บทความ: การประยุกต์ใช้จลนศาสตร์ไฟฟ้าบำบัดและฟื้นฟูพื้นที่ปนเปื้อนโลหะหนัก

บทความ: การประยุกต์ใช้จลนศาสตร์ไฟฟ้าบำบัดและฟื้นฟูพื้นที่ปนเปื้อนโลหะหนัก

คำว่าสิ่งแวดล้อมถือได้ว่าเป็นคำที่มีความหมายอย่างกว้างขึ้นอยู่กับนิยามของแต่ละบุคคล แต่ถ้ามองให้ถึงแก่นแท้ของคำว่าสิ่งแวดล้อมนั้น หมายถึง ทรัพยากรธรรมชาติที่เปรียบได้ดั่งสิ่งที่หล่อเลี้ยงสิ่งมีชีวิตในโลกใบนี้ หรือเป็นที่ ๆ มนุษย์เรียกว่า “บ้าน” จากอดีตจนถึงปัจจุบันทรัพยากรธรรมชาติมีแนวโน้มเสื่อมโทรมและถูกทำลายเพิ่มขึ้น แต่ในทางกลับกันสิ่งแวดล้อมทางวัตถุนิยมที่มนุษย์ได้สร้างขึ้นมาแทนที่ สาเหตุหลักมาจากความเจริญก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและระบบเศรษฐกิจที่ควบคู่ไปกับการเพิ่มขึ้นของประชากรโลก อีกทั้งยังถูกค่านิยมของสังคมที่บีบบังคับให้ต้องแข่งขันกันในการดำรงชีวิตจนส่งผลให้สิ่งแวดล้อมและทรัพยากรธรรมชาติเสื่อมโทรมลงอย่างเห็นได้ชัด

การปนเปื้อนโลหะหนักทั้งในดิน น้ำผิวดิน น้ำใต้ดิน ตะกอนท้องน้ำ และกากโลหกรรมที่ถูกกักเก็บไว้ในบ่อกักเก็บกากแร่จากการทำเหมืองแร่ ปัจจุบันพบการปนเปื้อนสารหนูบริเวณตำบลร่อนพิบูลย์ อำเภอร่อนพิบูลย์ จังหวัดนครศรีธรรมราช การปนเปื้อนสารตะกั่วในลำห้วยคลิตี้ อำเภอทองผาภูมิ จังหวัดกาญจนบุรี การปนเปื้อนแคดเมียมในพื้นที่ลุ่มน้ำแม่ตาว อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก และการปนเปื้อนตะกั่ว ทองแดง และสังกะสีที่นิคมอุตสาหกรรมลำพูน อำเภอเมือง จังหวัดลำพูน เป็นต้น (กรมควบคุมมลพิษ, 2558) จากปัญหาการปนเปื้อนโลหะหนักดังกล่าวมักส่งผลกระทบต่อคุณภาพสิ่งแวดล้อมและสุขภาพอนามัยของคนในชุมชน ซึ่งแนวทางเลือกของการแก้ไขปัญหานั้นมีหลากหลายวิธีที่ได้มีการพัฒนาให้มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้น แต่สำหรับเทคโนโลยีที่ใช้ในการแก้ไขปัญหาการปนเปื้อนในบทความนี้ มีความสนใจในการนำแนวคิดของการใช้พืชที่มีชีวิต (Green plants) มาบำบัดและฟื้นฟูพื้นที่ปนเปื้อน หรือที่เรารู้จักกันดี คือ เทคโนโลยีการใช้พืช (Phytoremediation) โดยนำมาใช้ร่วมกับอีกเทคโนโลยีหนึ่งที่มีชื่อว่า จลนศาสตร์ไฟฟ้า (Electrokinetic)

เทคโนโลยีการบำบัดพื้นที่ปนเปื้อนโดยใช้พืช (Phytoremediation) เป็นเทคโนโลยีที่ใช้พืชในการบำบัด และฟื้นฟูพื้นที่ ๆ ปนเปื้อนสารมลพิษต่าง ๆ ซึ่งมีวัตถุประสงค์เพื่อลดความเป็นพิษของสารมลพิษที่ส่งผลกระทบต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีนี้สามารถใช้ในการบำบัด รวมทั้งยังกำจัดสารมลพิษที่อยู่ในรูปต่าง ๆ ได้แก่ สารอินทรีย์ และสารอนินทรีย์ที่อยู่ในดิน น้ำ และอากาศได้ สิ่งสำคัญของการใช้เทคโนโลยีการบำบัดโดยใช้พืช คือ การเลือกชนิดของพืชให้เหมาะสมกับการบำบัดสารมลพิษในบริเวณที่มีการปนเปื้อนนั้น นอกจากนี้ยังต้องมีความเข้าใจพฤติกรรมของสารมลพิษที่จะทำการบำบัดรวมทั้งปัจจัยอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีการบำบัดโดยใช้พืชจึงเป็นแนวทางเลือกอีกหนึ่งวิธี สำหรับใช้ในการบำบัดสารมลพิษโดยการพึ่งพาสิ่งที่มีอยู่แล้วในสิ่งแวดล้อม ยิ่งไปกว่านั้นยังเป็นวิธีที่ประหยัดต้นทุนในการบำบัด โดยที่ไม่จำเป็นต้องใช้วิธีที่มีต้นทุนที่สูงและเป็นสาเหตุของการทำลายสิ่งแวดล้อม เช่น การใช้สารเคมี วิธีชะล้างดิน และการตักหรือขุดลอกหน้าดินไปกำจัดนอกพื้นที่ เป็นต้น ประเภทของเทคโนโลยีการบำบัดโดยใช้พืชมีหลายประเภท (พันธวัศ สัมพันธ์พานิช, 2558) ซึ่งสามารถแบ่งได้ตามกลไกของพืชที่ใช้ในการกำจัดสารพิษต่าง ๆ ที่ปนเปื้อนอยู่ในสิ่งแวดล้อม ดังรูปที่ 1 

