Cover_nologo (8)

บำบัดน้ำเสีย โดยใช้ธรรมชาติ ช่วยธรรมชาติ

การพัฒนาเทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสีย เป็นสิ่งสำคัญที่จะช่วยป้องกันทรัพยากรโลกไม่ให้ถูกทำลายจากของเสียและสารปนเปื้อนต่างๆ บทความนี้เล่าถึงนวัตกรรมบำบัดน้ำทิ้งสีย้อมจากกระบวนการย้อมสีเส้นด้ายฝ้ายโดยเลือกใช้วัสดุจากธรรมชาติคือไคโตซานเพื่อจับและตกตะกอนสีย้อมธรรมชาติและเป็นแนวทางสำหรับนำไปใช้ตกตะกอนสีย้อมเคมีได้อีกด้วย แต่ตัวจับตะกอน ตกตะกอนต้องทำอย่างไรบ้าง สามารถติดตามอ่านได้จากบทความนี้….

ความสำคัญและที่มาของปัญหา

ในกระบวนการย้อมสีเส้นใยธรรมชาติโดยใช้สีย้อมจากธรรมชาติ (natural dye) มีข้อจำกัดในเรื่อง ของคุณภาพสีย้อมที่ยึดติดบนเส้นใยธรรมชาติได้ไม่คงทน ทำให้มีปริมาณสีย้อมหลงเหลือในน้ำทิ้งจำนวนมาก โรงงานสิ่งทอส่วนใหญ่จึงเลือกใช้สีสังเคราะห์ (synthetic dye) แทนสีธรรมชาติ ซึ่งการย้อมทำได้ง่าย รวดเร็ว มีคุณภาพการย้อมติดสีที่ดีกว่า และสีติดคงทนกว่า แต่อย่างไรก็ตามการใช้สีสังเคราะห์ก็นำมาซึ่งปัญหาเรื่อง มลพิษทางสิ่งแวดล้อมอันเนื่องมาจากสารเคมีที่ปนเปื้อนน้ำทิ้งซึ่งเป็นปัญหาที่สำคัญของอุตสาหกรรม

กลุ่มผู้ประกอบการโรงย้อมสีที่มีการใช้สีจากธรรมชาติย้อมเส้นใยธรรมชาติ (เช่น ฝ้าย ลินิน กัญชง ไหม หรือ ขนสัตว์) โดยเฉพาะผ้าฝ้าย ยังคงเป็นที่นิยมในกลุ่มผู้บริโภคแนวอนุรักษ์นิยม เนื่องจากเป็นสิ่งทอให้สี นุ่มนวล ไม่ฉูดฉาด เป็นที่ต้องการของตลาดทั้งในและต่างประเทศ และเพื่อเป็นการช่วยลดปัญหาน้ำเสียจากกระบวนการย้อมการบำบัดสีย้อมในน้ำเสียจึงจำเป็นต้องอาศัยเทคโนโลยีที่มีประสิทธิภาพ เพื่อให้สามารถตกตะกอนหรือกำจัดอนุภาคสีย้อมจากระบบให้ได้มากที่สุด และ สามารถนำตะกอนสีย้อมมาใช้ประโยชน์ได้ รวมถึงคุณภาพน้ำหลังการบำบัดที่มีความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมซึ่งเป็นรูปแบบการบำบัดที่เรียกว่า zero waste

วัตถุประสงค์และวิธีดำเนินการวิจัย

สำหรับงานวิจัยนี้ เป็นการนำเสนอแนวทางการวิจัยเพื่อช่วยปรับปรุงคุณภาพน้ำทิ้งจากกระบวนการย้อมโดยการนำเทคนิคเอ็นแคปซูเลชั่น*มาใช้ในการจับสีย้อมในน้ำเสียไว้และตกตะกอนแยกออกมา ซึ่งเป็นการช่วยลดมลภาวะจากกระบวนการย้อมสีเส้นใยธรรมชาติ

