| รหัสโครงการ : | R000000335 |
| ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) : | บำบัดน้ำเสียจากโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs โดยเครื่องกรองทางชีวภาพจากราที่มีประสิทธิภาพ |
| ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) : | Wastewater Treatment of Electroplating SMEs by Highly Effective Fungi Biofilter |
| คำสำคัญของโครงการ(Keyword) : | อุตสาหกรรม SMEs,ราที่มีประสิทธิภาพ,เครื่องกรองชีวภาพ,วิสาหกิจขนาดกลางและขนาดย่อม,สังกะสี,โครเมียม |
| หน่วยงานเจ้าของโครงการ : | คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี > ภาควิชาวิทยาศาสตรประยุกต์ สาขาวิชาวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | โครงการวิจัยเดี่ยว |
| ลักษณะย่อยโครงการวิจัย : | ไม่อยู่ภายใต้แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย |
| ประเภทโครงการ : | โครงการวิจัยใหม่ |
| สถานะของโครงการ : | propersal |
| งบประมาณที่เสนอขอ : | 354200 |
| งบประมาณทั้งโครงการ : | 354,200.00 บาท |
| วันเริ่มต้นโครงการ : | 01 ตุลาคม 2559 |
| วันสิ้นสุดโครงการ : | 30 กันยายน 2560 |
| ประเภทของโครงการ : | การวิจัยและพัฒนา |
| กลุ่มสาขาวิชาการ : | วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ |
| สาขาวิชาการ : | อื่นๆ |
| กลุ่มวิชาการ : | อื่นๆ |
| ลักษณะโครงการวิจัย : | ระดับชาติ |
| สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ : | ไม่สะท้อนถึงการใช้ความรู้เชิงอัตลักษณ์ |
| สร้างความร่วมมือประหว่างประเทศ GMS : | ไม่สร้างความร่วมมือทางการวิจัยระหว่างประเทศ |
| นำไปใช้ในการพัฒนาคุณภาพการศึกษา : | ไม่นำไปใช้ประโยชน์ในการพัฒนาณภาพการศึกษา |
| เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต : | ไม่เกิดจากความร่วมมือกับภาคการผลิต |
| ความสำคัญและที่มาของปัญหา : | ในปัจจุบันอุตสาหกรรม SMEs (Small and Medium Enterprise : SME) หรืออุตสาหกรรมขนาดกลางและขนาดย่อมมีการดำเนินการแพร่หลายในประเทศไทย หนึ่งในอุตสาหกรรมที่มีการดำเนินการและมีมูลค่าการส่งออกสูง คือ อุตสาหกรรม SMEs ที่มีการชุบโลหะในกระบวนการผลิต โดยกระบวนการชุบโลหะเป็นกระบวนการหนึ่งที่มีความสำคัญในการชุบผิวชิ้นงานจะทำให้มีความสวยงาม แข็งแรง ป้องกันการกัดกร่อน และป้องกันสนิม โดยสังกะสี (Zn) และโครเมียม (Cr) เป็นโลหะหนักที่ได้รับความนิยมนำมาใช้ในการชุบผิวโลหะ เนื่องจากผิวของโลหะที่ผ่านการชุบ สังกะสี หรือโครเมียม จะทนการกัดกร่อนได้ดี ผิวที่ชุบค่อนข้างเรียบและสม่ำเสมอ ความหนาของชั้นโลหะค่อนข้างจะเท่ากันทั้งชิ้นงาน ซึ่งการชุบผิวโลหะมีการเกิดน้ำเสียจากขั้นตอนต่างๆที่สำคัญ เช่น การกำจัดไขมันและน้ำมัน การจุ่มเงาและกำจัดสนิม การล้างชิ้นงานหลังผ่านกระบวนการชุบโลหะ ซึ่งขั้นตอนเหล่านี้ แต่ละขั้นตอนก่อให้เกิดน้ำทิ้งที่มีโครเมียม และสังกะสี เจือปนอยู่?ปริมาณมาก ซึ่งจากงานวิจัยของ มงคล ดํารงค?ศร (2549) พบว่าน้ำทิ้งจากอุตสาหกรรม SME ที่มีกิจกรรมการชุบโลหะพบว่ามีค่าสังกะสี และโครเมียมไตรวาเลน (Cr3+) ตกค้างในน้ำทิ้งอยู่ที่137.9 และ 210.0 มิลลิกรัมต่อลิตร ตามลำดับ โดยประกาศกระทรวงอุตสาหกรรม ฉบับที่ 2 (พ.ศ. 2539) ออกตามความในพระราชบัญญัติโรงงาน พ.ศ. 2535 เรื่อง กำหนดคุณลักษณะของน้ำทิ้งที่ระบายออกจากโรงงาน ว่าในน้ำทิ้งที่ระบายออกจากโรงงานไม่ควรมีสังกะสีเกินกว่า 5 มิลลิกรัมต่อลิตร ขณะที่โครเมียม ถ้าเป็น โครเมียมเฮกซาวาเลน (Cr6+) ไม่ควรเกิน 0.25 มิลลิกรัมต?อลิตร และโครเมียมไตรวาเลน (Cr3+) ไม่ควรเกิน 0.75 มิลลิกรัมต่อลิตร โดยโครเมียมที่พบส?วนใหญ่ในน้ำทิ้งอุตสาหกรรม SMEs จะพบในรูป โครเมียมไตรวาเลน ประมาณ ร้อยละ 97-99 และ โครเมียมเฮกซาวาเลน ประมาณร้อยละ 3 (ขวัญชีวัน วิริยะเจริญมงคล, 2549) จากข้อมูลงานวิจัยจะเห็นได้ว่าจําเป็นที่ต้องบำบัดน้ำทิ้งของน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะดังกล่าวก่อนที่จะปล่อยสู่?แหล?งรับน้ำสาธารณะ ซึ่งในการบำบัดโลหะหนักส่วนใหญ่แล้วจะใช้วิธีการทางเคมีในการบำบัด เนื่องจากมีความสะดวก และเห็นผลอย่างรวดเร็ว แต่ในกระบวนการบำบัดทางเคมีนั้นจะส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากเกิดสารเคมีตกค้างในแหล่งน้ำ จึงอาจส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศในแหล่งน้ำที่รองรับน้ำทิ้งนั้น นอกจากนี้การบำบัดทางเคมีดังกล่าวยังมีราคาสูงและยุ่งยากในการบริหารจัด ดังนั้นอุตสาหกรรมที่มีการชุบโลหะหนักขนาดเล็กบางแห่งจึงมีการลักลอบปล่อยน้ำทิ้งลงสู่ท่อระบายน้ำสาธารณะ
ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเน้นความสนใจในการใช้จุลินทรีย์ทั้ง แบคทีเรีย ยีสต์ รา และสาหร่าย มาใช้ในการบำบัดโลหะหนักที่ปนเปื้อนในน้ำทิ้งมากขึ้น โดยการใช้โครงสร้างบางส่วนของจุลินทรีย์ที่ตายแล้ว หรือที่มีชีวิตมาใช้บำบัดน้ำทิ้ง ทั้งนี้เนื่องจากวิธีการทางชีวภาพ ไม่ส่งผลต่อสภาพแวดล้อม และมีประสิทธิภาพดีกว่าวิธีการอื่นๆ เนื่องจากสามารถใช้กากชีวมวลจากโรงงานอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมผลิตยาที่มีการใช้จุลินทรีย์ในกระบวนการผลิตมาใช้เป็นตัวดูดซับโลหะหนักได้ จากการศึกษาของ Netpae, Suckley และ Phalaraksh (2014) พบว่า รา Humicola sp. ที่ได้มาจากตะกอนดินห้วยแม่ตาว อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก ที่ใกล้เคียงกับเหมืองสังกะสี มีความทนทานต่อแคดเมียม และมีประสิทธิภาพในการดูดซับแคดเมียมในน้ำสังเคราะห์ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ (Netpae, Suckley และ Phalaraksh,2014 และ Netpae, 2015) แต่จากงานวิจัยดังกล่าว ยังขาดการศึกษาประสิทธิภาพของรา Humicola sp. ต่อการดูดซับโลหะหนักชนิดอื่นที่ปล่อยมลพิษโดยตรง ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมุ่งสร้างเครื่องกรองชีวภาพจากราHumicola sp. มาบำบัดน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs ที่มีอยู่มาก และกระจายเกือบทุกจังหวัดในประเทศไทย เพื่อลดต้นทุนในการบำบัดน้ำ รวมทั้งลดปัญหาจากการบำบัดโดยใช้สารเคมี |
| จุดเด่นของโครงการ : | สร้างเครื่องกรองชีวภาพจากราHumicola sp. มาบำบัดน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs ที่มีอยู่มาก และกระจายเกือบทุกจังหวัดในประเทศไทย เพื่อลดต้นทุนในการบำบัดน้ำ รวมทั้งลดปัญหาจากการบำบัดโดยใช้สารเคมี |
| วัตถุประสงค์ของโครงการ : | 1. ประเมินประสิทธิภาพการดูดซับสังกะสีและโครเมียมโดยราที่มีประสิทธิภาพ
2. ประเมินสภาวะที่เหมาะสมต่อการดูดซับสังกะสีและโครเมียมโดยราที่มีประสิทธิภาพ
3. สร้างเครื่องกรองทางชีวภาพจากราที่มีประสิทธิภาพเพื่อบำบัดน้ำทิ้งจาก โรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs |
| ขอบเขตของโครงการ : | 1. ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของราที่มีประสิทธิภาพในการดูดซับสังกะสีและโครเมียม ได้แก่ระยะเวลาในการดูดซับ พีเอช และอุณหภูมิ
2. ศึกษาประสิทธิภาพในการดูดซับสังกะสีและโครเมียม ได้แก่ ชีวมวลที่มีชีวิต ชีวมวลที่ไม่มีชีวิตด้วยความร้อนแห้ง ชีวมวลที่ไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยเบส และชีวมวลที่ไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยกรด
3. ราที่ใช้ในการศึกษา คือรา Humicola sp. ที่ได้จากตะกอนดินห้วยแม่ตาว อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก
4. โรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs คือ โรงงานชุบสังกะสีและโครเมียมในจังหวัดนครสวรรค์ |
| ผลที่คาดว่าจะได้รับ : | 1. ผู้ประกอบของโรงงานอุตสาหกรรมที่มีการปล่อยน้ำทิ้งที่มีการปนเปื้อนสังกะสี และโครเมียม มีเครื่องมือ ที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดสังกะสีและโครเมียม
2. มีการตีพิมพ์งานวิจัย ในวารสารวิชาการ ในระดับชาติหรือ นานาชาติ
3. มีการนำเสนองานวิจัย ในการประชุมวิชาการในระดับชาติหรือ นานาชาติ |
| การทบทวนวรรณกรรม/สารสนเทศ : | การทบทวนวรรณกรรม/สารสนเทศ ในการศึกษาเรื่อง บำบัดน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs โดยเครื่องกรองทางชีวภาพจากราที่มีประสิทธิภาพ ผู้ศึกษาได้นำเสนอเอกสารและงานวิจัยที่เกี่ยวข้องนำเสนอเป็นหัวข้อ ตามลำดับดังนี้
1. อุตสาหกรรมชุบโลหะโครเมียม และสังกะสี
การชุบผิวโลหะด้วยไฟฟ้า หมายถึงการนําเอาชิ้นงานหรือวัสดุที่สามารถนำไฟฟ?าได?มาเคลือบผิวด้วยโลหะโดยใช?ไฟฟ?ากระแสตรง ซึ่งมีหลักการง?ายๆ คือนําชิ้นงานที่จะชุบต?อเข?ากับขั้วลบของแหล?งกําเนิดกระแสไฟฟ?าตรง ส?วนโลหะที่ใช้?เคลือบบนผิวชิ้นงานจะต?อเข?ากับขั้วบวกซึ่งเรียกว?าตัวล?อ จากนั้นนําชิ้นงานและตัวล?อจุ?มลงในน้ำยาชุบแล?วปรับกระแสไฟฟ้าและแรงเคลื่อนให?เหมาะสม ไอออนของโลหะที่จะเคลือบบนชิ้นงานจะเคลื่อนที่ไปเคลือบบนผิวชิ้นงานในขณะเดียวกันโลหะที่จะใช?เคลือบจะละลายลงสู่น้ำยาชุบในรูปของไอออนบวกเนื่องจากในแต?ละขั้นตอนการผลิตของอุตสาหกรรมชุบโลหะมีการใช?โลหะและสารเคมี
อันตรายรวมทั้งมีการใช?น้ำปริมาณสูงดังนั้นจึงมีแนวโน?มของการสูญเสียทรัพยากรและก?อให?เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล?อมสูง การมีมาตรฐานการชุบเทคโนโลยีและอุปกรณ?รวมทั้งการจัดการอย?างเหมาะสมจะสามารถลดการสูญเสียทรัพยากรและผลกระทบต?อสิ่งแวดล?อมได?ในทางกลับกันยังส?งผลให?มีการใช?ทรัพยากรให?เกิดประโยชน?สูงสุดและลดปริมาณการเกิดของเสียภายในโรงงาน เพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตและเพิ่มความสามารถในการแข?งขันนอกจากนี้ยังช?วยลดค?าใช?จ?ายในการบําบัดของเสียได?อีกด?วยในบทนี้กล?าวถึงพื้นที่เป?าหมายสําหรับการป?องกันมลพิษในอุตสาหกรรมรายสาขาชุบโลหะซึ่งเป?นพื้นที่หรือขั้นตอนที่มีการสูญเสียทรัพยากรเป?นปริมาณมากและหรือที่มีการปล?อยของเสียหรือมลพิษสู?สิ่งแวดล?อม เช?น การสูญเสียวัตถุดิบและสารเคมีในการชุบนิกเกิลและหรือโครเมียม การใชน้ำอย?างไม?มีประสิทธิภาพ การใช?ไฟฟ?าสิ้นเปลืองและการปล?อยน้ำเสียที่มีสารเคมีอันตรายเป?นองค?ประกอบและกากตะกอนสารเคมีอันตรายสําหรับพื้นที่เป?าหมายหรือขั้นตอนในอุตสาหกรรมรายสาขาชุบโลหะมี 4ขั้นตอนหลักได?แก?ขั้นตอนการเตรียมผิวชิ้นงาน ขั้นตอนการชุบโลหะ ขั้นตอนการล?าง และขั้นตอนการอบแห?ง (กรมโรงงานอุตสาหกรรม, 2548)
