การใช้ประโยชน์จากก๊าซโอโซน

การใช้ประโยชน์จากก๊าซโอโซน

หลังจากที่เราทราบแล้วว่าโอโซนคืออะไร มีสารประกอบอะไรบ้าง และคุณสมบัติของโอโซน ฉบับนี้เราจะมาลงลึกกันถึงการนำ โอโซนมาใช้ประโยชน์ โดยเฉพาะประโยชน์ทางด้านอุตสาหกรรมการผลิต ซึ่งปัจจุบันมีการใช้โอโซนในหลายอุตสาหกรรม อาทิ อุตสาหกรรมอาหาร อุตสาหกรรมน้ำ ดื่มอุตสาหกรรมพลาสติก ระบบบำ บัดน้ำ เสียและระบบนำ น้ำ กลับมาใช้ใหม่ (Wastewater Recycle) อุตสาหกรรมห้องเย็น การปศุสัตว์อุตสาหกรรมยา ฯลฯ

ประโยชน์จากก๊าซโอโซนในรูปของสารละลาย

เนื่องจากก๊าซโอโซนมีความสามารถในการละลายน้ำ ได้น้อย การที่จะทำ ให้ก๊าซโอโซนละลายน้ำ ได้นั้นจะต้องทำให้ก๊าซโอโซนแพร่กระจายในน้ำ โดยการทำ ให้เกิดฟองเล็กๆซึ่งจะช่วยให้ก๊าซโอโซนละลายน้ำ ได้อย่างสมบูรณ์ และยังขึ้นอยู่กับวิธีในการทำให้ก๊าซโอโซนสัมผัสกับน้ำ อีกด้วย การทำ ให้ก๊าซโอโซนสัมผัสกับน้ำ มี 2 วิธี คือ positive pressure contractor เช่นการทำ ให้เกิดฟองใน column, การผสมโดยใช้ใบพัดใน vessel, การให้ turbine mixer, การใช้ tubular reactor และ การใช้ inline static mixer ส่วนอีกวิธีหนึ่งเรียกว่า negative pressure reactor เช่น venturiและ injector โดยการผสมแบบ positive pressure contractor ก๊าซโอโซนภายใต้ความดันที่เกิดขึ้นจากเครื่องกำเนิดโอโซนจะทำให้เกิดฟองในน้ำ และทำให้เกิดการละลายของก๊าซโอโซนในน้ำ แต่สำหรับการผสมแบบ negative pressure contractor นั้นก๊าซโอโซนจะผสมกับน้ำ ด้วยวิธีการไหลตามกันของก๊าซโอโซนและน้ำ จะทำให้เกิดการผสมกันในเส้นท่อ แล้วไปทำ ปฏิกิริยาภายในถังปฏิกิริยา จึงเป็นการเพิ่มพื้นที่ผิวสัมผัสและเวลาในการสัมผัสกันระหว่างน้ำกับก๊าซโอโซนทำให้เกิดการละลายได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งโดยปกติแล้วสามารถออกแบบ contract time ของถังปฏิกิริยาให้อยู่ในช่วงตั้งแต่ 2 – 20 นาที ขึ้นอยู่กับการนำไปประยุกต์ใช้งานในแต่ละประเภท การทำ ให้ก๊าซโอโซนละลายน้ำได้อย่างสมบูรณ์จะทำให้เกิดการทำปฏิกิริยากับสารประกอบในน้ำ และฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคในน้ำได้อย่ารวดเร็วอีกด้วย

หลายปีที่ผ่านมามีการพบหลักฐานว่าในขบวนการบำบัดน้ำ สำหรับใช้ในอุตสาหกรรมอาหารนั้นไม่มีขั้นตอนของการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค จึงทำให้เกิดการปนเปื้อน (crosscontamination) เชื้อจุลินทรีย์ที่ทำ ให้เกิดโรคขึ้นในขบวนการผลิตด้วยเหตุผลนี้จึงได้มีการนำ เอาก๊าซโอโซนมาใช้ในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ในขั้นตอนของการบำบัดน้ำ เพื่อลดปริมาณของเชื้อจุลินทรีย์ที่อยู่ในน้ำ ให้มีปริมาณน้อยลงก่อนที่จะไปสัมผัสกับอาหารโดยตรง นอกจากนั้นยังสามารถลดปริมาณของยาฆ่าแมลงและสารพิษที่เกิดสารประกอบอินทรีย์ในน้ำ ระหว่างขบวนการผลิตได้ด้วย

