Nanofiltration (NF) System
ระบบกรองเมมเบรนระดับนาโนสำหรับการกำจัดความกระด้าง สี และสารอินทรีย์ในน้ำ
การใช้งานของระบบ
Nanofiltration (NF) เป็นกระบวนการกรองด้วยแรงดัน (Pressure-driven membrane process) ที่มีขนาดรูพรุนเล็กกว่า UF แต่ใหญ่กว่า RO โดยทั่วไปมีขนาดประมาณ 0.001 µm (1 นาโนเมตร)
วัตถุประสงค์หลักของ NF:
-
ลดความกระด้างของน้ำ (Ca²⁺, Mg²⁺)
-
กำจัดสี กลิ่น สารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ (Natural Organic Matter)
-
ลดโลหะหนัก เช่น Fe, Mn, Pb
-
กำจัดแบคทีเรียและไวรัส
-
ใช้แทน RO ในงานที่ไม่ต้องการน้ำบริสุทธิ์ 100%
หลักการทำงาน
NF ใช้ แรงดันสูง (4–15 bar) ดันน้ำผ่านเยื่อกรองที่มีคุณสมบัติ กึ่งซึมผ่านได้ (Semi-permeable membrane)
น้ำและไอออนขนาดเล็กบางส่วนจะซึมผ่าน (Permeate) ส่วนเกลือและโมเลกุลใหญ่ถูกกักไว้ (Reject)
แรงขับเคลื่อนหลัก: ความดัน (Pressure gradient)
กลไกการแยก: Sieving + Donnan exclusion (อิทธิพลของประจุไฟฟ้าบนผิวเมมเบรน)
การเปรียบเทียบ NF กับ UF และ RO
| ระบบกรอง | ขนาดรูพรุน (µm) | แรงดันใช้งาน (bar) | สิ่งที่แยกออกได้ | คุณภาพน้ำ |
|---|---|---|---|---|
| Ultrafiltration (UF) | 0.01–0.1 | 0.5–2 | TSS, คอลลอยด์, แบคทีเรีย | น้ำใส, ยังมีเกลือ |
| Nanofiltration (NF) | ~0.001 | 4–15 | Ca²⁺, Mg²⁺, สี, Organic, Virus | น้ำอ่อน, เกลือละลายบางส่วน |
| Reverse Osmosis (RO) | 0.0001 | 10–70 | เกลือทั้งหมด, ไอออนทุกชนิด | น้ำบริสุทธิ์ (Demineralized) |
กลไกการแยกของ NF
NF ไม่เพียงแยกตาม “ขนาด” แต่ยังอาศัย “ประจุ” (Charge-based rejection) ทำให้ NF กำจัด ไอออนประจุบวกคู่ (divalent ions) ได้ดีกว่า ไอออนประจุบวกเดี่ยว (monovalent ions)
| ประเภทไอออน | ตัวอย่าง | การกำจัดโดย NF |
|---|---|---|
| Divalent cations | Ca²⁺, Mg²⁺ | >90% |
| Divalent anions | SO₄²⁻, CO₃²⁻ | >90% |
| Monovalent ions | Na⁺, Cl⁻ | 20–70% |
| Organic molecules (MW >200 Da) | สี, Humic acid | >90% |
ดังนั้น NF จึงเหมาะกับการ “ทำให้น้ำอ่อน” โดยไม่ต้องใช้สารเคมี หรือ “ลดสีและสารอินทรีย์” ในน้ำบาดาลหรือน้ำผิวดิน
โครงสร้างและวัสดุของเมมเบรน
| ประเภทเมมเบรน | วัสดุหลัก | ลักษณะ | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|
| Thin Film Composite (TFC) | Polyamide (PA) | ประสิทธิภาพสูง, ทนแรงดัน | ระบบอุตสาหกรรมทั่วไป |
| Cellulose Acetate (CA) | CA / CTA | ทนคลอรีนได้บางส่วน | น้ำที่มีคลอรีนตกค้าง |
| Polyethersulfone (PES) | PES | ใช้ใน NF แบบ low-pressure | ระบบน้ำอ่อน, น้ำผิวดิน |
NF Membrane ส่วนใหญ่ผลิตในรูป Spiral Wound Module เช่นเดียวกับ RO เพื่อประหยัดพื้นที่และต้นทุนติดตั้ง
ค่าการออกแบบทั่วไป (Design Criteria)
| รายการ | ค่ามาตรฐานทั่วไป |
|---|---|
| Pressure | 4–15 bar |
| Operating flux | 10–30 L/m²·h |
| Recovery | 75–90% |
| Salt rejection | 60–90% (ขึ้นกับชนิดเกลือ) |
| Hardness rejection | >90% |
| Organic rejection | >90% |
| pH range | 2–11 |
| Temperature | < 40°C |
| Cleaning frequency | ทุก 1–3 เดือน หรือเมื่อ ΔP เพิ่ม 15–20% |
