Chemical treatment

Chemical Unit Processes

กระบวนการทางเคมี

การบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีทางเคมี ทำได้โดยการเติมสารเคมีเพื่อให้ทำปฏิกิริยากับน้ำเสีย แยกสารปนเปื้อนออกได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่สารเคมีที่เติมเข้าสู่ระบบจะมีค่าใช้จ่าย และตะกอนเคมีที่เกิดขึ้นก็อาจจะต้องเสียค่ากำจัดต่อไป แต่ถ้าน้ำเสียไม่สามารถบำบัดด้วยวิธีทางกายภาพหรือชีวภาพแล้ว การบำบัดทางเคมีก็เป็นวิธีทางที่จำเป็น

กระบวนการทางเคมีสามารถแยกได้ดังนี้

การตกตะกอนผลึกทางเคมี (Chemical Precipitation)
การสร้างและรวมตะกอนเคมี (Coagulation – Flocculation )
การเกิดออกซิเดชันทางเคมี (Chemical Oxidation)
การเกิดรีดักชันทางเคมี (Chemical Reduction)
การปรับ pH (pH Adjustment)
การฆ่าเชื้อโรค (Disinfection)
การไล่ก๊าซ (Gas Stripping)

การตกผลึกทางเคมี (Chemical Precipitation)

กระบวนการนี้จะทำการเปลี่ยนสภาพของสารละลาย (Soluble) ให้เป็นสารที่อยู่ในสภาพไม่ละลายน้ำ (Insoluble) สามารถแยกมลสารที่ไม่ต้องการออกจากน้ำเสียด้วยวิธีตกตะกอนผลึกทางเคมี โดยวิธีการเติมสารเคมีผสมกับน้ำเสียให้ทั่วถึง เช่น สารส้ม (Alum), Ferric chloride (FeCl₃), ปูนขาว (Lime) เป็นต้น

การตกตะกอนผลึกให้ได้ดีต้องพิจารณาค่า pH หลังจากเกิดปฏิกิริยาทางเคมีแล้ว โดยค่า pH ที่เหมาะสมกับการตกตะกอนของโลหะหนักหรือมลสารที่ละลายอยู่ในน้ำเสียแต่ละชนิดจะไม่เท่ากัน โดยค่าที่เหมาะสมดังตาราง

ตารางค่า pH ที่เหมาะสมสำหรับการกำจัดมลสารออกจากน้ำเสียด้วยสารเคมีต่างๆ

มลสารที่ละลายในน้ำเสีย	สารเคมีที่เติม	pH ที่เหมาะกับการตกตะกอน	สารเคมีที่ตกตะกอนได้
Aluminum	Lime	5	Al(OH)₃
Arsenic	Ferric chloride	8	AsCl₂
Barium	Solium sulfate	10	BaSO₄
Cadmium	Lime	9.5-12	Cd(OH)₂
Chromic	Lime	8.0-9.5	Cr(OH)₃
Cupric	Lime	9-10	Cu(OH)₂
Ferric	Lime	7	Fe(OH)₃
Fluoride	Lime	12	CaF₂
Manganese	Lime	10	Mn(OH)₂
Mercury	Solium sulfate	8.5	HgS
Nickel	Lime	10	Ni(OH)₂
Phosphorus	Ferric chloride	7	FePO₂
Plumbic	Lime	6-10	Pb(OH)₂
Selenium	Solium sulfate	6.5	SeS₂
Silver	Solium sulfate	8	AgCl
Stannic	Lime	4-4.5	Sn(OH)₂
Zinc	Lime	5-6	Zn(OH)₂

ปริมาณสารเคมี

ปริมาณสารเคมีที่เหมาะสมเป็นสิ่งที่จำเป็นอย่างมากสำหรับการตกตะกอนทางเคมี เพื่อให้ได้ปริมาณสารเคมีที่เหมาะสมที่สุด ใช้สารเคมีน้อยที่สุดแต่สามารถกำจัดมลสารได้มากที่สุด สามารถทำได้โดย นำตัวอย่างน้ำเสีย 2 ลิตร เทใส่ลงในถ้วยทดลองหลายใบวางเรียงกัน แล้วค่อยๆ เติมสารเคมีด้วยปริมาณที่แตกต่างกัน นำมากวนให้เข้ากัน ทำการวัด pH แล้วปล่อยให้ตกตะกอนจนได้น้ำใส จากนั้นนำน้ำใสมาทำการวิเคราะห์หาค่ามลสารที่เหลืออยู่