ในกระบวนการชุบเหล็กด้วยโครเมียม และสังกะสี ในแต่ละขั้นตอนมีการใช้สารเคมีต่างชนิดกันตามจุดประสงค์ของการชุบ ว่าจะนำไปใช้กับอุตสาหกรรมประเภทใด เช่น อุตสาหกรรมเครื่องจักรกล อุตสาหกรรมเครื่องใช้ไฟฟ้า อุตสาหกรรมรถยนต์ เป็นต้น แต่อย่างไรก็ตามน้ำเสียที่เกิดจากการชุบชิ้นส่วนใหญ่มาจากขั้นตอนการชุบและการล้างชิ้นงานภายหลังการชุบเคลือบผิวน้ำเสียที่เกิดขึ้นจะมีโลหะหนักที่ใช้เป็นตัวชุบเคลือบปะปนอยู่นอกจากนั้นยังมีสารพวกกรดด่างและสารช่วยในการชุบเคลือบ การปนเป??นของโครเมียมในน้ำเสียจากโรงงานชุบโครเมียมด้วยไฟฟ้าเกิดจากน้ำล้างโลหะชิ้นงานที่ผ่านขบวนการชุบมาแล้วน้ำเสียจากการล้างพื้นในบริเวณที่ทำการชุบโครเมียมหรือจากน้ำยาชุบที่หกออกนอกถังขณะปฏิบัติงานน้ำเสียประเภทนี้จะเกิดขึ้นสม่ำเสมอแต่มีความเข้มข้นของโครเมียมไม?สูงมากนัก น้ำเสียอีกประเภทหนึ่งคือน้ำยาชุบที่ผ่านการใช้งานมานานและต้องมีการเปลี่ยนน้ำยาชุบใหม่ทำให้ต้?องระบายทิ้งน้ำเสียประเภทนี้จะมีความเข้มข้นของโครเมียมสูง ปริมาณโครเมียมที่ปนอยู่ในน้ำเสียจะมีปริมาณมากหรือน้อยขึ้นกับปริมาณน้ำที่ใช้ล้างปริมาณน้ำยาที่ใช้ในขบวนการชุบการป้องกันการหยดหรือการรั่วของน้ำยาชุบและปริมาณของโลหะชิ้นงานที่นำมาชุบในแต่ละวันสำหรับปริมาณน้ำเสียจากโรงงานชุบโครเมียมด้วยไฟฟ้าจะมีปริมาณมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับขนาดของโรงงานจำนวนชิ้นโลหะที่นำมาชุบและปริมาณการใช้น้ำ โดยเฉพาะโรงงานชุบโลหะขนาดเล็กจะมีปริมาณและลักษณะของน้ำเสียจะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ขณะที่น้ำเสียจากโรงงานชุบสังกะสีส่วนใหญ่ก็เกิดจากขั้นตอนการชุบและการล้างชิ้นงานเช่นเดียวกับโรงชุบโครเมียม โดยลักษณะน้ำเสียที่พบจะมีการปนเปื้อนของสังกะสีและสารจำพวกกรดหรือด่างแล้วแต่ประเภทของการชุบสังกะสี นอกจากนั้นยังพบสารประกอบของไซยาไนด์ในน้ำเสียที่มีการชุบสังกะสีแบบไซยาไนด์ (ขวัญชีวัน วิริยะเจริญมงคล, 2549)
โครเมียมมีสภาวะออกซิเดชัน (Oxidation) ตั้งแต่ 0ถึง +6 มีเพียงโครเมียมสภาวะออกซิเดชันศูนย์เท?านั้นที่ปรากฏในรูปธาตุสารประกอบของโครเมียมที่พบในธรรมชาติมักปรากฏในรูปที่มีออกซิเดชัน +3และ +6 คือไตรวาเลนท?โครเมียม (Cr+3)และ เฮกซวาเลนท?โครเมียม (Cr+6) ตามลําดับโดยภายใต?สภาวะที่ขาดออกซิเจนสารประกอบของเฮกซวาเลนท?โครเมียมจะถูกรีดิวซ์เป็นสารประกอบของไตรวาเลนท์โครเมียมซึ่งมีเสถียรภาพ โครเมียมปนเปื้อนเข้าสู่สิ่งแวดล้อมได?จากการใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆโดยปนอยู่กับอากาศและน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมโครเมียมในบรรยากาศเกิดได?ทั้งจากธรรมชาติโดยการพังทลายของดินหิน และเกิดจากกิจกรรมของมนุษย์ การปนเปื้อนโครเมียมไม?ได?เกิดจากอุตสาหกรรมเท่านั้นการเผาไหม?ต่างๆเช่นไฟไหม?ป่าก็ทำให้?มีการแพร?กระจายของโครเมียมออกมาได?เนื่องจากความร้อนจะไปทำให้เกิดการออกซิไดซ์โครเมียมให้เป็นโครเมียมที่มีวาเลนซี 6 ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิต เมื่อลอยอยู่ในบรรยากาศจะค่อนข้างเสถียร แต่เมื่อรวมตัวกับสารอินทรีย์ต่างๆจะกลายเป็นโครเมียมที่มีวาเลนซี 3 สะสมในร่างกายสัตว์และพืช
สังกะสีเป?นธาตุโลหะในกลุ?ม (II)B ของตารางธาตุ จัดเป็นธาตุทรานซิชันมีสัญลักษณ์ธาตุ คือ Zn เลขอะตอม เท่ากับ 30 มีอยู่หลายไอโซโทปในธรรมชาติคือ 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn, 70Zn โดยสังกะสีมีเลขออกซิเดชันเท?ากับ +2 (Zn2+) โดยปกติร่างกายของมนุษย์ มีความต้องการสังกะสี ในปริมาณต่ำกว่าแร่ธาตุ อื่น ๆ ในร่างกายเช่น โซเดียม โพแทสเซี่ยม แมกนิเซียม และแคลเซียม ดังนั้นสังกะสีจึงจัดเป็นแร่ธาตุที่ร่างกายต้องการจำนวนเล็กน้อย (biological trace element) ดังนั้นหากได้รับสังกะสีจำนวนที่เหมาะสมกับความต้องการของร่างกายก็จะมีประโยชน์ต่อร่างกายอย่างมาก แต่ถ้าได้รับสังกะสีมากเกินความตองการของร่างกายอาจทำให้เกิดพิษขึ้น โดยจะทำให้มีอาการคลื่นไส?อาเจียน มีไข้ มีอาการไอ ท้องเสีย เมื่อยล้า กระหายน้ำ และ มีอาการเส้นประสาทเสื่อม การเจริญเติบโตช้า มีอาการซีด ภูมิคุ้มกันในร่างกายทำงานลดลง รวมทั้งส่งผลให้เกิดโรคความดันโลหิตสูง (สกุลรัตน์ อุษณาวรงค์, 2549)
โดยค่า มาตรฐานคุณภาพน้ำทิ้งจากโรงงานอุตสาหกรรมและนิคมอุตสาหกรรม พบว่า โรงงานอุตสาหกรรมห้ามปล่อยสังกะสี ไม่เกิน 5.0 มิลลิกรัมต่อลิตร ขณะที่โครเมียมชนิดเฮ็กซาวาเล้นท์ (Hexavalent Chromium) ไม่เกิน 0.25 มิลลิกรัมต่อลิตร และโครเมียมชนิดไตรวาเล้นท์ (Trivalent Chromium) ไม่เกิน 0.75 มิลลิกรัมต่อลิตร (ประกาศกระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม, 2559)
วิธีการบำบัดน้ำทิ้งที่มีโลหะหนักในโรงงานอุตสาหกรรม (มั่นสิน ตัณฑุลเวศน์, 2538) มีหลากหลายวิธีเช่น
1) กระบวนการตกตะกอนทางเคมี
กระบวนการนี้มักใช้เป็นกระบวนการก่อนการบำบัด หรือกระบวนการบำบัดน้ำเสียที่มาจากชุมชน
