: "ขยะปิโตรเลียม” เพื่อผลิตน้ำมันเชื้อเพลิง

             ปัจจุบันปัญหาขยะเป็นปัญหาหนึ่ง ที่ก่อให้เกิดความรำคาญกับประชาชน และเกิดความยากลำบากแก่ภาครัฐในการกำจัดขยะ เนื่องจากปริมาณขยะที่มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในทุกๆ ปีทั้งขยะที่ย่อยสลายได้พวกเศษอาหารและขยะอินทรีย์ รวมถึงขยะที่ย่อยสลายยากเช่น ขยะพลาสติกโดยหากนำไปฝังกลบต้องใช้เวลากว่า 500 ปีกว่าจะย่อยสลาย โดยกรมควบคุมมลพิษระบุว่าประเทศไทยมีขยะพลาสติกเกิดขึ้นประมาณปีละ 2.7 ล้านตันและมีแนวโน้มมากขึ้นเรื่อยๆแต่สามารถนำกลับมารีไซเคิลได้เพียงปีละ 0.7 ล้านตันหรือประมาณร้อยละ26 ที่เหลือเป็นการทำลายด้วยการฝังกลบหรือเผาทิ้ง ซึ่งทำให้เกิดมลภาวะกับสิ่งแวดล้อมเป็นอย่างมาก

              หากเรามาลองดูโครงสร้างทางเคมีของขยะพลาสติกพบว่ามีสารประกอบไฮโดรคาร์บอนเช่นเดียวกับน้ำมันเชื้อเพลิง และเราจะพบโครงสร้างของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนแบบนี้ในขยะที่ทำจาก โพลิเมอร์ เช่น พลาสติก ยางสังเคราะห์ที่เป็นส่วนประกอบหนึ่งของยางรถยนต์ โดยเม็ดพลาสติกที่นำมาขึ้นรูป นั้นทำมาจากปิโตรเลียม ที่ผ่านกระบวนการพอลิเมอไรเซชั่น (Polymerization) จึงขอเรียกรวมขยะเหล่านี้ว่า “ขยะปิโตรเลียม” หรือเรียก “ขยะปิโตรเคมี” ก็ได้เช่นเดียวกัน จึงเกิดปัญหาขึ้นว่าในเมื่อกำจัดหรือทำลายขยะพวกนี้แล้วจะทำให้เกิดมลภาวะเราจึงควรมีวิธีการอย่างไรที่จะใช้ประโยชน์จากขยะเหล่านี้ ซึ่งก็ไม่หมดหวังซะทีเดียวเนื่องจากในปัจจุบันมีเทคโนโลยีที่สามารถผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงได้จากขยะปิโตรเลียมแล้ว

              เทคโนโลยีที่นำมาใช้กับขยะปิโตรเลียม เพื่อให้ได้พลังงานแปรรูปที่มีค่าความร้อนสูง เช่น น้ำมันเชื้อเพลิง นั้น เรียกว่ากระบวนการ PGL ซึ่งย่อมาจาก กระบวนการย่อย 3 กระบวนการ คือ กระบวนการไพโรไลซิส(Pyrolysis)

 กระบวนการแก๊สซิฟิเคชั่น(Gasification) และกระบวนการลิควิแฟกชั่น(Liquefaction)  แต่กระบวนการที่มีความน่าสนใจสำหรับหัวข้อนี้คือ กระบวนการไพโรไลซิส(Pyrolysis) ซึ่งจะให้ก๊าซและน้ำมันเชื้อเพลิงเป็นผลิตภัณฑ์ โดยกระบวนการนี้เป็นการให้ความร้อนเพื่อการแตกตัวหรือสลายตัวของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบของขยะปิโตรเลียมให้มีโมเลกุลที่เล็กลงที่อุณหภูมิ 400-500 องศาเซลเซียส ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจน โดยจะได้ผลิตภัณฑ์ ดังนี้ 1. ก๊าซที่มีคุณสมบัติคล้ายก๊าซธรรมชาติ 2. ของเหลว คือ น้ำมันเชื้อเพลิงที่ประกอบไปด้วย น้ำมันก๊าด น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันเตา และน้ำมันหนัก ผสมรวมกันอยู่  3. ของแข็ง คือ ถ่านชาร์ หรือ Carbon black สามารถนำไปทำถ่านอัดแท่งเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงได้  

               สำหรับน้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้จากกระบวนการไพโรไลซิส (Pyrolysis) นั้นต้องไปกลั่นและปรับปรุงคุณภาพอีกครั้งหนึ่งก่อนเนื่องจากมีน้ำมันหลายชนิดปนกันอยู่และอาจมีสารแปลกปลอมเช่น กรด โลหะหนัก หรือกำมะถัน ซึ่งจะทำให้เครื่องยนต์น๊อคได้ โดยเมื่อนำไปกลั่นแยกอีกครั้ง จะได้น้ำมันดีเซลในอัตราส่วนที่สูง โดยน้ำมันที่ได้จากพลาสติกจะมีคุณภาพสูงกว่ายางรถยนต์เนื่องจากมีกำมะถันน้อยกว่าและค่าซีเทนที่สูงกว่า  แต่ก่อนอื่นที่จะทำให้ระบบของการกำจัดขยะสมบูรณ์และนำมาทำเป็นน้ำมันเชื้อเพลิงได้นั้นภาครัฐได้ประสบความยุ่งยากในการแยกประเภทของขยะมูลฝอยเป็นอย่างมากเพราะประชาชนทิ้งขยะแบบถังเดียวในแต่ละบ้านและทิ้งรวมๆกัน  เพราะฉะนั้นแล้วพวกเราควรฝึกนิสัยที่ดีในการแยกขยะเสียก่อน หากทุกคนช่วยกันอนาคตอันสดใสด้านพลังงานที่ยั่งยืนจะรอทุกคนอยู่อย่างแน่นอน

: หญ้าเนเปียร์ พลังงานทดแทนไทย

ว่ากันว่าในอนาคตเมื่อวิกฤตด้านพลังงานมาถึง หญ้าเนเปียร์นี่แหละจะเป็นพลังงานทางเลือกที่สามารถผลิตได้อย่างไม่รู้จบและเป็นพลังงานที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอีกต่างหาก

       หญ้าเนเปียร์หรือที่ฝรั่งเค้ารู้จักกันในนามของหญ้าเลี้ยงช้าง(Eleplant Grass) หญ้าเนเปียร์เดิมมีถิ่นกำเนิดมาจากประเทศไต้หวัน เป็นหญ้าที่ใช้นำมาเลี้ยงสัตว์ด้วยคุณสมบัติของความอร่อยในความรู้สึกของสัตว์และมีการปลูกที่ไม่ต้องดูแลมากแต่ให้ผลผลิตอย่างมากมายมหาศาลเลย พอเข้ามาในประเทศไทยกรมปศุสัตว์ก็เลยนำไปพัฒนาสายพันธุ์จนกลายเป็นสายพันธุ์หญ้าเนเปียร์ปากช่อง 1 เพราะว่าพัฒนาสายพันธุ์มาจากทางปากช่องนั่นเอง นอกจากที่หญ้าเนเปียร์จะมีประโยชน์ทางโภชนาการแก่สัตว์แล้ว องค์ประกอบทางชีวภาพของมันก็น่าสนใจไม่แพ้กัน  ปกติแล้วในการผลิตไบโอก๊าซนั้นส่วนใหญ่จะนำมูลสัตว์มาหมักในระบบไร้อากาศเพื่อให้ได้ก๊าซมีเทนมาใช้ แต่ด้วยคุณสมบัติของหญ้าเนเปียร์ที่มีปริมาณสารประกอบคาร์บอนอยู่อย่างมากมายนั่นเองทำให้นำมาทำพลังงานทดแทนได้อย่างน่ามหัศจรรย์เช่นกัน ซึ่งในปัจจุบันเกษตรกรหันมาให้ความสำคัญโดยการปลูกหญ้าเนเปียร์อย่างแพร่หลายในหลายๆจังหวัดทั่วประเทศไทยของเรา เพราะถ้าเปรียบเทียบกับการปลูกข้าวแล้วต่างกันอย่างสิ้นเชิง คือถ้าปลูกข้าวต้องเตรียมดินใหม่ทุกๆครั้งที่จะปลูกเนื่องจากเวลาเกี่ยวก็ต้องเก็บไปทั้งต้นแต่หญ้าเนเปียร์นั้นลงทุนประมาณ 7 พันบาทต่อไร่แต่สามารถเกี่ยวผลผลิตได้ถึง 5 ปีด้วยกัน ซึ่งเกี่ยวได้ทุกๆ 45 วันเพราะหญ้าชนิดโตเร็วมากทีเดียว แต่ยังไม่หมดเท่านั้นยังมีมูลค่าจากการเก็บเกี่ยวไปขายอีกมากมายหญ้าเนเปียร์นี้โดยเฉลี่ยจะสามารถเกี่ยวได้ประมาณ 8 ครั้งต่อปีและผลผลิตต่อไร่ต่อปีขั้นต่ำอยู่ที่ 60 ตัน ซึ่งถ้าหากดูจากราคาที่สามารถขายได้นั้นตกกิโลกรัมละ 1 บาทซึ่งนั่นก็หมายความว่าจะได้ 6 หมื่นบาทต่อไร่ต่อปีกันเลย สรุปว่าพื้นที่เพียง 10 ไร่ก็มีโอกาสได้เงินกลับมามากกว่าครึ่งแสนต่อปีแน่นอน และรับรองได้ว่าราคาไม่ตกเหมือนข้าวอย่างแน่นอนเพราะอะไรน่ะเหรอ ก็เพราะพลังงานมีความต้องการไม่มีที่สิ้นสุดไงล่ะ
       หญ้าเนเปียร์ 1 ตันสามารถผลิตก๊าซ CBG ได้ถึง 45 กิโลกรัม ลองคิดดูสิว่าตอนนี้รัฐบาลมีการสนับสนุนพลังงานทดแทนหรือพลังงานทางเลือกที่เพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ทำให้ความต้องการของสินค้าไม่ลดลงง่ายๆอย่างแน่นอน อนาคตหญ้าเนเปียร์นี้จะปลูกเยอะขึ้นเรื่อยๆในเมืองไทยแน่ๆ 

: จุลินทรีย์กับพลาสติก

            จุลินทรีย์ส่วนใหญ่มีบทบาทเป็นผู้ย่อยสลายสารอินทรีย์ชนิดต่างๆ เช่น ซากพืช ซากสัตว์ ที่อยู่ในธรรมชาติ ในขณะเดียวกันยังมีสารประกอบอีกหลายชนิดที่มนุษย์สังเคราะห์ขึ้น ซึ่งมักจะเป็นสารที่ก่อให้เกิดมลพิษหรือสารที่ย่อยสลายได้ยากโดยจุลินทรีย์ทั่วๆ ไปในธรรมชาติ ทำให้สารประกอบเหล่านี้ตกค้างอยู่ในสิ่งแวดล้อมเป็นจำนวนมาก และหนึ่งในสารประกอบที่มนุษย์สร้างขึ้นซึ่งเป็นปัญหากับสิ่งแวดล้อมในเกือบทุกประเทศทั่วโลกก็ คือ พลาสติก

