จุลสารสาขาวิชาวิทยาศาสตร์สุขภาพ ฉบับที่ 3 ปี 2552
น้ำดื่มในสถานประกอบการ/โรงงานอุตสาหกรรม
ตอนที่ 3 – คุณภาพน้ำทางกายภาพและเคมี
โดย ปราโมช เชี่ยวชาญ
จากมาตรฐานน้ำสะอาดต่างๆ ในตอนที่2 จะเห็นได้ว่า คุณภาพน้ำหรือคุณลักษณะน้ำโดยทั่วไปสามารถจำแนกเป็น 3 ประเภท คือ คุณภาพน้ำทางด้านกายภาพ (Physical Quality) คุณภาพน้ำทางด้านเคมี (Chemical Quality) และคุณภาพน้ำทางด้านชีวภาพ (Biological Quality) ในตอนนี้จะขอกล่าวถึงรายละเอียดพอสังเขป เฉพาะคุณภาพน้ำทางด้านกายภาพและคุณภาพน้ำทางด้านเคมี สำหรับรายละเอียดของคุณภาพน้ำทางด้านชีวภาพจะได้กล่าวถึงในตอนต่อไป คุณภาพน้ำทางด้านกายภาพ เป็นคุณลักษณะทั่วๆ ไปของน้ำที่เราสามารถทราบได้ด้วยประสาทสัมผัส เช่น ด้วยตา ด้วยการดมกลิ่น และด้วยการลิ้มรส เป็นต้น ตามความจริงแล้วคุณภาพทางด้านกายภาพของน้ำไม่ได้มีโทษโดยตรงต่อสุขภาพของมนุษย์เท่าใดนัก และสามารถใช้วิธีการปรับปรุงคุณภาพน้ำโดยวิธีที่ง่ายกว่าคุณภาพน้ำด้านอื่นๆ แต่อาจเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้ประชาชนไม่นิยมดื่มน้ำนั้น และกลับไปเลือกดื่มน้ำจากแหล่งอื่นที่มีคุณภาพทางกายภาพดีกว่า ซึ่งอาจจะสกปรก มีเชื้อโรค หรือมีสารบางตัวที่เป็นอันตรายอยู่มากก็ได้ ดัชนีหรือพารามิเตอร์ (Parameter) ทางด้านภายภาพที่สำคัญ มีดังต่อไปนี้
รสและกลิ่น (Taste and Odor) รสและกลิ่นของน้ำเกิดจากสารอินทรีย์วัตถุเป็นส่วนใหญ่ และอาจเกิดจากสารอนินทรีย์วัตถุบางตัวได้ กลิ่นในน้ำอาจเกิดได้จากหลายสาเหตุ ดังนี้เช่น เกิดจากสาหร่ายบางชนิดที่สามารถสร้างน้ำมันระเหย (Volatile Oil) ได้ เกิดจากการที่แบคทีเรียย่อยสลายสารอินทรีย์แล้วเกิดก๊าซต่างๆ ซึ่งละลายในน้ำ เช่น ก๊าซไข่เน่า (H2S) รวมทั้งอาจเกิดจากสารเคมีที่ใส่ลงไปฆ่าเชื้อโรคในระบบประปามากเกินไป เช่น กลิ่นของคลอรีนในน้ำ เป็นต้น สำหรับรสในน้ำมักเกิดจากสารอนินทรีย์ เช่น สารประกอบพวกด่างจะทำให้น้ำมีรสขม ในขณะที่เกลือของโลหะจะให้รสกร่อยหรือขม แล้วแต่ชนิดของโลหะกับเกลือ รสและกลิ่นในน้ำมักเป็นปัญหาโดยตรงต่อน้ำเพื่อการอุปโภคบริโภค ทำให้น้ำนั้นไม่น่าดื่ม ไม่น่าใช้สอย ค่าความเป็นกรดด่างหรือค่าพีเอช (pH) ค่าพีเอชเป็นพารามิเตอร์ที่แสดงถึงระดับความเป็นกรดหรือด่างของน้ำ โดยบอกเป็นค่าความเข้มข้น (Effective Concentration) ของไฮโดรเจนในน้ำในสเกลลอกการิทึม ดังนี้
pH = -log10 [H+]
เมื่อ [H+] เป็นความเข้มข้นของไฮโดรเจนอิออน (โมล/ลิตร)
น้ำบริสุทธิ์จึงมีค่า pH = 7 ซึ่งเป็นกลาง (Neutral)
