สวัสดีครับท่านผู้อ่านบทความวารสาร Chem’s talk ฉบับ ไตรมาสที่ 2 ประจำปี 2566 ในครั้งนี้ผมมีบทความที่มีเนื้อหา หลากหลายมีฝากอีกเช่นเคยครับ สำหรับวารสารฉบับนี้มีบทความที่เกี่ยวข้องกับการใช้งานรังสีภายในโรงไฟฟ้าโรงไฟฟ้า ในหัวข้อ “การใช้ Cs-137 ในระบบ FGD โรงไฟฟ้าแม่เมาะ” ซึ่งมาพร้อมกับหลักการการป้องกันและการปฏิบัติงานกับรังสีอย่างปลอดภัย บทความต่อจากเป็นเรื่องที่ใกล้ ตัวทุกคนกว่าที่คิดในหัวข้อ “มลพิษอากาศ ตอน ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx)” ซึ่งเป็นเรื่องที่เกี่ยวกับ มลพิษอากาศเบื้องต้นที่จะทำให้ทุกคนเข้าใจในสาเหตุในการเกิดและวิธีการควบคุมมลพิษเพื่อที่จะเข้าใจสาเหตุและป้องกันไม่ให้ส่งผล กระทบต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ในลำดับถัดไปพบกับหัวข้อ “คุณสมบัติของพอลิเมอร์ที่ใช้งานในไฟฟ้าแรงสูง” ซึ่งช่วยให้เราได้ทำ ความเข้าใจเกี่ยวกับวัสดุและประวัติความเป็นมาของพอลิเมอร์จนถึงปัจจุบันได้อย่างดี และในหัวข้อสุดท้ายนั้นผมขอนำเสนองานด้าน เคมีโรงไฟฟ้าเรามีบทความที่เกี่ยวกับ ระบบ RO ภายใต้หัวข้อ “เคมีภัณฑ์ที่ใช้ในระบบ Reverse Osmosis (RO)” ซึ่งเป็นระบบที่ สำคัญเป็นอันดับต้น ๆ ของโรงไฟฟ้า สุดท้ายก่อนจะจากกันช่วงนี้ก็เริ่มต้นเข้าฤดูฝนแล้ว แต่อย่าลืมว่าการดูแลสุขภาพเป็นสิ่งสำคัญที่ควรใส่ใจในช่วงนี้ด้วย การ ดูแลสุขภาพร่างกายในช่วงหน้าฝนเป็นสิ่งสำคัญ ควรรับประทานอาหารที่มีประโยชน์และสมดุล ออกกำลังกายอย่างสม่ำเสมอ และ รักษาการนอนหลับที่เพียงพอแล้วพบกันใหม่ในฉบับหน้าครับ ณัฏฐ์คเณศ วุฒิกุลกรนันท์ บรรณาธิการ
09 คุณสมบัติของพอลิเมอร์ที่ใช้งานใน ไฟฟ้าแรงสูง 17 เคมีภัณฑ์ที่ใช้ในระบบ Reverse Osmosis (RO) 01 การใช้ Cs-137 ในระบบ FGD โรงไฟฟ้าแม่เมาะ 04 มลพิษอากาศ ตอน ความรู้ทั่วไป เกี่ยวกับก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx) -ContentsApril-June 2023
การใช้ Cs-137 ในระบบ FGD โรงไฟฟ้าแม่เมาะ การควบคุมก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่เกิด จากกระบวนการเผาไหม้ของโรงไฟฟ้าแม่เมาะ ใช้ หลักการ Wet Scrubbing โดยก๊าซ SO2 จะถูก กำจัดด้วยการดูดซึมหรือดูดกลืน (Absorption) ด้วยสารดูดซึม (Absorbent) คือ หินปูน (CaCO3 ) แล้วได้ Product เป็น Gypsum (CaSO4•2H2O) ดังรูปที่ 1 รูปที่ 1 ระบบกำจัดด้วยการดูดซึมหรือดูดกลืน (Absorption) ห น ึ ่ ง ใ น ต ั ว แ ป ร ส ำ ค ั ญ ท ี ่ ม ี ผ ล ต่ อ ประสิทธิภาพระบบ FGD คือ ค่าความหนาแน่น ของน้ำหินปูนและ Slurry ใน Absorber โดยระบบ FGD โรงไฟฟ้าแม่เมาะ มีการใช้เครื่องวัด Density ที่มี Cs-137 เป็นองค์ประกอบ จำนวน 23 จุด ดัง รูปที่ 2 ข้อมูลทั่วไป Cs-137 ซีเซียม-137 , Cesium-137, 137Cs55 มี ลักษณะทางกายภาพเป็นของแข็ง คล้ายผงเกลือ สามารถฟุ้งกระจายได้เมื่อแตกออกจากแคปซูลที่ ห่อหุ้มไว้โดย Cs-137 สลายตัวให้รังสีบีตาและ แกมมา แล้วกลายสภาพเป็นธาตุแบเรียม-137 (Ba-137) มีครึ่งชีวิต 30.17 ปีนิยมใช้เป็นเครื่องมือ ทางด้านอุตสาหกรรม เช่น เครื่องวัดความชื้นความ หนาแน่น เครื่องวัดระดับ ในทางการแพทย์ใช้ บำบัดมะเร็ง รูปที่ 2 องค์ประกอบ จำนวน 23 จุด อันตรายจาก Cs-137 กรณีที่ได้รับรังสีบางส่วนร่างกาย ปริมาณไม่สูง หรือได้รับรังสีระยะสั้น • ทำให้เกิดอาการด้านผิวหนัง ผื่นแดง • ไม่ส่งผลให้เกิดอันตรายที่เห็นผลชัดเจน ในทันทีแต่อาจก่อให้เกิดความเสี่ยงที่ สูงขึ้นในการเกิดโรคมะเร็ง กรณีที่ได้รับรังสีต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน านท ่ ชน รัง ปร มา รัง (mCi) 1 Reagent Tank Unit 8 Cs-137 5 2 Reagent Tank Unit 9 Cs-137 5 3 Reagent Tank Unit 10 Cs-137 5 4 Reagent Tank Unit 11 Cs-137 5 5 Quencher Unit 8 Cs-137 10 6 Quencher Unit 9 Cs-137 10 7 Quencher Unit 10 Cs-137 10 8 Quencher Unit 11 Cs-137 10 9 Absorber Feed Tank Unit 8 Cs-137 10 10 Absorber Feed Tank Unit 9 Cs-137 10 11 Absorber Feed Tank Unit 10 Cs-137 10 12 Absorber Feed Tank Unit 11 Cs-137 10 13 Ball Mill System Unit 8 Cs-137 20 14 Ball Mill System Unit 9 Cs-137 20 15 Ball Mill System Unit 10 Cs-137 20 16 Ball Mill System Unit 11 Cs-137 20 17 Ball Mill System Unit 12 Cs-137 5 18 Ball Mill System Unit 13 Cs-137 5 19 Ball Mill System Unit 00 Cs-137 50 20 Ball Mill System Unit 45 Cs-137 50 21 Ball Mill System Unit 67 Cs-137 50 22 Reagent Tank Unit 5 Cs-137 50 23 Reagent Tank Unit 7 Cs-137 50 1
• ผิวหนังแสบร้อนและมีผื่นแดงคล้ายน้ำ ร้อนลวกหรือโดนไฟไหม้ • คลื่นไส้ อาเจียน • ส่งผลต่อพันธุกรรม จะปรากฏในรุ่น ลูกหลาน เนื่องจากเกิดความผิดปกติใน ระดับโครโมโซม • ความเสี่ยงสูงในการเกิดโรคมะเร็ง หลักการป้องกันอันตรายจากรัง เบื้องต้น 1. เวลา ใช้เวลาปฏิบัติงานในบริเวณที่มีรังสี ให้น้อยที่สุด ถ้าจำเป็นต้องอยู่นานจะต้อง คำนวณระยะเวลาว่าอยู่ได้นานที่สุดเท่าไร จึงจะรับรังสีไม่เกินระดับที่ยอมรับได้โดย ปลอดภัย ปกติในบริเวณที่มีรังสีจะมีป้าย บอกระดับรังสี และถ้าระดับรังสีค่อนข้าง สูง จะมีการบอกถึงระยะเวลาที่สามารถ อยู่ได้ในบริเวณนั้นด้วย นอกจากนี้ ควร หลีกเลี่ยงการทักทายพูดคุยที่ไม่จำเป็นใน บริเวณที่มีรังสี 2. ระยะทาง อยู่ให้ห่างจากต้นกำเนิดรังสีให้ มากที่สุด 3. เครื่องกำบังรัง ต้องใช้เครื่องกำบังรังสี วางกั้นระหว่างต้นกำเนิดรังสีกับตัวเรา กรณีที่ต้นกำเนิดรังสีแผ่รังสีในปริมาณสูง ต้องทำให้ระดับรังสีที่สูงนั้นลดน้อยลงจน อยู่ในระดับที่ยอมรับได้ ซึ่งสามารถทำได้ โดยการใช้เครื่องกำบังรังสีวางกั้น หรือ วางล้อมรอบไว้ระหว่างต้นกำเนิดรังสีกับ ตัวเรา สำหรับ Cs-137 จะปลดปล่อย รังสีบีตาและแกมมา วัสดุที่ใช้กั้นรังสี ได้แก่ รังสีแกมมา นิยมใช้ตะกั่วหรือ คอนกรีต, รังสีบีตา นิยมใช้แผ่น อะลูมิเนียม รูปที่ 3 ป้ายเตือนอันตรายจากรังสี ตามจุดที่มีการ ใช้รังสี Cs-137 มาตรการการปฏ บัต งานกับ Cs-137 อย ่าง ปลอ ภัย แบ่งตามผู้เกี่ยวข้อง 3 ระดับ ดังนี้ 1. ผู้ประกอบการ แจ้งให้ จป.รังสี และ ผู้ปฏิบัติงานเกี่ยวกับรังสี เข้มงวดในการ ปฏิบัติงานมากขึ้น และให้ตรวจสอบการ คงอยู่ของวัตถุกัมมันตรังสีทุกกะ 2. เจ้าหน้าท ่ความปลอ ภัยทางรัง แผนก ความปลอดภัย อาชีวอนามัยและ สภาพแวดล้อมในการทำงาน (หปอม-ฟ.) โดย จป.รังสี ตรวจวัดการรั่วไหลของรังสี บริเวณวัตถุกัมมันตรังสีเป็นประจำทุก เดือน โดยระบุปริมาณรังสีที่วัดได้และ กำหนดระยะเวลาทำงานที่ปลอดภัยอย่าง 2