โดยทั่วไปมักจะใช้คลอรีนในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคที่มีอยู่ในน้ำ แต่อย่างไรก็ตามการใช้คลอรีนไม่สามารถลดปริมาณสารประกอบอินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำ ได้ และยังทำ ให้เกิดสารประกอบของคลอรีนขึ้นอีกด้วย ซึ่งสารประกอบคลอรีนที่เกิดขึ้นจะมีผลทำให้เกิดการกัดกร่อน (corrosion) ของอุปกรณ์เกิดขึ้น

องค์กรพิทักษ์สิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (USEPA)ได้กำหนดให้สามารถนำ ก๊าซโอโซนมาใช้ในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคในน้ำ ก็เพราะคุณสมบัติในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ดีกว่าคลอรีน และยังพบว่าจุลินทรีย์บางชนิดเช่น Crytosporidiumและ Giardia จะมีความทนทานต่อการทำ ปฏิกิริยากับคลอรีนซึ่งเป็นสาเหตุของการเกิดการเสียชีวิตหากมีการปนเปื้อนอยู่ในน้ำ เมื่อใช้สารละลายโอโซนในการฆ่าเชื้อ Crytosporidium โดยให้เชื้อ Crytosporidium มีปริมาณลดลง 99% ค่า CT-Value จะมีค่าน้อยกว่า 2 mg.min/lit. และเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้คลอรีนในการฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ดังกล่าวค่า CT-Value จะมีค่าสูงว่า 30 mg.min/lit. ซึ่งค่า CT-Value จะสามารถอธิบายให้เห็นถึงความเข้มข้นของสารฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค (Disinfectant Concentration) และเวลาที่ต้องการในการลดปริมาณของเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค (Contact Time) ภายใต้สภาวะที่ต้องการ(ดังแสดงในตารางที่ 4 และ 5)

สารละลายโอโซนสามารถทำ ลาย by product ที่เกิดขึ้นจากการทำปฏิกิริยาของคลอรีน,ยาฆ่าแมลง (pesticide) และสารพิษที่เกิดจากสารประกอบอินทรีย์ (toxic organic compound) ในขบวนการบำบัดน้ำ เพื่อใช้ในอุตสาหกรรมได้โดยปราศจากสารพิษตกค้าง (toxic residual) ซึ่งในทางปฏิบัติปริมาณของความเข้มข้นของโอโซนที่ใช้ในการบำบัดน้ำจะอยู่ในช่วง (Ozone concentration) 0.5 – 5.0 ppm.ขึ้นอยู่กับคุณภาพของแหล่งน้ำ ที่นำมาบำบัดและเวลาที่ใช้ในการทำปฏิกิริยา (Contact time) ไม่เกิน 5 นาที

การใช้สารละลายโอโซน (ozoned water) ในการล้างผักผลไม้สามารถช่วยรักษาความสะอาดและยืดอายุการเก็บรักษาความสดของผักผลไม้ไว้ได้นานขึ้น ซึ่งวิธีการล้างผักผลไม้ด้วยการใช้สารละลายโอโซนมี 2 วิธี คือการปล่อยน้ำผ่าน และการแช่เพื่อชำระล้าง โดยทั้งสองวิธีสามารถลดปริมาณของเชื้อแบคทีเรียที่ผิวของผักผลไม้ได้ เมื่อปี ค.ศ. 1999 Kim et al. ได้ทดลองใช้สารละลายโอโซน (ozoned water) ล้างผักกะหล่ำ ที่หั่นเป็นฝอย (shredded lettuce) โดยการผ่านก๊าซโอโซนที่ความเข้มข้น 0.3 mMol ลงไปในน้ำที่มีอัตราการไหล 0.5 ลิตรต่อนาทีในผักกะหล่ำฝอยในอัตราส่วน 1 : 20 w/w ซึ่งทำการคนอย่างรวดเร็วแล้วทิ้งไว้ 3 นาที พบว่าปริมาณเชื้อจุลินทรีย์ที่วัดโดยวิธี Total Plate Count (TPC) มีปริมาณลดลงโดยเหลือเพียง 2 log cfu/g. โดยเฉพาะอย่างยิ่งโอโซนมีผลในกาฆ่าเชื้อ E.coli ที่ปนเปื้อนในอาหารได้ดีว่าเชื้อจุลินทรีย์ชนิดอื่นๆ

