บทความ: การกำจัดสารหนูปนเปื้อนในกากโลหกรรมจากการทำเหมืองแร่ด้วยพืชพลังงานและจลนศาสตร์ไฟฟ้าอย่างยั่งยืน
กากโลหกรรมปนเปื้อนสารหนู
สารหนูในกากโลหกรรมโดยทั่วไปอยู่ในรูปของแร่ซัลไฟด์ (Sulphide Mineral) ซึ่งส่วนใหญ่จะพบในรูปของอาร์เซโนไพไรต์ (Arsenopyrite, FeAsS) รีอัลการ์ (Realgar, AsS) และออร์พิเมนต์ (As2S3) (Abad-Valle et al., 2018; Bowell et al., 2014) แร่ซัลไฟด์เหล่านี้ไม่เสถียรภายใต้สภาพบรรยากาศ โดยเมื่อสัมผัสกับอากาศและน้ำ สารหนูในแร่ซัลไฟด์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงไปอยู่ในรูปของสารประกอบออกไซด์ที่ละลายน้ำในรูปของอาร์เซเนตอิออน (H2AsO4-, HAsO42- และ AsO43-) (Morin and Calas, 2006) อย่างไรก็ตามสารประกอบออกไซด์และไฮดรอกไซด์ของเหล็ก (Fe) ที่พบได้มากในกากโลหกรรม และมีความจำเพาะกับสารหนูจะดูดซับ (Adsorption) และ/หรือ ตกตะกอนร่วม (Co-Precipitation) กับอาร์เซเนตอิออนอย่างรวดเร็ว (Morin and Calas, 2006; Bowell et al., 2014) ทำให้การเคลื่อนที่ของสารหนูในกากโลหกรรมส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการชะลายของสารประกอบเหล็ก ส่งผลต่อการแพร่กระจายของสารหนูออกสู่สิ่งแวดล้อม และความสามารถในการดูดสะสมสารหนูของพืช (Phytoavailability)
การฟื้นฟูบ่อกักเก็บกากโลหกรรมปนเปื้อนสารหนูด้วยพืชพลังงาน
การบำบัดด้วยพืช (Phytoremediation) เป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพสูง ค่าใช้จ่ายต่ำ เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และสามารถดำเนินการได้ในพื้นที่ปนเปื้อน (พันธวัศ สัมพันธ์พานิช, 2558; Wang et al., 2017) โดยพืชที่มีความสามารถในการดูดดึงและสะสมสารหนูได้ในปริมาณมากมีเพียงไม่กี่ชนิด เช่น เฟิร์นเงิน (Pityrogramma calomelanos) และกูดหมาก (Pteris vittata) (Anh et al., 2017) อย่างไรก็ตามพบว่า พืชทั้งสองชนิดมีวงจรชีวิตที่ยาวนาน และมีมวลชีวภาพต่ำ อีกทั้งไม่ทนต่อสภาพที่แห้งแล้ง จึงทำให้เป็นข้อจำกัดที่สำคัญในการนำพืชเหล่านี้มาใช้ในการบำบัดสารหนูปนเปื้อนในกากโลหกรรม
การปลูกพืชพลังงานบนพื้นที่ปนเปื้อนโลหะหนักที่ไม่มีความเหมาะสมต่อการปลูกพืชอาหารถือเป็นการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมควบคู่ไปกับการผลิตพลังงานชีวภาพที่ทำให้เกิดความยั่งยืนทางเศรษฐกิจ สังคม และสิ่งแวดล้อม เนื่องจากทำให้สามารถเพาะปลูกพืชพลังงาน เพื่อตอบสนองต่อความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้นทั่วโลกได้ โดยไม่กระทบต่อพื้นที่การเพาะปลูกพืชอาหาร ทั้งนี้การปลูกพืชพลังงานในพื้นที่บ่อกักเก็บกากโลหกรรม จึงเป็นแนวทางเลือกที่คาดว่าจะมีความเหมาะสม และยั่งยืนในการฟื้นฟูสภาพพื้นที่การทำเหมือง ควบคู่ไปกับการป้องกันการแพร่กระจายของอนุภาคกากโลหกรรม และยังเป็นการนำพื้นที่มาใช้ประโยชน์ได้อย่างยั่งยืน