ชัดเจน และตรวจสอบปริมาณรังสีที่ ผู้ปฏิบัติงานเกี่ยวกับรังสีได้รับเป็นประจำ ทุกไตรมาส รูปที่ 4 ผู้ปฏิบัติงานเกี่ยวกับรังสี 3. ผู้ปฏ บัต งานเก ่ยวกับร ัง เน้นย้ำ ผู้ปฏิบัติงานรังสีทุกคน ติดแผ่นวัดปริมาณ รังสีส่วนบุคคล (OSL) ตลอดระยะเวลา เข้าปฏิบัติงานทุกครั้ง เพื่อเป็นไปตาม กฎกระทรวงความปลอดภัยทางรังสี พ.ศ. 2561 หมวด 6 ข้อ 17 กำหนดให้ผู้รับ ใบอนุญาตปฏิบัติงานทางรังสีต้องมิได้รับ รังสีเกินปริมาณที่กำหนด • ปริมาณรังสียังผล 20 mSv/ปี โดยเฉลี่ย 5 ปี แต่ละปีรับปริมาณ รังสีสูงสุดได้ไม่เกิน 50 mSv และ ตลอดช่วง 5 ปีต้องมีค่าเฉลี่ยไม่ เกิน 100 mSv • ปริมาณรังสีสมมูลสำหรับเลนส์ ตา 20 mSv/ปี โดยเฉลี่ย 5 ปี ติดต่อกัน แต่ละปีรับปริมาณรังสี สูงสุดไม่เกิน 50 mSv และตลอด ช่วง 5 ปี ต้องมีค่าเฉลี่ยไม่เกิน 100 mSv • ปริมาณรังสีสมมูลสำหรับผิวหนัง มือ และเท้า 500 mSv/ปี เอก ารอ้างอ ง 1. บันทึก หปอม-ฟ. 162/2566 2. ส ำนักงำนปรมำณูเพื่อสันติกระทรวง วิทยำศำสตร์และเทคโนโลยี, นิวเคลียร์ปริทัศน์ ผู้เข ยนบทความ : นางสาวจันทนิภา เหล่าวาณิชวัฒนา ตำแหน่ง นักวิทยาศาสตร์ ระดับ 7 แผนกเคมีระบบกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ได ออกไซด์ กองเคมีโรงไฟฟ้า ฝ่ายเคมี 3
มลพิษอากาศ ตอน ความรู้ทั่วไปเกี่ยวกับก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน (NOx ) มลพิษอากาศท าให้เกิดผลกระทบได้ มากมาย เช่น เป็นอันตรายต่อสุขภาพอนามัยของ คนและสัตว์ ท าลายพืช ท าให้วัสดุเสียหาย ท าให้ เกิดผลกระทบแก ่สภาพภูมิอากาศ และเป็น อันตรายต่อระบบนิเวศวิทยาและสิ่งแวดล้อม โดย ที่ลักษณะและความรุนแรงของผลกระทบที่เกิดขึ้น จะขึ้นอยู่กับชนิดและความเข้มข้นของสารมลพิษ อากาศ ส าหรับประเทศไทยได้มีการประกาศสาร มลพิษอากาศหลักที่เป็นมาตรฐานคุณภาพอากาศ ได้แก่ ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ก๊าซออกไซด์ ของไนโตรเจน (NOx ) ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2 ) ฝุ่นละออง ก๊าซโอโซน (O3 ) และตะกั่ว แม้ว่า สารมลพิษอากาศจะมีหลากหลายชนิด แต่ บทความนี้จะขอน าเสนอเพียงแค่ก๊าซออกไซด์ของ ไนโตรเจนเท่านั้น เนื่องจากเป็นสารมลพิษที่มีความ หลากหลายและมีกลไกการเกิดที่ซ ้าซ้อนกว่าสาร มลพิษอื่น ๆ ก๊ าซออกไซด์ของไนโต รเจน (NOx ) ประกอบด้วย ไนตรัสออกไซด์ (N2O) ไนตริกออก ไซด์ (NO) ไดไนโตรเจนไตรออกไซด์ (N2O3 ) ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2 ) ไดไนโตรเจนได ออกไซด์ (N2O2 ) ไดไนโตรเจนเตตราออกไซด์ (N2O4 ) และไดไนโตรเจนเพนต๊อกไซด์ (N2O5 ) ก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจนสามารถ เกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติแต ่เกิดในปริมาณไม่ มากนัก ส ่วนสาเหตุหลักมาจากการเผาไหม้ของ เชื้อเพลิงต ่าง ๆ ที่อุณหภูมิสูง เช ่น การเผาไหม้ เชื้อเพลิงของรถยนต์ โรงไฟฟ้า หม้อไอน ้า อุตสาหกรรม และการเผาไหม้เชื้อเพลิงในครัวเรือน เป็นต้น ทั้งนี้ สัดส ่วนการเกิดจากรถยนต์มีสูงถึง 47% ของการเกิดทั้งหมด รูปที่ 1 รูปร่างโมเลกุลของก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน รูปที่ 2 สัดส่วนที่มาของการเกิดก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจน ส าหรับบทความนี้ขอน าเสนอเฉพาะก๊าซ ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2 ) และก๊าซไนตริกออก ไซด์ (NO) ซึ ่งเป็นองค์ประกอบหลักของก๊าซ ออกไซด์ของไนโตรเจนที่เกิดจากปฏิกิริยาการเผา ไหม้ ประกอบด้วย กลไกการเกิด การควบคุม และ การตรวจวัด ไนตริกออกไซด์ (NO) ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2 ) ไนตรัสออกไซด์ (N2O) ไดไนโตรเจนไตรออกไซด์ (N2O3 ) ไดไนโตรเจนเตตราออกไซด์ (N2O4 ) ไดไนโตรเจนเพนต๊อกไซด์ (N2O5 ) 4
กลไกการเกิด NOx โดยพื้นฐานแล้วก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2 ) และก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) จะเป็น มลพิษหลักที่เกิดจากกระบวนการเผาไหม้ ซึ่งเกิด จากกลไกในการเผาไหม้ที่แตกต่างกัน 3 แบบ ดังนี้ 1. กลไกการเกิด Thermal NOx บางครั้งเรียกว่า Zeldovich NOx ซึ่งเป็น ชื่อของนักฟิสิกส์ชาวรัสเซียที่ได้คิดค้นกลไกนี้ในปี ค.ศ. 1939 โดยเกิดจากปฏิกิริยาระหว ่างก๊าซ ออกซิเจนและก๊าซไนโตรเจนในอากาศรวมตัวกัน เกิดเป็นก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) ซึ่งจะเกิดขึ้นใน บริเวณที่มีอุณหภูมิสูง ดังสมการที่ (1.1) และ (1.2) N2 + O NO + N (1.1) N + O2 NO + O (1.2) ทั้งนี้ หากก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) ที่เกิด ขึ้นอยู ่ในบริเวณที ่มีอุณหภูมิสูงนานเพียงพอ จะ สามารถท าปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนเกิดเป็นก๊าซ ไนโตรเจนไดออกไซด์(NO2 ) ได้ ดังสมการที่ (1.3) NO + ½O2 → NO2 (1.3) อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการเผาไหม้ที ่มี อุณหภูมิเปลวไฟสูงเกินกว ่า 1,371°C พบว่า สามารถเกิดก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) ได้มาก ซึ่ง ในบางครั้งอาจมีความเข้มข้นสูงกว่า 1,000 ppm เนื่องจากช่วงเวลาที่ก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) จะ คงอยู่ในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงนั้นมีระยะเวลาสั้น มาก จึงท าให้ก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) ที่เกิดขึ้น ถูกออกซิไดซ์กลายเป็นก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2 ) ได้น้อยกว่า 5% 2. กลไกการเกิด Fuel NOx เกิดจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงที่มีไนโตรเจน เป็นองค์ประกอบ เช่น ถ่านหิน และน ้ามันเตา เป็น ต้น โดยไนโตรเจนในเชื้อเพลิงจะเกิดเป็นอนุมูล อิสระ (Free radicals) และเข้าท าปฏิกิริยากับก๊าซ ออกซิเจน จนในที่สุดเกิดเป็นก๊าซไนโตรเจน (N2 ) และก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) ทั้งนี้ การเผาไหม้ น ้ามันเตาและถ่านหินอาจท าให้เกิด Fuel NOx ได้ มากถึง 50% และ 80% ของการเกิดทั้งหมด ตามล าดับ แม้ว ่าปัจจุบันกลไกการเกิดที่แน ่นอนจะ ยังคงเป็นที่ถกเถียงกันอยู ่นั้น อย่างไรก็ตาม การ เกิด Fuel NOx สามารถแบ่งออกเป็น 2 กรณีดังนี้ 2.1 กรณีเผาไหม้เชื้อเพลิงก๊าซหรือ เชื้อเพลิงเหลว เช่น ก๊าซธรรมชาติ และน ้ามันเตา เป็นต้น ไนโตรเจนที่เป็นองค์ประกอบจะเกิดเป็น Volatile nitrogen หรือ Intermediate hydrogen cyanide (HCN) ซึ่งหากเกิดปฏิกิริยา ออกซิเดชั่นจะเกิดเป็นก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) แต ่หากเกิดปฏิกิริยารีดักชั ่นจะเกิดเป็นก๊าซ ไนโตรเจน (N2 ) 2.2 กรณีเผาไหม้เชื้อเพลิงแข็ง เช่น ถ่าน หิน เป็นต้น ไนโตรเจนที่เป็นองค์ประกอบจะเกิด เป็น Volatile nitrogen เช่นเดียวกับเชื้อเพลิงก๊าซ หรือเชื้อเพลิงเหลว นอกจากนี้จะเกิดเป็น Char nitrogen ที ่สามารถเปลี ่ยนเป็น HCN หรือ NO 5
แต ่ปฏิกิริยาดังกล ่าวนี้จะเกิดช้ากว ่าการเกิดเป็น Volatile nitrogen และมี Char nitrogen เพียง 20% เท่านั้นที่สามารถเกิดเป็นก๊าซไนตริกออกไซด์ (NO) ได้ เนื่องจากส่วนใหญ่จะเกิดปฏิกิริยารีดักชั่น จนกลายเป็นก๊าซไนโตรเจน (N2 ) รูปที่ 3 กลไกการเกิด Fuel NOx 3. กลไกการเกิด Prompt NOx กลไกนี้ถูกคิดค้นขึ้นโดย Charles Fenimore ในปี ค.ศ. 1971 โดยเกิดจากอนุมูล อิสระ (Free radicals) ของสาร HCN, NH และ N ที่มีอยู่ในเปลวไฟท าปฏิกิริยากับก๊าซไนโตรเจนใน อากาศ ดังสมการที่ (3.1) ถึง (3.4) CH´ + N2 → HCN + N´ (3.1) N´ + OH → NO + H´ (3.2) N´ + O2 → NO + O´ (3.3) HCN + O2 → NO + CO + H´ (3.4) เนื ่องจากปฏิกิริยาที ่เกิดขึ้นนั้นไม ่ขึ้นกับ อุณหภูมิของก๊าซขณะเผาไหม้ดังนั้นแม้กลไกการ เกิด Thermal NOx และ Fuel NOx จะสิ้นสุดลง แล้ว กลไกการเกิด Prompt NOx จะยังสามารถ เกิดขึ้นได้ต่อไปอีก แต่จะเกิดขึ้นในปริมาณน้อย นอกจากนี้ก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจนที่ เกิดขึ้นยังสามารถรวมตัวกับสารอื ่น ๆ ใน บ ร รย าก าศได้อีก เช ่น เมื ่อเกิดปฏิกิ ริย า Photochemical oxidation กับสารประกอบ ไฮโดรคาร์บอน โดยมีแสงแดดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา จะเกิดเป็นก๊าซโอโซน (O3 ) หรือเมื่อท าปฏิกิริยากับ แอมโมเนียหรือไอน ้าจะเกิดเป็นกรดไนตริกหรือฝน กรด เป็นต้น ดังนั้น เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดผลกระทบ ต ่อมนุษย์และสิ ่งแวดล้อม จึงจ าเป็นต้องมีการ ควบคุมปริมาณของก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจนที่ เกิดขึ้น การควบคุม NOx เนื่องจากการเกิด NOx มีแหล่งก าเนิดหลัก จากกระบวนการเผาไหม้ ดังนั้น หลักการที่ส าคัญ ในการป้องกันและควบคุมการเกิด NOx จะ เกี่ยวข้องกับการควบคุมปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการ เผาไหม้ทั้งสิ้น ซึ่งมีหลักการพื้นฐานที่ส าคัญดังนี้ 1. เลือกใช้เชื้อเพลิงที่มีส่วนประกอบของ ไนโตรเจนน้อย 2. ควบคุมปริมาณของก๊าซออกซิเจนใน บริเวณที่เกิดการเผาไหม้ไม่ให้มากเกินไป 3. ควบคุมระยะเวลาการคงอยู ่ของก๊าซ จากการเผาไหม้ในบริเวณที่มีอุณหภูมิสูง ให้สั้นลง 4. ลดอุณหภูมิการเผาไหม้ลง และควบคุม ไม่ให้มีบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงเฉพาะบางจุด 6
รูปที่ 4 หลักการควบคุมการเกิด NOx จากการเผาไหม้ การตรวจวัด NOx ส าหรับวิธีการตรวจวัดก๊าซไนโตรเจน ออกไซด์ที่กรมโรงงานอุตสาหกรรมยอมรับและเป็น ที ่ นิ ย ม คื อ U . S . E PA M e t h o d 7 E – Determination of Nitrogen Oxides Emissions from Stationary Sources (Instrumental Analyzer Procedure) ซึ่งมีหลักการดังนี้ รูปที่ 5 หลักการตรวจวัดก๊าซไนโตรเจนออกไซด์ ในขั้นตอนแรกจะตรวจวัด NO ก่อน โดย อาศัยหลักการที ่ NO ท าปฏิกิริยากับ O3 แล้วให้ NO2 และ O2 โดยที ่ NO2 ที ่เกิดขึ้นจะอยู ่ใน สถานะ Excited state (NO2*) ซึ่งไม่เสถียรและจะ กลับสู่ Ground state ทันทีพร้อมกับคายพลังงาน แสง (Photon) ออกมา พลังงานแสงที่ออกมานี้จะ เป็นสัดส ่วนโดยตรงกับปริมาณ NO ซึ ่งสามารถ ตรวจวัดปริมาณได้โดย Photomultiplier tube จากนั้นจะท าการตรวจวัดค ่าออกไซด์ของ ไนโตรเจนรวม (NOx ) โดยการเปลี่ยนออกไซด์ของ ไนโตรเจนตัวอื ่น ๆ ให้กลายเป็น NO โดยผ ่าน เตาเผา (Converter) ที ่ความร้อนไม ่น้อยกว่า 350°C แล้ววัดปริมาณ NO ทั้งหมด จากนั้นวงจร อิเล็คโทรนิคในเครื่องมือวัดก็จะค านวณค ่า NO2 โดยน าค ่า NOx หักออกจากค ่า NO ที ่วัดได้ก ่อน นั่นเอง (NO2 = NOx - NO) บทสรุป แม้ว ่าก๊าซออกไซด์ของไนโตรเจนจะมี องค์ประกอบที่หลากหลาย แต่โดยทั่วไปแล้วก๊าซ ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2 ) และก๊าซไนตริกออก ไซด์ (NO) จะเป็นมลพิษหลักที ่เกิดขึ้นจาก กระบวนการเผาไหม้โดยมีกลไกการเกิดแบบ Thermal NOx และ Fuel NOx นั้น ส าหรับ โรงไฟฟ้า กฟผ. มีการน าเทคโนโลยีมาใช้ใน กระบวนการผลิตไฟฟ้า เช ่น การเลือกใช้ Low NOx Burner รวมถึงการเลือกใช้เชื้อเพลิงที ่มี ปริมาณไนโตรเจนต ่า นอกจากนี้ยังมีการตรวจ ติดตามปริมาณมลสาร NOxและมลสารทางอากาศ อื่น ๆ ด้วยการติดตั้งระบบการตรวจวัดมลพิษทาง อากาศแบบต ่อเนื ่อง (Continuous Emission Monitoring System: CEMS) และตรวจสอบ ความถูกต้องของเครื่อง CEMS โดยอ้างอิงวิธีการ ตรวจวัดตาม U.S. EPA Part 40 CFR 60 ทั้งนี้ เพื่อให้การก ากับดูแลและควบคุมการปล่อยมลพิษ ทางอากาศเป็นไปตามข้อก าหนด Environmental and Health Impact Assessment (EHIA) และ 7
กฎหมายควบคุมอื่น ๆ เพื่อไม่ให้ส่งผลกระทบต่อ มนุษย์และสิ่งแวดล้อม เอกสารอ้างอิง 1. ต าราระบบบ าบัดมลพิษอากาศ ฉบับปรับปรุง ครั้งที่ 3 ปี 2559 โดย กรมโรงงานอุตสาหกรรม 2. วารสาร Turbomachinery International ฉบับตีพิมพ์เมื ่อ 25 กุมภาพันธ์ 2563 เรื ่อง Prompt NOx, fuel NOx and thermal NOx: The DLE strategy 3. Website U.S.EPA เรื่อง Nitrogen Oxides (NOx ) Control Regulations https://www3.epa.gov/region1/airquality/nox.html 4. Website Wikipedia เรื่อง Nitrogen oxide (แก้ไขเมื่อ 23 มีนาคม 2566) https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen_oxide 5. Website Wikipedia เรื่อง NOx (แก้ไขเมื่อ 3 พฤษภาคม 2566) https://en.wikipedia.org/wiki/NOx ผู้เขียนบทความ : นายอานนท์ ภวรัญพงษ์ตำแหน่ง นักวิทยาศาสตร์ ระดับ 6 แผนกตรวจวิเคราะห์มลสารการเผา ไหม้และน้ำทิ้งโรงไฟฟ้า (หมผ-ธ.) กองเคมีวิเคราะห์ (กคว-ธ.) ฝ่ายเคมี 8
