ทำไมต้องใช้โซเดียมไทโอซัลเฟตในการบำบัดน้ำเพื่อลดปริมาณคลอรีน?

กลไกทางเคมีของโซเดียมไทโอซัลเฟตในการทำให้คลอรีนเป็นกลาง

ปฏิกิริยาเรดดอกซ์ระหว่างโซเดียมไทโอซัลเฟตและคลอรีนอิสระ

เมื่อโซเดียมไทโอซัลเฟตสัมผัสกับคลอรีนอิสระ จะทำให้คลอรีนเป็นกลางอย่างรวดเร็วผ่านปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยไอออนไทโอซัลเฟตทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ รูปแบบที่ใช้งานหลักของคลอรีนในน้ำที่มีความเป็นกลางคือกรดไฮโปคลอรัส (HOCl) ซึ่งจะดึงอิเล็กตรอนจากไอออนไทโอซัลเฟต แล้วเปลี่ยนให้กลายเป็นซัลเฟต (SO4^2-) ในขณะเดียวกัน HOCl จะถูกรีดิวซ์กลายเป็นไอออนคลอไรด์ (Cl^-) สิ่งที่ทำให้กระบวนการนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งคือ ไม่ผลิตสารข้างเคียงที่เป็นอันตราย เช่น คลอรามีน หรือไตรฮาโลมีเทน ระหว่างปฏิกิริยา ด้วยเหตุนี้ ห้องปฏิบัติการและสถานที่เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำจำนวนมากจึงนิยมใช้โซเดียมไทโอซัลเฟตเมื่อต้องการกำจัดคลอรีนตกค้างโดยไม่เพิ่มมลสารใหม่เข้าไปในระบบ

สโตอิคิโอเมตรี: เหตุใดโซเดียมไทโอซัลเฟต 1.75 มก./ลิตร จึงสามารถกำจัดคลอรีนได้ 1 มก./ลิตร

สถานีบำบัดน้ำส่วนใหญ่ใช้อัตราส่วน 1.75:1 ในการผสมโซเดียมไทโอซัลเฟตกับคลอรีน อัตราส่วนนี้มาจากผลการศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาของสารเคมีทั้งสองชนิดในห้องปฏิบัติการ ตัวอย่างเช่น จากสมการนี้: 4Cl2 บวก S2O3^2- บวก 5H2O กลายเป็น 8Cl^- บวก 2SO4^2- บวก 10H+ เมื่อคำนวณตามหลักเคมีจริง จะพบว่า โซเดียมไทโอซัลเฟต 1 โมล (ประมาณ 158 กรัมต่อโมล) ทำปฏิกิริยากับ Cl2 จำนวน 4 โมล (ประมาณ 284 กรัมโดยรวม) ซึ่งให้ค่าเริ่มต้นประมาณ 1.8:1 อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ สถานีบำบัดส่วนใหญ่เลือกใช้ค่า 1.75 มก./ลิตร แทน เหตุผลคือ ไม่มีอะไรดำเนินไปได้อย่างสมบูรณ์แบบในสภาพการทำงานจริง เสมอ มีปัจจัยหลายอย่างที่เข้ามาขัดขวาง เช่น การเกิดปฏิกิริยาไม่สมบูรณ์ การผสมที่ไม่สม่ำเสมอ และสารอินทรีย์ต่างๆ ที่ลอยอยู่ในน้ำแบบสุ่ม อัตราส่วนที่ต่ำกว่านี้จึงเหมาะสมและปลอดภัยมากกว่าในแง่ของการประยุกต์ใช้งานจริง โดยยังคงประสิทธิภาพในการบำบัดไว้ได้ในระบบต่างๆ

พลวัตของปฏิกิริยาและความขึ้นอยู่กับค่าพีเอชในสภาวะจริง

ปฏิกิริยานี้สามารถกำจัดคลอรีนได้มากกว่า 95% ภายในเวลาเพียง 30 วินาที เมื่ออยู่ในสภาวะที่เหมาะสม คือ อุณหภูมิห้องโดยประมาณ (ประมาณ 25 องศาเซลเซียส) และระดับ pH ระหว่าง 6.5 ถึง 8.5 ซึ่งเป็นช่วงที่ไทโอซัลเฟตมีความเสถียรและมี HOCl เพียงพอสำหรับการเกิดปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม ปัญหาจะเริ่มเกิดขึ้นเมื่อค่า pH ต่ำกว่าช่วงดังกล่าว หาก pH ลดลงต่ำกว่า 5.0 ไทโอซัลเฟตจะเริ่มสลายตัวกลายเป็นสารประกอบของกำมะถันและซัลไฟต์ ทำให้มีประสิทธิภาพลดลงอย่างมาก ในทางกลับกัน เมื่อ pH สูงกว่า 9.0 จะเริ่มปรากฏไอออนไฮโปคลอไรต์ (OCl-) ที่ทำปฏิกิริยาช้ากว่าเดิม ซึ่งทำให้กระบวนการทั้งหมดช้าลงอย่างมาก น้ำที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าปกติ (ประมาณ 5 องศาเซลเซียส) หมายความว่าผู้ปฏิบัติงานจำเป็นต้องรอ 2 ถึง 3 นาทีแทนที่จะเป็นเพียงไม่กี่วินาที นอกจากนี้ อย่าลืมถึงความท้าทายในโลกแห่งความเป็นจริงด้วย ปริมาณอนุภาคลอยคว้านหรือสารอินทรีย์ในน้ำที่สูงอาจไปจับกับโมเลกุลคลอรีน หรือแย่งพื้นที่กับตัวรีดิวซ์แทนต์ของเรา ทำให้ช่างเทคนิคในสนามมักต้องปรับเปลี่ยนปริมาณการเติมสารตามสภาพที่พบจริงในแต่ละพื้นที่

การประยุกต์ใช้ในกระบวนการบำบัดน้ำ: ที่ใดและเหตุใดโซเดียมไทโอซัลเฟตจึงเป็นที่นิยม

การถอดคลอรีนในน้ำเสียที่ปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมและการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม

สถานที่บำบัดน้ำเสียทั่วประเทศต่างพึ่งพาโซเดียมไทโอซัลเฟตในการกำจัดคลอรีนออกจากน้ำ ก่อนที่น้ำจะถูกปล่อยกลับสู่สิ่งแวดล้อม สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) กำหนดให้ปริมาณคลอรีนตกค้างต้องต่ำกว่า 0.1 มก./ลิตร และสารเคมีชนิดนี้ช่วยให้สถานีบำบัดสามารถอยู่ในขีดจำกัดที่เข้มงวดนี้ได้ สิ่งที่ทำให้โซเดียมไทโอซัลเฟตโดดเด่นคือ เมื่อมันสลายตัวแล้ว จะผลิตเป็นสารประกอบซัลเฟตที่ไม่เป็นอันตราย ซึ่งจะไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อระบบนิเวศในท้องถิ่น แตกต่างอย่างชัดเจนจากทางเลือกอื่น เช่น ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ หรือ โซเดียมไบซัลไฟต์ ที่อาจทำให้น้ำมีความเป็นกรดมากขึ้น และบางครั้งก่อให้เกิดปัญหาการเจริญเติบโตของแบคทีเรียลดซัลเฟต สถานีบำบัดชื่นชอบความสม่ำเสมอของอัตราส่วนการเกิดปฏิกิริยาของโซเดียมไทโอซัลเฟต (ใช้สารประมาณ 1.75 ส่วน ต่อ คลอรีน 1 ส่วน) ความคาดการณ์ได้นี้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถตั้งค่าการเติมสารแบบอัตโนมัติได้ แม้ในช่วงที่มีปริมาณน้ำไหลเข้าสูงสุด ทำให้มั่นใจได้ว่าสามารถปฏิบัติตามข้อกำหนดของ EPA รวมถึงมาตรฐานขององค์การอนามัยโลก (WHO) เพื่อปกป้องสิ่งมีชีวิตในน้ำได้อย่างต่อเนื่อง

การใช้งานที่สำคัญในงานเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ การวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ และระบบการใช้ซ้ำ

