บำบัดน้ำเสียแบบธรรมชาติ

การบำบัดน้ำเสียแบบธรรมชาติจะมีการอาศัยกลไกตามธรรมชาติทั้งที่เป็นกระบวนการทางกายภาพทางเคมีและทางชีวภาพ ที่มีอยู่ในดิน น้ำ พืช และจุลชีพเพื่อช่วยในการปรับสภาพน้ำเสียให้เป็นน้ำที่มีสารปนเปื้อนลดน้อยลง โดยไม่ได้อาศัยเครื่องจักรกลมาทำการบำบัดน้ำเสีย จึงเป็นวิธีที่ประหยัดพลังงานไฟฟ้าใช้ผู้ควบคุมระบบบำบัดน้ำเสียน้อยกว่าระบบบำบัดอื่น ๆ แต่ต้องอาศัยเทคนิคการบริหารจัดการพื้นที่บำบัดอย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากต้องใช้พื้นที่มากและต้องไม่ส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม

โครงการศึกษาวิจัยและพัฒนาสิ่งแวดล้อมแหลมผักเบี้ยอันเนื่องมาจากพระราชดำริ ตำบลแหลมผักเบี้ย อำเภอบ้านแหลม จังหวัดเพชรบุรี เกิดขึ้นสืบเนื่องจากพระมหากรุณาธิคุณแห่งองค์พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัวฯ ที่ทรงมีพระราชดำริด้านปัญหาขยะและน้ำเสีย โดยมีวัตถุประสงค์หลัก คือ การศึกษาวิจัยหาเทคโนโลยีที่เหมาะสมในการแก้ไขปัญหาน้ำเสียและขยะชุมชนที่ประหยัด สะดวก ทำได้ง่าย และสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับพื้นที่อื่นๆ ในประเทศได้อย่างกว้างขวาง

เทคโนโลยีตามแนวพระราชดำริ

(1) เทคโนโลยีการกำจัดขยะ
โครงการฯ ศึกษาวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการกำจัดขยะชุมชนด้วยวิธีการทำปุ๋ยหมักซึ่งประหยัดพื้นที่ ประหยัดค่าใช้จ่าย และสะดวกในการนำปุ๋ยมาใช้ประโยชน์
หลักการ : โดยธรรมชาติ ขยะมีจุลินทรีย์อยู่แล้ว และเกิดการย่อยสลายเป็นไปตามธรรมชาติ แต่กระบวนการย่อยสลายอาจเป็นไปอย่างช้าๆ หรือแปรตามสภาพปัจจัยแวดล้อม เช่น ออกซิเจน ฯลฯ ส่วนมากหากนำขยะมากองรวมกัน นอกจากจะดูไม่สวยงามแล้ว ด้านล่างกองขยะจะเกิดการย่อยแบบไร้อากาศ ซึ่งขยะจะย่อยได้ช้า และเกิดก๊าซที่มีกลิ่นเหม็น โดยเฉพาะในช่วง 3 วันแรกของการย่อย โครงการได้พัฒนาเทคโนโลยีการหมักขยะขึ้น โดยปรับรูปแบบมาหมักขยะในภาชนะ/สิ่งก่อสร้างที่มิดชิด สามารถป้องกันน้ำชะขยะ แก้ไขปัญหากลิ่นเหม็น และช่วยให้การหมักเกิดต่อเนื่อง

(2) เทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสีย
โครงการฯ รวบรวมน้ำเสียจากเทศบาลเมืองเพชรบุรีส่งผ่านท่อลำเลียงระยะทางประมาณ 18.5 กิโลเมตร เข้าสู่ระบบบำบัดน้ำเสียของโครงการฯ โดยใช้กระบวนการทางธรรมชาติบำบัดน้ำเสียประกอบด้วย 4 ระบบ คือ
2.1 ระบบบ่อบำบัดน้ำเสีย (lagoon treatment)
หลักการ : ระบบนี้ใช้หลักการบำบัดน้ำเสียโดยอาศัยกลไกให้สาหร่ายสังเคราะห์แสงเพื่อให้ออกซิเจนแก่จุลินทรีย์สำหรับการหายใจและย่อยสลายของเสีย โดยมีลมพัดช่วยเติมอากาศและแสงแดดเป็นตัวช่วยฆ่าเชื้อโรคอีกทางหนึ่ง ระบบนี้เหมาะสำหรับเมืองในเขตร้อนเช่นประเทศไทย
2.2 ระบบพืชและหญ้ากรองน้ำเสีย (plant and grass filtration)
หลักการ : การบำบัดน้ำเสียด้วยระบบนี้อาศัยหลักการใช้ดินเป็นตัวกรองของเสียและจุลินทรีย์ ในดินทำหน้าที่เป็นตัวย่อยของเสีย ของเสียที่ย่อยแล้วพืชจะเป็นตัวดูดเอาไปใช้ในการเติบโต ทำให้ของเสียเปลี่ยนเป็นมวลชีวภาพ น้ำเสียที่ผ่านระบบจะมีคุณภาพดีและสามารถระบายสู่แหล่งน้ำธรรมชาติได้
2.3 ระบบพื้นที่ชุ่มน้ำเทียม (constructed wetland)
หลักการ : พืชน้ำโดยทั่วไปมีความสามารถในการปรับตัวอยู่ในสภาพน้ำขังได้โดยการดึงเอาออกซิเจนจากอากาศ ส่งผ่านระบบเนื้อเยื่อในส่วนลำต้นลงสู่ระบบลำต้นใต้ดินและราก ซึ่งอากาศในส่วนนี้จะปลดปล่อยออกไปสู่บริเวณรอบรากพืชทำให้จุลินทรีย์ในดินสามารถย่อยของเสียที่ถูกดินกรองได้แล้วเปลี่ยนไปเป็นสารที่พืชรวมถึงสิ่งมีชีวิตอื่นๆ สามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้
2.4 ระบบแปลงพืชป่าชายเลน (mangrove forest filtration)
หลักการ : พืชป่าชายเลน เป็นพืชที่มีคุณสมบัติคล้ายพืชน้ำ กล่าวคือสามารถดำรงชีพอยู่ในสภาวะน้ำท่วมขังได้ โดยมีการปรับตัวทางสรีระ เพื่อดึงออกซิเจนจากบรรยากาศ ส่งผ่านระบบลำต้นสู่ราก นอกจากนั้นยังมีรากอากาศที่สามารถดึงอากาศได้ ออกซิเจนที่พืชขนส่งไปที่ระบบราก ส่วนหนึ่งจะปลดปล่อยสู่บริเวณรอบๆ ราก และจุลินทรีย์ในดินสามารถนำไปใช้ในการย่อยสลายของเสียได้