คุณสมบัติของพอลิเมอร์ที่ใช้งานในไฟฟ้าแรงสูง ในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุ นาโนคอมโพสิตสำหรับใช้งานในด้านไฟฟ้าแรงสูง ได้รับความสนใจอย่างมาก โดยเฉพาะการนำมาใช้ ปรับปรุงระบบฉนวน ที่มีความต้องการคุณสมบัติของ วัสดุที่สามารถใช้งานภายใต้แรงดันไฟฟ้าและอุณหภูมิ ที่สูงขึ้น รวมถึงเน้นกระบวนการผลิตที่ประหยัด พลังงานและต้นทุนต่ำ ในยุคแรกวัสดุที่ใช้ทำฉนวนไฟฟ้าแรงสูงจะ เป็นวัสดุจากธรรมชาติ และวัสดุเซรามิก เช่น เชลแลค น้ำมันลีนสีด แร่ใยหิน ทราย ไมก้า ควอตซ์ เป็นต้น หลังจากนั้นได้พัฒนามาเป็นการใช้กระดาษเซลลูโลส เป็นฉนวนหลักในงานหม้อแปลงไฟฟ้า และสายเคเบิล ใต้น้ำ จุดเริ่มต้นของการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ สำหรับฉนวนไฟฟ้าเริ่มขึ้นในปี 1908 โดยใช้เรซินที่ สังเคราะห์จาก ฟีนอล-ฟอร์มัลดีไฮด์ ซึ่งคุณสมบัติ ของเรซินจะสามารถขึ้นรูปและแปรรูปได้ง่ายกว่าวัสดุ เซรามิก ในปี 1951 ได้พัฒนาเรซินที่เป็นมิตรกับ สิ่งแวดล้อมมากขึ้น เช่น Polyester resin, Epoxy resin, Silicone, Amide โดย Epoxy resin ได้รับ ความนิยมสูงสุดในการใช้เป็นฉนวนหม้อแปลงแบบ แห้ง และฉนวนผนังสเตเตอร์ อย่างไรก็ตาม การใช้วัสดุเรซินทั่วไปยังไม่มี ความแข็งแรงเชิงกลเพียงพอ ดังนั้นจึงต้องมีการ พัฒนาวัสดุนาโนคอมโพสิตสำหรับใช้งานในระบบ ฉนวนไฟฟ้าแรงสูง โดยในปี 1994 ได้มีการเปิดตัวครั้ง แรกของวัสดุนาโนไดอิเล็กทริกส์ ซึ่งเป็นวัสดุที่ ประกอบด้วย Epoxy resin ที่ใส่สารตัวเติมระดับ นาโน เพื่อให้มีคุณสมบัติทางไฟฟ้า ความร้อน และ เชิงกลได้ดีขึ้น ประเภทของฉนวนหม้อแปลงที่ใช้ในปัจจุบัน ปัจจุบันฉนวนสำหรับหม้อแปลงไฟฟ้า สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ หม้อ แปลงแบบฉนวนเหลว และหม้อแปลงแบบแห้ง โดย หม้อแปลงแบบฉนวนเหลวได้จำแนกออกเป็น 2 ประเภทย่อยได้แก่ หม้อแปลงชนิดเติมน้ำมันฉนวน และหม้อแปลงชนิดเติมฉนวนเหลวแบบไม่ลุกติดไฟ 1. หม้อแปลงแบบเติมน้ำมันฉนวน (Oil filled transformer) จะใช้วัสดุฉนวนที่ประกอบด้วยกระดาษ เซลลูโลส และเติมด้วยน้ำมันแร่ เพื่อทำหน้าที่ในการ 9
ระบายความร้อน เนื่องจากเซลลูโลสเป็นวัสดุที่ทน ความร้อนได้ต่ำ (<105°C) ข้อดีของหม้อแปลงประเภทนี้คือต้านทาน ความร้อนได้ดี และมีค่าไดอิเล็กตริกสูง เหมาะกับการ ใช้งานไฟฟ้าแรงสูง ส่วนข้อเสียคือมีความเสี่ยงต่อการ เกิดอัคคีภัย เนื่องจากน้ำมันหม้อแปลงมีจุดติดไฟต่ำ (<140°C) ทำให้เสี่ยงต่อการเกิดอัคคีภัย เพราะฉะนั้น การใช้งานจำเป็นต้องมี Infrastructure เพิ่มเติมเพื่อ ความปลอดภัยจากการเกิดเพลิงไหม้ 2. หม้อแปลงชนิดเติมฉนวนเหลวแบบไม่ลุก ติดไฟ (Non-Flammable liquid filled transformer) เนื่องจากการใช้น้ำมันแร่มีข้อจำกัดเรื่องการ ติดไฟได้ง่าย จึงได้พัฒนาหม้อแปลงชนิดนี้ขึ้นมา โดย จะใช้ไฮโดรคาร์บอน ที่มีจุดติดไฟที่อุณหภูมิสูงแทน น้ำมันแร่ร่วมกับกระดาษเซลลูโลส การใช้งานหม้อแปลงชนิดนี้เหมาะกับระบบ ไฟฟ้าแรงสูง สามารถติดตั้งทั้งในอาคารและนอก อาคาร โดยไม่จำเป็นต้องมีระบบป้องกันอัคคีภัย ส่วนหม้อแปลงแบบแห้งสามารถจำแนก ออกเป็น 3 ประเภทย่อยได้แก่ หม้อแปลงชนิดเติม แก๊ส หม้อแปลงแบบหล่อเรซิน และหม้อแปลงแบบ หล่อด้วยซิลิโคน ซึ่ง 2 ประเภทหลังนี้เป็นฉนวน หม้อแปลงที่มีสถานะเป็นของแข็งเช่นเดียวกัน แต่จะ แตกต่างกันด้วยกรรมวิธีการผลิตซึ่งจะกล่าวใน รายละเอียดต่อไป 1. หม้อแปลงชนิดเติมแก๊ส (Gas filled dry transformer) โดยทั่วไปจะใช้แก๊สไนโตรเจน (N2 ), เฮกซะฟลูออโรอีเทน (C2F6 ) และซัลเฟอร์เฮกซะ ฟลูออไรด์ (SF6 ) เป็นวัสดุฉนวน โดย SF6 เป็นแก๊สที่ นิยมใช้มากที่สุดเนื่องจากไม่มีความเป็นพิษ ไม่ไวต่อ การเกิดปฏิกิริยา และทนต่ออุณหภูมิสูงมากว่า 500 องศาเซลเซียส หม้อแปลงชนิดนี้เหมาะกับการใช้งานใน สภาวะที่ชื้น เช่น ท่าเรือ อู่ต่อเรือ 2. หม้อแปลงชนิดเคลือบขดลวดด้วยวิธีความ ก ด ด ั น ข อ ง ส ุ ญ ญ า ก า ศ (Vacuum Pressure Impregnate dry type transformer ; VPI) หม้อแปลงชนิดนี้เรียกโดยทั่วไปว่าหม้อ แปลงแบบ Case resin เนื่องจากวัสดุฉนวนทำมา จาก Epoxy resin มีคุณสมบัติทนต่อความร้อน ความชื้น และทนต่อสารเคมี อีกทั้งยังมีจุดวาบไฟต่ำ มีความเสี่ยงต่อการเกิดอัคคีภัยต่ำ แต่มีข้อจำกัดด้าน ความสามารถในการรับ over load สามารถแก้ไข โดยใช้พัดลม (Cooling fan) ช่วยระบายความร้อน 10
เนื่องจากเป็นหม้อแปลงที่ผลิตมาเพื่อลด ความเสี่ยงจากการเกิดอัคคีภัย จึงเหมาะกับการใช้ งานในที่สาธารณะ เช่น อพาร์ตเม้นท์ อุโมงใต้ดิน หรือบริเวณแท่นขุดเจาะน้ำมัน 3. หม้อแปลงชนิดห่อหุ้มขดลวดด้วยวิธีความ ก ด ด ั น ข อ ง ส ุ ญ ญ า ก า ศ (Vacuum Pressure Encapsulated dry type transformer ; VPE) หม้อแปลงชนิดนี้จำแตกต่างจากหม้อแปลง แบบ VPI โดยเปลี่ยนวัสดุฉนวนจาก Epoxy resin เป็น Silicone ซึ่งมีความคงทนต่อสภาพแวดล้อมที่ ดีกว่า เหมาะกับการใช้งานทั้งในอาคารและนอก อาคารที่มีสภาพแวดล้อมที่รุนแรงกว่าการใช้หม้อ แปลงแบบ VPI วัสดุนาโนคอมโพสิตที่ใช้ในไฟฟ้าแรงสูง ตั้งแต่ปีค.ศ. 2000 – 2020 วัสดุนาโนคอม โพสิตได้รับความต้องการในการใช้ทดแทนวัสดุแบบ ดั้งเดิมอย่างรวดเร็วเพื่อตอบสนองต่ออุตสาหกรรม ต่างๆ เช่น รถยนต์ต้องการเครื่องยนต์ที่มี ประสิทธิภาพสูงขึ้น ซึ่งต้องอาศัยการทำงานที่ อุณหภูมิสูง จำเป็นต้องใช้วัสดุโครงสร้างที่ทนต่ อุณหภูมิสูง โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ ต้องการวัสดุขั้นสูง สำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ทนทานต่อการแผ่รังสีที่ความถี่ ต่างๆ ทั้งที่พลังงานต่ำและพลังงานสูง วัสดุ ฉนวนไฟฟ้าต้องการความทนทานต่อความเครียดทาง ไฟฟ้า อุณหภูมิ และสมบัติทางกลที่เพิ่มขึ้น วัสดุนาโนคอมโพสิตคืออะไร วัสดุคอมโพสิต หมายถึงวัสดุที่เกิดจากการ นำวัสดุทางเคมี 2 ชนิดขึ้นไปมาประกอบกันจนได้ คุณสมบัติที่ดีขึ้น (เปลี่ยนเป็นวัสดุชนิดใหม่ที่มี คุณสมบัติดีกว่าเดิม) วัสดุคอมโพสิตสามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่ วัสดุคอมโพสิตที่เป็นพอลิเมอร์เบส และไม่ใช่พอลิเมอร์เบส 11