การใช้ประโยชน์ของโอโซนในรูปของก๊าซ

การใช้โอโซนสำ หรับบำ บัดอากาศจะอยู่ในรูปของก๊าซ ในสภาวะที่เป็นก๊าซนี้โอโซนจะไม่มีสีและมีกลิ่นคาว โดยโมเลกุลของก๊าซโอโซนจะประกอบด้วยอะตอมของออกซิเจน 3 อะตอมแทนที่จะเป็น 2 อะตอมเหมือนออกซิเจนที่เราหายใจเข้าไป อะตอมอิสระของโอโซนสามารถทำปฏิกิริยากับสารต่างๆ ได้หลายชนิดและเมื่ออะตอมอิสระทำ ปฏิกิริยากับสารอื่นๆ แล้วโอโซนจะเปลี่ยนสภาพกลับมาเป็นออกซิเจนเหมือนเดิม โอโซนจะสามารถออกซิไดซ์ก๊าซ และฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่มีอยู่ในอากาศภายในห้องทำให้อากาศภายในห้องสะอาดได้ การติดตั้งเครื่องผลิตก๊าซโอโซนสามารถติดตั้งได้ทั้งระบบ central unit และระบบแยกกันแต่ละห้อง (stand alone) ขึ้นอยู่กับการใช้งานแต่ต้องออกแบบปริมาณการใช้ก๊าซโอโซนให้เหมาะสมกับพื้นที่การใช้งาน และต้องไม่เกินมาตรฐานที่ FDA กำ หนดคือไม่เกิน 0.03 ppm.

การนำ โอโซนมาใช้ในการบำ บัดอากาศมีมานานหลายปีโดยใช้กำจัดกลิ่นซึ่งไม่พึงประสงค์ เช่น Hydrogensulfide, ฆ่าเชื้อรา (molds), และเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำ ให้เกิดโรคเกี่ยวกับทางเดินหายใจ (airborne microorganism) หรือใช้สำ หรับกำ จัดควันที่เกิดจากการเผาไหม้ เช่น ควันบุหรี่ เป็นต้น

ก๊าซโอโซนที่มีความเข้มข้นเพียงเล็กน้อยสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในการฆ่าเชื้อราและเชื้อแบคทีเรียในอากาศภายในห้องเย็น (cold storage) ได้เป็นอย่างดี และยังช่วยยับยั้งกลิ่นที่เกิดขึ้นได้อีกด้วย มีการศึกษาการนำเอาก๊าซโอโซนมาใช้เพื่อป้องกันเชื้อจุลินทรีย์ที่เจริญเติบโตบนผิวของผักผลไม้และสามารถช่วยยืดอายุการเก็บรักษาได้นานขึ้น นับตั้งแต่ปี ค.ศ.1933 ได้มีการทดลองการใช้ก๊าซโอโซนในการเก็บรักษาผักผลไม้หลายชนิด เช่น แอปเปิ้ล,มันฝรั่ง,มะเขือเทศ, สตรอว์เบอร์รี่. องุ่น, ส้ม ฯลฯ พบว่าสามารถยืดอายุการเก็บรักษาของผลไม้ดังกล่าวได้นานขึ้น (use of ozone)

ในปี 1995 Barth et al. ทดลองใช้ก๊าซโอโซนในการเก็บรักษาแบล็คเบอร์รี่ที่อุณหภูมิ 20 ^oC และความเข้มของก๊าซโอโซนที่ 0.3 ppm.สามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของเชื้อราได้ถึง 20% โดยการใช้ก๊าซโอโซนจะไม่ทำ ให้เกิดบาดแผล (injury defect) และยังสามารถยืดอายุการเก็บรักษาสีผิวของแบล็คเบอร์รี่ได้ถึง 12 วัน การใช้ก๊าซโอโซนเป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่ใช้ในการเก็บรักษาผลสตรอว์เบอร์รี่ได้ เนื่องจากไม่ต้องนำ ผลสตรอว์เบอร์รี่ไปล้างน้ำ เพราะน้ำ สามารถทำให้ผลสตรอว์เบอร์รี่ช้ำ ได้ ในปี 1940 Ewell ได้แสดงให้เห็นถึงอายุการเก็บรักษาของสตรอว์เบอรี่, ราสเบอร์รี่ , แบล็คเคอร์เรนท์และองุ่น ซึ่งสามารถเก็บรักษาได้นานเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเติมก๊าซโอโซนที่ความเข้มข้น 2-3 ppm. เข้าไปในห้องเย็นครั้ง 1 ชั่วโมงต่อวัน แต่อย่างไรก็ตามในปี ค.ศ. 1968 Norton et al. สรุปได้ว่าที่โอโซนความเข้มข้น 0.6 ppm. ที่อุณหภูมิ 60^oC จะทำ ให้เกิดจุดดำ ขึ้นที่ผิวของแครนเบอร์รี่

ในปี ค.ศ. 1979 Baranovskya et al. พบว่าสามารถยืดอายุการเก็บรักษามันฝรั่งได้นานถึง 6 เดือน ที่อุณหภูมิ 6-14 ^oC ความชื้นในอากาศ 93-99% ซึ่งเก็บรักษาโดยการเติมโอโซนที่ความเข้มข้น 3 ppm. โดยไม่มีผลต่อคุณภาพของมันฝรั่งแต่อย่างใด

