ผลิตน้ำจืดจากแสงอาทิตย์

.

เทคโนโลยีเครื่องผลิตน้ำจืด
จากแสงอาทิตย์และแรงโน้มถ่วง
ที่พัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์
Indian Institute of Science (IISc)
ใช้หลักการ การกลั่น (Distillation)
เป็นกระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูง
กำจัดสารปนเปื้อนส่วนใหญ่ออกจากน้ำ
.
.

​กลไกการกำจัดสารปนเปื้อน

​ระบบนี้อาศัยการเปลี่ยนสถานะ
ของน้ำจากของเหลวเป็นไอน้ำ
และควบแน่นกลับมาเป็นน้ำจืดบริสุทธิ์

​เกลือและแร่ธาตุ

เกลือทะเล (Sodium Chloride)
และแร่ธาตุอื่น ๆ
จะมีจุดเดือดสูงกว่าน้ำมาก
เมื่อน้ำได้รับความร้อน
และระเหยกลายเป็นไอน้ำ
เกลือและแร่ธาตุเหล่านี้
จะถูกทิ้งไว้เบื้องหลัง
ในส่วนของน้ำทะเลเดิม

​โลหะหนัก

ตะกั่ว ปรอท หรือแคดเมียม
มักจะไม่มีการระเหยที่อุณหภูมิ
การกลั่นของน้ำทะเล
หรือมีจุดเดือดสูงมาก
โลหะหนักจะถูกทิ้งไว้ในน้ำทะเล
ที่ยังไม่ระเหย เช่นเดียวกับเกลือ

สารปนเปื้อนที่ไม่ระเหยง่ายอื่น ๆ

สารปนเปื้อนส่วนใหญ่ในน้ำทะเล
ที่ไม่สามารถระเหยได้ง่าย
(Non-volatile contaminants)
เช่น สารเคมีบางชนิด
หรือจุลินทรีย์และเชื้อโรค
จะไม่สามารถลอยไปกับไอน้ำได้
และจะถูกกำจัดออกไปพร้อมกับ
น้ำทะเลเข้มข้นที่ไหลออก
ตามกลไกไซฟอน (กาลักน้ำ)

จุดเด่นของระบบ

​ระบบนี้จึงให้ผลลัพธ์เป็น
น้ำกลั่นบริสุทธิ์ (Distilled Water)
ซึ่งมีคุณภาพสูงมากในแง่ของ
การกำจัดสิ่งเจือปนประเภทที่กล่าวมา

​กลไกไซฟอน

ท่อไซฟอนช่วยดึงน้ำเข้มข้น
(ที่มีความเค็มสูง
และมีสารปนเปื้อนสะสมอยู่)
ออกจากระบบอย่างต่อเนื่อง
เป็นการป้องกันไม่ให้เกลือ
และสารปนเปื้อนเหล่านั้น
จับตัวและอุดตันเครื่อง (Fouling)
และยังช่วยให้การกลั่น
มีประสิทธิภาพสูงต่อเนื่องไปตลอด

​โลหะหนักและสารปนเปื้อน
ที่ไม่ระเหยง่ายส่วนใหญ่
จะไม่ติดไปกับน้ำ/ไอน้ำด้วย
แต่จะถูกกำจัดทิ้งไปพร้อมกับ
น้ำทะเลเข้มข้นที่ไหลออก
ตามระบบไซฟอน (กาลักน้ำ)
ทำให้ได้น้ำจืดที่สะอาด/ปลอดภัย
​
เครื่องกลั่นน้ำด้วยแสงอาทิตย์ (Solar Still)
ประสิทธิภาพการกำจัดสารปนเปื้อน
ระบบนี้ทำงานโดย
การ ระเหย (Vaporization)
และ ควบแน่น (Condensation)
สารปนเปื้อนใด ๆ
ที่มีจุดเดือดสูงกว่าน้ำ
(ซึ่งมีจุดเดือดที่ 100°C)
หรือไม่สามารถระเหยเป็นไอได้
จะถูกทิ้งไว้ในน้ำทะเล
ที่ก้นถาดน้ำทิ้งทั้งหมด

1. โลหะหนัก (Heavy Metals)

การกลั่นด้วยแสงอาทิตย์มีประสิทธิภาพสูง
ในการกำจัดโลหะหนักที่เป็นอันตราย
เช่น ตะกั่ว (Pb), สารหนู (As), ปรอท (Hg),
แคดเมียม (Cd), โครเมียม (Cr), และเหล็ก (Fe)

โลหะหนักเหล่านี้เป็น
สารที่ ไม่ระเหยง่าย (Non-volatile)
เมื่อน้ำกลายเป็นไอ โลหะหนัก
จะยังคงอยู่ในน้ำทะเลเดิม (Brine)
และไม่สามารถติดตามไอน้ำไปได้
.
.

