การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศในการบำบัดน้ำ

น้ำที่ดูสะอาดอาจยังมีปัญหาอยู่ ก๊าซที่ละลายอยู่ในน้ำ เช่น ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และก๊าซอื่นๆ ที่เจือปนอยู่ แม้จะมองไม่เห็น แต่ก็เป็นสาเหตุของการกัดกร่อน รบกวนกระบวนการบำบัด และสร้างปัญหาในการปฏิบัติตามข้อกำหนด ในน้ำป้อนหม้อไอน้ำ ออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำจะกัดกร่อนท่อเหล็กและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ในน้ำดื่ม คาร์บอนไดออกไซด์ส่วนเกินจะส่งผลต่อค่า pH และทำให้การฆ่าเชื้อไม่แน่นอน ในระบบหล่อเย็นอุตสาหกรรม อากาศที่ละลายอยู่ในน้ำจะทำให้เกิดโพรงอากาศในปั๊มและลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน

การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดวิธีหนึ่งในการกำจัดก๊าซเหล่านี้ออกไป แนวคิดนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ โรงไฟฟ้าและโรงผลิตหม้อไอน้ำใช้มานานหลายทศวรรษ แต่กฎระเบียบที่เข้มงวดขึ้น ต้นทุนพลังงานที่สูงขึ้น และข้อกำหนดคุณภาพน้ำที่เข้มงวดขึ้น กำลังผลักดันให้มีการนำไปใช้ในงานใหม่ๆ ทั่วทั้งการบำบัดน้ำในเทศบาลและอุตสาหกรรม

บทความนี้จะอธิบายว่าการกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศทำงานอย่างไร ทำไมจึงสำคัญ และจะเลือกระบบที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการบำบัดน้ำของคุณได้อย่างไร

ทำไมก๊าซที่ละลายอยู่ในน้ำจึงเป็นปัญหา

ก๊าซที่ละลายอยู่ในน้ำไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ ก๊าซเหล่านี้เข้าสู่ระบบผ่านการสัมผัสกับบรรยากาศ ผ่านกระบวนการเติมอากาศ หรือเป็นผลพลอยได้จากปฏิกิริยาเคมี เมื่อละลายแล้ว ก๊าซจะยังคงอยู่ในสารละลายจนกว่าจะมีบางสิ่งเปลี่ยนแปลง เช่น อุณหภูมิ ความดัน หรือสมดุลทางเคมี

ออกซิเจน เป็นตัวการที่ร้ายกาจที่สุด แม้เพียงไม่กี่ส่วนในล้านส่วนก็สามารถทำให้เกิดการกัดกร่อนอย่างรุนแรงในท่อเหล็กคาร์บอนและหม้อไอน้ำ ความเสียหายอาจไม่ชัดเจนในตอนแรก เริ่มจากการเป็นหลุม แล้วเร่งให้เกิดการรั่วไหลและความเสียหาย ในระบบหม้อไอน้ำ การกัดกร่อนจากออกซิเจนเป็นสาเหตุหลักของการหยุดทำงานโดยไม่ได้วางแผน

คาร์บอนไดออกไซด์ ละลายเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิก ทำให้ค่า pH ลดลง และทำให้น้ำมีฤทธิ์กัดกร่อนต่อโลหะและคอนกรีต ในน้ำดื่ม จะทำให้การปรับค่า pH ซับซ้อนขึ้น และอาจเพิ่มความต้องการสารเคมีที่เป็นด่าง ในน้ำอุตสาหกรรมที่มีความบริสุทธิ์สูง แม้แต่ CO₂ ที่เจือปนเล็กน้อยก็รบกวนการวัดค่าการนำไฟฟ้าและความต้านทาน

ไนโตรเจน ส่วนใหญ่เฉื่อย แต่เมื่อออกจากสารละลาย จะเกิดเป็นฟองอากาศที่ทำให้เกิดโพรงอากาศในปั๊ม ลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อน และทำให้การทำงานมีเสียงดังและไม่มีประสิทธิภาพ

ก๊าซอื่นๆ เช่น มีเทน ไฮโดรเจนซัลไฟด์ คลอรีน และสารอินทรีย์ระเหยง่าย ปรากฏในงานเฉพาะทาง แต่ละชนิดก็มีปัญหาของตัวเอง ตั้งแต่กลิ่นไปจนถึงความเป็นพิษและความเสี่ยงต่อการระเบิด

สิ่งที่เหมือนกันคือทั้งหมดเป็นสิ่งที่ไม่ต้องการ การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศเป็นวิธีที่จะกำจัดพวกมันออกไป

การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศทำงานอย่างไร

หลักการนั้นง่าย: ก๊าซจะละลายได้ดีขึ้นที่ความดันสูงขึ้น และจะออกจากสารละลายเมื่อความดันลดลง ในเครื่องกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศ น้ำจะสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่มีความดันต่ำ โดยทั่วไปคือ 0.02 ถึง 0.2 บาร์สัมบูรณ์ ซึ่งก๊าซที่ละลายอยู่ในน้ำจะไม่สามารถละลายได้อีกต่อไป ก๊าซจะออกจากเฟสของเหลวและถูกพัดพาออกไปโดยระบบสุญญากาศ

ประสิทธิภาพของกระบวนการขึ้นอยู่กับสามสิ่ง:

• พื้นที่ผิว ยิ่งน้ำมีพื้นที่ผิวสัมผัสกับสุญญากาศมากเท่าใด ก๊าซก็จะยิ่งหลุดออกไปเร็วขึ้นเท่านั้น นี่คือเหตุผลที่เครื่องกำจัดก๊าซใช้สารบรรจุ ถาด หรือหัวฉีดพ่นเพื่อทำให้น้ำแตกตัวเป็นฟิล์มบางๆ หรือหยดน้ำ

• เวลาที่น้ำอยู่ในระบบ น้ำจะต้องอยู่ในสุญญากาศนานพอที่ก๊าซจะแพร่ออกจากของเหลวส่วนใหญ่

• ระดับสุญญากาศ ความดันสัมบูรณ์ที่ต่ำลงหมายถึงความสามารถในการละลายของก๊าซที่ต่ำลง สุญญากาศที่ลึกขึ้นจะกำจัดก๊าซได้มากขึ้น แต่ก็มีค่าใช้จ่ายในการผลิตที่สูงขึ้นเช่นกัน

ในทางปฏิบัติ เครื่องกำจัดก๊าซสำหรับการบำบัดน้ำส่วนใหญ่สามารถกำจัดออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำและ CO₂ ได้ 90-99% ประสิทธิภาพที่แน่นอนขึ้นอยู่กับการออกแบบระบบและความเข้มข้นของก๊าซที่เข้ามา

การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศใช้ที่ไหนบ้าง

การบำบัดน้ำป้อนหม้อไอน้ำ เป็นการใช้งานแบบดั้งเดิม การกำจัดออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำและ CO₂ ช่วยป้องกันการกัดกร่อนในหม้อไอน้ำ เครื่องทำความร้อนน้ำป้อน และท่อส่งกลับน้ำคอนเดนเสท ระบบหม้อไอน้ำสมัยใหม่มักจะรวมการกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศเข้ากับสารเคมีกำจัดออกซิเจน เพื่อการป้องกันสองชั้น

การบำบัดน้ำดื่ม ใช้การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศเพื่อกำจัด CO₂ ส่วนเกิน ปรับค่า pH และปรับปรุงประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อกำจัดสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) และกัมมันตรังสีเรดอนออกจากน้ำบาดาล

น้ำหล่อเย็นอุตสาหกรรม ได้รับประโยชน์จากการกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศ เนื่องจากอากาศที่ละลายอยู่ในน้ำจะทำให้เกิดโพรงอากาศในปั๊มและลดประสิทธิภาพของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน การกำจัดอากาศจะช่วยให้การไหลคงที่และเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

การบำบัดน้ำเสีย ใช้การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศเพื่อกำจัดก๊าซที่มีกลิ่นเหม็น เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ และเพื่อเตรียมน้ำสำหรับการกรองด้วยเมมเบรนหรือการระบายน้ำทิ้ง

ระบบน้ำบริสุทธิ์สูง เช่น ในอุตสาหกรรมยา เซมิคอนดักเตอร์ และโรงไฟฟ้า อาศัยการกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศเพื่อให้ได้ระดับก๊าซที่ละลายอยู่ในน้ำต่ำมาก

การเลือกระบบสุญญากาศที่เหมาะสม

ปั๊มสุญญากาศเป็นหัวใจสำคัญของระบบกำจัดก๊าซทุกระบบ มีเทคโนโลยีหลายอย่างให้เลือก โดยแต่ละอย่างก็มีข้อดีข้อเสียแตกต่างกันไป