ดังนั้น ถ้าน้ำใดๆ มีค่า pH ต่ำกว่า 7 จะมีฤทธิ์เป็นกรดและถ้าสูงกว่า 7 จะมีฤทธิ์เป็นด่าง ซึ่งสามารถสรุปค่า pH ได้ดังนี้
pH 0 7 14
เป็นกรด เป็นกลาง เป็นด่าง
(Acid) (Neutral) (Alkali)
น้ำธรรมชาติส่วนใหญ่จะมีค่า pH ค่อนข้างเป็นกลาง คือ อยู่ในช่วง 6.5-8.5 ยกเว้น น้ำที่มีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ละลายอยู่ อาจมี pH ต่ำกว่า 5 ส่วนน้ำกระด้างที่มีคาร์บอเนตละลายอยู่ อาจมี pH สูงกว่า 9 pH เป็นคุณภาพทางเคมีที่สำคัญมาก ทั้งนี้ เนื่องจากค่า pH มีผลต่อปฏิกิริยาทางเคมีและความสมดุลทางเคมีต่างๆ ในน้ำ ในกระบวนการปรับปรุงคุณภาพน้ำจึงต้องมีการควบคุมค่า pH โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการที่มีการใช้สารเคมี เช่น การตกตะกอนด้วยสารเคมี การแก้น้ำกระด้าง การฆ่าเชื้อโรค เป็นต้น นอกจากนี้ ถ้าน้ำมีค่า pH ต่ำมาก จะมีฤทธิ์ในการกัดกร่อน อาจทำให้เกิดการกัดกร่อนท่อและอุปกรณ์ได้
คุณภาพน้ำทางด้านเคมี เกิดจากการละลายของสารประกอบต่างๆ ทั้งสารอนินทรีย์และสารอินทรีย์ที่เจือปนในน้ำ เนื่องจากน้ำเป็นตัวทำละลายที่ดีมาก สารประกอบเหล่านี้สามารถทำให้คุณภาพของน้ำเปลี่ยนแปลงไปได้ อาจทำให้น้ำนั้นไม่ปลอดภัยที่จะใช้ดื่ม เพราะสารบางชนิดอาจเป็นพิษต่อมนุษย์ได้ ดัชนีหรือพารามิเตอร์ทางด้านเคมีมีจำนวนพารามิเตอร์อยู่มาก ในที่นี้จะกล่าวถึงเฉพาะที่มีความสำคัญ โดยเน้นที่เกี่ยวข้องกับน้ำดื่มเป็นหลัก ดังต่อไปนี้ ของแข็ง (Solid) หมายถึง สารต่างๆ ในน้ำที่เหลืออยู่ภายหลังจากการนำน้ำออก หรือเมื่อระเหยน้ำออกจนหมด ไม่รวมถึงสารที่ระเหยไปกับน้ำ หรืออาจกล่าวได้อีกนัยหนึ่งว่า “ของแข็ง” หมายถึง สารต่างๆ ที่อยู่ในน้ำ ทั้งที่มองเห็นและมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า ปริมาณของแข็งในน้ำสามารถแบ่งย่อยได้หลายพารามิเตอร์ ดังนี้ ของแข็งทั้งหมด (Total Solids; TS) หมายถึง ปริมาณของแข็งหรือสารทั้งหมดที่อยู่ในน้ำ ซึ่งคงเหลืออยู่ภายหลังจากผ่านการระเหยออกของน้ำจนหมดที่อุณหภูมิ 103-105 องศาเซลเซียส ของแข็งแขวนลอย (Suspended Solids; SS หรือ Total Suspended Solids; TSS) หมายถึง ของแข็งที่ไม่ละลายน้ำ แต่แขวนลอยอยู่ในน้ำ สามารถแยกออกจากน้ำได้โดยการกรองด้วยกระดาษกรองใยแก้วที่มีขนาดรูกรองประมาณ 1.2 ไมครอน แล้วนำของแข็งดังกล่าวที่ติดค้างบนกระดาษกรองไปผ่านการระเหยน้ำออกจนหมด ที่อุณหภูมิ 103-105 องศาเซลเซียส ของแข็งละลายน้ำ (Dissolved Solids; DS หรือ Total Dissolved Solids; TDS) หมายถึง ของแข็งที่ละลายน้ำได้ ทำให้สามารถลอดผ่านกระดาษกรองใยแก้วที่มีขนาดรูกรองประมาณ 1.2 ไมครอน