ผลการวิจัย การศึกษาหลายแห่งยืนยันว่า
เครื่องกลั่นน้ำสามารถลดปริมาณ
โลหะหนักในน้ำเสียได้อย่างมาก

จุดเด่นของระบบ IISc
ที่มีการติดตั้งท่อไซฟอน
เพื่อชะล้างน้ำทะเล
ที่มีความเข้มข้นสูง
และมีโลหะหนักสะสม
ออกไปอย่างต่อเนื่อง
จะช่วยป้องกันการสะสม
และอาจลดโอกาส
ที่สารเหล่านี้จะปนเปื้อนใน
น้ำจืดบริสุทธิ์ได้ดียิ่งขึ้นไปอีก

2. เชื้อโรคและจุลินทรีย์
(Pathogens and Microorganisms)

ประสิทธิภาพการฆ่าเชื้อ
(Disinfection) ที่ยอดเยี่ยม
เครื่องกลั่นน้ำมีประสิทธิภาพ
ในการฆ่าเชื้อโรคสูงมาก

ความร้อน/อุณหภูมิของน้ำ
ในถาดด้านล่างมักสูงถึง 60-70°C
หรือมากกว่านั้นจากแสงอาทิตย์
จะสูงพอที่จะ ทำลาย หรือ ยับยั้ง
การเจริญเติบโตของแบคทีเรีย ยีสต์
และโปรโตซัวส่วนใหญ่ได้

การกลั่น เชื้อโรค
(เช่น แบคทีเรีย E. coli
หรือเชื้อโครมฟอร์ม)
ส่วนใหญ่มีขนาดใหญ่
เกินกว่าจะระเหยไปพร้อมกับไอน้ำได้

ผลการวิจัย มีการยืนยันว่า
เครื่องกลั่นน้ำด้วยแสงอาทิตย์
จะกำจัดแบคทีเรียทั้งหมด 100%
(เช่น Total Coliform และ E. coli)
และมีประสิทธิภาพสูงมาก
ในการกำจัดไวรัส
(เช่น ลดปริมาณไวรัส
ได้มากกว่า 99.99%)
ทำให้ได้น้ำที่มีคุณภาพ
ตามมาตรฐานน้ำดื่ม

3. สารปนเปื้อนอื่นๆ

เกลือและแร่ธาตุ (TDS) สูงมาก (>99%)  
เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่ไม่ระเหย
จะถูกทิ้งไว้ในน้ำทะเลเดิม

สารแขวนลอย (TSS) สูงมาก (>99%)
เป็นอนุภาคขนาดใหญ่
ไม่สามารถระเหยไปพร้อมกับไอน้ำได้

ความขุ่น (Turbidity) สูงมาก  
ความขุ่นเกิดจากสารแขวนลอย
ซึ่งถูกกำจัดออกไปในกระบวนการกลั่น

สารอินทรีย์บางชนิด (BOD/COD)
สูง (85% ขึ้นไป)
สารอินทรีย์ส่วนใหญ่มีน้ำหนัก
โมเลกุลสูงและจุดเดือดสูงกว่าน้ำ
จึงไม่ระเหยไปพร้อมกับไอน้ำ

สรุป

เทคโนโลยีของ IISc ที่ใช้หลักการกลั่น
เป็นวิธีบำบัดน้ำที่ให้ผลลัพธ์เป็น
น้ำที่บริสุทธิ์สูง (เทียบเท่ากับน้ำกลั่น)
ทำให้สารปนเปื้อนส่วนใหญ่
ที่อยู่ในรูปของแข็ง แร่ธาตุ โลหะหนัก
และเชื้อโรค จะถูกทิ้งไว้เบื้องหลังทั้งหมด

ดังนั้น โลหะหนัก สารปนเปื้อนในน้ำทะเล
และเชื้อโรค จะไม่ติดไปด้วย
แต่จะได้น้ำจืดที่สะอาดและปลอดภัย
สำหรับการบริโภคโดย
ไม่ต้องใช้พลังงานไฟฟ้าเลย

ถึงแม้ว่าเครื่องจะผลิตน้ำจืดได้บริสุทธิ์
แต่ผลพลอยได้ที่สำคัญ
และต้องมีการจัดการอย่างเหมาะสมคือ
น้ำเกลือเข้มข้น (Brine)
ที่ถูกชะล้างออกจากระบบอย่างต่อเนื่อง
ตามกลไกไซฟอนที่ติดตั้งไว้