            พลาสติกมีหลากหลายชนิด สามารถนำไปผลิตเป็นวัสดุต่างๆ ได้หลากหลาย แต่พลาสติกชนิดที่มีการใช้งานกันมากคือพลาสติกที่ใช้ในงานด้านการบรรจุภัณฑ์ เช่น ถุงพลาสติก ขวดบรรจุเครื่องดื่ม กล่องบรรจุอาหาร พลาสติกชนิดนี้เป็นพลาสติกที่ผลิตขึ้นจากพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่เรียกว่า พอลิเอธิลีน (polyethylene; PE) เมื่อสังคมมนุษย์มีการพัฒนาด้านต่างๆ เจริญก้าวหน้าไปมาก พอลิเอธิลีนจึงถูกนำมาใช้เพื่อผลิตเป็นพลาสติกมากขึ้นเรื่อยๆ จนเกิดเป็นปัญหาตามมาคือ ไม่สามารถกำจัดพลาสติกที่ถูกนำไปใช้ประโยชน์แล้วเหล่านี้ได้ ปริมาณขยะพลาสติกล้นเมือง การแก้ปัญหามักจะทำโดยการฝังกลบในดินทำให้เกิดปัญหากับระบบนิเวศขึ้น  เพราะเมื่อพลาสติกเหล่านี้ปนเปื้อนอยู่ในดินจะต้องใช้เวลาตั้งแต่ 20 ปี ไปจนถึงเป็น 1000 ปี กว่าจะเริ่มมีการย่อยสลายขึ้นเองตามธรรมชาติ

แนวทางในการที่จะแก้ปัญหาขยะพลาสติกที่ปนเปื้อนอยู่ในสิ่งแวดล้อมอาจทำได้ใน 2 แนวทางคือ แนวทางแรก หาจุลินทรีย์จากแหล่งต่างๆ ในธรรมชาติที่มีความสามารถในการย่อยสลายพลาสติกที่ผลิตจากพอลิเอธิลีน แนวทางที่ 2 พัฒนาพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่สามารถเกิดการย่อยสลายโดยวิธีการทางชีวภาพหรือพอลิเมอร์สังเคราะห์ที่สามารถเกิดการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ทั่วๆไปที่มีอยู่ในแหล่งดินและแหล่งน้ำได้

จุลินทรีย์ย่อยสลายพลาสติกได้อย่างไร  

            จุลินทรีย์ทั้งแบคทีเรีย รา และแอคติโนมัยซิส สามารถย่อยสลายพลาสติกที่ผลิตจากพอลิเอธิลีนได้โดยอาศัยเอนไซม์ทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาการสลายสายของพอลิเมอร์ให้กลายเป็นโอลีโกเมอร์ (oligomer) หรือโมโนเมอร์ (monomer) ซึ่งจะถูกนำไปใช้ในการสลายสารอาหารภายในเซลล์ของจุลินทรีย์ ซึ่งถ้าเป็นการสลายสารอาหารแบบใช้ออกซิเจน จะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ เป็นผลิตภัณฑ์สุดท้าย ในขณะที่การสลายสารอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจน จะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ และยังได้ก๊าซมีเทนกลับเข้าสู่สิ่งแวดล้อมอีกด้วย การย่อยสลายพลาสติกโดยจุลินทรีย์ถือเป็นการย่อยสลายที่สมบูรณ์เพราะไม่มีผลิตภัณฑ์ที่เป็นพิษตกค้างในสิ่งแวดล้อม ซึ่งแตกต่างจากพลาสติกที่เกิดการย่อยสลายได้เองจาก แสง หรือความร้อน ซึ่งยังเหลือผลิตภัณฑ์ชนิดอื่นๆ ที่ไม่สามารถย่อยสลายต่อไปได้ตกค้างอยู่ในสิ่งแวดล้อม 

            นักวิทยาศาสตร์พยายามที่จะค้นหาเชื้อจุลินทรีย์ที่มีความสามารถในการย่อยสลายพอลิเอธิลีน โดยคาดหวังว่าจุลินทรีย์ที่หาได้นั้นจะช่วยแก้ปัญหาเรื่องการกำจัดขยะพลาสติก ความสนใจและตื่นตัวในการหาจุลินทรีย์ย่อยสลายพอลิเอธิลีนยิ่งมีมากขึ้นเมื่อนาย Daniel Burd นักเรียนระดับมัธยมศึกษาตอนปลายจากประเทศแคนาดา ได้รับรางวัลระดับโลกหลายรางวัลในปี พ.ศ. 2551 จากการค้นพบแบคทีเรียที่สามารถย่อยสลายพอลิเอธิลีนได้

            Daniel ตั้งสมมติฐานการทดลองว่า “ถ้ามีจุลินทรีย์ที่สามารถย่อยสลายพอลิเอธิลีนอยู่ในธรรมชาติ จะต้องสามารถแยกเชื้อจุลินทรีย์ดังกล่าว และใช้จุลินทรีย์ที่แยกได้นี้ในการย่อยสลายถุงพลาสติกที่ผลิตจากพอลิเอธิลีนได้” Daniel แยกเชื้อจุลินทรีย์จากแหล่งที่มีการทิ้งขยะประเภทพลาสติก โดยสามารถแยกเชื้อแบคทีเรียที่สามารถย่อยพอลิเอธิลีนได้ 2 สกุลคือ Pseudomonas  และ Sphingomonas  ซึ่งถ้าใช้แบคทีเรีย 2 สกุลนี้ร่วมกันจะพบว่าประสิทธิภาพในการย่อยสลายพอลิเอธิลีนดีมากขึ้น Daniel คาดหวังว่างานที่ได้จากการทำโครงงานวิทยาศาสตร์จะสามารถนำไปต่อยอดการวิจัยในระดับอุตสาหกรรมเพื่อช่วยลดปัญหามลภาวะที่เกิดจากทิ้งขยะพลาสติกเหล่านี้สู่สิ่งแวดล้อมได้         

            นอกจากแนวทางแรกที่พยายามหาจุลินทรีย์ที่นำมาใช้ในการย่อยสลายพลาสติกดังที่กล่าวไปแล้วนั้น อีกแนวทางหนึ่งคือการผลิตพลาสติกชีวภาพ