วัสดุคอมโพสิตที่เป็นพอลิเมอร์เบส คือ พอลิ เมอร์ที่ใส่วัสดุตัวเติมเช่น ใยแก้ว ใยคาร์บอน แร่ธาตุ ต่างๆ เพื่อเพิ่มคุณสมบัติทางกล ทางความร้อน และ ทางไฟฟ้าให้ดีขึ้น วัสดุคอมโพสิตประเภทที่สองคือ คอมโพสิต ที่ไม่ใช่พอลิเมอร์เบส มีอยู่สองแบบคือเซรามิกเบส และ โลหะเบส ตัวอย่างเซรามิกคอมโพสิต ได้แก่ ผลิตภัณฑ์ประเภทซีเมนต์ที่ใส่สารเสริมแรง เพื่อเพิ่ม ความแข็งแรงของโครงสร้างอาคาร ส่วนวัสดุประเภท โลหะเบส จะมีส่วนผสมหลักเป็นโลหะประมาณ 90% เช่น อะลูมิเนียม เหล็ก ทองแดง และใส่วัสดุตัวเติม เพื่อเน้นคุณสมบัติด้านความแข็ง มักใช้ในการผลิต ชิ้นส่วนรถ เครื่องบิน เรือ และงานเครื่องจักรกล ขนาดใหญ่ ลักษณะสำคัญของวัสดุนาโนคอมโพสิตมี 3 คุณสมบัติหลักๆ คือ 1) สารตัวเติมต้องมีขนาดระดับนาโนเมตร (10-9 m) 2) สัดส่วนปริมาณของตัวเติมมีน้อยกว่า 10% โดยน้ำหนัก 3) มีพื้นที่ผิวจำเพาะใหญ่มากเมื่อเทียบกับ วัสดุไมโครคอมโพสิต ชนิดของพอลิเมอร์สำหรับวัสดุนาโนคอมโพสิต พอลิเมอร์ที่ใช้สำหรับเตรียมวัสดุนาโนคอม โพสิต สามารถจำแนกเป็น 3 ประเภทได้แก่ 1. เทอร์โมพลาสติก คือพลาสติกที่อ่อนตัว และสามารถเปลี่ยนรูปร่างได้ที่อุณหภูมิสูง และจะ แข็งตัวเมื่อเย็นลง คุณสมบัตินี้ทำให้เทอร์โมพลาสติก สามารถหลอมละลายด้วยความร้อน และสามารถนำ กลับมาขึ้นรูปใหม่ได้ ตัวอย่างวัสดุที่เป็นเทอร์โม พลาสติก เช่น Polyethylene, Polypropylene, Polyvinylchloride เป็นต้น 2. เทอร์โมเซตติง พลาสติกประเภทนี้จะ เกิดปฏิกิริยาเคมีพอลิเมอร์ไรเซชันระหว่างการขึ้นรูป และเกิดเป็นโครงสร้างแบบร่างแห ซึ่งจะสลายตัวเมื่อ ได้รับความร้อน ดังนั้นพลาสติกประเภทนี้ไม่สามารถ หลอมและนำกลับมาขึ้นรูปใหม่ได้ ตัวอย่างวัสดุที่เป็น เทอร์โมเซตติ้งเช่น Epoxy resin 3. อิลาสโตเมอร์คือเทอร์โมเซตติง ประเภทหนึ่งที่มีโรงสร้างแบบร่างแหแต่สามารถยึด หยุ่นได้ เนื่องจากแรงยึดเหนี่ยวระหว่างสายโซ่ โมเลกุลของพอลิเมอร์เป็นแบบอ่อนๆ ตัวอย่าง พลาสติกประเภทนี้ เช่น ยางธรรมชาติ และยาง สังเคราะห์ ชนิดของตัวเติมสำหรับวัสดุนาโนคอมโพสิต สารตัวเติมนาโนที่ใช้เติมลงในพอลิเมอร์มี วัตถุประสงค์เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติของวัสดุให้เป็นไป 12
ตามที่ต้องการ การพัฒนาวัสดุนาโนในปัจจุบันมีการ พัฒนาหลายรูปแบบขึ้นอยู่กับรูปแบบของมิติ (dimension) ของวัสดุนาโน ซึ่งแบ่งได้เป็น 3 ประเภท ได้แก่ 1. นาโนฟิลเลอร์ 1 มิติ (one-dimension) วัสดุประเภทนี้จะมีลักษณะเป็นเส้น เช่น เส้นใยนาโน ท่อนาโน 2. นาโนฟิลเลอร์ 2 มิติ (two-dimension) วัสดุประเภทนี้จะมีลักษณะเป็นแผ่นเรียบ เช่น ฟิล์มนาโน แผ่นลามินา กราฟีน 3. นาโนฟิลเลอร์ 3 มิติ (tree-dimension) วัสดุประเภทนี้จะมีลักษณะเป็นอนุภาคนาโน เช่น ซิลิกา อะลูมินา การเลือกใช้นาโนฟิลเลอร์ที่เหมาะสม ขึ้นอยู่ กับคุณสมบัติของวัสดุนาโนคอมโพสิตที่ต้องการ โดยสารตัวเติมนาโนที่นิยมใช้ในงานฉนวนไฟฟ้า ได้แก่ Al2O3 มีคุณสมบัติต้านทานไฟฟ้าและความร้อน TiO2 ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทำงานร่วมกับแสง CaCO3 มีข้อดีคือราคาถูก นิยมใช้เพื่อช่วยเพิ่ม ปริมาณของวัสดุเพื่อลดต้นทุน และเพิ่มความแข็งแรง SiC ช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกล และทนต่อ การกัดกร่อน ZnO มีคุณสมบัตินำความร้อนได้ดี และช่วย ควบคุมความเครียดทางไฟฟ้า การเตรียมวัสดุนาโนคอมโพสิต ส่วนสำคัญในการเตรียมวัสดุนาโนคอมโพสิต ขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อประสานระหว่างพอลิเมอร์ พื้นฐาน และสารตัวเติม โดยส่วนที่เชื่อมต่อ ประสานกันนี้เรียกว่า “Interface” ซึ่งควรมีลักษณะ เกาะติดกันที่ดี จะส่งผลให้การเพิ่มคุณสมบัติ เช่น การเสริมความแข็งแรง การนำความร้อน การนำ ไฟฟ้า เป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ 13
หากการเชื่อมต่อประสานระหว่าง 2 เฟสไม่ ดีจะส่งผลให้ประสิทธิภาพในการปรับปรุงคุณสมบัติ ต่างๆ ลดลง ดังนั้นในการเตรียมวัสดุนาโนคอมโพสิต จำเป็นต้องมีการปรับปรุงพื้นที่ผิวสัมผัสระหว่าง 2 เฟสให้เกิดการเชื่อมประสานที่ดี โดยอาจใช้วิธีการใช้ สารอื่นมาช่วยเชื่อมประสาน ที่นิยมใช้คือไซเลน (Silane) สารชนิดนี้จะช่วยสร้างพันธะบนผิวของตัว เติมเพื่อเปลี่ยนสภาพพื้นผิวให้เข้ากับพอลิเมอร์ พื้นฐานมากขึ้น หรืออาจใช้วิธีทางเคมี โดยเปลี่ยนหมู่ ฟังก์ชันของวัสดุตัวเติมให้มีลักษณะพื้นผิวใกล้เคียงกับ พอลิเมอร์พื้นฐานมากขึ้น การผสมพอลิเมอร์พื้นฐานเข้ากับสารตัวเติม เพื่อให้เกิดเป็นวัสดุนาโนคอมโพสิตนั้นมีหลายวิธี ซึ่ง ปัจจุบันมี 4 วิธี ได้แก่ วิธีการแทรกสอด วิธีโซลเจล วิธีพอลิเมอร์ไรเซชันของคอลลอยด์โซล และวิธีผสม อนุภาคนาโนเข้ากับพอลิเมอร์โดยตรง 1. วิธีการแทรกสอด วิธีการแทรกสอดจะมีการแทรกสอดอยู่ 3 รูปแบบคือ การแทรกสอดโดยใช้ตัวทำละลาย การ แทรกสอดโดยพอลิเมอร์หลอมเหลว และการแทรก สอดโดยมอนอเมอร์ 1.1 การแทรกสอดโดยใช้ตัวทำละลาย วิธีการนี้จะใช้กับสารตัวเติมที่มีลักษณะเป็น Layer เช่น ซิลิเกต โดยจะนำสารตัวเติมอนินทรีย์ ผสมกับตัวทำละลาย และนำพอลิเมอร์ผสมกับตัวทำ ละลายชนิดเดียวกัน จะเกิดการแทรกสอดของสายโซ่ พอลิเมอร์เข้าสู่ภายในชั้นของสารตัวเติม หลังจากนั้น ทำการระเหยตัวทำละลายออกด้วยวิธีการระเหย 14
1.2 การแทรกสอดโดยพอลิเมอร์หลอมเหลว วิธีการนี้ไม่จำเป็นต้องใช้ตัวทำละลายใดๆ แต่จะใช้พอลิเมอร์ที่ถูกหลอมเหลวแทรกสอดเข้าไป ในสารตัวเติม 2. วิธีโซลเจล ประกอบด้วย 2 ขั้นตอนคือ Sol เป็นขั้นตอน ที่อนุภาคของสารตัวเติมที่เป็นเมทอลออกไซด์ กระจายตัวอยู่ในของเหลวที่เป็นตัวทำละลายอินทรีย์ ซึ่งในที่นี้ก็คือพอลิเมอร์ อยู่ในลักษณะของคอลลอยด์ หลังจากนั้นจะก่อตัวเป็นร่างแหที่ไม่เป็นระเบียบทำ ให้เกิดเป็น Gel ทั้ง Sol และ Gel เมื่อเข้าสู่กระบวนการทำให้แห้ง หรือเผาที่อุณหภูมิต่ำ ๆ จะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์นาโน คอมโพสิตหลายรูปแบบ 3. วิธีพอลิเมอร์ไรเซชันของคอลลอยด์โซล วิธีนี้จะใช้เตรียมวัสดุนาโนคอมโพสิตของ เทอร์โมเซตติงพลาสติก โดยผ่านกระบวนการพอลิ เมอร์ไรเซชันของคอลลอยด์โซลที่ประกอบด้วย อนุภาคของเมทอลออกไซด์ที่กระจายตัวอยู่ในมอนอ เมอร์ 4. วิธีผสมอนุภาคนาโนกับพอลิเมอร์โดยตรง เป็นวิธีการที่ง่ายที่สุดในการเตรียมวัสดุนาโน คอมโพสิต มีทั้งในลักษณะการเติมอนุภาคนาโนที่เป็น ของแข็งลงในพอลิเมอร์หลอมเหลว และการผสม พอลิเมอร์และสารตัวเติมที่เป็นสารละลาย อย่างไรก็ตาม วิธีการทั้งหมดที่กล่าวถึงนี้ ยัง อยู่ในระดับการทดลองในห้องปฏิบัติการเท่านั้น การ ที่จะย้ายวัสดุเหล่านี้จากห้องปฏิบัติการไปสู่การผลิต ในเชิงอุตสาหกรรม จำเป็นต้องพัฒนาวิธีการที่ เหมาะสมต่อการผลิตพอลิเมอร์นาโนคอมโพสิตใน ปริมาณมากและสามารถใช้งานได้จริงสำหรับงาน ไฟฟ้าแรงสูง 15
วัสดุคอมโพสิตในวิศวกรมมฉนวน คุณสมบัติที่สำคัญของฉนวนไฟฟ้าสำหรับ หม้อแปลงคือ การนำความร้อนที่ดี การปรับปรุงค่า การนำความร้อนของวัสดุฉนวนสามารถทำได้โดยการ เติมอนุภาคนาโนที่มีคุณสมบัติเป็นตัวนำความร้อนสูง เช่น BN SiO2 Al2O3 ลงไปใน Epoxy resin ที่ใช้อยู่ ดั้งเดิม ทั้งนี้ ยังมีประเด็นที่ต้องศึกษาต่อในเรื่องของ ผลกระทบของชนิด ขนาด ความเข้มข้นของอนุภาค และบทบาทของส่วนต่อประสานที่มีผลต่อวัสดุนาโน คอมโพสิต ปัจจุบันมีงานวิจัยเกี่ยวกับการพัฒนาวัสดุ นาโนคอมโพสิตสำหรับฉนวนไฟฟ้าจำนวนมาก พบว่า มีผลในเชิงบวกอย่างท่วมท้น เนื่องจากสามารถ ปรับปรุงคุณสมบัติทางไฟฟ้า เชิงกล และทางความ ร้อน เพื่อให้เป็นวัสดุที่ดีเยี่ยมสำหรับใช้งานในไฟฟ้า ทั้งกระแสสลับและกระแสตรง อย่างไรก็ตาม ยังมี ความไม่แน่นอนหลายอย่างที่ยังไม่ได้รับคำตอบที่ ชัดเจนและยังไม่สามารถปรับปรุงข้อเสียของวัสดุ เหล่านี้คือ การเสื่อมสภาพจากการใช้งานในระยะยาว ที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ ทั้งนี้จำเป็นต้องอาศัยความ ร่วมมือจากผู้เชี่ยวชาญหลายแขนง ทั้งด้าน วิศวกรรมไฟฟ้า เครื่องกล เคมี วัสดุศาสตร์ ฟิสิกส์ และด้านอื่นๆ เพื่อไขความกระจ่างในการพัฒนา คุณสมบัติของวัสดุนาโนคอมโพสิตให้เหมาะกับการใช้ งานในไฟฟ้าแรงสูง เอกสารอ้างอิง 1. Transformer (rmutl.ac.th) 2. Transformer (researchgate.net) 3. (PDF) Properties of Polymer Composites Used in High-Voltage Applications (guangleeplastic.com) 4. resinsjthailand.com ผู้เขียนบทความ : นางกฤตยมนต์ ชื่นเจริญ นักวิทยาศาสตร์ ระดับ 6 แผนกเคมีเทคนิค กองเคมีคุณภาพ ฝ่ายเคมี 16
เคมีภัณฑ์ที่ใช้ในระบบ Reverse Osmosis (RO) กระบวนการผลิตน้ำบริสุทธิ์ที่ใช้ในโรงไฟฟ้า จะแบ่งเป็นสองประเภท คือ กระบวนการ Ion Exchange Resin และกระบวนการใช้เมมเบรน Reverse Osmosis (RO) ซึ่งในปัจจุบันการใช้เมม เบรนจะนิยมใช้แพร่หลายมากกว่าเนื่องจากการ ติดตั้งใช้พื้นที่น้อยกว่าและค่าใช้จ่ายในการ บำรุงรักษาน้อยกว่ากระบวนการ Ion Exchange Resin สำหรับ Reverse Osmosis Membrane ที่ นำมาใช้ในการผลิตน้ำบริสุทธิ์ จะเป็นประเภท Thin Film Composite (TFC)ซึ่งโครงสร้างของแผ่นเมมเบรนจะ ประกอบเป็น 3 ส่วน ดังนี้ 1. ชั้นพอลิเมอร์โพลีเอไมด์ เป็นชั้น Selective Layerซึ่งแยกอนุภาคที่มีขนาด < 150 nm 2. ชั้น Nanocomposite support โดยส่วน ใหญ่จะเป็นพอลิเมอร์ประเภทซัลโฟเนตเช่น Polysulfone หรือ Polyethersulfone ซึ่งจะแยก อนุภาคที่มีขนาด < 1 µm 3. ชั้น Nonwoven backing ที่เป็นเส้นใยโพลิ เอสเตอร์โดยจะแยกอนุภาคขนาดใหญ่กว่า 3 µm ซึ่ง ลักษณะของโครงสร้างทั้งสามชั้นดังแสดงในรูปที่ 1 รูปที่ 1แสดงองค์ประกอบของThin Film Membrane(TFC) สำหรับการใช้งานระบบ RO เมื่อใช้งานไปได้สัก ระยะหนึ่งก็จะพบอัตราการไหลหรือประสิทธิภาพ การกรองลดลงจึงต้องมีการทำความสะอาดเมม เบรน โดยปัญหาที่มักพบในระบบ RO ประกอบด้วย ปัญหาการสะสมของตะกรันบนผิวเมมเบรน (Scaling), การสะสมของสิ่งมีชีวิต (Biofouling)และ ความเสียหายอันเนื่องมาจาก Chemical Attack (Halogen Oxidation) (A) (B) (C) รูปที่ 2 (A) รูปความเสียหายของ RO Membrane อัน เนื่องมาจาก Chemical Attack (Halogen Oxidation), (B) ปัญหาการเกิด Iron Polymer Fouling, (C) ปัญหา การเกิด Bio Fouling ด้วยเหตุนี้จึงมีความจำเป็นที่จะต้องใช้ สารเคมีในระบบ RO เพื่อแก้ไขหรือชะลอปัญหา ที่กล่าวมา สารเคมีที่ใช้กับระบบ RO หากแบ่งตาม วัตถุประสงค์การนำไปใช้งาน โดยสามารถจำแนก ออกเป็น 4 กลุ่มดังนี้ 17
1. Dechlorinants คือ สารเคมีที่ใช้กำจัด คลอรีนในน้ำก่อนเข้าสู่ระบบ RO 2. pH Adjuster คือ สารเคมีที่เติมเพื่อ ควบคุมค่าความเป็นกรด-ด่างในน้ำ 3. Antiscalants คือ สารเคมีป้องกันการเกิด ตะกรันสะสมบนผิวเมมเบรน 4. Biocide คือ สารเคมีกำจัดสิ่งมีชีวิต จำพวก Microorganism ในน้ำเพื่อป้องกันการเกิด Biofouling สำหรับการเติมสารเคมีของระบบนี้จะมีทั้งการ เติมก่อนและหลังอุปกรณ์ Cartridge Filter โดยมีลำดับการ เติม ดังรูปที่ 3 รูปที่ 3 แสดงตำแหน่งและลำดับของการเติมสารเคมีในระบบ RO สารเคมีกลุ่มที่ 1 : Dechlorinants เป็นสารเคมีที่ใช้กำจัดคลอรีนเนื่องจากน้ำใน ระบบ Pretreatment จะมีการเติมคลอรีนเพื่อป้องกัน การเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ (Microorganism) ประกอบด้วย แบคทีเรีย, เชื้อรา, โปรโตซัว, สาหร่าย และไวรัส คลอรีนอิสระในน้ำสามารถทำลายชั้นผิวโพลี เอไมด ์ (Polyamide) ของ RO Membrane โดย ปฏิกิริยาการทำลายแสดงดังรูปที่ 4คลอรีนอิสระในน้ำ ทำลายพันธะ N-H ของโพลีเอไมด์ส่งผลให้ผิวของ Membrane ขาดออกจากกัน ทำให้ประสิทธิภาพใน การกรองของ Membrane ลดลง รูปที่ 4 แสดงการทำปฏิกิริยาของคลอรีนอิสระกับชั้นโพลีเอไมด์ ของเมมเบรน (A) (B) (C) รูปที่ 5 รูปพื้นผิว RO Membrane ที่มองผ่านกล้อง SEMEDX (A)Membrane ที่ยังไม่ผ่านการใช้งาน, (B)Membrane ที่ได้รับความเสียหายเล็กน้อย, (C) Membrane ที่ได้รับความ เสียหายอย่างรุนแรง สารเคมีDechlorinants แบ่งได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่ ประเภท Sulfite ยกตัวอย่างเช่น Sodium Sulfite (Na2SO3 ), Sodium Bisulfite (NaHSO3 ; SBS) และSodium metabisulfite(Na2S2O5 ; SMBS) และ ประเภท Non-Sulfite ยกตัวอย่างเช่น Lascorbic Acid และ Sodium Thiosulfate 18
รูปที่ 6 ประเภทของสารเคมีในกลุ่ม Dechlorinants สารเคมีประเภท Sulfite ใ น ก า ร ท ำ ป ฏ ิ ก ิ ร ิ ยา ก ำจ ั ด คลอรีน (Dechlorination)ของแต่ละชนิดทำปฏิกิริยา แตกต่างกัน ดังสมการ Sodium Sulfite (SS): Na2SO3 + Cl2 + H2O → Na2SO4 + 2HCl Sodium bisulfite (SBS): NaHSO3 + Cl2 + H2O → NaHSO4 + 2HCl Sodium metabisulfite (SMBS): Na2S2O5 + 2Cl2 + 3H2O → 2Na2SO4 + 4HCl สัดส่วนการใช้งานสารเคมีประเภท Sulfiteใน การทำปฏิกิริยากำจัดคลอรีน 1 mgโดยSMBS ใช้ใน ปริมาณน้อยที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับ SBS และ SSดัง แสดงในตารางด้านล่างนี้ Sulfites Molecular Weight Theoretical Dosage to Remove 1 mg Chlorine (mg) Sodium Sulfite (SS) 126.1 1.78 Sodium bisulfite (SBS) 104.1 1.46 Sodium metabisulfite (SMBS) 190.2 1.34 ข้อดีของสารเคมีประเภท Sulfite มีดังนี้ 1. เป็นสารเคมีที่หาซื้อได้สะดวก โดยมีจำหน่ายทั้ง ในรูปของแข็งและสารละลาย 2. สะดวกในการขนส่ง 3. ราคาถูกกว่าสารเคมีประเภท non-Sulfite ข้อจำกัดของสารเคมีประเภท Sulfite 1.อายุการใช้งานจำกัด 1.1 กรณีที่อยู่ในรูปของแข็งจะมีอายุมากที่สุด 2 ปี SS (1 ปี) < SBS (1 ปี) < SMBS (2 ปี) 1.2 กรณีที่อยู่ในรูปของเหลว SS (3 เดือน) < SBS (8 เดือน) < SMBS (10 เดือน) 1.3 กรณีที่อยู่ในรูปสารละลายเจือจางในถังเตรียม (Day Tank)อายุการใช้งานจะยิ่งลดลง ดังตารางที่ 2 ตารางที่2 อายุการใช้งานของสารเคมีประเภทซัลไฟต์เมื่อ อยู่ในรูปของสารละลายเจือจางที่ความเข้มข้น 2, 10, 20 และ 30 %wt Solution (wt%) Shelf Life 2 Three (3) days 10 One (1) week 20 One (1) month 30 Six (6) months ที่มา : Roles of Sulfites in Reverse Osmosis (RO) Plants and Adverse Effects in RO Operation 2. สารเคมีประเภท Sulfite จะทำปฏิกิริยากับ ออกซิเจนในน้ำ (De-Oxygenate) เมื่อระบายสู่ สิ่งแวดล้อมอาจส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำกรณีที่ เติมสารซัลไฟต์มากเกินไป 3. ในกรณีน้ำป้อนเข้า (Feed Water) มีโลหะพวก Mn Cu Co หากมีการเติมสารเคมีประเภท Sulfite มาก เกินไปสารซัลไฟต์จะไปเร่งการเกิดปฏิกิริยา Oxidation ของโลหะเหล่านี้บนผิว Membrane ส่งผลให้ Membrane เสื่อมสภ าพเร็ว ขึ้ น นอกจากนี้สารซัลไฟต์ยังเป็นอาหารของแบคทีเรีย บางชนิดส่งผลทำให้เกิดการ Fouling ของแบคทีเรีย ชนิด Sulfate Reducing Bacteria (SRB) ดังนั้นจึง ต้องมีการควบคุมให้ค่า Residual Sulfite < 1 ppm 19
4. อุณหภูมิการสลายตัว (Decomposition) ของ สารเคมีประเภท Sulfite (เมื่อสลายตัวให้SO2 ) โดยอุณหภูมิที่เกิดการสลายตัวได้เอง ดังนี้ SS (500 oC) > SBS (315 oC) > SMBS (150 oC) สารเคมีประเภท Non-Sulfite ยกตัวอย่างเช่น L-ascorbic Acid และ Sodium Thiosul-fate มีคุณสมบัติในการกำจัดคลอรีนอิสระ โดยมีปฏิกิริยาดังสมการ L-ascorbic Acid: C5H5O5CH2OH + HOCl → C5H3O5CH2OH + HCl + H2O Ascorbic Acid Hypochlorous acid Dehydroascorbic acid Hydrochloric acid Sodium Thiosulfate: Na2S2O3 + Cl2 + H2O → Na2SO4 + S + 2HCl Na2S2O3 + 2HCl → 2NaCl + H2O + S + SO2 ข้อดีของสารเคมีประเภท Non-Sulfite 1. สารเคมีL-Ascorbic Acid ไม่จัดอยู่ในประเภท สารเคมีDe Oxygenate ดังนั้นจึงไม่ทำให้ปริมาณ DO ในน้ำลดลงเหมือนสารเคมีประเภท Sulfite 2. สารเคมีL-Ascorbic Acid สามารถนำไปใช้ใน อุตสาหกรรมอาหาร ยา และเครื่องสำอางได้และ สารเคมี Sodium Thiosulfate สามารถใช้ใน อุตสาหกรรมเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำได้ ข้อจำกัดของสารเคมีประเภท Non-Sulfite 1. สารเคมีL-Ascorbic Acid เมื่ออยู่ในรูปของ สาร ละลายเจือจางใน Day Tank มีอายุการใช้งาน เฉลี่ย 2 วัน 2. สารเคมี Sodium Thiosulfate หากเติมใน ปริมาณที่มากเกินจะกลายเป็นอาหารของแบคทีเรีย ทำให้เกิดการ Fouling ของแบคทีเรียชนิด Sulfate Reducing Bacteria (SRB) เช่นเดียวกันกับสารซัลไฟต์ สารเคมีกลุ่มที่ 2 : pH Adjuster ซึ่งสารเคมีกลุ่มนี้จะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ประกอบด้วยสารเคมีที่เป็นกรด (Acid) และสารเคมี ที่เป็นด่าง (Caustic) ประเภทที่ 1 สารเคมีประเภทกรด (Acid) สารประเภทนี้จะใช้เติมเพื่อลดความกระด้าง หรือลดการเกิดตะกรัน (Scaling) ในน้ำ โดยกรด ที่นิยมใช้ได้แก่กรดซัลฟิวริก (H2SO4 ) และกรด ไฮโดรคลอริก (HCl) โดยปฏิกิริยากำจัดความ กระด้างในน้ำดังสมการ Sulfuric Acid (H2SO4 ): H2SO4 + 2HCO3 - → 2H2O + 2CO3 + SO4 2- Hydrochloric Acid (HCl): HCl + HCO3 - → H2O + CO2 + Cl- จากสมการปฏิกิริยาทั้งกรดซัลฟิวริกและกรด ไฮโดรคลอริก สามารถลดความกระด้างและลดการ เกิดตะกรันได้น้ำได้เช่นเดียวกัน โดยที่กรดซัลฟิวริก นั้นปริมาณการใช้งานน้อยกว่า กรดไฮโดรคลอริก แต่อย่างไรก็ตามการใช้กรดซัลฟิวริกก็มีข้อจำกัด ตรงที่เมื่อเติมในปริมาณมากจะเพิ่มไอออน SO4 2- ในน้ำ ซึ่งสามารถเกิดเป็นตะกรันชนิด Sulfate เช่น Calcium Sulfate (CaSO4 ) , Magnesium Sulfate (MgSO4 ) ได้ รูปที่ 7 แบคทีเรียชนิด Sulfate Reducing Bacteria (SRB) 20
ส่วน HCl ถึงแม้ว่าใช้ในปริมาณมากกว่า H2SO4 แต่ไอออนที่ให้คือ Cl-ซึ่งสารประกอบคลอไรด์ ส่วนใหญ่ละลายน้ำจึง ไม่เกิดเป็นตะกรันและมีราคา ถูกกว่า H2SO4 แต่การใช้กรดไฮโดรคลอริคจะมี ข้อจำกัดในส่วนของเรื่องการจัดเก็บสารเคมีที่ต้องเก็บ แยกจากสารคลอรีนน้ำ (Sodium Hypochlorite) เนื่องจากจะทำปฏิกิริยากันแล้วให้แก๊สพิษ ประเภทที่ 2 สารเคมีประเภทด่าง (Caustic) สารเคมีที่นิยมใช้ คือโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ใช้เติมเพื่อควบคุม pH ของน้ำ RO Outlet 1st Pass ให้อยู่ในช่วง7.5 - 8.2 ดังรูปที่ 8 รูปที่ 8 แสดงจุดการเติมสารเคมี NaOH ของ รฟ.พระนครเหนือ เนื่องจาก RO Membrane ไม่สามารถ กำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2 ) ในน้ำได้ หาก กระบวนการถัดไปของน้ำที่ผ่านการกรองโดย RO Membrane (น้ำ Permeate)ถูกส่งไปยังอุปกรณ์ Electrodeionization (EDI) จึงจำเป็นต้อง กำจัดก๊าซ CO2 ก่อน สำหรับการกำจัดก๊าซมีสอง วิธีโดยวิธีแรกคือติดตั้งอุปกรณ์ Deaerator และการ เติมสารเคมีประเภทด่าง โดยด่าง Sodium Hydroxide (NaOH)จะทำปฏิกิริยากับ คาร์บอน ไ ด้ อ อ ก ไ ซ ด์ ( CO2 ) ใ น น้ ำ เกิดเป็น Sodium Carbonate (Na2CO3 ) ซึ่งไม่สามารถผ่านรูพรุนข อ ง RO Membrane ไ ด้ โ ด ย ป ฏิ กิ ริ ย า ดั ง แสดงในสมการด้านล่างนี้ 2NaOH + CO2 → Na2CO3 + H2O ส่วนข้อจำกัดของการใช้สารเคมี NaOH ในการ ควบคุม pH หากเติมสารเคมีด่างในปริมาณมาก เกินไปอาจทำให้ pH ของน้ำสูงเกินกว่าค่าควบคุมของ Membrane (pH ไม่ควรเกิน 12) สารเคมีกลุ่มที่ 3 : RO Antiscalant เป็นสารเคมีที่ใช้ในการยับยั้งการเกิด ตะกรัน (Scale) บนผิวของเมมเบรนซึ่งจะส่งผลทำ ให้ %Flow หรือประสิทธิภาพการกรองลดลง โดย ตะกรันที่เกิดในระบบ RO ได้แก่ Calcium Carbonate (CaCO3 , Calcium Phosphate (Ca3 (PO4 )2 , Calcium Sulfate (CaSO4 , Magnesium Silicate(MgSiO3 , Silica (SiO2 , Iron Phosphate (FePO4 ) และ Iron Oxide (Fe(OH3 ) ซึ่งลักษณะตะกรันดังแสดงในรูปที่ 9 รูปที่ 9 รูปลักษณะโดยมองผ่านกล้อง SEM และ ชนิดตะกรันที่เกิดในระบบ RO 21
รูปที่ 10 แสดงกลไกการเกิด Scale กลไกการเกิด Scale เริ่มต้นจากไอออนที่มี ประจุบวกและลบรวมตัวกัน (Ion pairing) เป็นอนุภาค จากนั้นอนุภาคนั้นค่อยๆรวมตัวกันจนมีขนาดที่ ใ ห ญ่ ขึ้ น ( Aggregation) จนกลายเป็นผลึก Crystal (Crystal Growth) เข้าเกาะติดบนผิวเมม เบรนและสะสม(Deposition) จนทำให้ผิวหน้าของ เมมเบรนเกิดการอุดตัน สำหรับสารเคมีRO Antiscalants จะแบ่ง ตามคุณสมบัติในการป้องกันกันการเกิดตะกรัน โดย ได้เป็น 3 ประเภท ดังนี้ 1. Crystal Distortion คือ สารเคมีที่มี คุณสมบัติใน การยับยั้งการเติบโตของขนาด อนุภาค (Aggregation) หรือยับยั้งการเกิด Crystal โดยการเปลี่ยนรูปโครงสร้างผลึก ทำให้ไม่สามารถจับ กับอนุภาคอื่นได้ ดังแสดงในรูปที่ 11 ตัวอย่าง สารเคมีประเภทนี้เช่น Sodium Hexa Meta Phosphate (SHMP), 2- Phosphonobutane1,2,4-Tricarboxylic Acid (PBTC), Polymaleic Acid Homopolymer (PMA) และ Polyacrylic Acid (PAA) 2. Dispersion สำหรับสารเคมีที่มีคุณ สมบัตินี้ส่วนใหญ่สังเคราะห์จากโพลีเมอร์ซึ่งจะ เปลี่ยนแปลงประจุรอบอนุภาคให้มีประจุเหมือนกัน เกิดการผลักกันและแขวนลอยในน้ำ ดังแสดงใน รูปที่ 11 ยกตัวอย่างสารเคมีประเภทนี้ เ ช ่ น Polyacrylic Acid (PAA), 2-Acrylamido2methyl propane sulfonate and acrylamide (AMP), รูปที่12 แสดงลักษณะโครงสร้างของสารเคมียับยั้งตะกรัน ที่มีคุณสมบัติเป็นDispersion 3. Dendrimer คือสารเคมีที่สังเคราะห์ขึ้น จาก monomer ที่มีคุณสมบัติต่างกันจำนวน 2 ประเภทเป็นต้นไป เช่นโมโนเมอร์ที่มีคุณสมบัติเป็น Crystal Distortion แ ล ะ โ ม โ น เ ม อ ร ์ ท ี ่ เ ป็ น Dispersion จึงทำให้สารกลุ่มนี้จะมีคุณสมบัติทั้ง สองส่วน นอกจากนี้โครงสร้างของสารกลุ่มนี้จะ เป็นแบบ Tree like Structure ที่มีหมู่ Functional Group ตรงปลายเพื่อจับกับไอออนประจุบวกมาก ขึ้นดังแสดงในรูปที่ 13 รูปที่ 11แสดงลักษณะของตะกรันปกติและตะกรันที่เสียสภาพผลึกจาก สารเคมียับยั้งตะกรันประเภท Crystal Distortion 22
รูปที่13 แสดงลักษณะโครงสร้างของสารประเภท Dendrimer สารเคมีกลุ่มที่4 : Biocide สารเคมีที่เติมเพื่อป้องกันหรือยับยั้งการ สะสมของสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กบนผิวหน้าของเมม เ บ ร น (Biofouling) ส ำ ห ร ั บ ก ล ไ ก ก า ร เ กิ ด Biofouling มีทั้งหมด 5 ขั้น ดังนี้ ขั้นแรก: แบคทีเรียที่อยู่ในน้ำป้อนเข้า (Feed Water) จะยึดเกาะบนพื้นผิวของเมมเบรนแบบ initial (ย้อนกลับได้) ขั้นสอง: แบคทีเรียมีการแบ่งตัวและสร้างสารเหนียว ที่เรียกว่า Extracellular Polymeric Substances (EPS) ขึ้นมาทำให้แบคทีเรียเกาะติดแน่นบนพื้นผิว เมมเบรน ขั้นสาม: แบคทีเรียเพิ่มจำนวนจนเป็นเซลล์ขนาด ใหญ่ ขั้นสี่: เซลล์แบคทีเรียจะติดตอสื่อสารระหวางเซลล ที่เรียกวา “quorum sensing system” เกิดเป็น ชั้นไบโอฟิล์ม ขั้นห้า: เกิดการสื่อสารระหวางเซลล์แบคทีเรียต่าง ชนิด อย่างต่อเนื่อง จนกลายเป็นไบโอฟิล์มที่มีความ ซับซ้อนขึ้น สำหรับไบโอฟิล์มที่พบจะแบ่งเป็น 2 ชั้น คือ ชั้นที่ติดแน่นกับพื้นผิวซึ่งกำจัดออกยาก (Hard biofilm layer) และชั้นเมือกอ่อนนุ่มชะล้างออก ง่าย (Thin biofilm layer) รูปที่14 กลไกการเกิด Biofouling (ที่มา : The effect of imposed flux on biofouling in reverse osmosis.) สำหรับสารเคมีกลุ่ม Biocide สามารถแบ่ง ออกเป็น 2 ประเภท ประเภทแรก คือ Non-Oxidizing Biocide ออกฤทธิ์ทำลายเชื้อจุลินทรีย์โดยยับยั้งระบบ หายใจและระบบการขนถ่ายอาหารผ่านผนังเซลล์ มี ประสิทธิภาพสูงในการกำจัดพวกสาหร่าย เชื้อรา ยกตัวอย่างสารเคมีประเภทนี้ได้แก่ 2,2-dibromo3-nitrilopropionamide (DBNPA) และ Isothiazolone ประเภทสองคือ Oxidizing Biocide ทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบของเซลล์ จุลินทรีย์โดยการดึงอิเล็กตรอน (Electron) ออกมา ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell Membrane) ขาด เสถียรภาพและทำให้เซลล์แตกในที่สุด ยกตัวอย่างสารเคมีประเภทนี้ได้แก่ Combine Chlorine ส่วน Oxidizing Biocide ตัวอื่นๆ จะไม่นิยมนำมาใช้ในระบบ RO เนื่องจากจะให้ คลอรีนอิสระซึ่งจะทำลายพันธะเอไมด์ในชั้นโพลีเอ ไมด์ของเมมเบรนส่งผลให้เมมเบรนเสื่อมสภาพ 23
รูปที่ 15 ตัวอย่างสารเคมีกลุ่ม Biocide ทั้ง 2 ประเภท สำหรับสารเคมี Biocide ที่ใช้ในระบบ RO ส่วนมากจะเป็นประเภท Non-Oxidizing Biocide โดยสารเคมีที่นิยมใช้คือ 2,2-dibromo-3- nitrilopropionamide (DBNPA) และ Isothiazolone ซึ่งทั้งสองชนิดจะสามารถออกฤทธิ์ได้ที่ช่วง pH กว้าง (pH ประมาณ 6-9) และสามารถกำจัดจุล ชีพได้หลายชนิด เช่น ไวรัส แบคทีเรีย เชื้อรา สาหร่าย และสปอร์โดยสารเคมีDBNPA จะออก ฤทธิ์เร็วกว่า Isothiazolone (ออกฤทธิ์ภายใน 5- 10 นาที) แต่อย่างไรก็ตามสาร DBNPA ก็มีข้อจำกัด ด้านสลายตัวเร็ว เช่นที่ pH 7 ใช้เวลาสลายตัว 24 ชั่วโมง ที่ pH 8 ใช้เวลาสลายตัว 2 ชั่วโมง และที่ pH 9 ใช ้เว ลาสลายตัว 15 นาทีส่ว นสา ร Isothiazolone จะใช้เวลาในการออกฤทธิ์ช้ากว่า แต่อยู่ในระบบได้นาน 24-72 ชั่วโมง ส่วนสารเคมีประเภท Oxidizing Biocide ที่ใช้ในระบบ RO จะเป็นสารเคมี Combined Chlorine เนื่องจากจะไม่ให้คลอรีนอิสระ โดย Combined Chlorine จะทำปฏิกิริยา กับเซลล์ จุลินทรีย์ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ (Cell Membrane) ขาดเสถียรภาพและทำให้เซลล์แตกในที่สุด สำหรับ ข้อดีของสารนี้คือมีความเสถียรสูง ไม่สลายตัวใน แสง แต่มีข้อจำกัดคือต้องควบคุมปริมาณการใช้ ไม่ให้มากเกินไป สำหรับเอกสารวิชาการฉบับนี้ผู้เขียน คาดหวังว่าผู้อ่านจะสามารถเห็นภาพรวมของ สารเคมีแต่ละกลุ่มที่ใช้ในระบบ RO ไม่มากก็น้อย ทั้งนี้หากมีข้อผิดพลาดประการใด ทางผู้เขียนก็ขอ อภัยมาในที่นี้ด้วยนะคะ เอกสารอ้างอิง [1]. Roles of Sulfites in Reverse Osmosis (RO) Plants and Adverse Effects in RO Operation. Membranes 2022, 12, 170. [2]. Guidance Manual for Disposal of Chlorinated Water. Front Cover · Maria Tikkanen. American Water Works Association, 2001. [3]. Chemistry of Organophosphonate Scale Growth Inhibitor เรื่องเล่า อคม. 28 พฤษภาคม 2564 นำเสนอโดย คุณบุญธิญารัตน์ฯ [4]. Biocides in papermaking chemistry: Prevention of problems occurring due to microorganisms in papermaking process by application of slimicides. January 2012. [5]. Biofouling in water systems - Cases, causes and countermeasures October 2002. [6]. สารต้านเชื้อจุลินทรีย์ที่ใช้ในบ้านเรือนหรือทาง สาธารณสุข, วรรณพร ศรีสุคนธรัตน์15 มิถุนายน 2559 ผู้เขียนบทความ : น.ส. เกศินีมะโนแก้ว นักวิทยาศาสตร์ ระดับ 7 แผนกพัฒนาเคมีภัณฑ์ กองเคมีภัณฑ์ฝ่ายเคมี 24
Vol.2/2023 ½†ÒÂà¤ÁÕ ÍÒ¤Òà ·.0019 ªÑ้¹ 5 ¡ÒÃä¿¿‡Ò½†Ò¼ÅÔµáË‹§»ÃÐà·Èä·Â 81 ËÁÙ‹ 11 ¶.ºÒ§¡ÃÇÂ-ä·Ã¹ŒÍ µ.ä·Ã¹ŒÍ Í.ä·Ã¹ŒÍ ¨.¹¹·ºØÃÕ 11150 ½†ÒÂà¤ÁÕ ÍÒ¤Òà ·.0019 ªÑ้¹ 5 ¡ÒÃä¿¿‡Ò½†Ò¼ÅÔµáË‹§»ÃÐà·Èä·Â 81 ËÁÙ‹ 11 ¶.ºÒ§¡ÃÇÂ-ä·Ã¹ŒÍ µ.ä·Ã¹ŒÍ Í.ä·Ã¹ŒÍ ¨.¹¹·ºØÃÕ 11150 : cd.egat.co.th : cd.egat.co.th : Chemistry Laboratory Center-EGAT : Chemistry Laboratory Center-EGAT