น้ำเกลือเข้มข้น คือ น้ำทะเลที่เหลืออยู่
หลังจากการสกัดน้ำจืดออกไป
ซึ่งจะมีองค์ประกอบของสารปนเปื้อนต่าง ๆ
มีความเข้มข้นสูงขึ้นกว่าน้ำทะเลปกติ

องค์ประกอบของน้ำเกลือเข้มข้น (Brine)
เกลือ (Salinity) มีปริมาณเกลือ
สูงขึ้นมาก (Hypersaline)

โลหะหนักและสารปนเปื้อนที่ไม่ระเหย

โลหะหนัก สารแขวนลอย และสารเคมี
ที่ไม่ระเหยง่ายจะถูกทิ้งไว้ในน้ำส่วนนี้
ทำให้ความเข้มข้นของสารเหล่านี้เพิ่มขึ้น

เชื้อโรค ส่วนใหญ่ก็ยังคงอยู่ในน้ำส่วนนี้
และบางส่วนอาจถูกฆ่าตาย
ด้วยความร้อนระหว่างกระบวนการกลั่นน้ำ
.
.

ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
จากการปล่อยน้ำเกลือ

ในโรงงานแยกเกลือขนาดใหญ่
(Desalination Plants)
การปล่อยน้ำเกลือเข้มข้นนี้
กลับลงสู่ทะเลโดยตรง
เป็นความท้าทาย
ด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ เพราะ

ความเค็มสูง

น้ำเกลือที่หนาแน่นกว่า
จะจมลงสู่พื้นทะเล
และแพร่กระจายไปตามพื้นผิว
ทำให้ความเค็มของระบบนิเวศ
บริเวณนั้นสูงขึ้นมากกว่าเดิม
ซึ่งอาจเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในทะเล
ที่ไม่สามารถปรับตัวได้ เช่น
ปะการัง หญ้าทะเล และสัตว์หน้าดิน

ความเข้มข้นของสารปนเปื้อน

หากน้ำทะเลแหล่งน้ำดิบตั้งต้น
มีโลหะหนักหรือสารพิษสูง
น้ำเกลือที่ถูกปล่อยออกมามาก
จะมีความเข้มข้นของสารเหล่านี้
สูงตามไปด้วย อาจสะสมในห่วงโซ่อาหาร

การจัดการน้ำเกลือเข้มข้นของ
ระบบพลังงานแสงอาทิตย์

สำหรับระบบขนาดเล็ก
ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Still)
ผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมมักจะ
น้อยกว่ามาก เมื่อเทียบกับ
โรงงานขนาดใหญ่
ที่ใช้พลังงานสูงกว่ามาก เพราะ

ปริมาณน้ำเกลือที่น้อยกว่า
เครื่องขนาดเล็กผลิตน้ำจืด
ในปริมาณน้อยกว่ามาก
ทำให้ปริมาณน้ำเกลือ
ที่ถูกปล่อยออกมาก็น้อยตามไปด้วย

ไร้สารเคมีในการบำบัดน้ำทะเล
(เช่น สารกันตะกรัน, สารฆ่าเชื้อ)
ซึ่งแตกต่างจากโรงงานขนาดใหญ่
ที่ต้องมีการเติมสารเคมี
เพื่อป้องกันการอุดตัน
ทำให้องค์ประกอบของน้ำเกลือ
ที่ปล่อยออกไปมีเพียงแค่เกลือ
และสารปนเปื้อนที่มากับน้ำทะเลเท่านั้น

โอกาสในการใช้ประโยชน์
ในพื้นที่แห้งแล้งที่มีอัตราการระเหยสูง
สามารถรวบรวมน้ำเกลือเข้มข้น
ที่ไหลออกจากระบบ
เพื่อนำไปใช้ในการผลิต
เกลือบริสุทธิ์ (Saltworks)
ซึ่งจะทำให้ระบบ ไม่ปล่อยของเหลวใด ๆ
ออกสู่สิ่งแวดล้อมเลย
(Zero Liquid Discharge - ZLD)

ประเด็นสำคัญจึงไม่ได้อยู่ที่
การปนเปื้อนในน้ำจืดที่ผลิตได้
(เพราะน้ำจืดค่อนข้างบริสุทธิ์)

แต่ประเด็นสำคัญ คือ
การจัดการกับน้ำเกลือเข้มข้น
ที่เหลือจากการผลิตน้ำดื่มนี้
ซึ่งเป็นความท้าทาย
ที่ต้องคำนึงถึงในการติดตั้ง
ระบบในพื้นที่ผลิตน้ำ