ที่มา: Favas และคณะ (2014)

กระบวนที่เกิดขึ้นภายนอกของพืชแบ่งได้เป็น 2 กระบวนการ ได้แก่ 1) การตรึงสารมลพิษด้วยพืช (Phytostabilization) เป็นการลดและจำกัดการเคลื่อนย้ายของสารมลพิษในพื้นที่ปนเปื้อน โดยการตรึงสารมลพิษไว้บริเวณรากพืช และ 2) การย่อยสลายสารมลพิษด้วยรากพืช (Rhizodegradation) เป็นการสลายตัวของสารมลพิษด้วยจุลินทรีย์บริเวณรอบ ๆ รากพืช

กระบวนการที่เกิดขึ้นภายในพืชแบ่งได้เป็น 4 กระบวนการ ได้แก่ 1) การย่อยสลายสารมลพิษด้วยพืช (Phytodegradation) เป็นการดูดดึงสารมลพิษเข้าในพืชและย่อยสลายด้วยกระบวนการเมตาบอลิซึมจากเอนไซม์ต่าง ๆ 2) การทำให้สารมลพิษระเหยด้วยพืช (Phytovolatilization) เป็นการเปลี่ยนแปลงพันธะเคมีของสารมลพิษภายในพืชและระเหยกลายเป็นไอทางปากใบออกสู่บรรยากาศ 3) การกรองสารมลพิษด้วยรากพืช (Rhizofiltration) เป็นการกรองและดูดซับสารมลพิษเข้าไปสะสมไว้เฉพาะบริเวณรากพืช และ 4) การสกัดสารมลพิษด้วยพืช (Phytoextraction) เป็นการดูดดึง เคลื่อนย้ายสารมลพิษ และสะสมในบริเวณราก ต้น และใบ โดยพืชที่ใช้มักจะเป็นกลุ่มไฮเปอร์แอกคิวมิวเลเตอร์ (Hyperaccumulator)

การบำบัดโดยวิธีจลนศาสตร์ไฟฟ้า (Electrokinetic treatment) เป็นเทคนิคที่มีการประยุกต์และปรับปรุงมาใช้ในการบำบัดโลหะหนักจากดิน และน้ำใต้ดิน เป็นต้น ซึ่งจะเป็นกระบวนการที่ใช้กระแสไฟฟ้าทำให้น้ำ ไอออน และอนุภาคขนาดเล็กที่อยู่ในน้ำระหว่างอนุภาคดินหรือระหว่างเม็ดดินเคลื่อนที่ไปยังขั้วไฟฟ้า หลังจากนั้นก็จะถูกนำไปบำบัดต่อด้วยวิธีการที่แตกต่างออกไป ซึ่งเทคนิคจลนศาสตร์ไฟฟ้านั้นมีความเหมาะสมกับดินที่มีอนุภาคละเอียดอย่างดินเหนียว อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพของวิธีนี้มีความเกี่ยวข้องกับปัจจัยต่าง ๆ เป็นอย่างมาก ได้แก่ รูปแบบของโลหะหนักที่ปนเปื้อน ซึ่งต้องอยู่ในสภาพที่ละลายอยู่ในน้ำ รวมทั้งองค์ประกอบทางกายภาพและเคมีของดินแต่ละชนิด

ที่มา: Cameselle และคณะ (2013)

1) อิเล็กโตรออสโมซิส (Electroosmosis) คือ การเคลื่อนที่ของน้ำที่อยู่ระหว่างอนุภาคดินโดยแรงจากสนามไฟฟ้า ซึ่งกลไกนี้จะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีน้ำในช่องว่างขนาดเล็กระหว่างอนุภาคดินที่มีประจุลบบนพื้นผิว เมื่อเกิดการสัมผัสกันกับน้ำ ส่งผลให้เกิดการจัดเรียงตัวของไอออน เรียกว่า อิเล็กทริคดับเบิลเลเยอร์ (Electric double layer) ทำให้เกิดการสมดุลของสนามไฟฟ้าระหว่างขั้วอิเล็กโทรด หรือกล่าวได้ว่า เมื่อพื้นผิวของอนุภาคดินที่มีประจุลบ ไอออนบวกที่อยู่ในน้ำจะถูกแรงยึดเหนี่ยวให้เข้ามาอยู่บริเวณผิวอนุภาคดิน ดังรูปที่ 3

