นัยนันทน์ อริยกานนท์. (2561). ผักตบชวากับการบำบัดสารมลพิษในน้ำ. วารสารสิ่งแวดล้อม, ปีที่ 22 (ฉบับที่ 3), 49-55.

ผักตบชวากับการบำบัดสารมลพิษในน้ำ

การปนเปื้อนของสารมลพิษในแหล่งน้ำจัดว่าเป็นปัญหาทางสิ่งแวดล้อมที่สำคัญของประเทศไทย และในหลายภูมิภาคทั่วโลก เนื่องมาจากการขยายตัวของภาคอุตสาหกรรม การเกษตรกรรมแนวใหม่ และการบริโภควัตถุที่มากเกินความต้องการของประชาชน ส่งผลให้เกิดผลกระทบหลายประการ เช่น แหล่งน้ำเน่าเสียจากภาวะ Eutrophication หรือแหล่งน้ำปนเปื้อนโลหะหนักและสารฆ่าแมลง ทำให้น้ำมีคุณภาพต่ำจนไม่สามารถนำมาใช้ในการอุปโภคบริโภคได้ 

ผักตบชวา หรือ water hyacinth มีชื่อวิทยาศาสตร์ว่า  Eichhornia crassipes (Mart.) Solms จัดอยู่ในวงศ์ Pontederiaceae ผักตบชวาเป็นพืชที่มีการศึกษาวิจัยกันมาอย่างต่อเนื่องทั้งในประเทศ และต่างประเทศในเรื่องความสามารถในการบำบัดสารมลพิษที่ปนเปื้อนในแหล่งน้ำ ในกรณีของสารมลพิษอินทรีย์ พบว่าผักตบชวาสามารถบำบัดอินทรียวัตถุและธาตุอาหาร เช่น ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส รวมทั้งสารฆ่าแมลงบางชนิดด้วย  ส่วนสารอนินทรีย์พบว่า ผักตบชวาสามารถสะสมแคดเมียม โครเมียม ทองแดง ปรอท ตะกั่ว ซีเซียม สตรอนเทียม และยูเรเนียมได้ในปริมาณสูง ทั้งนี้กลไกในการบำบัดสารมลพิษแต่ละประเภทที่เกิดขึ้นภายในต้นผักตบชวาน่าจะมีความแตกต่างกัน

ผักตบชวาเป็นพืชน้ำล้มลุกอายุหลายฤดู มีถิ่นกำเนิดในแถบลุ่มน้ำแอมะซอน ประเทศบราซิล ผักตบชวาถูกนำเข้ามาในประเทศไทยในปี พ.ศ. 2444 ในสมัยรัชกาลที่ 5 โดยนำเข้ามาจากเกาะชวาในขณะเสด็จประพาสประเทศอินโดนีเซีย เริ่มแรกเริ่มได้ปลูกไว้หน้าสนามวังสระปทุม ต่อมาผักตบชวาเจริญเติบโตอย่างรวดเร็วและแพร่พันธุ์จนเต็มวังสระปทุม จึงต้องนำไปปล่อยทิ้งไว้ที่คลองสามเสนหลังวัง พร้อมกับคลองอื่น ๆ เช่น คลองเปรมประชากร คลองผดุงกรุงเกษม เป็นต้น (วิกิพีเดีย, 2560)  ในกรณีของประเทศไทย ผักตบชวาจัดเป็นพืชต่างถิ่นที่เข้ามาแพร่ระบาดจนก่อให้เกิดความเสียหายต่อระบบนิเวศน์ เนื่องจากเป็นพืชที่มีความทนต่อสภาพแวดล้อมในช่วงกว้าง จึงสามารถแพร่พันธุ์ได้อย่างรวดเร็ว  เมื่อจำนวนผักตบชวามีมากเกินไปจะไปขัดขวางการไหลของน้ำ ส่งผลให้อัตราการไหลของน้ำในแม่น้ำลำคลองช้าลง และกีดขวางการระบายน้ำของประตูน้ำ นอกจากนั้นการที่มีผักตบชวาเจริญเกาะกลุ่มกันอย่างหนาแน่น จะบดบังแสงอาทิตย์ที่ส่องลงไปในน้ำ ทำให้พืชที่อยู่ใต้น้ำบางชนิดไม่สามารถสังเคราะห์แสงได้ และยังมีผลให้ปริมาณออกซิเจนที่ละลายในแหล่งน้ำลดลง ทำให้สภาพทางเคมีของน้ำเปลี่ยนแปลงไป เกิดน้ำเน่าเสีย และท้ายสุดจะส่งผลกระทบถึงความหลากหลายทางชีวภาพของแหล่งน้ำในบริเวณนั้น  