จลนศาสตร์ไฟฟ้า…เทคโนโลยีเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการบำบัดสารหนู
จลนศาสตร์ไฟฟ้า (Electrokinetics) ถูกนำมาใช้ร่วมกับการบำบัดด้วยพืช เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการบำบัดโลหะหนักปนเปื้อนในน้ำใต้ดิน ดิน (Cameselle et al., 2013) และดินจากเหมือง (Mine Soil) (Couto et al., 2015) ด้วยการให้ไฟฟ้ากระแสตรง (Direct Current) ในระดับต่ำที่ไม่ส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของพืช โดยสภาวะกรดที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำที่ขั้วบวกหรือขั้วแอโนด (Anode) จะทำให้โลหะหนักถูกชะละลายอยู่ในรูปของไอออน และเกิดสภาวะด่างจากปฏิกิริยารีดักชันของน้ำที่ขั้วลบหรือขั้วแคโทด (Cathode) ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าไอออนที่เกิดขึ้นจะเกิดการเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้าได้ด้วย 2 กลไกหลัก (รูปที่ 1) คือ อิเล็กโตรออสโมซิส (Electro-osmosis) ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ของน้ำที่ผ่านไปตามช่องว่างขนาดเล็ก ซึ่งโดยทั่วไปน้ำจะเคลื่อนที่จากขั้วบวกไปยังขั้วลบ ทำให้เกิดการพัดพาไอออนจากขั้วบวกไปยังขั้วลบตามการเคลื่อนที่ของน้ำ และอิเล็กโตรไมเกรชัน (Electromigration) ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ของไอออนไปยังขั้วไฟฟ้าที่มีประจุตรงข้าม โดยไอออนบวกจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วลบ และไอออนลบจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวก การเคลื่อนที่ของไอออนที่เกิดขึ้นทำให้พืชมีโอกาสในการดูดสะสมโลหะหนักได้เพิ่มขึ้น นอกจากนี้ยังทำให้สามารถบำบัดโลหะหนักในบริเวณที่อยู่ลึกกว่า หรือบริเวณที่ไกลจากรากพืชได้ ทั้งนี้ประสิทธิภาพของการบำบัดโลหะหนักด้วยพืชร่วมกับจลนศาสตร์ไฟฟ้ายังขึ้นอยู่กับอีกหลายปัจจัย เช่น ชนิดของพืช และประเภทของกระแสไฟฟ้าตรงหรือสลับ เป็นต้น (Cameselle et al., 2013)
ที่มา: Moghadam et al., 2016
แม้ว่าการเพิ่มประสิทธิภาพการบำบัดโลหะหนักด้วยพืชด้วยการให้ไฟฟ้ากระแสตรง จะทำให้เกิดผลกระทบต่อมวลชีวภาพของพืช จากการเปลี่ยนแปลงค่าความเป็นกรด-ด่าง หากแต่การเคลื่อนที่ของโลหะหนักจากการให้ไฟฟ้ากระแสตรง จะมีทิศทางที่แน่นอน ต่างจากการให้ไฟฟ้ากระแสสลับที่ทำให้โลหะหนักเกิดการเคลื่อนที่ในทิศทางที่สลับไปมาตามความถี่ของกระแสไฟฟ้า จึงทำให้โลหะหนักมีโอกาสที่จะเกิดการเคลื่อนที่ไปนอกบริเวณรากพืช และเกิดการปนเปื้อนออกสู่สิ่งแวดล้อมได้ ดังนั้น การให้ไฟฟ้ากระแสตรงที่มีขนาดสนามไฟฟ้าที่เหมาะสมต่อพืชแต่ละชนิด จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเพิ่มประสิทธิภาพในการบำบัดโลหะหนักด้วยพืชควบคู่ไปกับการเพิ่มชีวมวลของพืชพลังงาน
ที่มา: อุดมศักดิ์ บุญมีรติ
บทสรุป
