จะจัดการน้ำเค็มที่เกิดจากกระบวนการกำจัดเกลือออกจากน้ำอย่างไร?

การจัดการน้ำเค็มจาก การทำให้น้ำเค็มกลายเป็นน้ำจืด เป็นหนึ่งในความท้าทายที่สำคัญที่สุดที่สถานีบำบัดน้ำสมัยใหม่ทั่วโลกกำลังเผชิญอยู่ ขณะที่ความต้องการน้ำจืดทั่วโลกยังคงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีการผลิตน้ำจืดจากน้ำเค็มจึงกลายเป็นโครงสร้างพื้นฐานที่จำเป็นในภูมิภาคแห้งแล้งและชุมชนที่ประสบปัญหาขาดแคลนน้ำ อย่างไรก็ตาม น้ำเค็มเข้มข้น (brine) ซึ่งเป็นของเสียที่เกิดขึ้นจากกระบวนการผลิตน้ำจืดจากน้ำเค็ม สร้างความท้าทายด้านสิ่งแวดล้อมและด้านการดำเนินงานอย่างมาก จึงจำเป็นต้องมีการวางแผนอย่างรอบคอบและหาแนวทางแก้ไขเชิงกลยุทธ์ การเข้าใจวิธีจัดการของเสียที่มีความเค็มสูงนี้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงมีความสำคัญยิ่งต่อผู้ปฏิบัติงานสถานี ผู้จัดการด้านสิ่งแวดล้อม และผู้บริหารที่ลงทุนในโครงสร้างพื้นฐานด้านการผลิตน้ำจืดจากน้ำเค็ม

น้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการกลั่นน้ำทะเลมักมีความเค็มสูงกว่าน้ำทะเลสองถึงสามเท่า พร้อมทั้งสารเคมีตกค้างจากกระบวนการบำบัด สารละลายเข้มข้นนี้ไม่สามารถปล่อยลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติได้โดยตรง เนื่องจากอาจก่อให้เกิดความเสียหายรุนแรงต่อระบบนิเวศทางทะเลและถิ่นที่อยู่อาศัยบริเวณชายฝั่ง การจัดการน้ำเค็มจากกระบวนการกลั่นน้ำทะเลอย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องใช้วิธีการแบบองค์รวม ซึ่งรวมถึงวิธีการบำบัดเชิงเทคนิค การปฏิบัติตามกฎระเบียบ และกลยุทธ์การกำจัดที่ยั่งยืน ส่วนต่อไปนี้จะอธิบายแนวทางที่พิสูจน์แล้วว่าได้ผล สำหรับการจัดการปัญหานี้ในระดับอุตสาหกรรมและระดับเทศบาล

การเข้าใจลักษณะและที่มาของน้ำเค็ม

อะไรคือสาเหตุที่ทำให้เกิดน้ำเค็มจากกระบวนการกลั่นน้ำทะเล

น้ำเค็มเข้มข้น (brine) จาก การทำให้น้ำเค็มกลายเป็นน้ำจืด เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการกำจัดเกลือแบบออสโมซิสย้อนกลับ การกลั่นแบบหลายผล รวมถึงกระบวนการอื่นๆ ที่แยกน้ำจืดออกจากแหล่งน้ำเค็ม ในระบบออสโมซิสย้อนกลับ น้ำป้อนที่เข้ามาประมาณร้อยละ 30 ถึง 50 จะกลายเป็นน้ำเค็มเข้มข้น ส่วนที่เหลือจะกลายเป็นน้ำที่สามารถดื่มได้ องค์ประกอบที่แน่นอนของน้ำเค็มเข้มข้นจากกระบวนการกำจัดเกลือขึ้นอยู่กับความเค็มของน้ำต้นทาง ประสิทธิภาพของเมมเบรน สารเคมีที่ใช้ในการเตรียมน้ำก่อนการบำบัด และพารามิเตอร์การปฏิบัติงาน ของไหลที่เข้มข้นนี้ไม่เพียงแต่มีเกลือที่ละลายอยู่เท่านั้น แต่ยังมีแคลเซียม แมกนีเซียม โบรอน โบรไมด์ และธาตุรองอื่นๆ ซึ่งจะเพิ่มความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อมหากปล่อยออกอย่างไม่เหมาะสม