องค์ประกอบทางเคมีของผักตบชวา
ผักตบชวามี crude protein ในปริมาณปานกลาง มี  nitrogen free extracts และ total ash ในปริมาณสูง (ตารางที่ 1) จึงจัดว่ามีธาตุอาหารเพียงพอต่อการเป็นอาหารสัตว์โดยเฉพาะสัตว์ที่เคี้ยวเอื้อง เช่น วัว และแพะ รวมทั้งหมู และเป็ด (Hossain et al., 2015) นอกจากนี้ผักตบชวาสามารถนำมาใช้เป็นปุ๋ยชีวภาพได้ การวิจัยเพื่อศึกษาผลของการใช้ผักตบชวาเป็นปุ๋ยชีวภาพที่มีต่อการเจริญเติบโตของข้าวสาลี พบว่า ในชุดทดลองที่ปลูกข้าวสาลีและเติมปุ๋ยหมักจากผักตบชวาเป็นเวลา 15 วัน อัตราการงอกของเมล็ด ความยาวของราก ความยาวของส่วนยอด มวลชีวภาพ ปริมาณคลอโรฟิลล์  ปริมาณโปรตีน และน้ำตาลรีดิวซ์มีค่ามากกว่าในชุดควบคุมอย่างมีนัยสำคัญ แสดงให้เห็นว่าผักตบชวามีศักยภาพที่จะนำมาใช้เป็นปุ๋ยหมักอินทรีย์ (Vidya and Girish, 2014) 

ที่มา : ดัดแปลงจาก Hossain et al (2015)

การนำผักตบชวามาใช้ในการบำบัดสารมลพิษในน้ำ เนื่องจากเป็นพืชที่มีคุณสมบัติเหมาะสมหลายประการ อาทิ มีความสามารถในการดูดซึมทั้งสารมลพิษอินทรีย์และอนินทรีย์ในปริมาณสูง เจริญเติบโตได้เร็วแม้ว่าจะอยู่ในน้ำเสีย เป็นพืชที่มีรากยาว และโครงสร้างของรากมีความเหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์แบบใช้ออกซิเจน ซึ่งจุลินทรีย์ที่อยู่บริเวณรากของผักตบชวาจะมีบทบาทในการเปลี่ยนอินทรียวัตถุ รวมทั้งธาตุอาหารต่างๆที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำเสียให้กลายเป็นสารประกอบอนินทรีย์ในรูปที่พืชสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้ นอกจากนี้ผักตบชวายังเป็นพืชที่มีความทนต่อสภาพแวดล้อมในช่วงกว้าง (ตารางที่ 2) 

ที่มา : Rezania et al. (2015)

การศึกษาความสามารถในการกำจัดคลอร์ไพริฟอส (chlorpyrifos) ของผักตบชวาของ Anudechakul และคณะ (2015) โดยทดลองปลูกผักตบชวาในสารละลายคลอร์ไพริฟอสที่มีความเข้มข้นเริ่มต้นเท่ากับ 0.1, 0.5 และ 1.0 มิลลิกรัมต่อลิตร เป็นเวลา 10 วัน พบว่า ผักตบชวาจะสะสมคลอร์ไพริฟอสไว้ที่รากมากที่สุดในวันที่ 3 ของการทดลอง ต่อมาคือที่ลำต้นในวันที่ 6 และที่ใบในวันที่ 8 แสดงให้เห็นว่ามีการเคลื่อนย้ายของคลอร์ไพริฟอสจากส่วนรากไปสู่ลำต้น และใบ ส่วนความสามารถในการกำจัดคลอร์ไพริฟอสของผักตบชวาที่ปลูกในสารละลายคลอร์ไพริฟอสที่มีความเข้มข้นเริ่มต้นเท่ากับ 0.1 มิลลิกรัมต่อลิตร เกือบจะเป็น 100%  ภายในเวลาเพียง 4 วัน ส่วนความสามารถในการกำจัดคลอร์ไพริฟอสของผักตบชวา ที่ปลูกในสารละลายคลอร์ไพริฟอสที่มีความเข้มข้นเริ่มต้นเท่ากับ 0.5 และ 1.0 มิลลิกรัมต่อลิตร มีค่าเท่ากับ 91% และ 82% ตามลำดับ  นอกจากนั้นในงานวิจัยนี้ยังพบว่าอัตราการกำจัดคลอร์ไพริฟอสเป็นไปอย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากการทำงานร่วมกันระหว่างพืชและจุลินทรีย์ในเขตรากพืช ซึ่งสามารถแยกเชื้อจุลินทรีย์และได้ตั้งชื่อว่า Acinetobacter sp. strain WHA 

กลไกของพืชในการกำจัดสารฆ่าแมลง เรียกว่า การย่อยสลายโดยพืช (Phytodegradation) เป็นกระบวน การที่พืชย่อยสลายสารอินทรีย์โดยอาศัยกลไกการดูดซึมสารมลพิษเข้ามาภายในต้น จากนั้นจึงปล่อยเอนไซม์ออก มาย่อยสลายสารมลพิษ จนเปลี่ยนรูปกลายเป็นสารที่มีความเป็นพิษน้อยลงหรือไม่มีความเป็นพิษ สารบางชนิดอาจถูกย่อยสลายได้ไม่สมบูรณ์  ในขณะที่สารบางชนิดอาจถูกย่อยสลายจนกระทั่งได้ผลผลิตสุดท้ายเป็นสารอนินทรีย์ การย่อยสลายโดยพืชประกอบไปด้วย 2 ขั้นตอน คือ ขั้นแรกพืชจะดูดซึมสารมลพิษอินทรีย์ผ่านเข้าสู่ราก และขั้นที่สองจะเกิดการเผาผลาญสารอินทรีย์ในพืช