พลาสติกชีวภาพกับจุลินทรีย์

            พอลิเมอร์สังเคราะที่เรียกว่า biodegradable polyester ถูกนำมาใช้ในการผลิตพลาสติกที่มีคุณสมบัติที่แตกต่างจากพลาสติกทั่วๆ ไป ที่ผลิตจากพอลิเอธิลีน พลาสติกที่ผลิตจากพอลิเมอร์เหล่านี้ เรียกว่า พลาสติกชีวภาพชนิดที่สลายตัวได้ทางชีวภาพ(biodegradable plastic)เมื่อพลาสติกชนิดนี้ปนเปื้อนอยู่ในสิ่งแวดล้อมจะถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ประจำถิ่นชนิดต่างๆ ที่อยู่ในสภาพแวดล้อมนั้นๆ ได้ โดยอาศัยแหล่งอาหารและแหล่งพลังงานที่ได้จากการย่อยสลายพลาสติกชนิดนี้ แต่สิ่งที่อาจต้องคำนึงคือ สารต่างๆที่เกิดขึ้นจากการย่อยสลายพลาสติกหรือระหว่างที่เกิดการย่อยโดยจุลินทรีย์ในธรรมชาติ จะต้องไม่เป็นสารที่ก่อให้เกิดมลพิษกับสิ่งแวดล้อม และปลอดภัยต่อสิ่งมีชีวิตที่อยู่ในบริเวณนั้นๆ ด้วย 

 

บรรจุภัณฑ์ที่ผลิตจาก biodegradable plastic

          biodegradable plastic ที่ย่อยสลายได้สมบูรณ์โดยจุลินทรีย์ ผลิตได้จากพอลิเมอร์ที่เป็น aliphatic polyesters ซึ่งมีหลากหลายกลุ่ม เช่น polylactides หรือ polylactic acid (PLA)  polybulyene succinate (PBS) และ polyhydroxyalkanoates (PHAs)  เป็นต้น aliphatic polyesters เหล่านี้สามารถผลิตได้จากหลายวิธีการด้วยกัน เช่น การผลิต PLA โดยใช้แป้งจากพืชมาผ่านกระบวนการเปลี่ยนเซลลูโลสในพืชให้เป็นพอลิแซ็กคาร์ไรด์ จากนั้นจะมีการเปลี่ยนแปลงต่อไปเป็นกรดแลคติกและสุดท้ายจึงได้เป็น PLA  การผลิต PBS ซึ่งได้จากการสังเคราะห์ทางปิโตรเคมีโดยใช้สารประกอบที่เป็นกรด 2 ชนิดมาทำปฏิกิริยากับสารประกอบที่เป็นแอลกอฮอล์ 2 ชนิด นอกจากนี้นักวิทยาศาสตร์ยังค้นพบว่ามีแบคทีเรียบางชนิดสามารถผลิต PHAs ได้ จึงมีแนวคิดที่จะใช้เทคโนโลยีทางชีวภาพในการผลิต PHAs จากแบคทีเรียเพื่อนำมาใช้ทดแทนพลาสติกชนิดต่างๆ ที่ไม่สามารถย่อยสลายได้

          PHAs ถูกสร้างเป็นแหล่งพลังงานสะสมในเซลล์ของแบคทีเรียบางชนิด การสร้าง PHAs จะเกิดขึ้นเมื่อแหล่งอาหารเช่น ไนโตรเจนหรือฟอสฟอรัสขาดแคลน ในขณะที่มีแหล่งคาร์บอนอื่นๆ อยู่มากเกินความจำเป็น เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์ตรวจดูที่เซลล์ของแบคทีเรียจะเห็น PHAs เป็นแกรนูลขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.2-0.5 ไมโครเมตร กระจายอยู่ทั่วไปในไซโทพลาซึม

 

PHAs ภายในเซลล์ของ Ralstonia eutrophus 

ที่มาภาพ : http://www.ecobiomaterial.com/gallery.php?gazpart=view&gazimage=67

           จากงานวิจัยของนักวิทยาศาสตร์พบว่า มีแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในดินประมาณ 30 % ที่สามารถผลิต PHAs ได้ แต่มีเพียงแบคทีเรียบางชนิดเท่านั้นที่ถูกนำมาใช้ในงานวิจัยเพื่อศึกษาและพัฒนาวิธีการในการเพิ่มปริมาณการสร้าง PHAs ในเซลล์ของแบคทีเรีย ตัวอย่างเช่น Ralstonia eutrophus เป็นแบคทีเรียที่มีการศึกษากันมาก เนื่องจากสามารถผลิต PHA จากแหล่งคาร์บอนที่มีอยู่ทั่วๆ ไปได้ เช่น กลูโคส กรดแลคติก กรดแอซิติก หรือน้ำมันจากพืชชนิดต่างๆ หรือ Methylobacterium sp. ที่สามารถใช้แหล่งคาร์บอนอย่างมีเทนซึ่งมีราคาต่ำมาใช้ในการสังเคราะห์ PHAs ได้ เป็นต้น

          ในช่วง 10 กว่าปีที่ผ่านมา PHAs ถูกนำมาศึกษา วิจัยและพัฒนาอย่างรวดเร็ว นักวิทยาศาสตร์หวังว่านอกเหนือจากการผลิต biodegradable plastic ที่ใช้ในอุตสาหกรรมด้านบรรจุภัณฑ์แล้ว ยังจะสามารถนำ PHAs ไปใช้ประโยชน์กับงานด้านต่างๆ เช่น ด้านอุตสาหกรรมอาหาร การแพทย์และเภสัชกรรม รวมทั้งเชื้อเพลิงชีวภาพอีกด้วย

-------------------------------------

โดย ธีรพัฒน์ เวชชประสิทธิ์ นักวิชาการ สาขาชีววิทยา

เอกสารอ้างอิง  

1. สำนักงานนวัตกรรมแห่งชาติ (องค์การมหาชน). กระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. แผนที่นำทางแห่งชาติ การพัฒนาอุตสาหกรรมพลาสติกชีวภาพ ระยะที่ 2 (พ.ศ.2554-2558)

2.พาสติกย่อยสลายได้ : เทคโนโลยีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเพื่อการพัฒนาที่ยั่งยืนhttp://www2.mtec.or.th/th/special/biodegradable_plastic/index.html  retrieved 13 ธ.ค. 55

3.Biodegradable plastic : เมื่อพลาสติกเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม http://www.vcharkarn.com/varticle/38208 retrieved 20 ธ.ค. 55

4. Yuksel, O., Jasna, H. and Hanife, B. Biodegradation of plastic compost bags under controlled soil conditions. Acta Chim. Slov. vol. 51. 579-588. 2004.

: จุลินทรีย์กับการบำบัดน้ำเสีย

ปัจจุบันนี้ ปริมาณน้ำเสียและสิ่งปฏิกูลต่าง ๆ มีเพิ่มมากขึ้นทุก ๆ ปี สาเหตุส่วนใหญ่เกิดจากการ เพิ่มขึ้นของจำนวนประชากร เพราะเมื่อมีประชากรเพิ่มขึ้น ปริมาณการใช้น้ำก็เพิ่มขึ้นด้วย ส่วนสาเหตุ อื่นที่สำคัญก็คือ น้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม และน้ำเสียจากการเกษตรกรรม โดยเฉพาะการใช้ปุ๋ย และยาฆ่าแมลงในการเกษตร สำหรับสารปนเปื้อนในน้ำเสียนั้นสามารถแบ่งได้เป็น 3 ชนิดด้วยกัน คือ 1. สารอินทรีย์ จะพบได้ในน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมอาหาร น้ำเสียจากบ้านเรือน โดยสาร อินทรีย์จะเป็นสาเหตุให้น้ำเสียนั้นมีค่า BOD (Biological Oxygen Demand) สูง 2. สารอนินทรีย์ จะพบได้ในน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมผงซักฟอก น้ำเสียจากบ้านเรือน โดย สารอนินทรีย์จะเป็นตัวการสำคัญที่ทำให้สาหร่ายและวัชพืชเจริญเติบโตได้อย่างรวดเร็ว เช่น ฟอสฟอรัส และ ไนโตรเจน 3. จุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรค เช่น น้ำเสียที่มาจากโรงพยาบาล อาจจะมีจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรคปน เปื้อนออกมา เช่น จุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดโรคอุจจาระร่วง ไวรัสตับอักเสบ ดังนั้นการบำบัดน้ำเสียก็คือ การกำจัดสิ่งปนเปื้อนต่าง ๆ เช่น สารเคมี และจุลินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำเสียให้ เหลือน้อยที่สุดที่จะไม่เป็นอันตรายเมื่อปล่อยลงสู่แหล่งน้ำสาธารณะ เช่น แม่น้ำ ลำคลอง ขั้นตอนในการบำบัดน้ำเสีย ขั้นตอนในการบำบัดน้ำเสียสามารถแบ่งได้เป็น 3 ขั้นตอน ดังแสดงในรูปที่ 1 รูปที่ 1 แสดงขั้นตอนในการบำบัดน้ำเสีย 1. Primary treatment เป็นขั้นตอนที่มีการกำจัดวัตถุหรือสิ่งปนเปื้อนที่มีขนาดใหญ่ออกก่อน อาจจะ โดยการกรองผ่านตะแกรง หรือตกตะกอนของแข็งเหล่านั้นก่อน จากนั้นจึงจะปล่อยน้ำเสียผ่านสู่ขั้นตอนที่ 2 2. Secondary treatment เป็นขั้นตอนที่จะนำจุลินทรีย์มาช่วยในการย่อยสลายสารอินทรีย์ต่าง ๆ โดยจะย่อยสลายของเสียที่ผ่านมาจากขั้นตอนที่ 1 ที่ยังมีสารอินทรีย์ปนอยู่ โดยในขั้นตอนนี้จะมีการให้ อากาศเพื่อให้จุลินทรีย์พวก aerobic เจริญเติบโต ส่วนตะกอนที่ได้จากขั้นตอนนี้ก็จะถูกส่งไปยังถังย่อย ตะกอนที่มีจุลินทรีย์พวก anaerobic เพื่อย่อยสลายต่อไป น้ำเสียที่ผ่านขั้นตอนนี้แล้วก็จะถูกส่งต่อไปยัง ขั้นตอนที่ 3 เพื่อกำจัดสารอนินทรีย์ เช่น ฟอสเฟต และไนเตรต ให้มีปริมาณน้อยลง 3. Tertiary treatment เป็นขั้นตอนในการลดปริมาณของสารอนินทรีย์ที่ปนเปื้อนในน้ำเสีย โดยจะ ใช้วิธีทางเคมีช่วยในการกำจัดฟอสเฟต และไนเตรตก่อนจะปล่อยลงสู่แหล่งน้ำ จุลินทรีย์ที่ช่วยในการบำบัดน้ำเสีย จุดประสงค์ของการบำบัดน้ำเสียใน Secondary treatment นั้นก็คือ การใช้จุลินทรีย์ช่วยลดค่า BOD ในน้ำเสียนั้นให้น้อยลง จากตารางที่ 1 แสดงค่า BOD ของน้ำเสียจากแหล่งต่าง ๆ ซึ่งในการ บำบัดน้ำเสียนั้น น้ำที่ได้รับการบำบัดจะต้องมีค่า BOD ลดลงก่อนจะปล่อยลงสู่แหล่งน้ำ Source BOD (mg/liter)a Domestic sewage 200-600 Cattle shed and piggery effluents 10,000-25,000 Dairies BOD500-2,000 Whey from cheese making 40,000-50,000 Meat packing and processing 100-3,000 Fruit and vegetable canning 200-5,000 Sugar refining 200-2,000 Breweries 500-2,000 Distilleries >5,000 Palm oil processing 15,000-25,000 a Milligrams of dissolved oxygen consumed per liter on incubation for 5 days at 20๐C  ตารางที่ 1 แสดงค่า BOD ของน้ำเสียจากแหล่งต่าง ๆ สำหรับขั้นตอนในการใช้จุลินทรีย์ช่วยในการบำบัดน้ำเสียนั้นสามารถแบ่งได้ 2 ขั้นตอนคือ 1. Aerobic Secondary Treatment Process ในขั้นตอนนี้จะเป็นขั้นตอนที่จุลินทรีย์พวก aerobic เจริญเติบโต และย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสียให้เป็นคาร์บอเนต ไนเตรต แอมโมเนีย ฟอสเฟต และซัลเฟต โดยขั้นตอนนี้สามารถเลือกได้ 2 วิธีคือ 1.1 Trickling filter tank การบำบัดน้ำเสียโดยวิธีนี้จะต้องมีถังขนาดใหญ่ โดยในถังจะมีหินเป็น support material ให้จุลินทรีย์เจริญเป็นฟิล์มเกาะอยู่ จากนั้นน้ำเสียที่ผ่านจากขั้นตอนที่ 1 จะถูกส่งเข้าไปในถังจากส่วนบน จากนั้นน้ำเสียก็จะซึมผ่านลงสู่ส่วนล่าง โดยจะมีการให้อากาศโดยพ่น อากาศผ่านตัว support material ดังนั้นจุลินทรีย์พวก Heterotrophic ก็จะเจริญเกาะเป็นฟิล์ม บริเวณชั้นบน เช่น แบคทีเรีย พวก Pseudomonas, Zoogloea ส่วนเชื้อราก็จะเป็นพวกFusarium, Ascoidea, Trisporon สำหรับจุลินทรีย์ที่เจริญในชั้นล่างส่วนใหญ่จะเป็นพวก Autotrophic nitrifying bacteria เช่น Nitrosomonas ซึ่งจะ oxidize แอมโมเนียไปเป็นไนไตรต และ Nitrobacter จะ oxidize ไนไตรตไปเป็นไนเตรต 1.2 Activated sludge process การบำบัดน้ำเสียโดยวิธีนี้จะมีการเติมจุลินทรีย์ลงไปในน้ำเสียที่ ผ่านจากขั้นตอนที่ 1และมีการให้อากาศตลอดเวลา เพื่อให้จุลินทรีย์ย่อยสลายสารอินทรีย์ต่าง ๆ โดย จุลินทรีย์ที่ใช้ในขบวนการนี้ก็จะเป็นจุลินทรีย์ พวกเดียวกับจุลินทรีย์ใน Trickling filter tank แต่จะมี slime-forming bacteria คือ Zoogloea ramigera เป็นจุลินทรีย์สำคัญในการย่อยสลายสารอินทรีย์ เมื่อจุลินทรีย์เจริญขึ้นก็จะจับตัวกันเป็นตะกอนตกอยู่ที่ ก้นถัง จากนั้นตะกอนเหล่านี้ก็จะถูกส่งต่อไปยังถัง ที่มีจุลินทรีย์พวก anaerobic เพื่อย่อยสลายต่อไป สำหรับตะกอนของเชื้อจุลินทรีย์ที่ได้จากขั้นตอนนี้สามารถนำกลับมาใช้เป็น inoculum สำหรับบำบัด น้ำเสียที่จะเข้ามาใหม่ได้อีก การบำบัดน้ำเสียโดยวิธี Aerobic Secondary Treatment จะสามารถลดค่า BOD ได้ถึง 20 mg ออกซิเจนต่อลิตร 2. Anaerobic Secondary Treatment Process หลังจากการย่อยสลายสารอินทรีย์โดยจุลินทรีย์ จำพวก aerobic แล้ว ตะกอนที่เกิดจากการย่อยสลายจะถูกส่งไปยังถังย่อยสลายที่มีจุลินทรีย์พวก anaerobic จุลินทรีย์พวกนี้ไม่ต้องใช้ออกซิเจนเพื่อการเจริญเติบโต และตะกอนส่วนใหญ่ก็จะเป็นพวก insoluble organic matter เช่น cellulose กระบวนการย่อยสลายจะแบ่งเป็น 2 stage ด้วยกันคือ acid-forming และ methane-forming (รูปที่ 2) รูปที่ 2 กระบวนการเมตาบอลิซึมของจุลินทรีย์พวก anaerobe ในการย่อยสลายสารอินทรีย์ จุลินทรีย์ใน acid-forming stage จะเป็นพวก obligate aerobes ซึ่งจะใช้ไนเตรตเป็น electron acceptor สำหรับ methane-forming stage นั้น จุลินทรีย์ส่วนใหญ่จะเป็นพวก strictly anaerobes เช่น Methanobacterium Methanobacillus และ Methanococcus ซึ่งจะสามารถเปลี่ยนอะซิเตต ไฮไดรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ ให้เป็น มีเทน (CH4) ได้ น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้ว จะมีค่า BOD ลดลงสามารถปล่อยลงสู่ แม่น้ำ ลำคลอง ได้โดยไม่ทำให้ แหล่งน้ำนั้นเน่าเสีย ส่วนตะกอนที่ได้ก็สามารถนำมาใช้เป็นอาหารสัตว์ หรือปุ๋ยได้ วิธีหนึ่งที่จะช่วยในการ บำบัดน้ำเสียได้คือ การคัดแยกขยะตามประเภทของขยะ เพราะนอกจากจะช่วยลดปริมาณสารอินทรีย์ และสารอนินทรีย์ในน้ำเสียแล้ว ยังเป็นการ recycle ขยะ และยังเป็นการใช้พลังงานและทรัพยากรอย่าง รู้คุณค่าด้วย ................................................ โดย ดร.เยาวพา สุวัตถิ งานวิจัยอุตสาหกรรมเทคโนโลยีชีวภาพ หนังสืออ้างอิง 1. Sayler G. S., Fox R. and Blackburn J.W. (eds). Environmental Biotechnology for Waste Treatment. New York: Plenum Press, 1990. 2. Glazer A. N. and Nikaida H. Microbial Biotechnology : Fundamentals of Applied Microbiology. New York: W.H. Freeman and Company, 1995.