และจากโรงงาน โดยใส?สารตกตะกอน เช่น ปูนขาว หรือเกลือของเหล็กและพอลิเมอร?ซึ่งสารเหล่านี้จะทำปฏิกิริยากับมวลสารซี่งอยู?ในรูปของไอออน (Ionize form) เป็นสารใหม่?ที่ไม?ละลายน้ำ หรือมีความสามรถในการละลายลดลงอย่างมากจึงทำให้สารดังกล่าวรวมตัวอยู่ในรูปของตะกอน ข้อเสียของกระบวนการนี้คือ ปริมาณสารเคมีที่ใช้ในการตกตะกอนจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณของสารที่ละลายอยู?ในสารละลาย นอกจากนี้กระบวนการนี้ยังก่อให้เกิดตะกอนจำนวนมากที่ต้องการทำการบำบัดต่อไป
2. กระบวนการดูดซับ
การดูดซับ คือ กระบวนการที่ใช้การเก็บสะสมสารที่ละลายอยู่ในสารละลาย ไว้ในผิวหน้าวัสดุที่
เหมาะสม การดูดซับด้วยคาร์บอนเป็นกระบวนการที่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อกำจัดสารอนินทรีย์ เช่น ไนโตรเจน ซัลไฟด์ และโลหะหนัก ในการบำบัดน้ำเสียมีการพัฒนาใช้การดูดซับด้วยถ่านกัมมันต์ที่มีพื้นที่ผิวมากและมีขนาดเล็กโดยมากการดูดซับด้วยถ่านกัมมันต์นั้นมักใช้เป็นกระบวนการบำบัดต่อจากกระบวนการทางชีวภาพ
3. การแลกเปลี่ยนไอออน
การแลกเปลี่ยนไอออนมีความหมายโดยทั่วไปหมายถึง วัสดุที่มีไอออนเป็นส่วนประกอบไม่ว่าจะ
เป็นไอออนบวกหรือไอออนลบ และไอออนดังกล่าวสามารถถูกแลกเปลี่ยนด้วยไอออนชนิดเดียวกันและจำนวนเท่ากันระหว่างวัตถุและสารละลายที่วัตถุนั้นละลายอยู่ได้ด้วย โดยวัตถุที่มีไอออนลบเป็นองค์ประกอบเรียกว่า anion exchange ส่วนวัตถุที่มีไอออนบวกเป็นองค์ประกอบเรียกว่า cation exchange สารแลกเปลี่ยนไอออน (ion exchanger) มีสมบัติพิเศษคือ มีโครงสร้างที่มีลักษณะเฉพาะดังนี้ โครงสร้างหลัก (fame work) จะเชื่อมกันอยู่ด้วยพันธะเคมีหรือพลังงานแลคติช (lactice energy) โครงสร้างหลักนี้มีประจุบวกหรือประจุลบเป็นองค์ประกอบ และเมื่อมีไอออนตรงข้ามเข้ามาเป็นส่วนประกอบเพิ่มเรียกว่า ไอออนแลกเปลี่ยน (counter ion) เพื่อปรับสมดุล แต่ไอออนแลกเปลี่ยนนี้สามารถเคลื่อนที่และถูกแทนที่ด้วยไอออนชนิดเดียวกันจากสารละลายได้ต่างจากไอออนในโครงสร้างหลัก ดังนั้นเมื่อนำสารแลกเปลี่ยนไอออนในสารละลายไอออนจากสารนั้นจะเคลื่อนที่ออกเข้าสู่สารละลายและไอออนที่มีประจุชนิดเดียวกันจากสารละลาย ก็จะเคลื่อนที่เข้ามาแทนที่ไอออนที่หลุดออกไป
4. กระบวนการไฟฟ้าเคมี
เราสามารถแยกไอออนโลหะในสารละลายได้อย่างง่ายดาย ด้วยการผ่านกระแสไฟฟ้าจาก
แหล่งกำเนิดไฟฟ้าภายนอกไปยังขั้วไฟฟ้า 2 ขั้วที่จุ่มอยู่ในสารละลายอิเลคโทรไลต์ ไอออนในสารละลายสามารถถูกแยกออกจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ขั้วไฟฟ้า
กระบวนการไฟฟ้าเคมีมีข้อดีคือ เป็นกระบวนการที่มีค่าใช้จ่ายในการดำเนินการต่ำไม่จำเป็นต้องเติมสารเคมีอื่นลงในระบบ มีความว่องไวและมีค่าในการเลือกเกิดปฏิกิริยาสูง กล่าวคือสามารถดำเนินการที่ค่าความเข้มข้นในหน่วยไมโครโมลาร์ได้ ไม่ก่อให้เกิดตะกอนหรือของเสียที่ต้องมีกระบวนการบำบัดต่อไป
2. กระบวนการดูดซับทางชีวภาพ
การดูดซับทางชีวภาพ (biosorption) หมายถึง การดูดซับโลหะหนักด้วยมวลชีวภาพ ซึ่งเป็นการกระทำทางเคมี ฟิสิกส์ ที่เกิดขึ้นระหว่างโลหะหนัก/กลุ่มโลหะหนักที่มีประจุกับเซลล์จุลินทรีย์ เป็นวิธีทางชีวภาพในการควบคุมสิ่งแวดล้อม สามารถนำไปใช้เป็นทางเลือกในการบำบัดน้ำเสียปนเปื้อน มีข้อดีกว่าวิธีดั้งเดิมในด้าน ค่าใช้จ่าย ประสิทธิภาพ กากตะกอนที่เกิดจากวิธีทางเคมีชีวภาพ การเพิ่มสารอาหาร และสารดูดซับชีวภาพ (biosorbent) สามารถนำไปผ่านกระบวนการแล้วนำกลับมาใช้ใหม่ได้และโลหะยังสามารถเอาออกมาจากสารดูดซับนั้นได้
กระบวนการดูดซับทางชีวภาพเกี่ยวข้องกับวัฏภาคของของแข็ง คือ สารดูดซับที่เป็นวัสดุชีวภาพและ วัฏภาคของของเหลว (ตัวทำละลายที่ใช้โดยทั่วไปคือ น้ำ) ที่มีกลุ่มของตัวที่จะถูกดูดซับอยู่ สารซอร์เบต (sorbate) โลหะที่มีประจุ เป็นแรงดูดซับระหว่างสารดูดซับกับกลุ่มของตัวถูกดูดซับที่กระทำต่อกันและยึดติดด้วยกลไกที่แตกต่างกัน กระบวนการดูดซับจะดำเนินต่อเนื่องจนถึงจุดสมดุลระหว่างปริมาณกลุ่มโลหะที่ยึดติดกับสารดูดซับกับส่วนที่เหลืออยู่ในสารละลาย การที่มีโมเลกุลของสารที่ถูกดูดซับในสารละลายมาก แต่ไม่มีตำแหน่งหรือจุดที่จะจับกับอนุภาคของสารดูดซับเป็นการเกิดความไม่สมดุลระหว่างกระบวนการที่สร้างแรงผลักดันสำหรับกลุ่มตัวละลาย (โลหะ) โลหะหนักจะถูกดูดซับอยู่ที่ผิวของมวลชีวภาพ (biomass) ซึ่งเป็นสารดูดซับชีวภาพซึ่งมีประจุของโลหะอยู่ในสารละลาย (sorbate) จำนวนมาก การศึกษาความสมดุลระหว่างสารดูดซับชีวภาพและโลหะหนักที่อยู่ในสารละลายนั้นศึกษาได้จากความจุของสารดูดซับชีวภาพ ซึ่งสามารถอธิบายด้วย adsorption isotherm ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่างปริมาณที่ถูกดูดซับกับปริมาณที่เหลืออยู่ในสารละลายที่อุณหภูมิคงที่ ณ จุดสมดุลโดยประสิทธิภาพของการดูดซับสามารถอธิบายโดยใช้แบบจำลองของ Freundlichand และLangmuir isotherm
โลหะหนักสามารถจับกับจุลชีพหรือจุลินทรีย์ที่มีชีวิตด้วยกลไกต่างๆ กลไกที่เกี่ยวข้องกับการ ดูดซับชีวภาพนี้มีการจำแนกโดยใช้เกณฑ์ เช่น กลไกที่จัดอยู่บนพื้นฐานเมแทบอลิซึมของเซลล์ จำแนกได้เป็นกลไกที่ขึ้นและไม่ขึ้นกับกระบวนการสร้างและสลาย (metabolism) หรือกลไกที่อยู่บนพื้นฐานของกลุ่มที่ถูกดูดซับซึ่งจัดว่าเป็นการสะสมในเซลล์ต่อการตกตะกอนนอกเซลล์ (intracellular accumulation/extracellular precipitation )การสะสม การตกตะกอนบนผิวหน้าเซลล์ (cell surface sorption/precipitation) การสะสมภายในเซลล์ (intracellular accumulation) ไอออนที่ถูกดูดซับจะถูกส่งผ่านเยื่อ (membrane) เช่นเดียวกับกลไกการรับ-ส่งไอออนของโพแทสเซียม แมกนีเซียมและโซเดียมผ่าน membrane การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้นโดยการเร่งปฏิกิริยาด้วยจุลินทรีย์ เช่น การเกิดออกซิไดซ์ การรีดิวซ์ การเติม หรือ เอาออกของหมู่เมทิล โดยโลหะหนักจะยึดจับกับจุลินทรีย์ด้วยสารเชิงซ้อนนอกเซลล์ (extracellular complexation) ซึ่งAlluri และคณะ (2007) อธิบายถึงกลไกที่เกี่ยวข้องของการดูดซับโลหะนักโดยวิธีทางชีวภาพ ประกอบด้วย
1) การดูดซับทางกายภาพ (physical adsorption) เป็นการกระทำทางไฟฟ้าสถิต (electrostataticinteraction) เช่น การดูดซับทางชีวภาพของทองแดงโดยแบคทีเรีย Zooglea ramigera และสาหร่าย Chorellavulgaris
2) การแลกเปลี่ยนประจุ (ion exchange) ได้แก่ การดูดซับทางชีวภาพของทองแดงโดยรา Ganodermalucidium และ Asperigillus niger
3) การเกิดสารประกอบเชิงซ้อน (complexation) ได้แก่ การดูดซับทางชีวภาพของทองแดงโดย Zooglea ramigera และ Chorella vulgaris ที่เกิดขึ้นโดยการผ่านการดูดซับและการเกิดพันธะโคออร์ดิเนตระหว่างโลหะกับหมู่อะมิโน (amino) หรือ หมู่คาร์บอกซิล (carboxyl) ของผนังเซลล์ กลไกที่กล่าวมาแล้วนี้อาจเกิดขึ้นพร้อมๆ กันได้
3. ปัจจัยที่มีผลต่อการดูดซับโลหะหนักโดยจุลินทรีย์
กระบวนการดูดซับโลหะหนักขึ้นอยู่กับลักษณะทางเคมีของไอออนโลหะหนัก คุณสมบัติที่จำเพาะเจาะจงของผนังเซลล์จุลินทรีย์ ลักษณะทางกายภาพของเซลล์ ลักษณะทางกายภาพและเคมีของสิ่งแวดล้อม เช่น พีเอช (pH) อุณหภูมิ สายพันธุ์ของเชื้อจุลินทรีย์ ชนิดและความเข้มข้นของโลหะหนัก ระยะเวลาในการดูดซับ อายุของเซลล์ ความเข้มข้นของโลหะหนัก แรงดันออสโมติก (osmotic pressure) รังสี ก๊าซ และความกดดันเนื่องจากน้ำ (hydrostatic pressure) เป็นต้น (ทินพันธุ์ เนตรแพ, 2545, Netpae,2012, และPuranik, Chabukswar และ Paknikar, 1995)
1) พีเอช (pH)
ค่าพีเอชมีผลต่อปริมาณการดูดซับโลหะหนัก โดยทั่วไปที่สภาวะพีเอชต่ำกว่า 2 การดูดซับโลหะจะมีค่าต่ำจนถึงไม่มีการดูดซับ เนื่องจากไฮโดรเจนไอออนจะแข่งขันกับไอออนโลหะหนักในการจับเซลล์ ส่วนค่าพีเอชที่สูงกว่า 8 มีผลให้เกิดการตกตะกอนของโลหะหนักหลายชนิดในรูปสารประกอบไฮดรอกไซด์ หรือออกไซด์
2) อุณหภูมิ
อุณหภูมิมีผลต่อการดูดซับโลหะหนัก โดยจุลินทรีย์จะมีการดูดซับโลหะหนักได้ต่ำที่อุณหภูมิ (0-5 องศาเซลเซียส) อุณหภูมิที่นิยมศึกษาการดูดซับโลหะหนักโดยจุลินทรีย์ อยู่ในช่วง 25-35 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นอุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโต (ทินพันธุ์ เนตรแพ, 2545)
3) ระยะเวลาในการดูดซับ
จุลลินทรีย์แต่ละชนิดใช้ระยะเวลาในการดูดซับโลหะหนักแต่ละชนิดแตกต่างกัน เช่น ไมซีเลียมรา Streptomyces pimprina มีอัตราการดูดซับแคดเมียมสูงสุดในช่วง 10 นาทีแรก และจะคงที่เมื่อเวลาผ่านไป 60 นาที
4) อายุของเซลล์
เมตาบอไลต์บางชนิดจากเซลล์จุลินทรีย์ เช่น โพลีเมอร์หรือโปรตีนจากเซลล์สามารถลดพิษโลหะหนักที่มีอยู่ในน้ำ ดังนั้นระยะเวลาที่เหมาะสมในการเลี้ยงเชื้อจุลินทรีย์เพื่อกำจัดโลหะหนัก จึงขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่เมตาบอไลต์ที่จำเป็นของเซลล์ถูกสร้างขึ้น
5) ความเข้มข้นของโลหะหนัก
ความเข้มข้นของโลหะหนักมีผลต่อการดูดซับ จากการศึกษาการดูดซับแคดเมียม นิกเกิล พบว่าสามารถดูดซับแคดเมียมได้สูงสุด รองลงมา คือ นิกเกิล โดยดูดซับโลหะหนักได้เพิ่มขึ้นที่ความเข้มข้นของโลหะหนัก 0.01 ถึง 100 ไมโครโมลาร์ เชื้อจะดูดซับได้น้อยลง นอกจากส่งผลต่อระดับการดูดซับแล้วความเข้มข้นของโลหะหนัก ยังมีผลในการยับยั้งการหายใจและการผลิตโปรตีนของแบคทีเรีย เมื่อเพิ่มความเข้มข้น ของแคดเมียม จาก 0 ถึง 50 มิลลิกรัมต่อลิตร กิจกรรมการหายใจของแบคทีเรียจากตะกอนเร่งลดลง 65 เปอร์เซ็นต์ และเมื่อเพิ่มความเข้มข้นของแคดเมียมจาก 50 เป็น 500 มิลลิกรัมต่อลิตร กิจกรรมการหายใจ จะลดลงกว่าเดิมอีก 10 เปอร์เซ็นต์ การดูดซับแคดเมียมเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มความเข้มข้นของแคดเมียม จาก 10 ถึง 100 มิลลิกรัมต่อลิตร
6) แรงดันออสโมติก
กระบวนการออสโมติกเกิดขึ้นเมื่อความเข้มข้นของสารละลายที่อยู่ภายในเซลล์และภายนอกเซลล์ไม่เท่ากัน ทำให้เกิดแรงดันออสโมติก สารละลายที่มีแรงดันออสโมติกสูงกว่าเรียกว่า สารละลาย ไฮเพอร์ทอนิก (hypertonic solution) ส่วนสารละลายที่มีแรงดันออสโมติต่ำกว่าเรียกว่า สารละลายไฮโพทอนิก (hypotonic solution) ถ้านำเซลล์แบคทีเรียใส่ในสารละลายน้ำเกลือเข้มข้น 20 เปอร์เซ็นต์ สารละลายภายนอกเซลล์จะมีแรงดันออสโมติกสูงกว่าในเซลล์น้ำจากในเซลล์จะไหลออกสู่ภายนอกทำให้เซลล์เหี่ยว กระบวนการนี้เรียกว่า พลาสโมไลซิส (plasmolysis) ในทางตรงข้าม ถ้านำแบคทีเรียใส่ในสารละลายน้ำเกลือเข้มข้น 0.01 เปอร์เซ็นต์ น้ำจากในเซลล์จะไหลเข้าสู่เซลล์ทำให้เซลล์เต่ง กระบวนการนี้เรียกว่า พลาสมอพไทซิส (plasmoptysis) แรงดันออสโมติกที่เกิดขึ้นภายในเซลล์อันเนื่องมาจากปริมาณน้ำที่สะสมไว้อาจทำให้เซลล์บางชนิด เช่น เซลล์เม็ดเลือดแดงแตกได้ แต่แบคทีเรียมีผนังเซลล์ที่แข็งแรงจึงไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างและขนาด ดังนั้น การเลี้ยงแบคทีเรียไว้ในสภาพที่มีแรงดันออสโมติกสูง จะทำให้มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างหรือสมบัติทางสรีรวิทยาของเซลล์ เช่น อาจมีรูปร่างยาวกว่าปกติหรือรูปร่างไม่แน่นอน การเลี้ยงแบคทีเรียจึงควรคำนึงถึงแรงดันออสโมติกที่เหมาะสมด้วย