ผลประโยชน์จากการดำเนินโครงการ

• แม่น้ำเพชรบุรีมีคุณภาพน้ำดีขึ้น
• ระบบนิเวศป่าชายเลนมีความสมบูรณ์เพิ่มขึ้น
• บ่อบำบัดน้ำเสียสามารถเลี้ยงปลาโดยไม่ต้องให้อาหาร
• ปุ๋ยหมักจากขยะและน้ำชะจากขยะสามารถนำมาปลูกพืชเกษตรได้
• น้ำเสียและน้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วสามารถนำมาใช้ปลูกพืชเกษตรได้
• พืชที่เก็บเกี่ยวจากแปลงพืชบำบัดน้ำเสียนำมาทำเครื่องจักสานผลิตสินค้าหัตถกรรม และทำเยื่อกระดาษได้

Phytoremediation เป็นการใช้พืชในการบำบัดสารมลพิษ ในบริเวณที่ปนเปื้อน เพื่อลดอันตรายของสารมลพิษต่อมนุษย์และสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีนี้สามารถประยุกต์ใช้ในการบำบัดสารมลพิษทั้งที่อยู่ในรูปสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ที่อยู่ในตัวกลาง ดิน น้ำ หรือ อากาศ เช่น ไทรไนโทรโทลูอีน (2,4,6-trinitrotoluene) ไทรคลอโรเอทิลีน (trichloroethylene) เบนซีน (benzene) โทลูอีน (toluene) เอทิลเบนซีน (ethylbenzene) ไซลีน (xylene) โลหะหนัก (heavy metals) นิวไคลด์กัมมันตรังสี (radionuclides)

การบำบัดสารมลพิษโดยใช้เทคโนโลยี phytoremediation สิ่งที่สำคัญคือการเลือกใช้พืชในการบำบัดสารมลพิษในบริเวณที่มีการปนเปื้อน นอกจากนี้ยังต้องมีความเข้าใจพฤติกรรมของสารมลพิษที่จะทำการบำบัดในตัวกลางนั้น ๆ และปัจจัยร่วมอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติเพื่อช่วยให้การบำบัดมีประสิทธิภาพมากขึ้น ได้แก่ กระบวนการทางฟิสิกส์ เคมี และ ชีววิทยา ดังนั้น phytoremediation จึงเป็นทางเลือกหนึ่งสำหรับใช้บำบัดสารมลพิษโดยการพึ่งพาสิ่งที่มีอยู่แล้วในระบบธรรมชาติ และเป็นวิธีที่ประหยัดต้นทุนในการบำบัดสารมลพิษ โดยไม่จำเป็นต้องใช้สารเคมีที่มีราคาแพงและเป็นสาเหตุของการทำลายธรรมชาติ เช่น วิธีชะล้างดิน (soil washing)

การบำบัดสารมลพิษโลหะหนัก โดยใช้เทคโนโลยี phytoremediation สามารถจำแนกได้เป็น 4 ชนิด

