การน้ำกลับมาใช้ด้วยระบบ RO น้ำเสีย: อัตรากู้คืน ฟลักซ์ แรงดัน และดัชนี LSI ของน้ำเข้มข้น

กลุ่มเป้าหมาย: วิศวกรออกแบบโรงงานบำบัดน้ำเสีย (เทศบาลและอุตสาหกรรม) ในเวียดนาม อินโดนีเซีย มาเลเซีย และประเทศไทย เวลาอ่าน: ~8 นาที เครื่องมือที่เกี่ยวข้อง: การน้ำกลับมาใช้ด้วย RO · คู่มือการออกแบบ

หลักการ

ระบบออสโมซิสย้อนกลับ (RO) สำหรับน้ำเสียเปลี่ยนน้ำทิ้งจากขั้นปฐมภูมิให้เป็นน้ำที่นำกลับมาใช้ได้ โดยส่งน้ำภายใต้แรงดันผ่านเยื่อแบ่งผ่านได้บางส่วน ตัวเลขสองตัวที่กำหนดการออกแบบคือ อัตรากู้คืน (recovery) (น้ำเข้ามากี่ส่วนกลายเป็นน้ำเจือจาง) และ ฟลักซ์ (flux) (น้ำผ่านเยื่อได้เร็วเพียงใด) ยิ่ง recovery สูง น้ำเข้มข้นยิ่งเข้มข้นขึ้น — และยิ่งเข้าใกล้การเกิดตะกรอง (scaling) กับแรงดันปั๊มที่สูงขึ้น บทความนี้คำนวณน้ำเจือจาง พื้นที่เยื่อ แรงดันน้ำเข้า และดัชนี Langelier (LSI) ของน้ำเข้มข้น

สูตรพื้นฐาน

R = rec/100 · Q_p = Q × R (m³/วัน น้ำเจือจาง) · Q_c = Q − Q_p (m³/วัน น้ำเข้มข้น) · cf_W = 1/(1−R) (ตัวคูณความเข้มข้นที่ผนัง) · cf_A = ln(1/(1−R))/R (ตัวคูณความเข้มข้นเฉลี่ย) · pass = (100−rej)/100 × 1.06^(T−25) (การผ่านของเกลือ) · c_avg = TDS × cf_A · c_p = c_avg × pass (TDS ของน้ำเจือจาง) · c_c = TDS × cf_W (TDS ของน้ำเข้มข้น) · area = Q_p×1000/24/flux (m²) · nEl = ⌈area/ea⌉; nVes = ⌈nEl/epv⌉; aInst = nVes×epv×ea · fAct = Q_p×1000/24/aInst (LMH) · aT = lp×1.03^(T−25) (LMH/bar) · ndp = fAct/aT · pFeed = ndp + (π_A−π_P) + dp/2 (bar; π = 0.00077 × TDS ท้องถิ่น) · kW = Q/24×pFeed/(36×pe) · se = kW×24/Q_p (kWh/m³) · LSI: A=(log₁₀(tds_c)−1)/10; B=−13.12×log₁₀(T+273)+34.55; C=log₁₀(ca_c×2.5)−0.4; D=log₁₀(alk_c); phs=9.3+A+B−C−D; lsi=pH_c−phs; si_lim=120 mg/L

rej = การปฏิเสธเกลือ (%), rec = อัตรากู้คืน (%), flux = ฟลักซ์การออกแบบ (LMH, ปกติ 18), ea = พื้นที่ต่อชิ้นส่วน (m², ปกติ 37), epv = จำนวนชิ้นส่วนต่อถัง (6), lp = ค่าการซึมผ่านการออกแบบ (LMH/bar, 2.5), dp = การสูญเสียแรงดัน (bar), pe = ประสิทธิภาพปั๊ม, T = อุณหภูมิ °C cf_W และ cf_A พุ่งสูงขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อ R เข้าใกล้ 1 (นั่นคือเหตุผลที่จำกัดอัตรากู้คืนไว้ที่ 65–85 %)