ปริมาณและปัญหาการกำจัด

โรงงานผลิตน้ำจืดจากน้ำเค็มขนาดใหญ่สามารถสร้างน้ำเค็มข้น (brine) ได้หลายแสนแกลลอนต่อวันจากการผลิตน้ำจืด ปริมาณน้ำเค็มข้นที่มหาศาลจากการผลิตน้ำจืดทำให้การปล่อยลงสู่มหาสมุทรแบบดั้งเดิมกลายเป็นปัญหาที่รุนแรงขึ้นเรื่อย ๆ ในพื้นที่ที่มีกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมเข้มงวด ผู้จัดการสถาน facility จำเป็นต้องพิจารณาความจุของระบบเก็บกัก ต้นทุนการขนส่ง และการประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม ขณะวางแผนระบบจัดการน้ำเค็มข้นจากการผลิตน้ำจืด การเข้าใจปริมาตรที่ผลิตออกมารวมถึงองค์ประกอบทางเคมีจะช่วยให้สถาน facility เลือกเทคโนโลยีการบำบัดและแนวทางการกำจัดที่เหมาะสม ซึ่งสอดคล้องกับกฎหมายท้องถิ่นและเป้าหมายด้านความยั่งยืน

เทคโนโลยีการบำบัดและการกู้คืนสำหรับน้ำเค็มข้นจากการผลิตน้ำจืด

ระบบไม่มีน้ำทิ้ง (Zero-Liquid-Discharge) และการบำบัดขั้นสูง

ระบบที่ไม่ปล่อยน้ำทิ้งเลย (Zero-liquid-discharge systems) ถือเป็นแนวทางที่ครอบคลุมที่สุดในการจัดการน้ำเค็มที่เกิดขึ้นจากกระบวนการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล ระบบที่ผสานรวมกันเหล่านี้ใช้เทคโนโลยีการกรองแบบย้อนกลับ (reverse osmosis) การระเหย การตกผลึก และการบำบัดด้วยความร้อนร่วมกัน เพื่อแยกน้ำจืดเพิ่มเติมออกมา ในขณะเดียวกันก็เปลี่ยนน้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการผลิตน้ำจืดให้กลายเป็นผลึกเกลือแห้ง สถานีบำบัดน้ำเค็มขั้นสูงสามารถกู้คืนน้ำป้อนเข้าได้สูงสุดถึงร้อยละ 90 ซึ่งช่วยลดปริมาตรของของเสียที่ต้องกำจัดขั้นสุดท้ายลงอย่างมาก อุปกรณ์ตกผลึกด้วยความร้อน (thermal crystallizers) และหน่วยการบีบอัดไอกลับเชิงกล (mechanical vapor recompression units) ได้พิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพในการจัดการน้ำเค็มจากกระบวนการผลิตน้ำจืดในบริบทอุตสาหกรรม แม้กระนั้น การลงทุนเริ่มต้นและปริมาณพลังงานที่ใช้ยังคงเป็นปัจจัยสำคัญที่ต้องพิจารณา

การกู้คืนแร่ธาตุและทรัพยากร

แทนที่จะมองน้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการกลั่นน้ำทะเลว่าเป็นของเสียเพียงอย่างเดียว สถาน facility ที่มีวิสัยทัศน์ล่วงหน้าในปัจจุบันจึงเริ่มสกัดแร่และสารเคมีที่มีคุณค่าออกมาจากน้ำเค็มที่เข้มข้นนี้ น้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการกลั่นน้ำทะเลมีเกลือ ลิเทียม โพแทสเซียม และแมกนีเซียมซึ่งสามารถกู้คืนกลับมาใช้ได้ และมีมูลค่าเชิงพาณิชย์ในการผลิตสารเคมี การเกษตร และการผลิตแบตเตอรี่ เทคโนโลยีการแยกด้วยเมมเบรน การแลกเปลี่ยนไอออน และการตกผลึกแบบเลือกสรร ทำให้สามารถกู้คืนแร่จากน้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการกลั่นน้ำทะเลได้อย่างคุ้มค่า ขณะเดียวกันก็ลดปริมาตรของของเสียที่ต้องกำจัดลงด้วย แนวทางเศรษฐกิจหมุนเวียนนี้เปลี่ยนการจัดการน้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการกลั่นน้ำทะเล จากต้นทุนการดำเนินงานไปสู่แหล่งรายได้ที่เป็นไปได้ ซึ่งส่งผลดีต่อทั้งด้านเศรษฐศาสตร์ของโครงการและประสิทธิภาพด้านสิ่งแวดล้อมพร้อมกัน