ขั้นตอนกระบวนการ (NF Process Flow)
ตัวอย่างการคำนวณเบื้องต้น
เงื่อนไข:
-
Flow rate: 10 m³/h
-
Flux: 20 L/m²·h
-
Recovery: 80%
-
พื้นที่เมมเบรนรวม:
-
ถ้าโมดูล NF มีพื้นที่ 37.5 m²:
-
Pressure ที่ต้องใช้โดยทั่วไป 8–10 bar
-
ค่าการลดความกระด้าง:
หากน้ำบาดาลมี Hardness 250 mg/L → หลัง NF เหลือเพียง 10–25 mg/L
การบำรุงรักษาและการล้างเมมเบรน
| สาเหตุ Fouling | ลักษณะปัญหา | สารเคมีที่ใช้ล้าง |
|---|---|---|
| Inorganic scaling (CaCO₃, CaSO₄) | ΔP สูงขึ้น, Flux ลด | Citric acid / HCl 0.1–0.5% |
| Organic fouling | Flux ลด, สีเปลี่ยน | NaOH 0.1–0.5% + Surfactant |
| Biofouling | กลิ่น, ΔP สูง | NaOCl 100–200 ppm (ถ้าเมมเบรนทนคลอรีน) |
| Iron fouling | น้ำบาดาล | Citric acid / Oxalic acid |
หมายเหตุ:
น้ำบาดาลที่มีเหล็กหรือแมงกานีสควรผ่านระบบ Iron Removal ก่อน NF เพื่อป้องกันการอุดตันของเมมเบรน
การตรวจวัดและควบคุม
| พารามิเตอร์ | จุดตรวจ | วัตถุประสงค์ |
|---|---|---|
| Pressure (Feed / Concentrate / Permeate) | ทุกโมดูล | คำนวณ TMP |
| Conductivity | Feed / Permeate | ตรวจการรั่วหรือเสื่อมของเมมเบรน |
| Flow rate | Permeate / Concentrate | ตรวจ Recovery |
| ΔP (Pressure drop) | Across module | ตรวจ Fouling |
| pH, Temperature | Feed water | ตรวจสภาพของน้ำก่อนกรอง |
อายุการใช้งานและการเปลี่ยนเมมเบรน
| อุปกรณ์ | อายุการใช้งานเฉลี่ย | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| NF Membrane | 3–5 ปี | อายุขึ้นกับคุณภาพน้ำและการ CIP |
| High Pressure Pump | 5–10 ปี | ตรวจซีลและแบริ่งทุกปี |
| Pressure Vessel | 10 ปี | ตรวจรอยรั่วและการกัดกร่อน |
| Instrument / Sensor | 3–5 ปี | ตรวจสอบ Calibration ทุก 6 เดือน |
การใช้งานทั่วไปของระบบ NF
| ประเภทน้ำ / อุตสาหกรรม | จุดประสงค์การใช้ |
|---|---|
| น้ำบาดาล | ลดความกระด้างและสี |
| น้ำผิวดิน | กำจัดสารอินทรีย์และโลหะหนัก |
| อุตสาหกรรมอาหาร | Concentration / Recovery |
| โรงงานยา / เครื่องสำอาง | Pre-RO / Polishing water |
| โรงงานผลิตเครื่องดื่ม | ปรับคุณภาพน้ำ (Softening + Color reduction) |
การเชื่อมต่อกับระบบอื่น
ข้อดีของระบบ NF
-
ลดความกระด้างและสีโดยไม่ต้องใช้สารเคมี
-
กำจัดสารอินทรีย์และโลหะหนักได้ดี
-
ใช้แรงดันน้อยกว่า RO ประมาณครึ่งหนึ่ง
-
คงแร่ธาตุบางส่วนในน้ำ ทำให้น้ำยังคงมีรสชาติอยู่
-
เหมาะกับระบบผลิตน้ำอ่อนและระบบ Reuse
ข้อจำกัดและข้อควรระวัง
-
ไม่สามารถกำจัดเกลือโซเดียมคลอไรด์ได้ 100%
-
ต้องมีระบบ Pre-treatment ที่ดี (Iron, Turbidity, SDI < 3)
-
ห้ามใช้คลอรีนเข้มข้นเกิน เพราะจะทำลาย Polyamide layer
-
ต้องมีระบบ CIP และบันทึกค่า TMP เพื่อป้องกัน fouling
สรุป
-
Nanofiltration เหมาะสำหรับงานที่ต้องการน้ำสะอาดกว่าระดับ UF แต่ไม่ต้องถึงขั้น RO
-
สามารถกำจัดความกระด้าง, สี, สารอินทรีย์, และโลหะหนักได้ในขั้นตอนเดียว
-
ประหยัดพลังงานมากกว่า RO และดูแลรักษาง่ายกว่า
-
หากออกแบบร่วมกับระบบ UF และ Iron Removal จะได้คุณภาพน้ำคงที่เหมาะสำหรับกระบวนการผลิต