ตัวอย่าง

Q = 1000 m³/วัน, TDS = 1200 mg/L, tgt = 100, rej = 98 %, rec = 75 %, flux = 18, T = 28 °C, ea = 37, epv = 6, pe = 0.75, dp = 2, lp = 2.5, Ca = 120, Alk = 100, pH = 7.2, SiO₂ = 15: R = 0.75; Q_p = 750; Q_c = 250; cf_W = 4.0; cf_A = ln(4)/0.75 = 1.848; pass = 0.02×1.06³ = 2.38 %; c_avg = 1200×1.848 = 2218; c_p = 2218×0.0238 = 52.8 mg/L (≤ tgt 100); c_c = 4800; area = 750×1000/24/18 = 1736 m²; nEl = ⌈1736/37⌉ = 47; nVes = ⌈47/6⌉ = 8; aInst = 1776; fAct = 17.6 LMH (≤25); π_C = 0.00077×4800 = 3.70; π_A = 1.708; π_P = 0.041; aT = 2.5×1.03³ = 2.73; ndp = 6.45; pFeed = 6.45+1.708−0.041+1 = 9.12 bar (≤41); kW = 1000/24×9.12/27 = 14.1; se = 0.45 kWh/m³; LSI: tds_c=4800, ca_c=480, alk_c=400, pH_c=7.2+log₁₀(4)=7.80; A=0.268; B=2.03; C=2.679; D=2.602; phs=6.32; LSI = 1.48 (ต้องใช้สารต้านการตกตะกรอง); SiO₂_c = 60 mg/L (≤120).

5 ข้อผิดพลาดในการออกแบบ

1. Recovery > 85 %: cf พุ่งสูง → เกิดตะกรอง CaCO₃/SiO₂ และแรงดันปั๊มเกิน 41 bar; ต้องใช้การจัดชั้น (staging) หรือรีไซเคิล
2. ฟลักซ์ > 25 LMH: การเกาะสกปรก (fouling) แปรผันตามฟลักซ์แบบไม่เชิงเส้น — ให้ลดฟลักซ์ ไม่ใช่เพิ่มชิ้นส่วน
3. ลืมอุณหภูมิ: pass สูงขึ้น 6 %/°C, aT สูงขึ้น 3 %/°C — น้ำอุ่นให้เกลือผ่านมากกว่าแต่ต้องใช้แรงดันต่ำลง
4. ละเลย LSI/SiO₂ ของน้ำเข้มข้น: LSI>1.8 หรือ SiO₂>120 mg/L → ตะกรองแทบไม่ย้อนกลับได้; ลด recovery หรือทำการลดความแข็ง
5. แอมโมเนียผ่าน: RO ไม่กัน NH₃ (ไม่มีขั้ว) — ควบคุมที่ขั้นตอนชีวภาพต้นน้ำ ไม่ใช่ที่เยื่อ

เคล็ดลับการเดินระบบ

ใช้ เครื่องคำนวณน้ำกลับมาใช้ด้วย RO จากอัตราการไหล TDS อัตรากู้คืน และอุณหภูมิ เพื่อหาน้ำเจือจาง พื้นที่เยื่อ แรงดัน และ LSI เมื่อน้ำทิ้งมาจาก เคลริฟิเยอร์รยอง ให้เทียบกับ เครื่องสำรองไฟ UPS สำหรับตู้ตรวจวัดน้ำเสีย หากน้ำกลับมาใช้ต้องปราศจากเชื้อจุลชีพ ติดตั้ง flow meter EMF (น้ำเข้าและน้ำเจือจาง) ค่าการนำไฟฟ้า pH/ORP และความขุ่นหลังกรองด้วยกรองการ์ดริช

สรุป

RO น้ำเสีย: Q_p=Q×R, พื้นที่จาก area=Q_p×1000/24/flux, แรงดันจาก pFeed=ndp+(π_A−π_P)+dp/2 และอย่าลืม LSI ของน้ำเข้มข้น (จำกัด recovery 65–85 %, ฟลักซ์ ≤25 LMH) แอมโมเนียผ่านได้อิสระ — แก้ที่ขั้นตอนชีวภาพ