ความสอดคล้องตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อมและวิธีการกำจัด

การปล่อยน้ำทิ้งภายใต้การควบคุมตามกฎหมายและการปล่อยลงสู่ทะเลผ่านท่อระบายน้ำปลายเปิด

สถานที่ผลิตน้ำจืดจากน้ำเค็มตามแนวชายฝั่งหลายแห่งยังคงได้รับอนุญาตให้ปล่อยน้ำเค็มที่เกิดจากการผลิตน้ำจืดผ่านท่อระบายน้ำใต้ผิวดินหรือท่อส่งน้ำลงสู่ทะเลที่มีการควบคุม ภายใต้เงื่อนไขของการประเมินผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมและการออกใบอนุญาต เส้นทางการปล่อยน้ำดังกล่าวจำเป็นต้องมีการตรวจสอบอย่างละเอียดเกี่ยวกับแนวคลื่นความเค็ม ผลกระทบต่อระบบนิเวศทางทะเล และการปฏิบัติตามมาตรฐานคุณภาพน้ำในพื้นที่ การออกแบบท่อระบายน้ำที่ปล่อยน้ำเค็มที่เกิดจากการผลิตน้ำจืดอย่างเหมาะสมสามารถช่วยกระจายความเข้มข้นของน้ำเค็มไปยังแหล่งน้ำรับได้อย่างมีประสิทธิภาพ พร้อมลดความเครียดต่อสิ่งแวดล้อมในบริเวณที่จำกัดให้น้อยที่สุด อย่างไรก็ตาม หน่วยงานกำกับดูแลเริ่มกำหนดให้มีการลดปริมาณน้ำที่ปล่อยออก กำหนดเงื่อนไขในใบอนุญาตให้เข้มงวดยิ่งขึ้น และเรียกร้องให้มีการลงทุนในเทคโนโลยีการจัดการน้ำเค็มที่เกิดจากการผลิตน้ำจืดแบบทางเลือกก่อนจะอนุมัติสิทธิในการปล่อยน้ำใหม่หรือขยายสิทธิดังกล่าว

การกำจัดบนบกและบ่อระเหย

สถานที่ตั้งโรงงานกลั่นน้ำเค็มภายในแผ่นดินและพื้นที่ที่ไม่มีทางเลือกในการปล่อยน้ำเค็มลงสู่มหาสมุทร มักใช้อ่างระเหยเพื่อจัดการน้ำเค็มที่เกิดจากกระบวนการกลั่นน้ำ การสร้างอ่างระเหยขนาดใหญ่ช่วยให้การระเหยโดยพลังงานแสงอาทิตย์เกิดขึ้นตามธรรมชาติ ทำให้น้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการกลั่นน้ำเข้มข้นขึ้น ในขณะที่เกลือที่ตกค้างจะสะสมอยู่ในตะกอนของอ่าง เพื่อทำการกำจัดในเวลาต่อมา วิธีการแบบพาสซีฟนี้ต้องใช้พื้นที่ดินจำนวนมาก และเหมาะสมที่สุดในภูมิอากาศแห้งแล้งที่มีอัตราการระเหยสูงและปริมาณฝนต่ำ อ่างระเหยที่ปูวัสดุกันรั่วช่วยป้องกันไม่ให้น้ำเค็มจากกระบวนการกลั่นน้ำรั่วซึมลงสู่แหล่งน้ำใต้ดิน แต่การตรวจสอบเป็นระยะและการกำจัดเกลืออย่างสม่ำเสมอส่งผลให้เกิดต้นทุนการดำเนินงานเพิ่มขึ้น บางสถานที่ผสานอ่างระเหยกับการเก็บเกี่ยวเกลือ ทำให้การจัดการน้ำเค็มจากกระบวนการกลั่นน้ำมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจมากขึ้นในระยะยาว

