การฟื้นฟูคุณภาพสิ่งแวดล้อมโดยชีววิธี

Bioremediation

                การฟื้นฟูทางชีวภาพ (bioremediation)

     หมายถึง การฟื้นฟูสภาพสิ่งแวดล้อมที่มีการปนเปื้อนของสารพิษต่าง ๆ โดยวิธีชีวภาพ เป็นกระบวนการนำจุลินทรีย์มาใช้ในการป้องกัน กำจัดหรือลดปริมาณสารมลพิษทั้งที่เป็นสารอินทรีย์และสาร   อนินทรีย์ซึ่งปนเปื้อนอยู่ในสิ่งแวดล้อม

การย่อยสลายทางชีวภาพ (biodegradation)

หมายถึง วิธีการรีไซเคิลของเสียจากธรรมชาติหรือย่อยสลายสารอินทรีย์ด้วยกิจกรรมของจุลินทรีย์ไปเป็นโมเลกุลที่เล็กลงหรือเปลี่ยนไปเป็นสารอาหารที่สิ่งมีชีวิตอื่น ๆ สามารถนำไปใช้ได้

 co-metabolism

                   หมายถึง ความหลากหลายของการย่อยสลายทางชีวภาพซึ่งจุลินทรีย์เปลี่ยนโครงสร้างของสารปนเปื้อนแม้ว่าสารปนเปื้อนจะไม่สามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับการเจริญเติบโตของสิ่งมีชีวิต ในการย่อยสลายสารปนเปื้อนจุลินทรีย์จำเป็นต้องมีสารประกอบอื่น ๆ (สารตั้งต้นหลัก) ที่สามารถรองรับการเติบโตของพวกมันได้

 o   พื้นที่ปนเปื้อน (contaminated site)

หมายถึง พื้นที่ปนเปื้อนที่ไม่ได้ดำเนินการทำความ สะอาดตามมาตรฐานหรือระดับของการปนเปื้อนที่สถานที่นั้นมีค่าสูงกว่ามาตรฐานที่กำหนด

 การฟื้นฟูน้ำใต้ดิน (groundwater remediation)

     หมายถึง การลดหรือกำจัดสิ่งอันเป็นมลพิษที่ปนเปื้อนในน้ำใต้ดินในบริเวณสถานีบริการน้ำมันเชื้อเพลิง และ/หรือพื้นที่รอบข้าง เพื่อป้องกันไม่ให้การปนเปื้อนนั้นก่ออันตรายต่อสุขภาพอนามัยของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม

 โลหะหนัก (heavy metals)

                   หมายถึง กลุ่มโลหะที่มีความเป็นพิษแบบสะสมและมีค่าความถ่วงจำเพาะมากกว่า 4 หน่วย ได้แก่ ทองแดง นิกเกิล สังกะสีโครเมียม แคดเมียม ปรอท ตะกั่ว และอาร์เซนิก

                 intrinsic bioremediation

     หมายถึง ประเภทของการบำบัดทางชีวภาพที่สามารถเกิดโดยกิจกรรมของจุลินทรีย์ตามธรรมชาติเพื่อลดการปนเปื้อนโดยไม่ต้องทำตามขั้นตอนทางวิศวกรรมเพื่อปรับปรุงกระบวนการ

สารปิโตรเลียมไฮโดรคาร์บอน (petroleum hydrocarbon)

                   หมายถึง สารประกอบอินทรีย์ที่มีองค์ประกอบของคาร์บอนและไฮโดรเจน ซึ่งพบได้ในน้ำมันปิโตรเลียมหรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมที่มีจำหน่ายในสถานีบริการน้ำมันเชื้อเพลิง

              สารมลพิษที่ตกค้างยาวนาน (persistent organic pollutants) หรือสาร POPs

                   หมายถึง สารประกอบเคมีที่มีคาร์บอน และธาตุในหมู่ฮาร์โลเจน (halogen) เป็นองค์ประกอบ เช่น คลอรีน (chlorine), ฟลูออร์รีน (fluorine), โบรมีน (bromine) และไอโอดีน (iodine)

            การฟื้นฟูดิน (soil remediation)

     หมายถึง การกำจัดสิ่งอันเป็นมลพิษหรือสิ่งปนเปื้อนในมวลดินในบริเวณสถานีบริการน้ำมันเชื้อเพลิง และ/หรือพื้นที่รอบข้าง เพื่อป้องกันไม่ให้เป็นอันตรายต่อสุขภาพอนามัยของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม

ไตรคลอโรเอทีลีน (trichloroethylene)

หมายถึง ตัวทำละลายที่เป็นของเหลวใส ไม่มีสี กลิ่นคล้ายอีเทอร์และคลอโรฟอร์ม คุณสมบัติที่สามารถละลายไขมันได้ดีจึงเหมาะกับงานทำความสะอาดคราบไขมัน เช่น ทำความสะอาดผิวโลหะในชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ และอุตสาหกรรมซักแห้ง นอกจากนั้นยังใช้ผสมสีและกาว น้ำยาลบคำผิดและหมึกด้วย     

           สารอินทรีย์ระเหยง่าย (volatile organic compounds, VOCs)

                   หมายถึง สารประกอบอินทรีย์ที่มีคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลักซึ่งมีจุดเดือดอยู่ระหว่าง 50-260 องศาเซลเซียส โดยปกติสาร VOCs จะอยู่ในรูปของก๊าซหรือไอ

 

                                เทคโนโลยีดั้งเดิมที่ใช้ในการบำบัดสารพิษหรือฟื้นฟูพื้นที่ปนเปื้อน มักทำโดยการขุดเอาดินที่มีสารมลพิษปนเปื้อนออกจากพื้นที่นั้น แล้วนำไปเผาหรือฝังกลบในพื้นที่อื่น หรืออาจทำโดยใช้วิธีการทางเคมีโดยการใส่สารเพื่อตรึงหรือจับสารมลพิษให้อยู่กับที่ ลดการแพร่กระจายไปยังแหล่งที่อื่น ซึ่งวิธีการทางด้านกายภาพและเคมีดังกล่าว มีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของสารมลพิษระหว่างการขนย้ายเพื่อไปบำบัดต่อ หรือสารเคมีที่ใช้ในการบำบัด อาจตกค้างในตัวกลางทางสิ่งแวดล้อมได้

 

           เทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพ (bioremediation technology) เป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่ใช้กระบวนการย่อยสลายทางธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต ได้แก่ จุลินทรีย์ พืช หรือวัสดุชีวภาพในการบำบัดสารปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม และเป็นเทคโนโลยีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ใช้งบประมาณในการดำเนินการน้อย ทำให้เป็นที่ยอมรับของสาธารณชน ในกรณีที่จะประยุกต์ใช้เทคโนโลยีดังกล่าวในพื้นที่จริง สารก่อมลพิษที่สามารถกำจัดได้ด้วยกระบวนการทางชีวภาพนั้นมีหลายชนิด เช่น น้ำมันและผลิตภัณฑ์ polycyclic aromatic hydrocarbons (PCB) และ trichloroethylene (TCE) (รูปที่ 7.1) ซึ่งสารเหล่านี้มีผลกระทบต่อสุขภาพของมนุษย์และสิ่งแวดล้อม ส่วนโลหะหนักแม้ว่าจะไม่สามารถถูกย่อยได้โดยจุลินทรีย์ แต่จุลินทรีย์ก็สามารถเปลี่ยนรูปและทำให้ความเป็นพิษของโลหะหนักลดลงได้ ดังนั้นจึงมีการประยุกต์ใช้กระบวนการทางชีวภาพในการลดความเป็นพิษของโลหะหนักเช่นเดียวกัน สำหรับการเลือกใช้การกำจัดสารมลพิษด้วยกระบวนการชีวภาพมีเหตุผลหลักมาจากต้นทุนค่าใช้จ่าย เนื่องจากค่าใช้จ่ายในการบวนการนี้จะน้อยกว่าเทคโนโลยีอื่น ๆ ทั้งยังได้รับการยอมรับจากสาธารณชนอีกด้วย

รูปที่ 1 กระบวนการ cometabolism ในการย่อยสลาย TCE ด้วยจุลินทรีย์

ที่มา: Kumar et al. (2018)

 

ประเภทเทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพ

 

 

 

                    1. การฟื้นฟู ณ ที่ปนเปื้อน (in situ bioremediation)

          เป็นเทคโนโลยีการฟื้นฟูโดยการบำบัดสารเคมีที่ปนเปื้อนในพื้นที่โดยไม่มีการเคลื่อนย้ายตัวกลางไปที่อื่น ซึ่งมีค่าใช้จ่ายน้อย และระบบของจุลินทรีย์ประจำถิ่น (indigenous microflora) ถูกรบกวนน้อยอีกด้วย แต่ก็มีข้อจำกัดคือ บางปัจจัยไม่สามารถความคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพ กล่าวคือ อัตราการย่อยสลายสารมลพิษมักจะถูกจำกัดด้วยความลึกของดินที่ปนเปื้อนสารก่อมลพิษ ซึ่งอาจจะทำให้จุลินทรีย์ที่ต้องการอากาศ ไม่สามารถทำหน้าที่ในการย่อยสลายสารมลพิษได้อย่างเต็มที่

