เรามักพูดว่าน้ำทะเลมีรสเค็ม แต่จะวัด "ความเค็ม" นี้ทางวิทยาศาสตร์ได้อย่างไร? สิ่งสำคัญอยู่ที่ตัวบ่งชี้ที่เรียกว่า TDSTDS หรือ "Total Dissolved Solids" ตามชื่อหมายถึง หมายถึงปริมาณรวมของแร่ธาตุ เกลือ และอินทรียวัตถุปริมาณเล็กน้อยที่ละลายในน้ำสารเหล่านี้มีต้นกำเนิดมาจากหิน ดิน และกิจกรรมของมนุษย์ ซึ่งมีอยู่เป็นไอออนในน้ำ เราวัดเป็นมิลลิกรัมต่อลิตร (มก./ลิตร)
คุณสามารถมอง TDS ว่าเป็น "ปริมาณของแข็งที่มองไม่เห็น" ของน้ำหนึ่งแก้ว น้ำแร่ที่เราดื่มเนื่องจากมีแร่ธาตุในปริมาณปานกลาง โดยทั่วไปแล้วจะมีค่า TDS เป็นร้อย ในทางตรงกันข้าม น้ำกลั่นหรือน้ำบริสุทธิ์ที่มีค่า TDS ต่ำมาก รสเค็มที่โดดเด่นของน้ำทะเลนั้นเนื่องมาจากค่า TDS ที่สูงมาก โดยมีส่วนประกอบหลักคือโซเดียมคลอไรด์ที่คุ้นเคย หรือที่เรียกว่าเกลือแกง
► การแบ่งแยกตามธรรมชาติระหว่างความสดและความเค็ม
ความแตกต่างพื้นฐานที่สุดประการหนึ่งระหว่างน้ำจืดและน้ำทะเลคือค่า TDS ค่า TDS ของน้ำจืดจากแม่น้ำและทะเลสาบมักจะอยู่ในช่วงต่ำถึงปานกลาง และสามารถตอบสนองมาตรฐานการดื่มหรือการใช้งานหลังการบำบัดแบบปกติ อย่างไรก็ตามน้ำทะเลแตกต่างอย่างสิ้นเชิง ค่า TDS โดยเฉลี่ยนั้นสูงมาก เป็นสิบหรือหลายร้อยเท่าของน้ำจืดทั่วไป ช่องว่างตัวเลขขนาดใหญ่นี้เป็นอุปสรรคสำคัญที่การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลต้องเอาชนะ-การแยกของแข็งที่ละลายจำนวนมากออกจากน้ำไม่ใช่เรื่องง่าย
► ความท้าทายหลักของการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล: TDS สูง
ปัจจุบันเทคโนโลยีหลักสำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลคือการรีเวิร์สออสโมซิสพูดง่ายๆ ก็คือ หลักการเกี่ยวข้องกับการใช้แรงดันอันมหาศาลเพื่อบังคับน้ำทะเลผ่านเมมเบรนกึ่งซึมเข้าไปได้- ซึ่งจะยอมให้โมเลกุลของน้ำผ่านไปได้เท่านั้น ซึ่งจะช่วยปิดกั้นเกลือและสารที่ละลายอื่นๆ เพื่อผลิตน้ำจืด ในที่นี้ ระดับของ TDS จะกำหนดความยากและต้นทุนของทั้งระบบโดยตรง
ประการแรก ยิ่งค่า TDS สูงเท่าใด "ความเค็ม" ของน้ำก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และ "แรงดันออสโมติก" ที่เกิดขึ้นก็จะยิ่งมากขึ้น ซึ่งขัดขวางการไหลของน้ำจืด เพื่อเอาชนะแรงกดดันนี้ ระบบรีเวิร์สออสโมซิสจะต้องใช้พลังงานไฟฟ้ามากขึ้นเพื่อขับเคลื่อนปั๊มแรงดันสูง-ทำให้การใช้พลังงานเป็นส่วนสำคัญของต้นทุนการแยกเกลือออกจากทะเล
ประการที่สอง ค่า TDS สูงหมายความว่าในระหว่างกระบวนการแยกเกลือออกจากเกลือ เกลือที่ถูกเมมเบรนปิดกั้นจะมีความเข้มข้นสูงใกล้กับพื้นผิวเมมเบรน สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การตกผลึกและการตกตะกอนของเกลือซึ่งเกาะติดกับเมมเบรนคล้ายเกล็ดได้อย่างง่ายดาย ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า "การปรับขนาด"เมื่อเมมเบรนถูกปิดกั้น ประสิทธิภาพในการผลิตน้ำไม่เพียงลดลงเท่านั้น แต่อายุการใช้งานของเมมเบรนก็สั้นลงอย่างมากด้วย และการเปลี่ยนส่วนประกอบของเมมเบรนถือเป็นค่าใช้จ่ายจำนวนมากดังนั้นวัตถุประสงค์หลักในการออกแบบและการดำเนินงานทั้งหมดระบบ RO กลั่นน้ำทะเลคือการต่อสู้กับปัญหาแรงดันสูงและสเกลที่เกิดจาก TDS สูง
► แนวทางแก้ไข: การทำงานร่วมกันของเทคโนโลยีและระบบ
เมื่อเผชิญกับความท้าทายจากน้ำทะเลที่มี-TDS สูง การพึ่งพาเมมเบรนรีเวิร์สออสโมซิสเพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ จำเป็นต้องมีกลยุทธ์ที่ซับซ้อนและบูรณาการ
ก่อนที่น้ำทะเลจะเข้าสู่องค์ประกอบเยื่อหุ้มแกนกลางต้องผ่านการปรับสภาพล่วงหน้าหลาย-ขั้นตอนเช่น การกรองและการจ่ายสารเคมี เพื่อกำจัดของแข็งแขวนลอย คอลลอยด์ และสารอื่นๆ ที่อาจทำให้เมมเบรนเปรอะเปื้อน ซึ่งจะช่วยลดภาระใน "กำลังหลัก" เพื่อบรรเทาการเกิดตะกรัน สารต้านตะกรันจะถูกเติมเข้าไปในระบบทางวิทยาศาสตร์เพื่อยับยั้งการก่อตัวและการยึดเกาะของผลึกเกลือ
ในแง่ของวัสดุเมมเบรนนอกเหนือจากเมมเบรนโพลีเมอร์ทั่วไปแล้วเมมเบรนกรองน้ำเซรามิกซึ่งให้ประสิทธิภาพการป้องกันการเปรอะเปื้อนที่ดีขึ้น-และอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น กำลังได้รับความสนใจและการวิจัยเพิ่มมากขึ้น ทนทานต่อคุณภาพน้ำที่รุนแรงและกระบวนการทำความสะอาดได้ดีกว่า
นอกจากนี้ เพื่อนำพลังงานกลับมาใช้ใหม่และลดการบริโภคระบบประสิทธิภาพสูง-สมัยใหม่มีอุปกรณ์นำพลังงานกลับมาใช้ใหม่. อุปกรณ์เหล่านี้สามารถกู้คืนแรงดันจากการปล่อยน้ำเกลือแรงดันสูง-และนำไปใช้เสริมแรงดันน้ำป้อน ซึ่งช่วยลดการใช้ไฟฟ้าได้อย่างมาก แน่นอน,การทำความสะอาดเมมเบรนด้วยสารเคมีเป็นประจำการฟื้นฟูประสิทธิภาพยังเป็นส่วนที่ขาดไม่ได้ในการรักษา-การทำงานที่เสถียรของระบบในระยะยาว
โดยสรุป สำหรับการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล ค่า TDS เป็นมากกว่าตัวบ่งชี้ในการวัดคุณภาพน้ำ เป็นพารามิเตอร์หลักที่กำหนดแนวทางทางเทคโนโลยี การใช้พลังงานของระบบ ต้นทุนการดำเนินงาน และประสิทธิภาพการผลิตน้ำ การทำความเข้าใจ TDS หมายถึงการทำความเข้าใจว่าเหตุใดเทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเลจึงซับซ้อนและแสวงหานวัตกรรมอย่างต่อเนื่อง- เรากำลังใช้สติปัญญาและวิศวกรรมเพื่อต่อสู้กับ "อุปสรรคความเค็ม" ที่กำหนดโดยธรรมชาติ ด้วยเหตุนี้จึงได้รับทรัพยากรน้ำจืดอันมีค่าจากมหาสมุทรอันกว้างใหญ่