พบว่าจุลินทรีย์หลายชนิดสามารถปรับตัวให้ทนอยู่ในสภาพที่มีแรงดันออสโมติกสูงๆ ได้ จึงแบ่งจุลินทรีย์ได้หลายชนิด
6.1) พวกชอบแรงดันออสโมติกสามารถปรับตัวให้เหมาะสมกับสภาพที่มีแรงดันออสโมติกสูงๆ พร้อมทั้งเจริญและเพิ่มจำนวนด้วย เช่น ยีสต์เจริญในที่มีน้ำตาลเข้มข้น จึงเรียกว่าพวกชอบน้ำตาล (saccharophile) ได้แก่ Saccharomyces bailii, S. rouxii
6.2) พวกชอบความเข้มข้นของเกลือสูงๆ เป็นพวกจุลินทรีย์ที่อยู่ในน้ำทะเลซึ่งปกติมีความเค็ม 3.5-4 เปอร์เซ็นต์ แม้แต่ในทะเล (dead sea) ซึ่งมีความเค็มถึงร้อยละ 29 ก็ยังพบว่าแบคทีเรียเจริญอยู่ได้ คือ Halobacterium spp.
โดยทั่วไปจุลินทรีย์จะไม่สามารถเจริญเติบโตได้ในที่มีเกลือเข้มข้นร้อยละ 10-15 หรือที่มีน้ำตาลเข้มข้นร้อยละ 50-70 จึงอาศัยหลักการนี้ในการถนอมอาหารโดยการดองเค็มหรือแช่อิ่ม มีผลต่อเซลล์ของจุลินทรีย์ที่เหี่ยวและไม่สามารถเจริญเติบโตได้
7) รังสี
ถึงแม้ว่าแสงสว่างจะจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่สังเคราะห์แสงได้บางชนิด เช่น กรีนซัลเฟอร์แบคทีเรีย (green sulfur bacteria) และเพอเพิลซัลเฟอร์ (purple sulfur bacteria) แต่แบคทีเรียส่วนใหญ่จะไม่ต้องการแสง จากการทดลองใช้แผ่นกรองแสงสีต่างๆ พบว่าแสงสีแดง ส้ม เหลือง ไม่ทำอันตรายต่อแบคทีเรีย แต่แสงสีม่วงมีผลห้ามการเจริญเติบโตได้และพบว่ารังสีอัลตราไวโอเลตมีผลในการทำลายแบคทีเรียได้ รังสีที่มีผลในการทำลายจุลินทรีย์มี 2 ชนิด
7.1) รังสีที่เกิดการแตกตัวเป็นไอออน เป็นรังสีที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาการแตกตัวของไอออน โดยรังสีมีพลังงานไปดึงอิเล็กตรอนออกจากสาร ได้แก่ รังสีเอกซ์ รังสีแกมา รังสีนี้สามารถทำลายจุลินทรีย์ได้ แต่ยังไม่นิยมใช้ เนื่องจากค่าใช้จ่ายสูง
7.2) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีความยาวคลื่นสูง ได้แก่ รังสีอัลตราไวโอเลต ผลของการฉายรังสี มีผลสองประการ คือ ทำให้จุลินทรีย์ตาย ทำให้จุลินทรีย์ที่รอดตายเกิดการผ่าเหล่า (mutation) มีผลทำให้ได้เซลล์ที่มีลักษณะแตกต่างไปจากพันธุ์เดิม เช่น ต้านทานต่อแบคทีเรียโอเฟจมีความสามารถในการหมัก ความสามารถในการสังเคราะห์สารที่จำเป็นต่อการเมทาบอลิซึมเปลี่ยนไป รังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet) มีความยาวคลื่นตั้งแต่ 150-3900 อังตรอม แต่ความยาวคลื่นในช่วง 2650 อังตรอม มีประสิทธิภาพในการฆ่าแบคทีเรียได้สูงสุดโดยที่สารประกอบพวกพิวรีนและพิริมิดีนดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต ที่ 2600 อังตรอม และพวกกรดอะมิโนชนิดอโรมาติก (aromatic amino acid) เช่น ทริปโทเฟน เฟนิลอานีน ดูดซับรังสีที่ 2800 อังตรอม การดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีในสารประกอบนิวคลิโอโปรตีน ทำให้เกิดการเชื่อมระหว่างมีน 1 คู่ มีผลทำให้การอ่านรหัสพันธุกรรมผิดพลาด จึงมีผลทำให้จุลินทีรย์ตายได้ แหล่งของสารอันตราไวเลตที่สำคัญ คือ แสงจากดวงอาทิตย์ ถึงแม้รังสีช่วงคลื่นสั้นๆ จะถูกกรองไว้ที่ชั้นบรรยากาศของโลก แสงอาทิตย์ก็ยังมีความสามารถในการฆ่าจุลินทรีย์ได้ในปัจจุบันมีการประดิษฐ์หลอดที่ใช้แสงอัลตราไวโอเลต ซึ่งมีความยาวคลื่น 2600-2700 อังตรอม หลอดนี้เรียกว่า germicidal lamp หรือ U.V. lamp นิยมใช้กันมากเพื่อลดจำนวนจุลินทรีย์ในห้องผ่าตัดในโรงพยาบาล ในแห้งปฏิบัติการของโรงงานเภสัช และในโรงงานอุตสาหกรรมอาหารและนม รังสีอัลตราไวโอเลตมีความสามารถในการทะลุทะลวงต่ำ จึงสามารถใช้ฆ่าจุลินทรีย์เฉพาะที่พื้นผิววัตถุเท่านั้น
8) ก๊าซ
ก๊าซที่จำเป็นต่อการเจริญของจุลินทรีย์ คือ ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์สามารถจำแนกจุลินทรีย์ออกเป็น 3 กลุ่ม ตามความต้องการออกซิเจน
8.1) จุลินทรีย์ที่ต้องการออกซิเจนมีความต้องการออกซิเจนเพื่อใช้สร้างพลังงานเนื่องจากไม่สามารถสร้างพลังงานโดยกระบวนการหมัก จึงถือว่าเป็นพวกที่ต้องการออกซิเจนอย่างแท้จริง
8.2) จุลินทรีย์ที่เจริญในที่มีออกซิเจนหรือไม่มีก็ได้พวกนี้สามารถสร้างพลังงานได้จากกระบวนการหายใจหรือกระบวนการหมักและ ไม่จำเป็นต้องใช้ออกซิเจนในการสังเคราะห์ต่างๆ
8.3) จุลินทรีย์ที่เจริญในที่ไม่มีออกซิเจนเพราะเป็นไฮโดเจนเพอร์ออกไซด์ ซึ่งเป็นพิษ และจุลินทรีย์ไม่มีเอนไซม์คาตาเลส ได้แก่ (clostridium bacteroides)
9) ความกดดันเนื่องจากน้ำ
แบคทีเรียจากทะเลจะทนความกดดันได้ดีกว่าพวกอยู่บนบก หรืออยู่ในน้ำจืด ความกดดันอาจมีผลทำให้รูปร่างของแบคทีเรียที่เปลี่ยนไป เชื้อราบางชนิดจะสูญเสียแฟลกเจลลาบางชนิดอาจเจริญอยู่ได้แต่ไม่สามารถแบ่งตัวต่อไป
4.รา Humicola sp.