ปั๊มแบบวงแหวนของเหลว เป็นตัวเลือกทั่วไปสำหรับการกำจัดก๊าซในน้ำ เนื่องจากสามารถทนต่อความชื้นและการพัดพาของเหลวได้ มีความแข็งแรง ทนทาน และเชื่อถือได้ อย่างไรก็ตาม ปั๊มเหล่านี้ใช้น้ำซีลและมีประสิทธิภาพพลังงานปานกลาง

ปั๊มสกรูแบบแห้ง ให้การทำงานแบบปราศจากน้ำมันและมีประสิทธิภาพสูง กำลังเป็นที่ต้องการมากขึ้นสำหรับการติดตั้งใหม่ที่ให้ความสำคัญกับความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์และต้นทุนพลังงาน ต้องมีการแยกของเหลวต้นทางที่ดีเพื่อหลีกเลี่ยงการไหลเข้าของของเหลว แต่การออกแบบสมัยใหม่สามารถจัดการกับไอน้ำได้ดี

โบลเวอร์แบบรูทส์ มักใช้เป็นบูสเตอร์ร่วมกับปั๊มอื่นๆ เพื่อให้ได้สุญญากาศที่ลึกขึ้นหรือมีกำลังการผลิตสูงขึ้น ไม่ได้ใช้เดี่ยวๆ สำหรับงานที่เปียก

เครื่องพ่นไอน้ำ เป็นทางเลือกในกรณีที่มีไอน้ำและค่าไฟฟ้าแพง ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว แต่ใช้ไอน้ำและสร้างน้ำเสีย

การเลือกที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับระดับสุญญากาศที่ต้องการ ปริมาณก๊าซ อุณหภูมิของน้ำ และลำดับความสำคัญของต้นทุนการดำเนินงานของโรงงาน

ข้อควรพิจารณาในการออกแบบระบบ

เครื่องกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศเป็นมากกว่าแค่ปั๊ม ระบบประกอบด้วยถังกำจัดก๊าซ สารบรรจุหรือถาด การกระจายน้ำ ท่อสุญญากาศ และระบบควบคุม ส่วนประกอบแต่ละส่วนส่งผลต่อประสิทธิภาพ

การออกแบบถัง กำหนดว่าน้ำสัมผัสกับสุญญากาศได้ดีเพียงใด คอลัมน์บรรจุให้พื้นที่ผิวสูง แต่สามารถอุดตันได้ด้วยของแข็งแขวนลอย ระบบสเปรย์ง่ายกว่าแต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า การออกแบบถาดอยู่ระหว่างกลาง

อุณหภูมิของน้ำ มีความสำคัญเนื่องจากความสามารถในการละลายของก๊าซจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น น้ำอุ่นจะกำจัดก๊าซได้ง่ายขึ้น แต่ก็เพิ่มภาระไอน้ำให้กับปั๊มสุญญากาศด้วย

การควบคุมสุญญากาศ เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่เสถียร หากสุญญากาศลึกเกินไป น้ำอาจกลายเป็นไอ หากตื้นเกินไป การกำจัดก๊าซจะไม่สมบูรณ์ วาล์วควบคุมอัตโนมัติและเครื่องส่งแรงดันจะรักษาระดับที่ตั้งไว้

วัสดุ ต้องทนทานต่อการกัดกร่อนจากก๊าซที่ถูกกำจัดออกไป คาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนซัลไฟด์มีฤทธิ์กัดกร่อนสูงเป็นพิเศษ มักจะระบุให้ใช้วัสดุสแตนเลสหรือส่วนประกอบเคลือบ

การบำรุงรักษาและการแก้ไขปัญหา

ระบบกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศมีการบำรุงรักษาค่อนข้างต่ำ แต่ก็ไม่ใช่ว่าจะไม่ต้องบำรุงรักษาเลย

ประสิทธิภาพของปั๊ม เสื่อมลงเมื่อเวลาผ่านไป การสึกหรอของซีล การกัดกร่อนภายใน และการอุดตันจะลดประสิทธิภาพ การตรวจสอบระดับสุญญากาศและกระแสปั๊มอย่างสม่ำเสมอจะช่วยตรวจจับปัญหาได้ตั้งแต่เนิ่นๆ

สารบรรจุและถาด สามารถอุดตันได้ด้วยตะกรัน การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ หรือของแข็งแขวนลอย การทำความสะอาดหรือเปลี่ยนใหม่เป็นระยะๆ