*เทคนิคเอ็นแคปซูเลชั่นเป็นกระบวนการในการห่อหุ้มบรรจุสารสำคัญโมเลกุลเล็กไว้ในโครงสร้างสารโมเลกุลใหญ่ ด้วยวัตถุประสงค์เพื่อการกักเก็บ ปกป้อง หรือควบคุม การปลดปล่อยสารสำคัญ โดยมีกลุ่มสารโมเลกุลใหญ่ที่นิยมใช้เป็นแคปซูล เช่น พอลิเมอร์ และพอลิแซคคาไรด์ เป็นต้น

ขั้นตอนการวิจัย ประกอบด้วย

– การสำรวจสถานภาพการใช้สีย้อมในวิสาหกิจชุมชนโรงย้อมผ้า ภายใต้โครงการพัฒนาดอยตุง
(พื้นที่ทรงงาน) อันเนื่องมาจากพระราชดำริ มูลนิธิแม่ฟ้าหลวง จังหวัดเชียงราย

– การเตรียมไคโตซานนาโนคอมพอสิตสูตรต่าง ๆ โดยการปรับเปลี่ยนสัดส่วนของไคโตซานและอนุภาคนาโนแคลเซียมคาร์บอเนต(NCC )ที่มีขนาดอนุภาคในช่วง 30-70 นาโนเมตร รูปทรงผลึกเป็นลูกบาศก์ ทั้งนี้อนุภาคที่มีขนาดเล็กและมีพื้นที่ผิวสูงของ NCC ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวเร่งการตกตะกอน (flocculants) ของสารที่แขวนลอย จึงส่งผลให้การกำจัดสีย้อมด้วยวิธีการตกตะกอนมีประสิทธิภาพมากขึ้น และไคโตซานที่ใช้ในการทดลองนี้ ได้จากเปลือกกุ้งเป็นเกรดที่ใช้ในอุตสาหกรรมทั่วไป ซึ่งไคโตซานจัดอยู่ในประเภทพอลิเมอร์ที่มีประจุบวก มีสมบัติในการจับและตกตะกอนได้ดี และศึกษาหาสภาวะที่เหมาะสม คือ สูตรผสมสารไคโตซานนาโนคอมพอสิต, อิทธพลค่าความเป็นกรด-ด่าง (pH) ของน้ำสีย้อม และ ปริมาณสารไคโตซานนาโนคอมพอสิต
ย้อมชนิดต่าง ๆ โดยใช้สีย้อมธรรมชาติ 4 ชนิดประกอบด้วย 1) สีแดงจากครั่ง 2) สีแดงจากแก่นฝาง 3) สีเขียวอมเหลืองจากใบต้นสัก และ 4) สีเขียวอมเหลืองจากเปลือกเพกา

– การพัฒนานำสารไคโตซานนาโนคอมพอสิตที่เตรียมได้ นำไปประยุกต์ใช้กับน้ำเสียในระบบจริง

ผลการทดลองและอภิปรายผลการทดลองที่ได้รับ

ผลการศึกษาบทบาทและกลไกการทำงานของไคโตซานและ NCC ในการตกตะกอนสีย้อม โดยการเลือกน้ำทิ้ง ที่มีสีแดงจากครั่งเป็นสีต้นแบบ ได้ผลการตกตะกอนของสีย้อมในตัวอย่างน้ำทิ้งในแต่ละระบบ ดังภาพด้านล่าง จากผลการทดลองแสดงให้เห็นว่า ไคโตซานมีความสามารถในการจับสีย้อมเกิดเป็นตะกอนแขวนลอยภายใน 2 นาที แต่การตกตะกอนต้องใช้เวลานานถึง 24 ชั่วโมง ในขณะที่หากมีการเติม NCC ร่วมด้วย ตะกอนสีย้อมดังกล่าวจะ สามารถเริ่มเกิดการตกตะกอนได้ภายในเวลา 2 นาที ผลการทดลองนี้จึงสรุปได้ว่า การใช้ไคโตซานร่วมกับ NCC ให้ผลในการตกตะกอนแยกชั้นได้สารละลายใสกว่า และใช้ระยะเวลาในการจับและตกตะกอนสีที่น้อยกว่า