ผลการวิจัยพบว่า ผักตบชวามีความสามารถในการบำบัดโลหะหนักในน้ำเสียจากอุตสาหกรรมเซรามิคได้หลายชนิด ซึ่งประสิทธิภาพการบำบัดเหล็ก สังกะสี แคดเมียม ทองแดง โครเมียม และโบรอนในน้ำเสียมีค่าเท่ากับ 99%, 98%, 96%, 88%, 83% และ 75% ตามลำดับ นอกจากนั้นงานวิจัยนี้ยังพบว่าโลหะหนักจะสะสมในส่วนรากมากกว่าลำต้นและใบถึง 10 เท่า (Elias et al., 2014)  

การศึกษาความสามารถของผักตบชวาในการบำบัดสังกะสีออกไซด์ขนาดนาโนเมตร โดยการปลูกพืชในสารละลายสังกะสีออกไซด์ที่มีความเข้มข้นเริ่มต้นเท่ากับ 3.5, 5.0 และ 7.5 มิลลิกรัมต่อลิตร เป็นเวลา 15 วัน พบว่าผักตบชวาสามารถบำบัดสังกะสีออกไซด์ขนาดนาโนเมตรได้เท่ากับ 93%, 91% และ 87% ตามลำดับ นอกจากนั้นยังพบว่าผักตบชวาที่ปลูกในสารละลายสังกะสีออกไซด์ที่มีความเข้มข้นเริ่มต้นเท่ากับ 7.5 มิลลิกรัมต่อลิตร จะสะสมสังกะสีไว้ในราก ลำต้น และใบได้มากที่สุดเท่ากับ 945.83 + 73.69, 129.11 + 5.93 และ 61.44 + 3.13 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมน้ำหนักแห้ง ตามลำดับ  (Bookrue and Ariyakanon, 2017) 

ความสามารถของผักตบชวาในการกำจัดอินทรียวัตถุ และธาตุอาหารที่ปนเปื้อนในน้ำได้มีการวิจัยกันทั้งในระดับห้องปฏิบัติการ ในเรือนทดลอง และในพื้นที่จริง ผลการวิจัยของนักวิทยาศาสตร์หลายท่านพบว่าการปลูกผักตบชวาในน้ำเสียจะช่วยลดความเข้มข้นของไนโตรเจนทั้งหมด แอมโมเนียมไอออน แอมโมเนีย ไนเตรท ฟอสฟอรัสทั้งหมด และฟอสเฟตได้  นอกจากนั้นผักตบชวายังมีส่วนทำให้ค่าบีโอดี (Biochemical Oxygen Demand) ซีโอดี (Chemical Oxygen Demand) และของแข็งแขวนลอยทั้งหมด (Total Suspended Solids) ในน้ำลดลงอีกด้วย 

กลไกสำคัญที่เกี่ยวข้องกับการบำบัดธาตุอาหารของผักตบชวาคือ การกรองโดยรากพืช (Rhizofiltration) หมายถึงการที่รากพืชดูดหรือกรองสารมลพิษ  ในกรณีที่สารมลพิษอยู่ในรูปของสารละลายที่ปนเปื้อนในน้ำ ซึ่งพืชจะสะสมสารมลพิษไว้ในรากเท่านั้น  เมื่อทำการเก็บเกี่ยวพืชหลังจากทำการบำบัดสารมลพิษแล้ว จึงสามารถนำส่วนที่อยู่เหนือพื้นดินของพืชไปใช้ประโยชน์ได้ สำหรับส่วนรากนั้นจำเป็นจะต้องนำไปบำบัดด้วยวิธีอื่นที่เหมาะสมต่อไป  

แม้ว่าผักตบชวาจะจัดว่าเป็นวัชพืชต่างถิ่นที่สร้างปัญหาในแหล่งน้ำของประเทศไทย แต่ก็เป็นพืชที่สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายด้าน เช่น เป็นอาหารสัตว์ ปุ๋ยหมักชีวภาพ และบำบัดสารมลพิษในน้ำ  ผักตบชวาได้รับการวิจัยมาอย่างต่อเนื่องถึงประสิทธิภาพในการกำจัดโลหะหนัก สารฆ่าแมลง และธาตุอาหารที่ปนเปื้อนในน้ำเสีย ซึ่งการบำบัดน้ำเสียโดยใช้พืชได้รับการยอมรับว่าเป็นวิธีที่มีค่าใช้จ่ายต่ำ อาศัยกลไกตามธรรมชาติ และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อย่างไรก็ตามการบริหารจัดการ และควบคุมการเจริญเติบโตของผักตบชวาในระบบให้เหมาะสม ตลอดจนการตรวจสอบคุณภาพของน้ำเสียเป็นระยะอย่างสม่ำเสมอ จะเป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้การบำบัดน้ำเสียโดยใช้ผักตบชวาดำเนินไปได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด