี้ เช่น
1. มีกรดหรือด่างสูงเกินไป (มีค่า pH ต่ำหรือสูงเกินไป)
2. มีโลหะหนัก เช่น สังกะสี ตะกั่ว เหล็ก โครเมียม เป็นต้น
3. มีสารแขวนลอยขนาดเล็กที่ตกตะกอนได้ยาก
4. มีสารประกอบอนินทรีย์ละลายน้ำที่เป็นพิษ เช่น ซัลไฟด์
5. มีไขมันหรือน้ำมันละลายน้ำ

การบำบัดน้ำเสียนั้นมีหลายวิธี ในที่นี้เราจะพูดถึงการใช้สารเคมีในการบำบัดน้ำเสีย โดยแบ่งเป็น 3 กลุ่มใหญ่ๆ ดังนี้ครับ 

1. สารปรับสภาพน้ำ1

สารปรับสภาพน้ำ เป็นสารที่ใช้ในการปรับสภาพน้ำให้อยู่ในสภาพกรดหรือด่างที่เหมาะสม เช่น น้ำเสียที่เป็นกรดสามารถทำให้เป็นกลางได้โดยการเติมปูนขาว โซดาไฟ หรือโซดาแอซ ส่วนน้ำเสียที่เป็นด่างสามารถทำให้เป็นกลางได้โดยการเติมกรดชนิดต่าง ๆ เช่น กรดกำมะถัน (H2SO4) กรดเกลือ (HCl) เป็นต้นนอกจากนี้โลหะหนักบางชนิด ได้แก่ สังกะสี ทองแดง ตะกั่ว แคดเมียม จะละลายน้ำได้ดีเมื่อมีค่า pH ต่ำดังนั้นการแยกสารโลหะหนักทำได้โดยการเติมสาร เช่น โซดาไฟ หรือปูนขาวลงไปในน้ำเสีย จนมีค่า pH ที่เหมาะสมทำให้โลหะหนักตกตะกอน และสามารถแยกออกจากน้ำได้ สำหรับการใช้สารตกตะกอนบางชนิดต้องมีการปรับสภาพน้ำให้เป็นกรดหรือด่างก่อนใส่สารลงไป เพื่อให้มีสภาวะที่เหมาะสมในการเกิดขบวนการตกตะกอน ทำให้เกิดการตกตะกอนสมบูรณ์ไม่กลับไปละลายในน้ำได้อีก


โซดาไฟ บำบัดน้ำเสีย

2. สารช่วยตกตะกอน
การตกตะกอนทางเคมีจัดเป็นขบวนการสำคัญในการปรับปรุงคุณภาพของน้ำ โดยสารช่วยตกตะกอนจะทำให้มีการเกาะกันเป็นกลุ่มใหญ่ของอนุภาคคอลลอยด์ ทำให้อัตราเร็วในการตกตะกอนเร็วยิ่งขึ้น สารเคมีที่นิยมใช้ได้แก่

2.1 Ammonium alum และ Potassium alum5,6 คือ เกลือเชิงซ้อนของสารประกอบที่มี ธาตุอะลูมิเนียม และ ซัลเฟต เป็นส่วนประกอบหลัก หรือ รู้จักกันในนามว่าสารส้ม (alum) หรือ ผลึกเกลือ มีสูตรทางเคมีทั่วไปคือ [M(I)M,( III ) (SO4)2 . 12H2O] แบ่งออกเป็น 3 ประเภท คือ

2.1.1. เกลือซัลเฟตของอะลูมิเนียมหรืออะลูมิเนียมซัลเฟต [Al2(SO4)3. xH2O] ลักษณะเป็น ก้อนผงสีขาว

2.1.2. เกลือเชิงซ้อนของโพแทสเซียมหรือโพแทสเซียมอะลัม [Al2(SO4)3 . K2SO4 . 24H2O]ลักษณะเป็นผลึกใสไม่มีสี

2.1.3. เกลือเชิงซ้อนของแอมโมเนียมหรือแอมโมเนียมอะลัม [Al2(SO4)3 . (NH4)2SO4 .24H2O] ลักษณะเป็นผลึกใสไม่มีสี
โดยสารส้มเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ Al+3, SO42-และสารเชิงซ้อน (complex) ซึ่งเกิดจากการไฮโดรไลซิสของอะลูมิเนียม เช่น Al(OH)2+, Al(OH)3, Al(OH)4- ผลิตภัณฑ์ของการไฮโดรไลซิสบางตัวจะรวมกันเป็นลูกโซ่ยาวของ Polymeric aluminium hydroxide ซึ่งมีประจุมากขึ้น พวกที่เกิดซึ่งมีประจุบวกอาจจะรวมกับคอลลอยด์ซึ่งมีประจุลบ เพื่อทำให้ประจุบนอนุภาคคอลลอยด์สะเทินทำให้เกิดAgglomeration ของคอลลอยด์เกิดเป็นก้อนใหญ่ขึ้น การตกตะกอนก็จะเกิดเร็วขึ้น

2.2. โพลิอะลูมิเนียมคลอไรด์ 2,7หรือชื่อในภาษาอังกฤษว่า Poly Aluminium Chloride หรือเรียกย่อ ๆ ว่า “PAC” เป็นเกลืออะลูมิเนียมที่มีสูตรเคมี คือ [Aln(OH)mCl(6-n)]m ประเภทสารโพลิอนินทรีย์ ซึ่งเกิดจากการรวมตัวโดยนิวเคลียสหลายตัว(โมเลกุลใหญ่) เช่น (Al6(OH)15)3+ สารโพลิดังกล่าวนี้มีความเป็นด่างหรือเบสิกซิตี้สูง ( เบสิกซิตี้หมายถึง ค่าเฉลี่ยของไฮดรอกไซด์อิออนต่ออะลูมิเนียม m/n) และประจุไฟฟ้าบวกมีคุณสมบัติจับตัวสูงและมีเสถียรภาพมาก ลักษณะทั่วไปของ PAC อาจอยู่ในรูปของสารละลายใสหรือขุ่นเล็กน้อย และอาจอยู่ในรูปของผงละเอียดสีขาว PAC ทำให้สารต่างๆ ที่แขวนลอยในน้ำจับตัวกันได้ โดยตะกอนสกปรกในน้ำที่มีประจุเป็นลบ จะรวมตัวกับประจุไฟฟ้าบวกของ PAC ในทุกขนาดของอนุภาคตะกอน PAC มีโครงสร้างโมเลกุลใหญ่ และมีหลายนิวเคลียสทำให้เกิดตะกอนหนัก จึงสามารถตกตะกอนได้อย่างรวดเร็ว

2.3 Ferric chloride (FeCl3) 4 ส่วนใหญ่นำมาใช้ในรูปของสารละลายเจือจาง โดยใช้เป็นสารช่วยจับตะกอน(flocculating agent) และสารตกตะกอน(precipitating agent) ในระบบบำบัดน้ำ โดย FeCl3 จะทำปฏิกิริยากับความเป็นด่างในน้ำเกิดเป็น Fe(OH)3ซึ่งจะทำหน้าที่ดูดซับของแข็งที่มีขนาดเล็กและอนุภาคของคอลลอยด์ FeCl3 มีประสิทธิภาพที่ดีโดยเฉพาะในการตกตะกอนสารโลหะหนัก และซัลไฟด์ นอกจากนี้ในกรณีของน้ำมันและสาร โพลิเมอร์ที่ยากต่อการย่อยสลาย ก็สามารถถูกดูดซับบน Fe(OH)3) ได้

3. สารฆ่าเชื้อ
การใส่สารฆ่าเชื้อในการบำบัดน้ำเสีย ก็เพื่อทำลายเชื้อโรคที่ปะปนอยู่ในน้ำ นอกจากนี้ สารฆ่าเชื้อบางตัวยังสามารถกำจัดกลิ่น หรือโลหะที่ไม่ต้องการออกไปได้ สารฆ่าเชื้อที่ใช้มีอยู่ด้วยกันหลายชนิด เช่น

3.1 คลอรีน1 โดยทั่วไปคลอรีนที่ใช้เพื่อการฆ่าเชื้อโรคได้แก่ ก๊าซคลอรีน(Cl2), แคลเซียมไฮโปคลอไรท์ [Ca(OCl)2]โซเดียมไฮโปคลอไรท์ (NaOCl) และคลอรีนไดออกไซด์ (ClO2) เนื่องจาก คลอรีนมี
ความสามารถในการออกซิไดส์สูง จึงมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อโรคได้ดีเพราะสามารถทำลายระบบenzyme และระบบการสังเคราะห์โปรตีนได้ การเติมคลอรีน ซึ่งเรียกว่ากระบวนการ Chlorination เป็น
กระบวนการเติมก๊าซคลอรีนหรือสารประกอบคลอรีนลงในน้ำเพื่อฆ่าเชื้อโรค เป็นการป้องกันการแพร่กระจายของเชื้อโรคที่มีน้ำเป็นสื่อ นอกจากนี้ยังมีประโยชน์ในการออกซิไดส์ เหล็ก แมงกานีส
ไฮโดรเจนซัลไฟด์ สารอินทรีย์บางชนิด ซึ่งเป็นตัวที่ทำให้เกิดสีและกลิ่นในน้ำ ควบคุมการเกิดสาหร่ายทะเลและช่วยในการตกตะกอนเป็นต้น ก๊าซคลอรีน แคลเซียมไฮโปคลอไรท์และโซเดียมไฮโปคลอไรท์เป็นตัวเติมออกซิเจนอย่างแรง (Oxidizing agent) เมื่อเติมคลอรีนลงน้ำจะเกิดปฏิกิริยาให้ HOCl และ OCl- ซึ่งมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อโรคได้ดี

3.2 โอโซน3 (O3) โอโซนเป็นสารออกซิไดซ์ที่รุนแรงสามารถฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ได้หลายชนิด รวมทั้งเชื้อไวรัสของโรคไข้หวัดใหญ่ (influenza) โรคโปลิโอ (poliomyeligis) และเชื้อบิด Endamoeba histolyticaโอโซนสามารถสลายตัวได้ง่ายและเปลี่ยนเป็นออกซิเจน เมื่อสัมผัสกับสารรีดิวส์หรือใช้โลหะทรานซิชั่นเป็นตัวเร่ง จากสมบัติดังกล่าวจึงมีการนำโอโซน มาบำบัดน้ำเสียจากชุมชนและน้ำทิ้งจากโรงงาน โอโซนสามารถออกซิไดซ์โลหะหนักต่างๆให้อยู่ในรูปตะกอนที่ไม่ละลายน้ำเช่น Pb2+ Cd2+ , Hg2+ , Mn2+ เป็นต้น Pb2++2O3 → ↓PbO2 + 2O2โอโซนสามารถลดปริมาณสารลดแรงตึงผิว ทั้งประเภท แคตไอออนิก แอนไอออนิกและนอนไอออนิกที่เป็นปัจจัยที่ทำให้น้ำเน่าเสีย นอกจากนี้ยังสามารถออกซิไดซ์สารที่ทำให้เกิดกลิ่นในน้ำเสียและน้ำทิ้งเช่นแอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไดเมทิลซัลไฟด์เป็นต้น
สารเคมีที่ใช้ในการบำบัดน้ำทั้ง 3กลุ่ม โดยมากจะใช้ร่วมกัน โดยในขั้นตอนแรกจะเป็นการปรับสภาพน้ำให้อยู่ในสภาพที่เหมาะสมสำหรับการตกตะกอน ต่อจากนั้นจึงเติมตัวตกตะกอนลงไปให้เกิดการตกตะกอน แล้วจึงกำจัดตะกอนที่ตกลงมาออกจากน้ำ ขั้นต่อไปเติมสารฆ่าเชื้อเพื่อฆ่าเชื้อโรค จากนั้นเติมสารปรับสภาพน้ำอีกครั้งเพื่อปรับสภาพน้ำให้เป็นกลาง ก่อนปล่อยลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติ

เอกสารอ้างอิง
1. กรรณิกา สิริสิงห. เคมีของน้ำ น้ำโสโครก และการวิเคราะห์. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์ ประยูรวงศ์. 2525
หน้า 107-142
2. โพลิอะลูมิเนียมคลอไรด์.2004(ออนไลน์) เข้าถึงได้จาก:http://www.charpa.co.th/bulletin/polyalum.html
3. วารสารกรมวิทยาศาสตร์บริการ ปีที่45 ฉบับที่145 กันยายน 2540 หน้า8-12.
4. วารสารกรมวิทยาศาสตร์บริการ ปีที่47 ฉบับที่151 กันยายน 2542 หน้า16-18
5. สำนักงานมาตรฐานผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม.มาตรฐานผลิตภัณฑ์สารส้ม. มอก.165-2542หน้า1-2
6. Deodorant(Natural Alum) (ออนไลน์) เข้าถึงได้จาก:http://www.1personalcare.care/alum.html
7. .Japanese Industrial Standard. Poly aluminium chloride for waterworks. JIS K 1475-1996 p.1