: อันตรายจากปรอท

ปรอทเป็นโลหะสีขาวคล้ายเงิน เป็นของเหลวที่อุณหภูมิปกติ สามารถทำให้เป็นของแข็งได้แต่เปราะที่อุณหภูมิปกติ ปรอทสามารถระเหยกลายเป็นไอได้ ทำให้เป็นอันตรายต่อร่างกายได้ง่ายขึ้น ประโยชน์ของปรอท       - ใช้ในการทำเครื่องมือวิทยาศาสตร์ เช่น เทอร์โมมิเตอร์ บารอมิเตอร์ ปั๊มดูดอากาศ และเครื่องมือที่ใช้วัดความดันโลหิต       - ใช้ในอุตสาหกรรมไฟฟ้า เช่น สวิตช์อัตโนมัติสำหรับตู้เย็นและไฟฟ้ากระแสตรง       - สารประกอบของปรอทใช้ในการทำวัตถุระเบิด       - ซัลไฟด์ของปรอทใช้ทำสีแดงในอุตสาหกรรมเครื่องเคลือบดินเผา       - ออกไซด์ของปรอทใช้ในการทำสี เพื่อป้องกันมิให้แตกและลอกง่าย สำหรับนำไปใช้ทาใต้ท้องเรือ       - ปรอทเป็นตัวทำละลายที่ดีสำหรับโลหะบางชนิด สารละลายที่ได้เรียกว่าอะมาลกัม ดีบุกอะมาลกัมใช้ในการทำกระจกเงา เงิน-ดีบุกอะมาลกัมใช้เป็นวัสดุในการอุดฟัน โดยผสมปรอทกับโลหะผมระหว่างเงินกับดีบุก       - ใช้ในอุตสาหกรรมทำหมวกสักหลาด

การเข้าสู่ร่างกาย       ปรอทสามารถเข้าสู่ร่างกายได้ 3 ทาง เช่นเดียวกับสารพิษชนิดอื่นๆ คือ       1.ทางปาก โดยสูดเอาผง หรือไอปรอทเข้าสู่ปอด เนื่องจากปรอทสามารถระเหยกลายเป็นไอได้ง่าย       2.ทางปาก โดยการรับประทานเข้าไป มักเกิดจากอุบัติเหตุปะปนกับอาหารหรือน้ำดื่ม       3.ทางผิวหนัง โดยการดูดซึม ไอระเหยหรือฝุ่นละอองของปรอททำให้ผิวหนังระคายเคืองเกิดโรคผิวหนังได้

พิษของปรอท       ปรอทจะทำอันตรายต่อร่างกายมากน้อยเพียงใดขึ้นอยู่กับเหตุการณ์และปัจจัยดังนี้       1.ทางที่พิษเข้าสู่ร่างกาย เช่น ทางผิวหนัง ทางระบบหายใจ หรือทางระบบย่อยอาหาร       2.ปริมาณที่ได้รับเข้าสู่ร่างกาย       3.ชนิดของสารปรอทที่ได้รับเข้าสู่ร่างกายและอวัยวะส่วนใดของร่างกายที่ได้รับพิษของปรอทในรูปเมทธิลหรืออัลคิล เป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีพิษมากที่สุด

อาการพิษเกิดจากปรอท       การเกิดพิษจากสารปรอทมีทั้งชนิดเฉียบพลันและเรื้อรัง พิษชนิดเฉียบพลันมักเกิดจากอุบัติเหตุโดยการกลืนกินสารปรอทเข้าสู่ร่างกาย ซึ่งปริมาณปกติที่ได้รับเข้าสู่ร่างกายและทำให้คนตายได้ โดยเฉลี่ยประมาณ 0.02 กรัม อาการที่เกิดจากการกลืนกินปรอท คือ       -อาเจียน ปากพอง แดงไหม้ อักเสบและเนื้อเยื่ออาจหลุดออกมาเป็นชิ้นๆ       -เลือดออก ปวดท้องอย่างแรง เนื่องจากปรอทกัดระบบทางเดินอาหาร       -มีอาการท้องร่วงอย่างแรง อุจจาระเป็นเลือด       -เป็นลม สลบเนื่องจากร่างกายเสียเลือดมาก       -เมื่อเข้าสู่ระบบหมุนเวียนโลหิต ปรอทจะไปทำลายไต ทำให้ปัสสาวะไม่ออกหรือปัสสาวะเป็นเลือด       -ตายในที่สุด

พิษชนิดเรื้อรัง       ปรอทเมื่อเข้าสู่ร่างกายจะไปทำอันตรายต่อระบบประสาทส่วนกลาง ซึ่งได้แก่ สมอง และไขสันหลัง ทำให้เสียการควบคุมเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวของแขน ขา การพูด และยังทำให้ระบบประสาทรับความรู้สึกเสียไป เช่น การได้ยิน การมองเห็น ซึ่งอันตรายเหล่านี้ เมื่อเป็นแล้วไม่สามารถรักษาให้กลับดีดังเดิมได้ อาการที่เป็นพิษมากเกิดจากการหายใจ ปอดอักเสบ มีอาการเจ็บหน้าอก มีไข้ แน่นหน้าอก หายใจไม่ออกและตายได้