จากการศึกษา ผลของการตกตะกอนน้ำทิ้งสีย้อมธรรมชาติด้วยไคโตซานนาโนคอมพอสิตที่มีอัตราส่วนระหว่างไคโตซาน และ NCC ที่ระดับต่าง ๆ พบว่า การตกตะกอนด้วยนาโนคอมพอสิตด้วยสูตรที่มีความเข้มข้นไคโตซาน : NCC ในน้ำทิ้ง เป็น 100:50(สูตรที่3) สามารถจับและตกตะกอนสีย้อมได้ดีที่สุด โดยได้น้ำหลังบำบัดที่ใสขึ้นกว่าสูตรอื่นๆ ทั้งนี้เป็นผลมาจากการ มีปริมาณไคโตซานมากกว่าสูตรอื่นจึงมีโอกาสเกิดแรงยึดเหนี่ยวทางประจุระหว่างหมู่เอมีน(มีความเป็นประจุบวก)กับโมเลกุลสีย้อมได้มากขึ้น โดยเฉพาะสีย้อมครั่งซึ่งมีประจุลบจากการมีหมู่คาร์บอกซิลิกอยู่ภายในโครงสร้าง และพบว่าสภาวะการ ทดลองที่ดีที่สุดในการตกตะกอนสีย้อมทั้ง 4 ชนิด 1) สีแดงจากครั่ง 2) สีแดงจากแก่นฝาง 3) สีเขียวอมเหลืองจากใบต้นสัก และ 4) สีเขียวอมเหลืองจากเปลือกเพกา คือ
– ครั่ง : ใช้ไคโตซานนาโนคอมพอสิตสูตรที่ 3 ด้วยความเข้มข้นไคโตซาน : NCC ในน้ำทิ้ง เท่ากับ 100 : 50 ppm (ปริมาตร 0.5 ml) โดยไม่ต้องมีการปรับ pH
– ฝาง : ใช้ไคโตซานนาโนคอมพอสิตสูตรที่ 3 ด้วยความเข้มข้นไคโตซาน : NCC ในน้ำทิ้ง เท่ากับ 200 : 100 ppm (ปริมาตร 1.0 ml) โดยไม่ต้องมีการปรับ pH
– เพกา : ใช้ไคโตซานนาโนคอมพอสิตสูตรที่ 3 ด้วยความเข้มข้นไคโตซาน : NCC ในน้ำทิ้ง เท่ากับ 500 : 250 ppm (ปริมาตร 2.5 ml) โดยปรับ pH 5 ก่อนเติมนาโนคอมพอสิต
– ใบสัก : ใช้ไคโตซานนาโนคอมพอสิตสูตรที่ 3 ด้วยความเข้มข้นไคโตซาน : NCC ในน้ำทิ้ง เท่ากับ 500 : 250 ppm (ปริมาตร 2.5 ml) โดยปรับ pH 5 ก่อนเติมนาโนคอมพอสิต

และเมื่อทำการเพิ่มสเกลทดสอบการตกตะกอนโดยเป็นปริมาตรน้ำทิ้ง 500 มิลลิลิตร สภาวะที่
เลือกไว้มีแนวโน้มที่จะนำไปใช้ในการกำจัดสีย้อมในน้ำทิ้งที่มีปริมาตรสูงขึ้นได้ อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพในการกำจัดสีย้อมอาจไม่สมบูรณ์เทียบเท่าการทดลองในสเกลเล็ก (20 มิลลิลิตร) ซึ่งคาดว่าเป็นผลมาจากปริมาณไคโตซานนาโนคอมพอสิตที่ต้องการใช้ไม่ได้มีความสัมพันธ์อย่างเป็นเส้นตรงกับสีย้อมที่มีปริมาณเพิ่มขึ้นในน้ำทิ้ง