ประกอบด้วยอนุภาคของคอลลอยด์ที่มีขนาดเล็กกว่ารูกระดาษกรอง และโมเลกุลของสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ที่ละลายน้ำ ของแข็งระเหยและของแข็งคงตัว (Volatile Solids; VS and Fixed Solids; FS) ของแข็งระเหย (VS) หมายถึง ของแข็งที่ระเหยออกไปเมื่อนำน้ำตัวอย่างไปเผาในเตาเผาที่อุณหภูมิ 550 ± 50 องศาเซลเซียส ซึ่งจะทำให้ของแข็งส่วนที่เป็นสารอินทรีย์ระเหยออกไป และของแข็งส่วนที่เป็นสารอนินทรีย์ติดค้างอยู่ในรูปของขี้เถ้าที่เรียกว่า “ของแข็งคงตัว (FS)” ความสัมพันธ์ของของแข็งพารามิเตอร์ต่างๆ ในน้ำ จะพบว่า ของแข็งทั้งหมด (TS) สามารถแบ่งเป็นของแข็งละลายน้ำ (TDS) และของแข็งแขวนลอย (TSS) โดยพิจารณาการกรองผ่านกระดาษกรองใยแก้วแล้วนำไปอบที่อุณหภูมิ 103-105 องศาเซลเซียส นอกจากนี้ ทั้งของแข็งละลายน้ำ (TDS) และของแข็งแขวนลอย (TSS) สามารถแบ่งเป็นของแข็งระเหยและของแข็งคงตัวได้ เป็นของแข็งละลายน้ำระเหย (VDS) และของแข็งละลายน้ำคงตัว (FDS) ของแข็งแขวนลอยระเหย (VSS) และของแข็งแขวนลอยคงตัว (FSS) ความสำคัญของปริมาณของแข็งในน้ำโดยภาพรวมแล้ว ปริมาณของแข็งจะเป็นตัวบ่งบอกปริมาณสารต่างๆ โดยรวมที่อยู่ในน้ำทำให้ทราบว่าน้ำนั้นบริสุทธิ์หรือมีการปนเปื้อนจากสารต่างๆ มากน้อยเพียงใด อย่างไรก็ตาม เกี่ยวกับน้ำสะอาดหรือน้ำดื่ม พารามิเตอร์ที่สำคัญที่นิยมใช้ในการตรวจวัด คือ ของแข็งทั้งหมด (TS) และของแข็งละลายน้ำ (TDS) ความกระด้าง (Hardness) น้ำกระด้างเป็นน้ำที่มีการละลายของอิออนของโลหะที่มีประจุบวกสอง (Divalent Metallic Cations) ที่สำคัญ ได้แก่ แคลเซียม และแมกนีเซียม อิออนดังกล่าวจะทำปฏิกิริยากับสบู่ทำให้ฟองสบู่ที่เกิดขึ้นมีน้อย จึงเป็นการสิ้นเปลืองสบู่ในเวลาอาบน้ำหรือซักล้าง ความกระด้างแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ 1) ความกระด้างชั่วคราว (Temporary Hardness หรือ Carbonate Hardness) ความกระด้างประเภทนี้เกิดจากเกลือไบคาร์บอเนต (HCO-3) และคาร์บอเนต (CO2-3) ของธาตุแคลเซียม (Ca2+) และแมกนีเซียม (Mg2+) ละลายอยู่ การแก้หรือกำจัดความกระด้างชั่วคราวสามารถทำได้ด้วยการต้มน้ำ เพื่อให้เกิดตะกอนของเกลือแคลเซียมคาร์บอเนต 2. ความกระด้างถาวร (Permanent Hardness หรือ Noncarbonated Hardness) ความกระด้างประเภทนี้เกิดจากเกลือซัลเฟต (SO2-4) หรือเกลือคลอไรด์ (Cl-) ของธาตุแคลเซียมและแมกนีเซียม การแก้หรือกำจัดความกระด้างประเภทนี้ไม่สามารถทำได้ด้วยการต้ม แต่ต้องใช้วิธีทางเคมี เช่น กระบวนการไลม์-โซดา เป็นต้น ในด้านสุขภาพอนามัยของผู้ดื่มน้ำ มีเหตุผลทำให้น่าเชื่อว่า