จากงานวิจัยของทินพันธุ์ เนตรแพ (2558) พบว่ารา Humicola sp. สามารถพบได้ในตะกอนดินซึ่งเมื่อเลี้ยงในอาหารเลี้ยงเชื้อพีดีเอ และทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้อง โคโลนีมีขนาด 9 เซนติเมตร ภายในเวลา 3 วัน ระยะแรกมีสีขาวอมเหลือง หลังจากนั้นเปลี่ยนเป็นสีขาวอมเขียวและสีน้ำตาลเข้มในที่สุดโดยเริ่มจากกลางโคโลนี ผิวหน้าโคโลนีและ ขอบเรียบ และฟูขึ้นมาเหนือผิวอาหารเลี้ยงเชื้อเล็กน้อย และเมื่อนำมาทำการจำแนกราทางสัณฐานวิทยาพบว่า รา สร้างเส้นใยใสไม่มีสี มีความกว้างประมาณ 3 – 4 ไมโครเมตร พบการสร้าง สปอร์ทั้งแบบ อาลูริโอโคนิเดีย (aleurioconidia) และ คลาไมโดสปอร์ (chlamydospore) โดย อาลูริโอโคนิเดีย เป็นสปอร์ที่เกิดเดี่ยว ๆ บนอาลูริโอพอร์ (aleuriophore) ที่ตั้งฉากกับเส้นใย สปอร์มีผนังหนา ผิวเรียบ มีรูปร่างกลมขนาดประมาณ 9 – 14 ไมโครเมตร รูปร่างค่อนข้างกลม เชื้อสร้าง คลาไมโดสปอร์ มีรูปกลมหรือเกือบกลมเป็นสปอร์ผนังหนาต่อกันเป็นสายสั้น ๆ จำนวน 2 – 4 สปอร์ หรือพบอยู่เดี่ยว ๆ |
| ทฤษฎี สมมุติฐาน กรอบแนวความคิด : | สมมุติฐาน
รา Humicola sp. ที่ได้มีประสิทธิภาพในการดูดซับไอออนของโลหะ สามารถนำมาใช้เป็นตัวกรองดูดซับสังกะสี และโครเมียมจากน้ำทิ้งอุตสาหกรรมชุบโลหะได้ |
| วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล : | การดำเนินการวิจัยบำบัดน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs โดยเครื่องกรองทางชีวภาพจากราที่มีประสิทธิภาพ แบ่งการดำเนินการทั้งสิ้น 3 ส่วน ดังนี้
1. ศึกษาผลของสังกะสี และโครเมียมต่อการยับยั้งการเจริญเติบโตของรา Humicola sp.
1.1 การเตรียมสปอร์ของรา
เลี้ยงราที่ได้จากข้อ 2 ในหลอดที่มีอาหารพีดีเอ วางเอียงปริมาณ 5 มิลลิลิตร ที่อุณหภูมิ ห้องเป็นเวลา 3 วัน จนเกิดสปอร์เต็มที่จึงเก็บในตู้เย็นอุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส จนกว่าจะนำมาใช้ในการศึกษาต่อไป (เพาะเลี้ยงเชื้อต่อเนื่องโดยเปลี่ยนอาหารใหม่ทุก 2 เดือน) โดยสปอร์ของราจะเตรียมโดยใช้สาร Tween 80 เข้มข้นร้อยละ 0.1 ที่ฆ่าเชื้อแล้ว 5 มิลลิลิตร ใส่ลงในหลอดสปอร์ที่มีอายุ 3 วัน ใช้เข็มเขี่ยเชื้อให้สปอร์กระจายเป็นสารแขวนลอย นับความหนาแน่นของเซลล์โดยใช้ฮีมาไซโตมิเตอร์ โดยเจือจางสปอร์ด้วยน้ำปราศจากอิออนให้สปอร์มีจำนวนอยู่ระหว่าง 106 – 107 สปอร์ต่อมิลลิลิตร ทั้งนี้เนื่องจากความหนาแน่นของสปอร์ราแต่ละชนิดมีไม่เท่ากัน
1.2 ผลของสังกะสี และโครเมียมต่อการยับยั้งการสร้างสปอร์รา
ทำการย้ายราจากข้อ3.1 จำนวนอยู่ระหว่าง 106 – 107 สปอร์ ใส่ในจานเพาะเชื้อที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อ พีดีเอ 20 มิลลิลิตรที่มีความเข้มข้นของสังกะสี และโครเมียม 0 10 25 50 100 มิลลิกรัมต่อลิตร นำไปบ่มในตู้บ่มเชื้อที่อุณหภูมิ 28 องศาเซลเซียส ระยะเวลา 3 วัน หรือจะสิ้นสุดระยะเวลาในการบ่มโดยใช้ราที่เลี้ยงในอาหารเลี้ยงเชื้อชนิดที่ไม่มีโลหะหนักอยู่เป็นกลุ่มควบคุมโดยวัดจากการที่ไมซีเลียม (mycelium) เข้าใกล้ขอบจานเพาะเชื้อ สังเกตสีของโคโลนี และความเร็วของการเกิดโคโลนีของราด้วยตาเปล่า
1.3 ผลของสังกะสี และโครเมียมต่อการยับยั้งการสร้างไมซีเลียม
ความเข้มข้นสูงสุดของสังกะสี และโครเมียมที่ยับยั้งการสร้างไมซีเลียมของราทำการย้ายราใส่ในอาหารเลี้ยงเชื้อ พีดีบี (PDB, Potato Dextrose Broth) ปริมาตร 50 มิลลิลิตร ที่มีความเข้มข้นของสังกะสี และโครเมียม 0 10 25 50 100 มิลลิกรัมต่อลิตร เข้าเครื่องเขย่าแบบหมุน 150 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 30?2 องศาเซลเซียส ระยะเวลา 3 วัน สังเกตลักษณะของไมซีเลียม และอัตราการเจริญเติบโต และนำมาชั่งน้ำหนักโดยใช้กระดาษกรองแล้วอบ หลังอบนำมาเปรียบเทียบกัน
1.4 ขั้นสรุปและวิเคราะห์ข้อมูล
วิเคราะห์ข้อมูลนับจำนวนราโดยสถิติเบื้องต้น ได้แก่ ค่าเฉลี่ย และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน
2. ศึกษาประสิทธิภาพ และสภาวะที่เหมาะสมต่อการดูดซับสังกะสี และโครเมียมโดยรา Humicola sp.