ความสำคัญอีกประการหนึ่งของการใช้ก๊าซโอโซนช่วยในการเก็บรักษาผักผลไม้ในห้องเย็นให้สามารถเก็บได้นานขึ้นนั้น เนื่องจากก๊าซโอโซนจะไปทำลายก๊าซ เอทธิลีน (Ethylene) ที่เกิดจากขบวนการสุกของผักผลไม้ (ripening process) ให้กลายเป็นก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ซึ่งจะทำให้การสุกของผักผลไม้เกิดขึ้นช้าลง

จากการศึกษาพบว่าก๊าซโอโซนเกิดขึ้นได้ 2 วิธี คือ เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ และเกิดจากการที่มนุษย์สร้างขึ้น ซึ่งก๊าซโอโซนที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาตินั้นเราไม่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้เนื่องจากมีปริมาณน้อย แต่ก๊าซโอโซนที่เกิดจากการผลิตของมนุษย์นั้นมีปริมาณมากกว่าสามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างกว้างขวาง ทั้งในรูปที่เป็นสารละลายในน้ำและในรูปของก๊าซซึ่งการใช้ประโยชน์จากก๊าซโอโซนนั้นจะนำเอาคุณสมบัติเด่นของก๊าซโอโซน 2 ข้อ คือการที่ก๊าซโอโซนมักจะอยู่ในสภาวะที่ไม่คงตัวจึงเกิดเป็นอะตอมของออกซิเจนอิสระที่แตกตัวออกจากโมเลกุลของก๊าซโอโซน ทำให้ก๊าซโอโซนสามารถทำปฏิกิริยาได้กับสารเกือบทุกชนิด และคุณสมบัติเด่นคือเป็นสารฆ่าเชื้อ (disinfectant) ที่รุนแรงมากเมื่อเปรียบเทียบกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂) และคลอรีน (Cl-2) ซึ่งสามารถทำลายเชื้อจุลินทรีย์ได้ทุกชนิดขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของก๊าซโอโซนและเวลาในการสัมผัสกับเชื้อจุลินทรีย์

ในการศึกษาในครั้งนี้ได้ยกตัวอย่างการใช้ประโยชน์ของก๊าซโอโซนทั้งในน้ำ และในอากาศ เช่น การใช้ประโยชน์จากก๊าซโอโซนที่ละลายน้ำ นำไปล้างผักผลไม้สามารถช่วยยืดอายุการเก็บรักษาไห้นานขึ้น และยังสามารถลดสารตกค้างที่เป็นมาจากยาฆ่าแมลงได้อีกด้วย สำหรับการใช้ประโยชน์จากก๊าซโอโซนในรูปของก๊าซพบว่าเมื่อนำก๊าซโอโซนไปใช้ในห้องเย็น (cold storage) สามารถลดปริมาณเชื้อจุลินทรีย์ในห้องเย็นได้เป็นอย่างดี ป้องกันการเจริญเติบโตของเชื้อจุลินทรีย์ที่ผิวของผักผลไม้เป็นการยืดอายุการเก็บรักษาผักผลไม้ และช่วยชะลอการสุกของผักผลไม้อีกด้วย นอกจากนั้นการใช้ประโยชน์จากก๊าซโอโซนนั้นสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้อีกมากมาย เช่น ทางด้านการแพทย์, ในโรงงานอุตสาหกรรมต่างๆ, โรงแรม, โรงพยาบาล เป็นต้น

แม้ว่าก๊าซโอโซนมีประโยชน์มากมายแต่ทั้งนี้ก็ขึ้นอยู่กับผู้ที่นำไปใช้ เนื่องจากหากนำ ไปใช้อย่างไม่ถูกวิธีอาจเกิดอันตรายถึงชีวิตได้ ดังนั้นจึงควรมีการศึกษา หรือมีผู้เชี่ยวชาญในการให้คำปรึกษา เนื่องจากคนไทยส่วนใหญ่ยังขาดความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับก๊าซโอโซน และการนำไปใช้อย่างเหมาะสม หวังว่าบทความนี้สามารถใช้เป็นแนวในการศึกษาการใช้ประโยชน์จากก๊าซโอโซนในทางลึก และสามารถนำ ไปใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อประโยชน์ในการแข่งกันกับต่างประเทศต่อไป

สนใจสอบถามข้อมูลเพิ่มเติม domnick hunter-RL(Thailand)

02 678 2224 ต่อ 346 

www.domnickhunterrl.com