1. Phytoextraction เป็นการใช้พืชเพื่อบำบัดสารมลพิษที่อยู่ใน ดิน ตะกอนดิน โดยใช้พืชไปดูดซึมสารมลพิษโดยผ่านราก แล้วไปเก็บสะสมในเนื้อเยื่อพืชส่วนที่เป็น ลำต้น และ ใบ (รูปที่ 1) มีปัจจัยหลายประการที่จำกัดการบำบัดสารโลหะหนัก (metal phytoextraction) เช่น อัตราการดูดซึมสารโลหะหนักโดยราก การนำไปใช้ประโยชน์ของโลหะหนักโดยพืช (metal bioavailability) สัดส่วนของสารโลหะหนักที่ถูกดูดซึมโดยราก ความทนได้ของเซลล์พืชต่อสารโลหะหนักที่เป็นพิษ ดังนั้นพืชที่ใช้ในการบำบัดจึงควรมีความสามารถในการสะสมสารโลหะหนักโดยผ่านรากได้มาก และสามารถเคลื่อนย้ายสารโลหะหนักไปสู่ส่วนของต้นพืชได้เป็นอย่างดี นอกจากนี้พืชควรมีกลไกลในการลดความเป็นพิษของสารโลหะหนัก (detoxify) และมีความทนต่อปริมาณสารโลหะหนักที่มีความเข้มข้นสูง สารโลหะหนักที่สามารถบำบัดได้โดยวิธีนี้ เช่น เงิน แคดเมียม โคบอลต์ โครเมียม ทองแดง ปรอท แมงกานีส โมลิบดีนัม นิกเกิล ตะกั่ว สังกะสี สารกัมมันตรังสีที่สามารถบำบัดโดยวิธีนี้ เช่น สตรอนเชียม-90 (90Sr) ซีเซียม-137 (137Cs) พลูโทเนียม-239 ( 239Pu) ยูเรเนียม-238 (238U)

2. Phytostabilization เป็นการใช้พืชเพื่อยับยั้งหรือลดการเคลื่อนที่ของสารมลพิษในดิน ตะกอนดิน หรือตม โดยการใช้รากพืชเพื่อจำกัดการเคลื่อนที่และการดูดจับของสารมลพิษในดิน ตะกอนดิน หรือตม พืชที่ใช้ควรมีความสามารถในการลดปริมาณการซึมผ่านของน้ำในโครงสร้างของดิน เพื่อเป็นการลดปริมาณสารมลพิษปนเปื้อนไปสู่น้ำใต้ดิน ป้องกันการสึกกร่อนของหน้าดินและการกระจายของสารมลพิษไปยังบริเวณอื่น ๆ การบำบัดโดยวิธีนี้สามารถเกิดขึ้นโดยผ่านกระบวนการดูดซับ (sorption) การตกตะกอน (precipitation) การเกิดสารเชิงซ้อน (complexation) การรีดิวซ์เวเลนซีโลหะ (metal valence reduction) สารโลหะหนักที่สามารถบำบัดได้โดยวิธีนี้ เช่น ตะกั่ว สารหนู แคดเมียม โครเมียม ทองแดง และ สังกะสี

3. Phytovolatilization เป็นการใช้พืชเพื่อบำบัดสารมลพิษโดยการใช้พืชไปดูดจับสารมลพิษ แล้วด้วยกลไกลที่เกิดขึ้นในต้นพืชเองได้ทำการแปลง (tranformation) สารมลพิษให้อยู่ในรูปที่ระเหยได้และมีความเป็นพิษลดลงจากเดิม หลังจากนั้น สารมลพิษที่อยู่ในรูปที่ระเหยได้ สามารถกำจัดออกโดยผ่านทางใบพืช ซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ได้ให้ความสนใจ และศึกษาค้นคว้าวิจัย เพื่อการปรับปรุงพันธุ์พืชที่สามารถทำหน้าที่พิเศษนี้ได้อย่างยอดเยี่ยม สารโลหะหนักที่สามารถบำบัดด้วยวิธีนี้ เช่น ปรอท

4. Rizofiltration เป็นการใช้พืชเพื่อบำบัดสารมลพิษ โดยการใช้รากพืชในการดักกรองสารมลพิษ หรือ ดูดซึมสารมลพิษในน้ำ เช่น น้ำผิวดิน น้ำใต้ดิน และน้ำเสียที่มีความเข้มข้นของสารมลพิษต่ำ ซึ่งวิธีนี้สามารถช่วยในการลดปริมาณกากมลพิษได้มาก ทั้งนี้เนื่องจากเฉพาะส่วนของรากพืช ที่สะสมสารมลพิษเท่านั้น ที่จำเป็นต้องบำบัดในขั้นตอนต่อไป ส่วนของใบและลำต้นที่ไม่ปนเปื้อน หลังจากการเก็บเกี่ยว ก็จะทิ้งไปหรือนำไปทำประโยชน์อย่างอื่นได้ ขึ้นกับชนิดของพืชที่นำมาใช้ในการบำบัด เช่น พืชบางชนิดมีดอกที่สวยงาม จึงสามารถเก็บดอกไปขายในช่วงเวลาระหว่างการบำบัดได้อีกด้วย สารโลหะหนักที่สามารถบำบัดได้โดยวิธีนี้ เช่น ตะกั่ว แคดเมียม ทองแดง นิกเกิล สังกะสี โครเมียม สำหรับสารกัมมันตรังสีที่สามารถบำบัดโดยวิธีนี้ เช่น 137Cs และ 238U