คำถามที่พบบ่อย

น้ำป้อนสำหรับกระบวนการกลั่นน้ำร้อยละเท่าใดที่กลายเป็นน้ำเค็มจากกระบวนการกลั่นน้ำ

ในระบบการกำจัดเกลือด้วยกระบวนการออสโมซิสย้อนกลับแบบทั่วไป น้ำป้อนที่ไหลเข้ามา 30 ถึง 50 เปอร์เซ็นต์จะกลายเป็นน้ำเค็มทิ้งจากการกำจัดเกลือ ส่วนที่เหลือจะกลายเป็นน้ำจืดที่ใช้งานได้ อัตราการกู้คืนที่แน่นอนขึ้นอยู่กับประสิทธิภาพของเมมเบรน ความดันในการทำงาน คุณภาพของน้ำต้นทาง และพารามิเตอร์การออกแบบระบบ เมมเบรนรุ่นใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและการบำบัดล่วงหน้าขั้นสูงสามารถเพิ่มอัตราการกู้คืน ทำให้ปริมาตรน้ำเค็มทิ้งจากการกำจัดเกลือลดลงเมื่อเทียบกับปริมาณน้ำจืดที่ผลิตได้

สามารถปล่อยน้ำเค็มทิ้งจากการกำจัดเกลือลงสู่แม่น้ำหรือทะเลสาบได้อย่างปลอดภัยหรือไม่

การปล่อยน้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการผลิตน้ำจืดโดยตรงลงสู่แม่น้ำหรือทะเลสาบมักถูกห้ามตามกฎระเบียบด้านการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม เนื่องจากก่อให้เกิดผลกระทบต่อระบบนิเวศอย่างรุนแรง ความเค็มสูงและแร่ธาตุที่เข้มข้นในน้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการผลิตน้ำจืดสามารถทำลายระบบนิเวศน้ำจืด ทำอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ และปนเปื้อนแหล่งน้ำบริเวณปลายน้ำเท่านั้น สถานที่ตั้งที่อยู่ริมชายฝั่งซึ่งมีระบบปล่อยน้ำทิ้งใต้ผิวดินที่ได้รับการรับรอง หรือมีระบบบำบัดขั้นสูงที่สามารถเจือจางหรือกำจัดความเค็มออกจากน้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการผลิตน้ำจืดได้อย่างมีนัยสำคัญ จึงจะได้รับใบอนุญาตให้ปล่อยน้ำลงสู่แหล่งน้ำผิวดิน

วิธีที่มีต้นทุนต่ำที่สุดในการจัดการน้ำเค็มที่ได้จากกระบวนการผลิตน้ำจืดในสถานที่ขนาดเล็กคืออะไร

สำหรับสถานีผลิตน้ำจืดขนาดเล็ก บ่อระเหยหรือความร่วมมือกับผู้ประกอบการที่จัดการน้ำเค็มจากกระบวนการผลิตน้ำจืดมักเป็นทางเลือกที่คุ้มค่าที่สุด สถานีขนาดเล็กโดยทั่วไปไม่มีศักยภาพในการลงทุนด้านเงินทุนเพื่อติดตั้งระบบที่ไม่ปล่อยน้ำเสียเลย (zero-liquid-discharge systems) การร่วมมือเชิงกลยุทธ์กับผู้ให้บริการจัดการน้ำเสียรายใหญ่หรือระบบจัดการขององค์กรปกครองส่วนท้องถิ่นสามารถกระจายต้นทุนการจัดการน้ำเค็มจากกระบวนการผลิตน้ำจืดไปยังหลายฝ่ายที่เกี่ยวข้อง พร้อมทั้งรับรองความสอดคล้องตามข้อกำหนดด้านกฎระเบียบและคุ้มครองสิ่งแวดล้อม