         2. การฟื้นฟูนอกพื้นที่โดยวิธีทางชีวภาพ (ex situ bioremediation) 

          เป็นเทคโนโลยีการฟื้นฟูโดยการเคลื่อนย้ายตัวกลางที่ปนเปื้อนไปบำบัดหรือกำจัดต่อในสถานที่อื่น ๆ โดยการตัก (excavation) ดินที่ปนเปื้อนออกไปนอกพื้นที่ ซึ่งสามารถควบคุมปัจจัยต่าง ๆ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่ก็มีข้อจำกัดคือค่าใช้จ่ายที่เพิ่มสูงขึ้น เนื่องจากต้องมีการขนย้าย (handling)  และในการขนย้ายจะต้องป้องกันไม่ให้สารก่อมลพิษแพร่กระจายสู่สิ่งแวดล้อม

เอกสารอ้างอิง

Jampasri K., Saeng-ngam S., Larpkern P., Jantasorn A. & Kruatrachue M. (2021). Phytoremediation potential of Chromolaena odorata, Impatiens patula, and Gynura pseudochina grown in cadmium-polluted soils. International Journal of Phytoremediation. 1-6. DOI: 10.1080/15226514.2021.1876626.

Jampasri K., Pokethitiyook P., Poolpak T., Kruatrachue M., Ounjai P. & Kumsopa A. (2020).   Bacteria-assisted phytoremediation of fuel oil and lead co-contaminated soil in the   salt-stressed condition by Chromolaena odorata and Micrococcus luteus.   International Journal of Phytoremediation. 22(3): 322–333.

Jampasri K. and Saeng-ngam S. (2019). Phytoremediation and accumulation of cadmium from          contaminated saline soils by vetiver grass. Environmental Control in Biology. 57(3):          61–67.

Jampasri K. and Saeng-ngam S. (2017b). Phytoremediation of heavy metal and total petroleum hydrocarbon co-contaminated soil under salinity condition. Srinakharinwirot Science Journal. 33(2): 229–246.

Jampasri K., Sittiwongpeng K. & Raknak K. (2017a). Effect of salinity on the growth and cadmium accumulation of Vetiveria nemoralis. Environment and Natural Resources Journal. 15(2): 62–70.

Jampasri K., Pokethitiyook P., Kruatrachue M., Ounjai P. & Kumsopa A. (2016). Phytoremediation of fuel oil and lead co-contaminated soil by Chromolaena odorata in associates with Micrococcus luteus. International Journal of Phytoremediation.  18(10): 994–1001.

Jin Y., Luan Y., Ning Y. & Wang L. (2018). Effects and mechanisms of microbial remediation of

         heavy metals in soil: A critical review. Applied Sciences. 8(8): 1336. 1–17.

Jianxu W., Xinbin F., Christopher W. N. A., Ying X. & Lihai S. (2012). Remediation of mercury           contaminated sites-a review. Journal of Hazardous Materials. 221–222: 1–18.

Jing Y. X., Yan J. L., He H. D., Yang D. J., Xiao L., Zhong T., Yuan M., Cai X. D. & Li S. B. (2014).

          Characterization of bacteria in the rhizosphere soils of Polygonum pubescens and their potential in promoting growth and Cd, Pb, Zn uptake by Brassica napus.          International Journal of Phytoremediation. 16: 321–333.

Kalve S., Sarangi B. K., Pandey R. A. & Chakrabarti T. (2011). Arsenic and chromium hyperaccumulation by an ecotype of Pteris vittata-prospective for phytoextraction     from contaminated water and soil. Current Science. 100: 888–894.

Koptsik G. N. (2014). Problems and prospects concerning the phytoremediation of heavy   metal polluted soils: a review. Eurasian Soil Science. 47: 923–939.

Kumar V., Shahi S. K. & Singh S. (2018). Bioremediation: An Eco-sustainable Approach for    Restoration of Contaminated Sites. In: Chandra R., Dubey N. K. & Kumar V. (eds.),   Microbial Bioprospecting for Sustainable Development. Publisher: Springer, 115–136.