ที่มา: Cameselle และคณะ (2013)

2) อิเล็กโตรไมเกรชัน (Electromigration) คือ การเคลื่อนตัวของไอออนต่าง ๆ ในน้ำ โดยไอออนของสารที่มีประจุจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วไฟฟ้าที่มีประจุตรงข้าม (รูปที่ 3) กล่าวได้ว่า โลหะหนักที่อยู่ในรูปสารละลายไอออนบวกจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วลบหรือขั้วแคโทด (Cathode) ในขณะที่โลหะหนักที่อยู่ในรูปสารละลายไอออนลบจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวกหรือขั้วแอโนด (Anode) (Acar and Alshawabkeh, 1993)

การใช้เทคนิคจลนศาสตร์ไฟฟ้าร่วมกับเทคโนโลยีการใช้พืชนั้น มักจะเป็นการใช้ประโยชน์ที่แสดงถึงประเภทของการสกัดสารมลพิษด้วยพืช (Phytoextraction) เป็นส่วนใหญ่ เพราะเนื่องจากเป็นการบำบัดที่สามารถกำจัดสารมลพิษออกไปจากพื้นที่ที่ปนเปื้อนแบบถาวร ซึ่งจากอดีตจนถึงปัจจุบันได้มีปรับปรุงและพัฒนาเทคนิคการบำบัดให้มีประสิทธิภาพสูงขึ้น

ในช่วงที่สองของการพัฒนางานวิจัยด้านนี้ได้มีการนำเทคนิคจลนศาสตร์ไฟฟ้ามาร่วมกับการใช้พืชบำบัด ตัวอย่างเช่น Bi และคณะ (2010) ได้ทำการศึกษาอิทธิพลของไฟฟ้าต่อการเจริญเติบโตของต้นผักกาดหอม (Lactuca sativa) ที่ปลูกไว้ในสารละลายที่มีและไม่มีการปนเปื้อนของแคดเมียม และให้ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่มีค่าความต่างศักย์ต่างกัน นอกจากนี้ Cang และคณะ (2011) ได้ทำการศึกษาการปลูกผักกาดสีน้ำตาล (Indian mustard) ร่วมกับการใช้จลนศาสตร์ไฟฟ้าในการบำบัดดินที่ปนเปื้อนแคดเมียม ทองแดง ตะกั่ว และ สังกะสี โดยทำการทดลองการใช้ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) เพื่อศึกษาการเจริญเติบโตของพืช และประสิทธิภาพในการบำบัดโลหะออกจากดินที่ปนเปื้อน

ในช่วงสุดท้ายจนถึงปัจจุบันได้มีการเติมสารเคมีลงไปในพื้นที่ที่ปนเปื้อน เพื่อช่วยเพิ่มประสิทธิภาพอีกทางหนึ่ง ตัวอย่างเช่น Tahmasbian และ Sinegani (2015) ได้ทำการศึกษาการปรับปรุงประสิทธิภาพของการบำบัดดินที่ปนเปื้อนตะกั่วโดยใช้พืชร่วมกับจลนศาสตร์ไฟฟ้าและสารคีเลเตอร์ (Chelators) สำหรับขั้นตอนการทดลองใช้ดินที่ปนเปื้อนบริเวณรอบเหมืองโดยนำมาเติมสารคีเลเตอร์ที่แตกต่างกัน 3 ชนิด ได้แก่ กรดเอทิลีนไดอามีนเตตราอาเซติก (Ethylenediaminetetraacetic acid; EDTA) มูลสัตว์ปีก (Poultry manure extract; PME) และมูลวัว (Cow manure extract; CME) ดังนั้นส่วนของงานวิจัยในช่วงนี้จึงเป็นการลงลึกไปทางด้านโครงสร้างและปฏิกิริยาเคมีของสารคีเลเตอร์ที่จำเพาะเจาะจงต่อชนิดของสารมลพิษมากกว่า

บทสรุป
จากที่กล่าวมานั้น แม้ว่าเทคนิคจลนศาสตร์ไฟฟ้า (Electrokinetic) จะมีต้นทุนที่สูงในการบำบัด แต่เมื่อนำมาใช้ร่วมกับเทคโนโลยีกระบวนการสกัดสารมลพิษด้วยพืช (Phytoextraction) ที่สามารถกำจัดสารมลพิษในปริมาณมากออกจากพื้นที่ปนเปื้อนอย่างถาวรด้วยระยะเวลาที่สั้นลง ทำให้การนำสองเทคนิคนี้มาใช้ร่วมกันจึงเป็นวิธีการที่ให้ผลลัพธ์คุ้มค่าต่อต้นทุนที่เกิดขึ้น ทั้งยังเป็นการแก้ไขปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืนต่อพื้นที่ด้วย