การสร้างและรวมตะกอนเคมี (Coagulation – Flocculation )

กระบวนการนี้มี 2 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนแรก การเติมสารเคมีพวกสารสร้างตะกอน (Coagulants) ได้แก่ สารส้ม ปูนขาว เกลือของเหล็ก สาร Polyelectrolytes เป็นต้น ผสมกับน้ำเสียที่มีตะกอนแขวนลอยเล็กๆ ขั้นตอนที่สอง คือ การกวนอย่างช้าๆ เพื่อให้เกิดสภาพรวมตะกอน (Flocculation) ทำให้ตะกอนแขวนลอยเล็กๆ เกาะกันกับแสารสร้างตะกอน จนได้ตะกอนขนาดใหญ่ขึ้น จนสามารถตกตะกอนเองได้

ปริมาณสารเคมี

สามารถหาได้โดยการทำ Jar Test

สารสร้างตะกอนเคมี

สารสร้างตะกอนเคมี นิยมใช้กันได้แก่ สารส้ม, Ferrous Sulfate, Ferric Salts, Solium Aluminate เป็นต้น

เพื่อให้การสร้างและรวมตะกอนเป็นไปด้วยดีจำเป็นต้องเติมสารช่วยสร้างตะกอน (Coagulation Aids) ได้แก่ กรด ด่าง, Activated Silica, Polyelectrolytes, ดินเหนียว เป็นต้น โดยปกติปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเนื่องจากสารเคมีต่างๆ จะมีค่า pH ที่เป็นปัจจัยสำคัญ เพราะถ้า pH อยู่ในระดับที่เหมาะสมก็ไม่จำเป็นต้องเติมสารสร้างตะกอนมากเกินไป โดยจะใช้ในปริมาณที่เหมาะสมที่สุด ประหยัดสารเคมีที่ใช้

สารส้ม

สาร Aluminum Sulfate เป็นสารสร้างตะกอนเคมีที่นิยมมากที่สุด สูตรเคมี คือ Al₂(SO₄)₃ . 18H₂O นำหนักโมเลกุล 666.7 มีทั้งแบบก้อน ผง หรือของเหลว เมื่อสารส้มทำปฏิกิริยากับน้ำเสียถ้ามีสภาพเป็นด่าง (Alkalinity) จะเกิดตะกอนวุ้นรูปร่างคล้ายหัวเข็มหมุดของ Al(OH)₃ (Aluminum Hydroxide)

ถ้าน้ำเสียไม่มีสภาพด่างอยู่ จำเป็นต้องเติมด่างผสมลงไปเพื่อเพิ่มสภาพด่างในน้ำเสีย เช่นเติม ปูนขาว(Ca(OH)₂) หรือ Soda ash (Na₂CO₃)

Ferrous Sulfate

สาร Ferrous Sulfate หรือเรียกว่า Copperas มีลักษณะผลึกสีเขียวแห้ง สามารถทำปฏิกิริยากับน้ำเสียที่สภาพด่าง (Alkalinity) ได้ แต่ค่อนข้างช้ามาก ทำให้จำเป็นที่ควรใช้ปูนขาวเติมผสมลงมาเพื่อเพิ่มค่า pH ขึ้นจนเกิดตะกอนของ Ferric Hydroxide

ถ้านำสาร Ferrous Sulfate ผสมกับคลอรีนจะทำให้ได้สาร Fe₂(SO₄)₃ และสาร FeCl₃ หลังจากนั้นจึงนำไปผสมกับน้ำเสียที่มีสภาพด่างอยู่แล้ว หรือมีปูนขาวผสมลงไปช่วย เพื่อเพิ่มค่าสภาพด่าง ซึ่งจะได้ตะกอนของ Ferric Hydroxide

Ferric Salts

สาร Ferric Salts ที่นิยมใช้คือ สาร Ferric Sulfate และสาร Ferric Chloride มีข้อดีดังนี้

สามารถสร้างและรวมตะกอนได้ดีในช่วง pH 4-9
ตะกอนเคมีของ Ferric จะมีน้ำหนักมากพอสมควรทำให้มีการตกตะกอนได้ดี
สามารถกำจัดสีของน้ำเสียได้พอสมควร

Sodium Aluminate

สาร Sodium Aluminate เป็นสารที่อาจใช้ผสมกับสารส้ม หรือผสมกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เพื่อเกิดตะกอนของ Aluminum Hydroxide โดยไม่ต้องใช้ปูนขาวหรืออื่นๆ เพื่อเพิ่มสภาพด่างในน้ำเสีย

ด่างและกรด

พวกด่างและกรดเป็นสารเคมีที่ช่วยในการปรับ pH ให้ได้ค่า pH ที่อยู่ในช่วงเหมาะสมสำหรับกระบวนการสร้างและรวมตะกอน

พวกด่าง ได้แก่ ปูนขาว, NaOH, Na₂CO₃

พวกกรด ได้แก่ กรดซัลฟูริค กรดฟอสฟอริค

Activated Silica

พวก Activated Silica มีคุณสมบัติเป็นประจุบลบ ทำหน้าที่ช่วยให้ตะกอนที่ถูกสารสร้างตะกอนรวบรวมมีขนาดใหญ่กว่าเมื่อไม่ใช้พวก Activated Silica เพราะพวก Activated Silica ไปเกาะติดกับพวกโลหะไฮดรอกไซด์ทำให้ตะกอนมีขนาดใหญ่มีน้ำหนักมากขึ้น สาร Activated Silica ยังช่วยลดปริมาณการใช้สารสร้างตะกอนลงด้วย

Polyelectrolytes

สาร Polyelectrolytes มีอยู่ 3 ลักษณะ คือ สารที่มีประจุลบ Anionic Polyelectrolytes สารที่มีประจุบวก Cationic Polymers และสารที่มีทั้งประจุลบและบวก Polyampholytes สาร Polyelectrolytes ทำหน้าที่ช่วยให้เกิดตะกอนเคมีได้เร็ว โดยอาศัยการดูดแนบ (Adsorption) การสะเทิน (Neutralization) และการเชื่อมต่อกัน (Interparticle Bridging)

ดินเหนียว

เป็นตัวช่วยเพิ่มน้ำหนักของตะกอนวุ้น (Floc) ที่ได้ใช้สารสร้างตะกอนเคมี ส่งผลให้การตกตะกอนได้เร็ว

สารพิษที่สามารถถูกกำจัดด้วยวิธีออกซิเดชันทางเคมี

สารพิษในน้ำเสียมีหลายชนิด และที่สามารถถูกกำจัดด้วยวิธีออกซิเดชันทางเคมี ได้แก่ Zn, CN^-1, Fe⁺², S^-2, SO3^-2, Mn⁺², Phenols, Amines, Humic acids เป็นต้น

สารเคมีที่ใช้ในการกำจัดสารพิษด้วยวิธีออกซิเดชันทางเคมี ควรพิจารณาดังนี้

ประสิทธิภาพของการกำจัดสารพิษ
ราคาของสารเคมีที่ใช้ในการกำจัดสารพิษ
ความยากง่ายในการจัดเตรียมสารเคมี
ประสบการณืของผู้ควบคุมระบบกำจัดสารพิษ
ลักษณะของน้ำเสียที่ต้องการกำจัดสารพิษ เช่น pH, TSS, Hardness เป็นต้น

สารเคมีที่ใช้ มีดังตาราง

ตารางสารเคมีพวก Oxidizing agent ที่ใช้ในงานบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีเคมี

Oxidizing agent	สารปนเปื้อนที่ต้องการกำจัดออก
อากาศ หรือ ออกซิเจน	Sulfites, Sulfides, Ferrous (Fe⁺²)
ก๊าซคลอรีน	Sulfide
ก๊าซคลอรีนและด่าง	Cyanide (CN^-)
คลอรีนไดออกไซด์ (ClO2)	Cyanide, Pesticides
Sodium hypochlorite (NaOCl)	Cyanide, ตะกั่ว (Lead)
Calcium hypochlorite (Ca(OCl)2)	Cyanide
Potassium permanganate (KMnO4)	Cyanide, ตะกั่ว, กลิ่นจากสารอินทรีย์
Permanganate	Manganese
Hydrogen Peroxide (H2O2)	Phenol, Cyanide, สารประกอบ Sulfur, ตะกั่ว