โซเดียมไทโอซัลเฟตทำงานได้อย่างรวดเร็วในการกำจัดความเสียหายจากคลอรีนที่ทำลายเหงือกของปลา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชนิดที่มีความอ่อนไหว เช่น ปลาแซลมอนและกุ้ง ภายในไม่กี่นาทีหลังจากเติมสารนี้ลงในน้ำ สารดังกล่าวจะช่วยหยุดยั้งการตายของปลาเมื่อมีการย้ายปลาระหว่างถัง หรือเมื่อเริ่มต้นระบบใหม่ ห้องปฏิบัติการทั่วประเทศใช้โซเดียมไทโอซัลเฟตเพื่อกำจัดคลอรีนตกค้างก่อนดำเนินการทดสอบต่างๆ เช่น ระดับ BOD และสารอาหาร ปัญหาคือแม้แต่ปริมาณคลอรีนเล็กน้อยก็สามารถรบกวนผลการทดสอบจุลทรรศน์เหล่านี้ได้ เมื่อบริษัทต้องการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ โซเดียมไทโอซัลเฟตก็มีประโยชน์อีกครั้ง เพราะสามารถกำจัดทั้งคลอรีนธรรมดาและคลอรามีนที่ดื้อดึง โดยไม่ทิ้งสารก่อการกัดกร่อนไว้เบื้องหลัง ทำให้มันเหมาะอย่างยิ่งสำหรับระบบระบายความร้อนที่หมุนเวียนน้ำ และการเตรียมน้ำที่จะผ่านเข้าสู่เยื่อเมมเบรน ชาวประมงก็ชื่นชอบเช่นกันสำหรับสถานการณ์ฉุกเฉิน เช่น ท่อแตก หรือปั๊มขัดข้อง ซึ่งการดำเนินการอย่างรวดเร็วสามารถช่วยชีวิตปลาได้ อย่างไรก็ตาม ไม่มีใครแนะนำให้ใช้สารนี้เป็นวิธีแก้ปัญหาถาวรโดยไม่มีการตรวจสอบอย่างเหมาะสม เนื่องจากการใช้มากเกินไปอาจก่อปัญหาอื่นๆ ตามมาในอนาคต

มาตรฐานด้านกฎระเบียบและข้อพิจารณาด้านความปลอดภัยสำหรับการใช้โซเดียมไทโอซัลเฟต

ข้อบังคับของสำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA), องค์การอนามัยโลก (WHO) และข้อบังคับท้องถิ่นเกี่ยวกับคลอรีนตกค้างและการทำลายคลอรีน

สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) ได้กำหนดขีดจำกัดของคลอรีนตกค้างไว้ที่ 0.1 มก./ลิตร สำหรับน้ำเสียที่ปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมผ่านโครงการอนุญาต NPDES ระดับนี้มีเป้าหมายเพื่อป้องกันระบบนิเวศน้ำจืดและน้ำเค็มไม่ให้เกิดอันตรายทันทีและความเสียหายในระยะยาว เมื่อพิจารณาตามมาตรฐานสากล องค์การอนามัยโลก (WHO) แนะนำให้รักษาระดับคลอรีนตกค้างต่ำกว่า 0.2 มก./ลิตร เมื่อน้ำถูกนำกลับมาใช้ใหม่ เช่น สำหรับการชลประทานหรือในอุตสาหกรรม เพื่อลดการเกิดสารประกอบตกค้างจากกระบวนการฆ่าเชื้อที่อาจเกิดขึ้นระหว่างการบำบัดน้ำ บางพื้นที่มีข้อกำหนดที่เข้มงวดยิ่งกว่าแนวทางเหล่านี้ เช่น พื้นที่ชายฝั่งบางแห่งกำหนดให้มีระดับคลอรีนตกค้างต่ำเพียง 0.05 มก./ลิตร ที่จุดปล่อยน้ำในพื้นที่คูน้ำกร่อย การปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้จำเป็นต้องมีการคำนวณปริมาณสารอย่างระมัดระวัง โดยระบบส่วนใหญ่จะใช้อัตราส่วนพื้นฐานประมาณ 1.75 ส่วนของโซเดียมไทโอซัลเฟตต่อคลอรีน 1 ส่วน ซึ่งถือเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับการออกแบบระบบให้อยู่ภายในขีดจำกัดตามกฎหมาย และผ่านการตรวจสอบตามปกติเพื่อยืนยันความสอดคล้อง

พิษภัย ความปลอดภัยในการจัดการ และการป้องกันแรงงาน (แนวทางของ OSHA/NIOSH)

โซเดียมไทโอซัลเฟตไม่มีพิษร้ายแรงนักเมื่อรับประทานเข้าไป โดยการศึกษาพบค่า LD50 ทางปากสูงกว่า 5,000 มก./กก. ในการทดสอบกับหนู การสารนี้ยังไม่ปรากฏอยู่ในรายการของสารก่อมะเร็งหรืออันตรายต่อสิ่งแวดล้อมที่เป็นที่รู้จัก อย่างไรก็ตาม หน่วยงานด้านความปลอดภัยในสถานที่ทำงาน เช่น OSHA และ NIOSH แนะนำให้ใช้มาตรการป้องกันพื้นฐานสำหรับบุคคลที่ต้องทำงานกับสารนี้เป็นประจำ ผู้ปฏิบัติงานควรสวมถุงมือไนไตรล์และแว่นตากันสะเก็ดเพื่อป้องกันการระคายเคืองผิวหนังหรือดวงตาจากทั้งรูปแบบผงหรือสารละลาย ควรจัดเก็บในพื้นที่ที่มีการระบายอากาศดีและห่างจากความชื้น เนื่องจากสภาพแวดล้อมที่เปียกชื้นอาจทำให้สารเสื่อมสภาพได้ตามกาลเวลา เมื่อเกิดการหกเลอะ สถานที่ต้องมีขั้นตอนการทำความสะอาดที่เหมาะสมโดยใช้วัสดุเช่น เวอร์มิคูไลต์ แทนการใช้น้ำ เพราะน้ำจะเร่งกระบวนการสลายตัวของสาร สถานที่ทำงานทุกแห่งที่เกี่ยวข้องกับโซเดียมไทโอซัลเฟตต้องจัดเก็บเอกสารข้อมูลความปลอดภัย (Safety Data Sheets) ไว้ให้อัปเดตอยู่เสมอ ตามข้อกำหนดของ OSHA นอกจากนี้ยังต้องตรวจสอบคุณภาพอากาศเพื่อให้มั่นใจว่าระดับการสัมผัสของพนักงานยังต่ำกว่าขีดจำกัด 15 มก./ลบ.ม. ที่กำหนดไว้สำหรับวันทำงาน 8 ชั่วโมง การปฏิบัติตามแนวทางเหล่านี้จะช่วยให้มั่นใจได้ถึงความปลอดภัยในการดำเนินงาน ไม่ว่าจะเป็นในโรงงานบำบัดน้ำของเทศบาล สภาพแวดล้อมการผลิต หรือห้องปฏิบัติการวิจัย ซึ่งสารเคมีนี้มักใช้กันอย่างแพร่หลาย

คำถามที่พบบ่อย

โซเดียมไทโอซัลเฟตใช้ทำอะไรในการบำบัดน้ำ?

โซเดียมไทโอซัลเฟตถูกใช้ในการบำบัดน้ำเพื่อทำให้คลอรีนเป็นกลางและกำจัดคลอรีนออกจากระบบการระบายน้ำโดยไม่สร้างของเสียที่เป็นอันตราย โดยมีข้อดีคือสามารถสร้างสารซัลเฟตที่ไม่เป็นอันตราย

โซเดียมไทโอซัลเฟตทำปฏิกิริยากับคลอรีนอย่างไร?

โซเดียมไทโอซัลเฟตทำปฏิกิริยากับคลอรีนผ่านปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ทำให้คลอรีนเปลี่ยนไปเป็นไอออนคลอไรด์ และเปลี่ยนไอออนไทโอซัลเฟตให้กลายเป็นซัลเฟต

เหตุใดจึงใช้อัตราส่วน 1.75:1 สำหรับโซเดียมไทโอซัลเฟตและคลอรีน?

อัตราส่วน 1.75:1 ช่วยให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพในการปฏิบัติงานจริง โดยคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น ปฏิกิริยาบางส่วน และปริมาณสารอินทรีย์ที่อาจรบกวนการโต้ตอบทางเคมีในอุดมคติ

ปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมไทโอซัลเฟตและคลอรีน?

ปัจจัยต่างๆ เช่น ระดับ pH อุณหภูมิ และการมีอยู่ของอนุภาคลอยตัวหรือสารอินทรีย์ สามารถส่งผลต่อความเร็วและประสิทธิภาพของปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมไทโอซัลเฟตกับคลอรีนได้