การป้องกันอันตรายจากปรอท       -ใช้สารอื่นที่เป็นพิษน้อยกว่าแทนสารปรอท เช่น ใช้สารแอมโมเนียของเงินแทนสารประกอบของปรอทในการทำกระจกเงา       -ในกรณีที่มีการรั่วของปรอทให้นำภาชนะที่มีน้ำมารองรับเพื่อป้องกันการระเหยของปรอท       -สวมเสื้อคลุมและถุงมือ เมื่อต้องจับหรือสัมผัสปรอท       -จัดให้มีการระบายอากาศในบริเวณที่ต้องใช้ปรอทเพื่อดูดเอาไอของปรอทที่กระจายอยู่ในบรรยากาศออกไปและทำการกักเก็บมิให้ฟุ้งกระจายไปยังที่อื่น เพื่อให้อากาศในบริเวณพื้นที่ใช้งานบริสุทธิ์ หรือควรมีการกำจัดปรอทอินทรีย์จากโรงงานอุตสาหกรรมที่ถูกต้อง       -ตรวจสอบหาปริมาณของปรอทในบรรยากาศบริเวณใช้งานให้อยู่ในมาตรฐานที่ควบคุมอยู่เสมอ       -สารปรอทและสารประกอบของปรอทควรเก็บในภาชนะที่ปิดสนิทเพื่อป้องกันการระเหยของปรอท

ตัวอย่างเหตุการณ์พิษจากปรอท เช่น โรคมินามาตะ ในปี ค.ศ.1959 เป็นภาวะมลพิษที่รุนแรงที่สุดในประวัติศาสตร์ประเทศญี่ปุ่น ซึ่งชื่อ โรคมินามาตะ มาจากชื่อของหมู่บ้านเล็กๆบนเกาะทางตอนใต้ของประเทศญี่ปุ่น ชาวบ้านส่วนใหญ่มีอาชีพเป็นชาวประมง แต่พื้นที่ส่วนใหญ่เป็นที่ตั้งของโรงงานผลิตปุ๋ยเคมี และสารเคมีชื่อว่า บริษัทนิปปอนชิมโสะ คนในหมู่บ้านส่วนหนึ่งทำงานอยู่ในโรงงานนี้ ต่อมาเกิดโรคประหลาดขึ้นกับคนในหมู่บ้านแห่งนี้จนกลายเป็นข่าวดังไปทั่วโลก เมื่อมีผู้ป่วยมาพบแพทย์ด้วยอาการเดิน เซ ไม่สามารถยืนได้ด้วยด้วยเอง ชาตามแขนขา หูตึง มองเห็นภาพแคบลง พูดไม่ชัด มือสั่น กลืนอาหารลำบาก บางครั้งจะแสดงอาการคลุ้มคลั่ง และมักจะส่งเสียงดังตะโกนคล้ายคนบ้าตลอดเวลา มีอาการนอนไม่หลับ ชักบ่อยๆ แขนขาบิดเบี้ยวคล้ายคนพิการ เพราะกล้ามเนื้อส่วนต่างๆของร่างกายทำงานไม่ประสานกัน อาการทุกอย่างจะรุนแรงขึ้นและเสียชีวิตในเวลาต่อมา ซึ่งแพทย์ไม่สามารถวินิจฉัยได้ว่าเป็นโรคอะไร และจากการสังเกตเห็นความผิดปกติของสัตว์บริเวณนั้น คือ ปลาว่ายน้ำแบบนอนหงายท้องขึ้นและว่ายน้ำช้าลงจนามารถจับได้ด้วยมือเปล่า นกทะเลว่ายน้ำจะบินดิ่งหัวตกทะเล แมวซึ่งเป็นสัตว์เลี้ยงในบ้านก็มีอาการเซ น้ำลายไหล ชัก และตายในเวลาต่อมาจึงเรียกอาการดังกล่าวว่า "โรคแมวเต้น" ดังนั้นจึงสันนิษฐานกันว่าโรคนี้น่าจะเกิดจากสารเคมี ที่สะสมอยู่ในสัตว์ทะเล และเมื่อคนรับประทานอาหารทะเลเข้าไป ก็จะส่งผลกับร่างกาย หลังจากได้มีการทดลองกับสัตว์และคน ผลที่ได้สามารถสรุปได้ตามที่สันนิษฐานไว้ ในเวลาต่อมาได้มีการนำดินจากบริเวณที่ทิ้งน้ำเสียของโรงงานมาตรวจ พบว่ามีสารปรอทอยู่เป็นจำนวนมาก ซึ่งตรงกับการตรวจพบสารปรอทในอวัยวะส่วนต่างๆ ของผู้ป่วยที่ตายจึงสามารถสรุปได้ว่า โรคมินามาตะ เกิดจากผู้ป่วยได้รับสารปรอทอินทรีย์ที่เกิดจากโรงงานปล่อยน้ำเสียที่มีสารปรอทปนเปื้อนดังที่กล่าวมา โรคนี้ไม่สามารถรักษาให้หายขาดได้ เนื่องจากสารปรอทได้เข้าทำลายระบบประสาท และสมอง นอกจากนี้ยังมีผลต่อทารกที่อยู่ในครรภ์มารดา กล่าวคือ มารดาที่รับประทานอาหารทะเลที่ปนเปื้อนสารปรอทเข้าไปแล้ว สารปรอทจะผ่านไปทางรกเข้าสู่สมองเด็ก ทำให้เด็กที่เกิดมามีอาการพิการทางสมองตั้งแต่เกิด เด็กจะมีอาการปัญญาอ่อน       รัฐบาลญี่ปุ่นได้นำประสบการณ์ที่ขมขื่นจาดโรคมินามาตะ มาเป็นพื้นฐานในการเปลี่ยนแปลงนโยบายด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญ ทั้งนี้ความสูญเสียอย่างมหาศาลที่เกิดขึ้น เพราะการพัฒนาประเทศได้มั่งเน้นการขยายตัวทางเศรษฐกิจ โดยไม่คำนึงถึงสิ่งแวดล้อมทำให้ไม่เพียงสูญเสียชีวิตมนุษย์แต่ยังทำลายสิ่งแวดล้อมด้วย โดยจิราภรณ์ อ่ำพันธ์ ศูนย์วิทยาศาสตร์การแพทย์ พิษณุโลก ที่มา: หนังสือความรู้สิ่งเป็นพิษ ตอนที่ 14 พ.ศ.2543 กรมวิทยาศาสตร์การแพทย์ กระทรวงสาธารณสุข หน้าที่ 9-13.