การศึกษาในส่วนนี้เป็นการศึกษาเชิงทดลอง (experimental research) เพื่อศึกษาสภาวะแวดล้อมที่มีผลต่อการเพิ่มหรือลดประสิทธิภาพการดูดซับสังกะสี และโครเมียมโดยรา Humicola sp. ดำเนินการโดย
2.1 การเตรียมชีวมวลรา
ทำการเลี้ยงรา Humicola sp. ในอาหารเลี้ยงเชื้อพีดีบี (PDB, Potato Dextrose Broth) เขย่าในเครื่องเขย่าแบบหมุนที่ 150 รอบต่อนาที อุณหภูมิ 30?2 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 72 ชั่วโมงล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนและนำชีวมวลที่ได้มากรองและแบ่งชีวมวลออกเป็น 4 กลุ่มคือ
1) ชีวมวลมีชีวิต (living biomass) โดยนำไมซีเลียมของรา Humicola sp. ที่ได้ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน ตรวจสอบการมีชีวิตของชีวมวลด้วยการทำให้เชื้อกระจายในจานเพาะเชื้อโดยใช้น้ำปราศจากไอออนเป็นตัวเจือจาง
2) ชีวมวลไม่มีชีวิตโดยใช้ความร้อน (heat treated biomass) โดยนำชีวมวลที่มีชีวิตของรา Humicola sp. เข้าหม้อนึ่งความดันไอที่ความดัน 15 ปอนด์ต่อตารางนิ้วนาน 20 นาที ทำให้แห้งในตู้อบที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมง และบดให้มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร
3) ชีวมวลไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยกรด (acid washed biomass) โดยนำชีวมวลราHumicola sp. ที่มีชีวิตแช่ด้วยสารละลายกรดไนตริกความเข้มข้นร้อยละ 10 โดยปริมาตร (v/v) เขย่าในเครื่องเขย่าแบบหมุนวนที่ 150 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 28 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน ทำให้แห้งในตู้อบที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมง และบดให้มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร
4) ชีวมวลไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยเบส (base washed biomass) ) โดยนำชีวมวลรา Humicola sp. ที่มีชีวิตแช่ด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้นร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก (w/v) เขย่าในเครื่องเขย่าแบบหมุนวนที่ 150 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 28 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน ทำให้แห้งในตู้อบที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมง และบดให้มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร
2.2 ศึกษาประสิทธิภาพการดูดซับสังกะสีและโครเมียม
1) นำชีวมวลที่ได้ทั้ง 4 กลุ่มทำการดูดซับสังกะสี และโครเมียมโดยใช้ความเข้มข้นที่ 0 1 5 10 25 50 100 และ150 มิลลิกรัมต่อลิตร เป็นเวลา 2 ชั่งโมง กรองและนำสารละลายที่กรองได้มาตรวจวัดปริมาณสังกะสี และโครเมียม
2) ศึกษากลไกการดูดซับสังกะสีและโครเมียมโดยแบบจำลองแลงเมียร์ (Langmuir model) และฟรุนดลิช (Freundlich isotherm) (Alluri et al.,2007)
2.3 สภาวะที่เหมาะสมต่อการดูดซับสังกะสี และโครเมียม โดยราHumicola sp.
1) อิทธิพลของอุณหภูมิ
ผลของอุณหภูมิต่อการดูดซับสังกะสี และโครเมียม โดยทำการเขย่ารา Humicola sp. กับสารละลายสังกะสี และโครเมียม ที่อุณหภูมิ 30 40 50 60 และ 70 องศาเซลเซียส
2) อิทธิพลของพีเอช
ศึกษาผลของพีเอชของสารละลายสังกะสี และโครเมียม ที่พีเอช 3 4 5 6 และ7 โดยใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ เมื่อต้องการปรับค่าพีเอชเป็นเบสและใช้สารละลายกรดไนตริก เมื่อต้องการปรับค่าเป็นกรด
3) อิทธิพลของเวลาในการดูดซับ
ศึกษาผลของระยะเวลาที่เหมาะสมที่ราจะสัมผัสกับสารละลายสังกะสีและโครเมียมโดยเขย่ารากับสารละลายสังกะสี และโครเมียม เป็นเวลา 30 60 90 120 150 และ180นาที
4) การนำรา Humicola sp. กลับมาใช้ใหม่
นำชีวมวลรา Humicola sp. ที่ผ่านกระบวนการดูดซับสังกะสี และโครเมียม มาล้างด้วยกรดไนตริก (HNO3) 0.1 โมลาร์ ปริมาตร 20 มิลลิลิตร เขย่าด้วยเครื่องหมุนวน ที่ 150 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 30?2 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 150 นาที หลังจากนั้นทำการกรองชีวมวลออก และนำสารละลายที่ได้ไปทำการตรวจวัดปริมาณสังกะสีและโครเมียม
2.4 การตรวจวัดสังกะสี และโครเมียม
ทำการวิเคราะห์ปริมาณสังกะสี และโครเมียม จากข้อ 1 ถึง 4 โดยใช้เครื่องอะตอมมิคแอบซอบชั่นสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (atomic absorption spectrophotometer) ยี่ห้อ Perkin Elmer รุ่น PinAAcle 900T
2.5 ขั้นสรุปและวิเคราะห์ข้อมูล
สถิติที่ใช้ในการวิเคราะห์ ได้แก่ ค่าเฉลี่ย และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน โดยการเปรียบเทียบค่าเฉลี่ยของปริมาณการดูดซับสังกะสี และโครเมียม ระหว่างชีวมวลมีชีวิต ชีวมวลไม่มีชีวิตด้วยความร้อนแห้ง ชีวมวลไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยกรด และชีวมวลไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยเบส จะใช้โปรแกรมสำเร็จรูป SPSS (Statistical Package for the Social Science) โดยวิธีทางสถิติ คือการวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบทางเดียว (one-way analysis of variance หรือ ANOVA)และ Post Hoc. duncan test (P<0.05) |
| คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) : | ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเน้นความสนใจในการใช้จุลินทรีย์ทั้ง แบคทีเรีย ยีสต์ รา และสาหร่าย มาใช้ในการบำบัดโลหะหนักที่ปนเปื้อนในน้ำทิ้งมากขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากวิธีการทางชีวภาพ ไม่ส่งผลต่อสภาพแวดล้อม และมีประสิทธิภาพดีกว่าวิธีการอื่นๆ จากการศึกษาพบว่า รา Humicola sp. ที่ได้มาจากตะกอนดินห้วยแม่ตาว อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก ที่ใกล้เคียงกับเหมืองสังกะสี มีความทนทานต่อแคดเมียม และมีประสิทธิภาพในการดูดซับแคดเมียมในน้ำสังเคราะห์ ได้อย่างมีประสิทธิภาพแต่จากงานวิจัยดังกล่าว ยังขาดการศึกษาประสิทธิภาพของรา Humicola sp. ต่อการดูดซับโลหะหนักชนิดอื่นที่ปล่อยมลพิษโดยตรง ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมุ่งสร้างเครื่องกรองชีวภาพจากรา Humicola sp. มาบำบัดน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs ที่มีอยู่มาก และกระจายเกือบทุกจังหวัดในประเทศไทย เพื่อลดต้นทุนในการบำบัดน้ำ รวมทั้งลดปัญหาจากการบำบัดโดยใช้สารเคมี |
| จำนวนเข้าชมโครงการ : | 3593 ครั้ง |