การดื่มน้ำที่มีความกระด้างถาวรมากๆ อาจจะเป็นสาเหตุทำให้เกิดโรคนิ่วได้ นอกจากนี้ น้ำกระด้างจะทำให้เปลืองสบู่ในการซักล้าง เกิดปัญหาคราบตะกรันสีขาวบนพื้นผิวสุขภัณฑ์ต่างๆ หรือเกิดการอุดตันของตะกรันในเส้นท่อจ่ายน้ำในโรงงานอุตสาหกรรมที่มีการใช้หม้อไอน้ำ (Boiler) ความกระด้างจะทำให้เกิดตะกรันในหม้อไอน้ำอีกด้วย เหล็ก (Iron; Fe) และแมงกานีส (Manganese; Mn) เป็นแร่ธาตุที่พบได้โดยทั่วไปในดินและหินในรูปสารไม่ละลาย (Insoluble Form) อย่างไรก็ตาม ในธรรมชาติ เหล็กและแมงกานีสสามารถเปลี่ยนเป็นรูปของสารละลายในน้ำ (Soluble Form) ได้ หากน้ำนั้นมีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์หรือมีสภาพเป็นกรด เหล็กเฟอร์ริก (Ferric; Fe3+ ซึ่งเป็น Insoluble Form) จะถูกรีดิวส์เป็นเฟอรัส (Perrous; Fe2+ ซึ่งเป็น Soluble Form) ภายใต้สภาพที่ไร้อากาศ (Anaerobic Sondition) ทำนองเดียวกัน แมงกานีสจะถูกรีดิวส์จากประจุ +4 ซึ่งไม่ละลายน้ำเป็นประจุ +2 ซึ่งอยู่ในรูปสารละลายในน้ำได้เช่นเดียวกัน รูปแบบของสารละลายเหล็กและแมงกานีสจะพบได้บ่อยในน้ำบาดาลและในน้ำชั้นล่างส่วนลึกของทะเลสาบหรืออ่างเก็บน้ำ น้ำซึ่งมีเหล็กและแมงกานีสอยู่จะไม่มีผลเป็นอันตรายต่อสุขภาพมากนัก แต่จะเป็นสาเหตุของความน่ารังเกียจที่จะดื่มน้ำนั้น เช่น ทำให้น้ำมีรสขม ทำให้น้ำมีสีแดง น้ำตาลหรือดำ เป็นต้น นอกจากนี้ หากนำน้ำที่มีเหล็กและแมงกานีสมาใช้ในการซักล้างเสื้อผ้าจะทำให้เกิดรอยด่างบนเสื้อผ้า และเกิดคราบบนเครื่องสุขภัณฑ์และเครื่องใช้ต่างๆ คลอไรด์ (Chlorides: Cl )ปริมาณของคลอไรด์ในน้ำธรรมชาติมาจากหลายแหล่ง ได้แก่ คลอไรด์จากผิวดิน น้ำเสียของอาคารบ้านเรือนน้ำทะเล น้ำใต้ดินบริเวณที่มีเกลือสินเธาว์ และน้ำเสียของโรงงานอุตสาหกรรมบางประเภทที่มีคลอไรด์ เช่น โรงงานปลาป่น เป็นต้น คลอไรด์จะส่งผลต่อความนิยมในการบริโภคน้ำ เนื่องจากน้ำที่มีคลอไรด์ประมาณ 250 มก./ ลิตร จะมีรสกร่อยค่อนข้างเค็ม ซึ่งอาจทำให้ประชาชนไม่นิยมดื่ม ฟลูออไรด์ (Fluoride; F) ในธรรมชาติจะพบฟลูออไรด์ได้ในชั้นหินบางชนิด โดยทั่วไปปริมาณของฟลูออไรด์ในแหล่งน้ำผิวดินมักมีค่าต่ำกว่าปริมาณความต้องการของร่างกาย แต่ในแหล่งน้ำบาดาลบางแห่งจะพบฟลูออไรด์ในปริมาณสูง ถ้าชั้นน้ำเป็นชั้นของหินชนวนหรือหินปูน ฟลูออไรด์เป็นธาตุที่จำเป็นสำหรับการสร้างกระดูกและฟัน ดังนั้น น้ำที่มีฟลูออไรด์น้อยเกินไปอาจทำให้เกิดโรคฟันเปราะหรือหักง่าย (Dental Carries) แต่ถ้ามีฟลูออไรด์มากกว่า 3 มก./ ลิตร จะทำให้เกิดฟันเป็นคราบหรือเป็นจุดดำๆ (Mottled Enamel หรือ Dentalfluorosis) โดยเฉพาะในเด็กปริมาณที่เหมาะสมที่ควรให้มีในน้ำดื่ม คือ ประมาณ 1 มก./ ลิตร ไนไตรท์ (Nitrite; NO2) และไนเตรท (Nitrate; NO3) ไนไตรท์และไนเตรทที่พบในน้ำธรรมชาติส่วนใหญ่มาจากการย่อยสลายของสารอินทรีย์วัตถุต่างๆ โดยไนไตรท์เกิดจากปฏิกิริยาชีวเคมีของจุลินทรีย์ในการออกซิเดชันแอมโมเนีย ได้ไนไตรท์เป็นอันดับแรกก่อนที่จะกลายเป็นไนเตรท ในด้านสุขภาพอนามัย ไนเตรทจะมีผลต่อสุขภาพของเด็กอ่อนที่มีอายุต่ำกว่า 2 เดือน เพราะลำไส้เด็กในวัยนี้จะมีความเป็นกรดพอเหมาะกับความต้องการของแบคทีเรียประเภทไนเตรทรีดิวส์ซิ่งแบคทีเรีย (Nitrate Reducing Bacteria) ซึ่งจะเปลี่ยนไนเตรทเป็นไนไตรท์ เมื่อไนไตรท์ถูกดูดซึมเข้ากระแสเลือดจะเข้าจับกับฮีโมโกลบินในเม็ดเลือดแดงได้ดีกว่าออกซิเจน ได้สารประกอบสีน้ำเงิน หากปล่อยทิ้งไว้ เด็กจะตัวเขียวคล้ำ ขาดอากาศหายใจ และอาจตายในที่สุด อาการเช่นนี้เรียกว่า “โรคบลูเบบี (Blue Baby Syndrome หรือ Methemoglobinemia)” นอกจากนี้ ในแหล่งน้ำธรรมชาติไนเตรทจะเป็นตัวกระตุ้นให้มีการเจริญเติบโตของพืชน้ำอย่างรวดเร็ว เกิดปรากฏการณ์ที่เรียกว่า “อัลกัลบลูม (Algal Bloom หรือ Eutrophication)” ซึ่งจะมีผลเสียต่อแหล่งน้ำ โลหะหนักที่เป็นพิษ (Toxic Heavy Metal)โลหะหนักบางชนิดเป็นพิษต่อมนุษย์ ที่สำคัญ คือ ปรอท (Mercury; Hg) ตะกั่ว (Lead; Pb) สารหนู (Arsenic: As) แคดเมียม(Cadmium ;Cd) โครเมียม (Chromium ;Cr)ซิลิเนียม (Selenium; Se) ไซยาไนด์ (Cyanide;Cn) โลหะหนักเหล่านี้บางตัวอาจมีอยู่ได้ในแหล่งน้ำตามธรรมชาติ หรืออาจเกิดการปนเปื้อนจากกิจกรรมต่างๆ ของมนุษย์ และจากอุตสาหกรรม โลหะหนักที่เป็นพิษเหล่านี้จะส่งผลต่อสุขภาพมนุษย์ ในการจัดการหรือจัดหาน้ำดื่มจึงต้องคำนึงถึง ไตรฮาโลมีเทน (Trihalomethane; THM)ไตรฮาโลมีเทนเกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างคลอรีนหรือพวกฮาโลเจนอื่นๆ เช่น โบรมีน เป็นต้น กับกรดฮิวมิค (Humic Acid) และกรดฟุลวิก (Fulvic Acid) หรือสารที่เกิดจากการย่อยสลายสารอินทรีย์อื่นๆ THM เป็นสารประกอบที่ก่อให้เกิดมะเร็งและเนื่องจาก THM เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างคลอรีนกับกรด ซึ่งเกิดจากการย่อยสลายสารอินทรีย์ดังที่กล่าวข้างต้น ประกอบกับการฆ่าเชื้อโรคในระบบปรับปรุงคุณภาพน้ำหรือระบบประปา โดยเฉพาะในบ้านเรามักนิยมใช้คลอรีน ดังนั้น การใช้คลอรีนเพื่อการฆ่าเชื้อโรคดังกล่าว ควรจะต้องพิจารณาให้ความสำคัญเกี่ยวกับผลของการเกิด THM ด้วย
...........................................................................