คลอรีนและโอโซนยังสามารถกำจัด BOD₅ และ COD ของน้ำเสียได้ 0.5-3.0 กก/กก.BOD₅ และ 2-8 กก/กก.COD ตามลำดับ

การเกิดรีดักชันทางเคมี (Chemical Reduction)

เป็นกระบวนการที่เกิดปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มอิเล็กตรอน(Electron) ของอะตอม โดยสามารถเปลี่ยนสภาพมลสารจากพิษมากให้มีพิษน้อยลงหรือไม่มีเลย เช่น Cr⁺⁶ เป็น Cr⁺³ , Cu⁺² เป็น Cu ซึ่งมีพิษน้อยลง

ตารางสารเคมี Reducing agent ที่ใช้ในงานบำบัดน้ำเสีย

Reducing agent	สารปนเปื้อนที่ต้องการกำจัด
Sulfur dioxide (SO₂), Sodium bisulfite, Sodium metabisulfite, Ferrous sulfate (FeSO₄)	Chromium (Cr⁺⁶)
Sodium borohydride (NaBH₄)	Mercury, Silver, Cu⁺²

การปรับ pH (pH Adjustment)

การปรับ pH ในน้ำเสียจะใช้สารเคมี 2 ประเภท คือ กรด และ ด่าง

สารเคมีที่นิยมใช้ในการปรับ pH ให้สูงขึ้น ได้แก่

CaCO₃, CaO, Ca(OH)₂, MgO, Mg(OH)₂, Dolomitic quicklime, Dolomitic hydrated lime, NaOH, Na₂CO₃

สารเคมีที่นิยมใช้ในการปรับ pH ให้ต่ำลง ได้แก่ H₂SO₄, HCL, HNO₃, ก๊าซ CO₂

ระบบถังปรับ pH

ถังปรับ pH จะมีการควบคุมการทำงานที่แตกต่างกัน 2 แบบ คือ

แบบระดับน้ำลึกคงที่ในถัง

อัตราไหลเข้าและออกจะมีอัตราที่เท่ากัน

แบบระดับน้ำลึกแปรเปลี่ยนในถึง

จะควบคุมอัตราการไหลน้ำทิ้งให้คงที่

การฆ่าเชื้อโรค (Disinfection)

การฆ่าเชื้อโรคในน้ำเสียหรือน้ำทิ้งหมายถึงการกัดเชื้อจุลชีพที่ก่อให้เกิดโรค แต่จะมีจุลชีพบางส่วนอาจหลงเหลืออยู่ในน้ำ ซึ่งวิธีการฆ่าเชื้อโรคในน้ำด้วยวิธีการฆ่าเชื้อโรค (Disinfection) จะไม่สามารถกำจัดหรือฆ่าเชื้อโรคได้หมด ถ้าเป็นการทำไร้เชื้อเรียกว่า Sterilization จะเป็นการทำลายจุลชีพทั้งหมด

การไล่ก๊าซ(Gas Stripping)

สารละลายบางชนิดที่อยู่ในน้ำเสียสามารถถูกกำจัดหรือแยกออกจากน้ำเสียด้วยวิธีไล่ก๊าซ สารดังกล่าวได้แก่ แอมโมเนีย (NH₃), Hydrogen Sulfide(H₂S), Phenol เป็นต้น สารอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile Organic Compounds, VOCs) มักพบในน้ำเสีย เช่น 1,2-Dibromo-3-Chloropropane (DBCP), Trichloroethylene (TCE) เป็นต้น ก็สามารถใช้วิธีไล่ก๊าซในการกำจัดสารดังกล่าง

การออกแบบระบบบำบัดน้ำเสียทางเคมี วิศวกรของเราพร้อมที่จะให้คำปรึกษาฟรี เพื่อให้ท่านได้ระบบบำบัดน้ำเสียที่เหมาะสม ถูกหลักทางวิศวกรรม