หลังจากนำสารไคโตซานนาโนคอมพอสิตที่เตรียมได้นำไปประยุกต์ใช้กับน้ำทิ้งในระบบบำบัดน้ำเสีย ในพื้นที่โครงการดอยตุง (พื้นที่ทรงงาน) ใน พระราชดำริ อำเภอดอยตุง จังหวัดเชียงราย พบว่าลักษณะน้ำทิ้งหลังการตกตะกอน มีลักษณะใส มีสีเหลืองอ่อน มีตะกอนน้อย ไม่มีกลิ่น และจากการตรวจวิเคราะห์คุณภาพน้ำได้เก็บตัวอย่างน้ำทิ้งทั้งก่อนและหลังการทดลองจุดก่อนเข้าระบบบำบัดและน้ำทิ้งหลังการตกตะกอน เปรียบเทียบโดยอ้างอิงมาตรฐานคุณภาพน้ำทิ้งจากโรงฟอกย้อม และน้ำทิ้งโรงงานอุตสาหกรรม พบว่าค่าดังกล่าวอยู่ในค่ามาตรฐานของน้ำทิ้งที่กำหนดไว้โดยกรมโรงงานของประเทศไทย และในเรื่องของลักษณะสีของน้ำทิ้งก่อนและหลังผ่านการตกตะกอนด้วยไคโตซานนาโนคอมพอสิท พบว่าสามารถลดความเข้มสีน้ำทิ้งได้อย่างชัดเจนและมีประสิทธิภาพ

ประโยชน์ที่ได้รับจากงานวิจัย และแนวทางการนำใช้งาน

ในการปรับสูตรสารตกตะกอนไคโตซานนาโนคอมพอสิทเพื่อใช้ในการตกตะกอนน้ำทิ้งตัวอย่างจาก ระบบบำบัดของโครงการพัฒนาดอยตุงฯ พบว่า สารตกตะกอนที่พัฒนาสามารถบำบัดน้ำทิ้งตัวอย่างได้อย่างมี ประสิทธิภาพ ได้คุณภาพน้ำทิ้งที่ผ่านเกณฑ์มาตรฐานน้ำทิ้งอุตสาหกรรมทั่วไป และกลุ่มอุตสาหกรรมฟอกย้อม กระดาษและสิ่งทอ และผ่านเกณฑ์ค่ามาตรฐานสีของน้ำทิ้ง(ADMI) โรงงานอุตสาหกรรม จึงกล่าวได้ว่าไคโตซานนาโนคอมพอสิตจึงถูกนำมาใช้ในการจับและตกตะกอนน้ำเสียที่มีสารอินทรีย์และโลหะหนักได้อย่างดียิ่ง จึงจะเห็นได้ว่างานวิจัยนี้มีส่วนช่วยเผยแพร่นวัตกรรมการบำบัดน้ำทิ้งที่เห็นผลอย่างชัดเจนสามารถนำไปใช้ได้จริงสู่วิสาหกิจชุมชนผู้ประกอบการย้อมสีสิ่งทอ รวมทั้งสร้างความตระหนักถึงอันตรายจากสารเคมีในกระบวนการย้อมและแนวทางการปฏิบัติเพื่อความปลอดภัยต่อตนเองและสิ่งแวดล้อม

อ้างอิงข้อมูลจาก

โครงการวิจัย “การพัฒนาวิธีบำบัดสีย้อมจากกระบวนการย้อมสีเส้นด้ายฝ้ายแบบzero-waste โดยวิธีตกตะกอนด้วยอนุภาคนาโนไคโตซานคอมพอสิท”

หัวหน้าโครงการ : กฤษณา ศิรเลิศมุกุล
สนับสนุนโดย : สำนักงานคณะกรรมการส่งเสริมวิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม (สกสว.)

เรียบเรียง ไพรินทร์ ตันติวิชยานนท์
กราฟิก ไพรินทร์ ตันติวิชยานนท์
00:00
00:00
Empty Playlist