Home  >  บทความน่ารู้
 

เทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพ (Bioremediation Technology)

ผศ.ดร. อัจฉราพร ขำโสภา
คณะสิ่งแวดล้อมและทรัพยากรศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล

           ผลกระทบจากการใช้ประโยชน์จากทรัพยากรที่ขาดการจัดการที่เหมาะสม การใช้สารเคมีในกระบวนการผลิต ในภาคอุตสาหกรรม และการเกษตรที่ขาดความระมัดระวังย่อมก่อให้เกิดการทำลายทรัพยากรและสิ่งแวดล้อม ทำให้สภาพแวดล้อมเสื่อมโทรม มีการปนเปื้อนของสารเคมีในดิน น้ำ และอากาศ เมื่อมีสารเคมีสะสมในปริมาณที่สูงขึ้นย่อมส่งผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต รวมทั้งสุขภาพของมนุษย์

           เทคโนโลยีดั้งเดิมที่ใช้ในการบำบัดสารพิษหรือฟื้นฟูพื้นที่ที่ปนเปื้อน มักทำโดยการขุดเอาดินที่มีการปนเปื้อนออกจากพื้นที่นั้น แล้วนำไปเผาหรือฝังกลบในพื้นที่อื่น หรืออาจทำโดยใช้วิธีการทางเคมีโดยการใส่สารเพื่อตรึงหรือจับสารให้อยู่กับที่ ลดการแพร่กระจายไปที่อื่น ซึ่งวิธีการทางด้านกายภาพและเคมีดังกล่าว มีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของสารระหว่างการขนย้ายเพื่อไปบำบัดต่อ หรือสารเคมีที่ใช้ในการบำบัด อาจตกค้างในสิ่งแวดล้อมได้

           เทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมอย่างกว้างขวางในปัจจุบัน เนื่องจากเป็นเทคโนโลยี ที่ใช้กระบวนการย่อยสลายทางธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต ได้แก่ จุลินทรีย์ พืช หรือวัสดุชีวภาพในการบำบัดสารปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อม และด้วยความที่เป็นเทคโนโลยีที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ใช้งบประมาณในการดำเนินการน้อย ทำให้เป็นที่ยอมรับของสาธารณชน ในกรณีที่จะประยุกต์ใช้เทคโนโลยีดังกล่าวในพื้นที่จริง

เทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ
  1. Ex situ Technology เป็นเทคโนโลยีการฟื้นฟูโดยการเคลื่อนย้ายตัวกลางที่ปนเปื้อนไปบำบัดหรือกำจัดต่อในสถานที่อื่น
  2. In situ Technology เป็นเทคโนโลยีการฟื้นฟูโดยการบำบัดสารเคมีที่ปนเปื้อนในพื้นที่โดยไม่มีการเคลื่อนย้ายตัวกลางไปที่อื่น

นอกจากนี้เทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพสามารถแบ่งออกได้ตามลักษณะของเทคโนโลยีที่ใช้ดังนี้

  1. Bioaugmentation เป็นเทคโนโลยีการฟื้นฟูที่มีการเติมจุลินทรีย์ลงไปในตัวกลางที่มีการปนเปื้อนสารเคมี เช่น ดิน น้ำ หรือดินตะกอน จุลินทรีย์ที่เติมลงไปอาจเป็นจุลินทรีย์สายพันธุ์ที่มีใน พื้นที่นั้น (indigenous) หรืออาจเป็นจุลินทรีย์สายพันธุ์ต่างถิ่น (exogenous) ก็ได้ โดยจุลินทรีย์ที่เติมลงไปนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของกระบวนการย่อยสลายสารปนเปื้อนในพื้นที่นั้น
  2. Bioventing เป็นเทคโนโลยีที่ดำเนินการในพื้นที่ (In situ) โดยการเติมอากาศและ/หรือสารอาหารลงไปในระบบ ซึ่งการเติมอากาศของ bioventing จะเป็นการเติมในอัตราที่ช้าไม่มีการเพิ่มแรงดัน เพื่อเป็นการกระตุ้นการเจริญเติบโตและกระบวนการย่อยสลายของจุลินทรีย์ในพื้นที่ (indigenous microorganisms) และป้องกันการระเหย (volatilization) ของสารปนเปื้อนที่ต้องการกำจัดออกสู่บรรยากาศ
  3. Biosparging เป็นการเติมอากาศเข้าสู่ระบบภายใต้สภาวะที่มีแรงดันเพื่อเพิ่มปริมาณออกซิเจนในชั้นน้ำใต้ดิน (saturated zone) ซึ่งจะส่งผลให้อัตราการย่อยสลายทางชีวภาพเพิ่มขึ้น
  4. Landfarming ดินที่ปนเปื้อนที่ถูกขุดขึ้นมาจะถูกนำมาแผ่ลงบนพื้นที่ที่เตรียมไว้และมีการกลับกองดินเป็นระยะๆ เพื่อเพิ่มออกซิเจนให้กับระบบ ส่งผลให้อัตราการย่อยสลายเพิ่มขึ้น
  5. Composting เป็นเทคโนโลยีที่ใช้บำบัดสารปนเปื้อนในดิน โดยนำดินที่ปนเปื้อนผสมกับอินทรีย์วัตถุในอัตราส่วนที่เหมาะสม เช่น มูลสัตว์ ของเหลือทิ้งจากกระบวนการทางการเกษตร เป็นต้น วัตถุอินทรีย์ที่เติมลงไปจะช่วยกระตุ้นการเจริญเติบโตของประชากรจุลินทรีย์ ทำให้อุณหภูมิของระบบสูงขึ้น ซึ่งจะเป็นปัจจัยกระตุ้นให้อัตราการย่อยสลายเพิ่มขึ้นด้วย
  6. Bioreactor เป็นถังปฏิกรณ์ที่ใช้สำหรับบำบัดดิน น้ำ ดินตะกอน กากตะกอนจากกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมหรือจากระบบบำบัดต่างๆ ตัวกลางที่ปนเปื้อนจะถูกนำมาใส่ในถังปฏิกรณ์ ซึ่งอาจมีการเติมออกซิเจน สารอาหารต่างๆ จุลินทรีย์ หรืออาจมีการปรับสภาวะต่างๆ เช่น อุณหภูมิ ความเป็นกรดเป็นด่าง ให้เหมาะสมเพื่อให้กระบวนการย่อยสลายในถังปฏิกรณ์เกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ

           เทคโนโลยีการฟื้นฟูดังกล่าวข้างต้น เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กระบวนการย่อยสลายของจุลินทรีย์ ซึ่งอาจเกิดขึ้นในสภาวะที่มีออกซิเจน หรือไม่มีออกซิเจนก็ได้ ดังนั้น ปัจจัยต่างๆ ที่มีผลต่อการเจริญเติบโต หรือมีผลต่อเมตาบอลิซึมของจุลินทรีย์ ย่อมส่งผลต่อประสิทธิภาพของเทคโนโลยีการฟื้นฟูนั้นด้วย

ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อประสิทธิภาพของเทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพได้แก่

  1. จุลินทรีย์ คุณสมบัติของจุลินทรีย์ เช่น อัตราการเจริญเติบโต การกลายพันธุ์ การผลิตเอนไซม์ที่ใช้ในกระบวนการย่อยสลาย ปริมาณจุลินทรีย์ในพื้นที่ จะส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของการย่อยสลาย
  2. สภาพแวดล้อม ได้แก่ สารอาหาร อุณหภูมิ ความเป็นกรดเป็นด่าง ความเข้มของแสง ปริมาณออกซิเจนที่มีผล ต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ ย่อมส่งผลต่อประสิทธิภาพของกระบวนการย่อยสลายด้วย
  3. ลักษณะของสารที่ปนเปื้อน ได้แก่ ประเภท ปริมาณหรือระดับความเข้มข้นของสาร คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของสารนั้น ซึ่งสารใดที่ถูกย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้ดี แสดงว่า สารนั้นมี bioavailability สูง จุลินทรีย์สามารถนำสารนั้นเข้าสู่เซลล์ และ เกิดกระบวนการย่อยสลายได้ง่าย

           ถึงแม้ว่าเทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพจะส่งผลดีต่อสิ่งแวดล้อม แต่ก็มีข้อจำกัดหลายประการ ซึ่งสามารถสรุปเปรียบเทียบข้อดีและข้อจำกัด ของเทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพได้ดังตารางที่ 1

           ตารางที่ 1 เปรียบเทียบข้อดี-ข้อจำกัดของเทคโนโลยีการฟื้นฟูทางชีวภาพ

ข้อดี

ข้อจำกัด

  1. เป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
  2. สามารถประยุกต์ใช้ได้กับทั้งสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์
  3. กระบวนการย่อยสลายสามารถเกิดขึ้นได้อย่างสมบูรณ์ ไม่เกิดผลกระทบตกค้างในสิ่งแวดล้อม
  4. สามารถทำการฟื้นฟูในพื้นที่จริงได้
  5. ใช้ค่าใช่จ่ายน้อย
  6. เป็นที่ยอมรับของสาธารณชน
  1. กระบวนการย่อยสลายทางชีวภาพไม่สามารถเกิดขึ้นได้ กับสารทุกชนิด
  2. สารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการย่อยสลาย อาจเป็นพิษต่อจุลินทรีย์ได้
  3. ต้องการสภาวะที่เหมาะสมต่อการเกิดกระบวนการย่อยสลาย ซึ่งเป้นลักษณะที่ค่อนข้างมีความจำเพาะเจาะจงสูง
  4. ใช้เวลานาน

           นอกจากจุลินทรีย์ที่มีบทบาทสำคัญในการบำบัดและฟื้นฟูสภาพแวดล้อมแล้ว การใช้พืชนับเป็นเทคโนโลยีทางเลือกอีกวิธีหนึ่ง ที่สามารถ ใช้ลดปริมาณการปนเปื้อนของสารต่างๆ ในสิ่งแวดล้อมได้ ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้ได้รับความนิยมและมีการศึกษาวิจัยกันอย่างกว้างขวาง Phytoremediation Technology หรือ เทคโนโลยีการใช้พืชเพื่อฟื้นฟูสภาพแวดล้อม สามารถใช้ได้ทั้งในดิน แหล่งน้ำ กากตะกอนจากกระบวนการผลิต หรือระบบบำบัด สามารถแบ่งเทคโนโลยีการฟื้นฟูโดยใช้พืชออกได้ดังนี้

  1. Phytoextraction และ Phytoaccumulation เป็นกระบวนการที่พืชนำเอาสารที่ปนเปื้อนเข้าสู่ส่วนต่างๆของพืช และเก็บสะสมไว้ตามส่วนต่างๆ ของพืชได้แก่ ราก ลำต้น ใบ ดอก หรือผล ขึ้นอยู่กับชนิดพืชและคุณสมบัติของสารชนิดนั้น ในกระบวนการนี้พืชที่มีมวล (biomass) มากจะทำให้การสะสมสารปนเปื้อนในส่วนต่างๆของพืชได้มากขึ้น ส่งผลทำให้ ลดปริมาณการปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมลดลง พืชที่ใช้ในกระบวนการฟื้นฟูจะถูกนำไปบำบัดต่อโดยวิธีการที่เหมาะสม เช่น เผาหรือฝังกลบ และถ้าหากมีปริมาณมากพอ อาจนำส่วนต่างๆ ของพืชไปสกัดสารปนเปื้อนออกมา และนำไปใช้ประโยชน์ใหม่ (recycle) ได้อีก
  2. Phytodegradation สารที่ผ่านกระบวนการนี้ส่วนใหญ่จะเป็นสารอินทรีย์ซึ่งสามารถย่อยสลายได้ กระบวนการย่อยสลาย จะเกิดขึ้น โดยกระบวนการเมตาบอลิซึมภายในต้นพืชเอง โดยพืชแต่ละชนิดจะมีกลไกการกำจัดสารที่แตกต่างกัน
  3. Phytostabilization คือ การที่พืชมีกลไกบางอย่างที่ช่วยลดการเคลื่อนที่ของสารในตัวกลาง ทำให้จำกัดขอบเขต การแพร่กระจายของสารในพื้นที่ลง พืชจะทำหน้าที่ตรึงสารที่ปนเปื้อนไว้ที่รากพืชหรืออาจปล่อยสารบางชนิดที่ช่วยจับสารและตรึงไว้กับอนุภาคดิน
  4. Rhizodegradation สารที่ปนเปื้อนจะถูกย่อยสลายโดยกระบวนการร่วมกันของพืชกับจุลินทรีย์บริเวณรอบรากพืช (rhizosphere metabolism)

           เทคโนโลยีการฟื้นฟูโดยใช้พืชเหมาะสมที่จะใช้กับพื้นที่ที่มีการปนเปื้อนเป็นบริเวณกว้าง ปริมาณ หรือ ระดับความเข้มข้นของสารที่ปนเปื้อน เป็นปัจจัยจำกัดปัจจัยหนึ่ง ซึ่งหากพื้นที่ที่ปนเปื้อนมีระดับการปนเปื้อนที่ค่อนข้างสูง อาจส่งผลกระทบต่อพืชได้ เช่น พืชมีอัตราการเจริญเติบโตที่ลดลง และอาจต้องใช้ระยะเวลาในการฟื้นฟูที่นานขึ้น นอกจากนี้ การเลือกชนิดพืชที่ใช้ในการฟื้นฟู นับว่า มีส่วนสำคัญอย่างยิ่ง และไม่ควรเลือกพืชที่ใช้ในการบริโภค หรือเป็นพืชที่อยู่ในห่วงโซ่อาหาร

           โดยสรุป การนำเทคโนโลยีการฟื้นฟูสิ่งแวดล้อมโดยวิธีทางชีวภาพ เป็นเทคโนโลยีที่สามารถลดการปนเปื้อนสารพิษในสิ่งแวดล้อมได้ แต่เนื่องจากวิธีการต่างๆ ค่อนข้างมีความจำเพาะเจาะจงกับลักษณะของพื้นที่และสารที่ปนเปื้อน การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการฟื้นฟูให้มีประสิทธิภาพสูงสุด จึงต้องคำนึงถึงปัจจัยต่างๆได้แก่ ชนิดและปริมาณของจุลินทรีย์ ชนิดพืช ลักษณะของพื้นที่ที่ปนเปื้อน และประเภทของสารที่ต้องการกำจัด

 

เอกสารอ้างอิง

  • Vidali.M 2001. Bioremediation. An Overview. Pure Appl Chem, vol. 73, No 7, pp 1163-1172.
  • Baker KH. And Herson DS. 1994. Introduction and overview of bioremediation. In Bioremediation. Edited by Katherine H. Baker and Diane S.Herson. McGraw-Hill, New York, pp 1-7.
  • Boopathy.R 2000. Factors limiting bioremediation technologies: Review. Bioresource Technology, 74. pp 63-67.


Posted on Sep. 11, 2009