การรั่วไหลของสุญญากาศ เป็นสาเหตุทั่วไปของประสิทธิภาพการทำงานที่ต่ำ การรั่วไหลของอากาศเข้าสู่ระบบจะเพิ่มความดันสัมบูรณ์และลดประสิทธิภาพการกำจัดก๊าซ การทดสอบการรั่วควรเป็นส่วนหนึ่งของการบำรุงรักษาตามปกติ

คุณภาพน้ำ ส่งผลต่ออายุการใช้งานของระบบ น้ำกระด้างทำให้เกิดตะกรัน น้ำที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจะโจมตีวัสดุ อาจจำเป็นต้องมีการบำบัดเบื้องต้น

สรุป

การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศเป็นวิธีที่ได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการกำจัดก๊าซที่ละลายอยู่ในน้ำ ช่วยป้องกันการกัดกร่อน ปรับปรุงประสิทธิภาพการบำบัด และช่วยให้เป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพน้ำ เทคโนโลยีนี้ได้รับการยอมรับอย่างดีในการบำบัดน้ำป้อนหม้อไอน้ำ และกำลังมีการนำไปใช้ในงานใหม่ๆ ในน้ำดื่ม น้ำหล่อเย็นอุตสาหกรรม และน้ำเสีย

การเลือกระบบปั๊มสุญญากาศที่เหมาะสม เช่น ปั๊มแบบวงแหวนของเหลว ปั๊มสกรูแบบแห้ง หรือระบบไฮบริด ขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะ ระดับสุญญากาศที่ต้องการ และลำดับความสำคัญในการดำเนินงานของโรงงาน ระบบที่ออกแบบมาอย่างดีจะให้บริการที่เชื่อถือได้เป็นเวลาหลายปี ปกป้องอุปกรณ์และรับประกันคุณภาพน้ำ

คำถามที่พบบ่อยทางเทคนิค

ถาม: ระดับสุญญากาศทั่วไปสำหรับการกำจัดก๊าซในน้ำคือเท่าใด?
ตอบ: เครื่องกำจัดก๊าซในน้ำส่วนใหญ่ทำงานที่ระดับ 0.02 ถึง 0.2 บาร์สัมบูรณ์ ระดับที่แน่นอนขึ้นอยู่กับก๊าซที่ถูกกำจัดและประสิทธิภาพการกำจัดที่ต้องการ

ถาม: การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศสามารถกำจัดออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำได้ทั้งหมดหรือไม่?
ตอบ: สามารถกำจัดออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำได้ 90-99% สำหรับน้ำป้อนหม้อไอน้ำ ออกซิเจนที่เหลือมักจะถูกจัดการโดยสารเคมีกำจัดออกซิเจนเพื่อให้ได้ระดับ ppb ที่ต่ำตามที่ต้องการ

ถาม: ความแตกต่างระหว่างการกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศและการกำจัดก๊าซด้วยเมมเบรนคืออะไร?
ตอบ: การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศใช้ถังความดันต่ำเพื่อกำจัดก๊าซ การกำจัดก๊าซด้วยเมมเบรนใช้เมมเบรนที่ไม่ชอบน้ำเพื่อแยกก๊าซออกจากน้ำ ระบบเมมเบรนมีขนาดกะทัดรัด แต่เหมาะสำหรับอัตราการไหลต่ำและการใช้งานที่ต้องการความบริสุทธิ์สูง

ถาม: ฉันจะเลือกระหว่างปั๊มแบบวงแหวนของเหลวและปั๊มสกรูแบบแห้งสำหรับการกำจัดก๊าซได้อย่างไร?
ตอบ: ปั๊มแบบวงแหวนของเหลวสามารถจัดการกับความชื้นได้ดีและมีความทนทาน แต่ก็ใช้น้ำซีล ปั๊มสกรูแบบแห้งมีประสิทธิภาพพลังงานสูงกว่าและปราศจากน้ำมัน แต่ต้องมีการแยกของเหลวที่ดี การเลือกขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำ ต้นทุนพลังงาน และทรัพยากรในการบำรุงรักษา

ถาม: การกำจัดก๊าซด้วยสุญญากาศต้องการการบำรุงรักษาอะไรบ้าง?
ตอบ: การตรวจสอบระดับสุญญากาศ กระแสปั๊ม และสภาพซีลอย่างสม่ำเสมอ ควรตรวจสอบสารบรรจุหรือถาดเพื่อดูการอุดตัน ควรทำการทดสอบการรั่วเป็นระยะๆ อาจจำเป็นต้องมีการบำบัดน้ำเบื้องต้นเพื่อป้องกันการเกิดตะกรัน