การเปรียบเทียบกระบวนการกรองตรง ระหว่างการแยกอนุภาคความขุ่น และการแยกอิมัลชันน้ำมันออกจากเฟสน้ำ

Abstract

เปรียบเทียบกลไกการทำงานของถังกรองทรายแบบกรองตรง ในการแยกอนุภาคที่มีลักษณะทางกายภาพแตกต่างกันคือ อนุภาคความขุ่น และอิมัลชันของน้ำมัน โดยศึกษาการทำงานของถังกรองทรายแบบกรองตรงที่ไม่มีและมีการเติมสารเคมี (สารส้ม) รวมถึงประยุกต์ใช้สมการประสิทธิภาพการกรอง (Filtration efficiency equation) และสมการคำนวณความดันลด (Pressure drop equation) ในการอธิบายกลไกที่เกิดขึ้น จากผลการทดลองพบว่า ถังกรองทรายแบบกรองเร็วสามารถแยกอนุภาคความขุ่นได้ดีถึง 96.65% ในขณะที่สามารถแยกอิมัลชันของน้ำมันได้เพียง 45.52% เนื่องจากอนุภาคน้ำมันมีขนาดเล็กกว่าอนุภาคความขุ่น และมีเสถียรภาพสูงทำให้ยากต่อการแยกด้วยถังกรองทรายแบบธรรมดา จึงต้องมีการปรับปรุงคุณภาพน้ำก่อนเข้าสู่ถังกรอง ด้วยกระบวนการสร้างและรวมตะกอน เพื่อทำลายเสถียรภาพของอนุภาคน้ำมันก่อนเข้าสู่ถังกรอง โดยพบว่าเมื่อเพิ่มความเข้มข้นของสารส้ม ประสิทธิภาพของถังกรองเพิ่มขึ้น เนื่องจากฟล้อคของสารส้มจับตัวกับอนุภาคน้ำมัน และสะสมอยู่ด้านบนและภายในช่องว่างของชั้นกรอง ทำให้ความพรุนลดลง ซึ่งเพิ่มประสิทธิภาพการชนและการเกาะติดของอนุภาคภายในชั้นกรอง อย่างไรก็ตาม ปรากฏการณ์ดังกล่าวส่งผลเสียต่อความดันลดภายในชั้นกรองที่เพิ่มขึ้น และอายุการใช้งาน รวมถึงรูปแบบการเดินระบบโดยรวม จึงได้มีการประยุกต์การเติมอากาศ เพื่อเพิ่มอายุการทำงานของถังกรอง พบว่าช่วยลดการสะสมของอนุภาคต่างๆ บริเวณผิวหน้าชั้นกรอง ทำให้มีระยะเวลาการทำงานที่นานขึ้น แต่ต้องใช้พลังงานในการเติมอากาศค่อนข้างมาก และจากการประยุกต์การเติมอากาศแบบกะ (Batch) พบว่าสามารถช่วยลดการสะสมของอนุภาคต่างๆ ที่ผิวหน้าชั้นกรองได้ และยังทำให้สามารถใช้สารกรองได้อย่างมีประสิทธิภาพขึ้นอีกด้วย จากการประยุกต์ใช้สมการทางคณิตศาสตร์ของการกรองพบว่า ประสิทธิภาพการทำงานของถังกรองทราย สอดคล้องกับค่าความพรุนของชั้นกรอง การสะสมตัวของอนุภาคต่างๆ ภายในชั้นกรอง ขนาดของสารกรองที่เกิดจากการสะสมตัว และความปั่นป่วนภายในชั้นกรองที่เกิดขึ้น