รายละเอียดโครงการวิจัย
- ชื่อโครงการ (ภาษาไทย) :
- บำบัดน้ำเสียจากโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs โดยเครื่องกรองทางชีวภาพจากราที่มีประสิทธิภาพ
- ชื่อโครงการ (ภาษาอังกฤษ) :
- Wastewater Treatment of Electroplating SMEs by Highly Effective Fungi Biofilter
- หน่วยงานเจ้าของโครงการ :
- คณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
- ลักษณะโครงการวิจัย :
- โครงการวิจัยเดี่ยว
- ลักษณะย่อยโครงการวิจัย :
- ไม่อยู่ภายใต้แผนงานวิจัย/ชุดโครงการวิจัย
- ประเภทโครงการ :
- โครงการวิจัยใหม่
- วันเริ่มต้นโครงการ :
- 1 ตุลาคม 2559
- วันสิ้นสุดโครงการ :
- 30 กันยายน 2560
- ประเภทของการวิจัย :
- การวิจัยและพัฒนา
- ความสำคัญและที่มาของปัญหา :
- ในปัจจุบันอุตสาหกรรม SMEs (Small and Medium Enterprise : SME) หรืออุตสาหกรรมขนาดกลางและขนาดย่อมมีการดำเนินการแพร่หลายในประเทศไทย หนึ่งในอุตสาหกรรมที่มีการดำเนินการและมีมูลค่าการส่งออกสูง คือ อุตสาหกรรม SMEs ที่มีการชุบโลหะในกระบวนการผลิต โดยกระบวนการชุบโลหะเป็นกระบวนการหนึ่งที่มีความสำคัญในการชุบผิวชิ้นงานจะทำให้มีความสวยงาม แข็งแรง ป้องกันการกัดกร่อน และป้องกันสนิม โดยสังกะสี (Zn) และโครเมียม (Cr) เป็นโลหะหนักที่ได้รับความนิยมนำมาใช้ในการชุบผิวโลหะ เนื่องจากผิวของโลหะที่ผ่านการชุบ สังกะสี หรือโครเมียม จะทนการกัดกร่อนได้ดี ผิวที่ชุบค่อนข้างเรียบและสม่ำเสมอ ความหนาของชั้นโลหะค่อนข้างจะเท่ากันทั้งชิ้นงาน ซึ่งการชุบผิวโลหะมีการเกิดน้ำเสียจากขั้นตอนต่างๆที่สำคัญ เช่น การกำจัดไขมันและน้ำมัน การจุ่มเงาและกำจัดสนิม การล้างชิ้นงานหลังผ่านกระบวนการชุบโลหะ ซึ่งขั้นตอนเหล่านี้ แต่ละขั้นตอนก่อให้เกิดน้ำทิ้งที่มีโครเมียม และสังกะสี เจือปนอยู่?ปริมาณมาก ซึ่งจากงานวิจัยของ มงคล ดํารงค?ศร (2549) พบว่าน้ำทิ้งจากอุตสาหกรรม SME ที่มีกิจกรรมการชุบโลหะพบว่ามีค่าสังกะสี และโครเมียมไตรวาเลน (Cr3+) ตกค้างในน้ำทิ้งอยู่ที่137.9 และ 210.0 มิลลิกรัมต่อลิตร ตามลำดับ โดยประกาศกระทรวงอุตสาหกรรม ฉบับที่ 2 (พ.ศ. 2539) ออกตามความในพระราชบัญญัติโรงงาน พ.ศ. 2535 เรื่อง กำหนดคุณลักษณะของน้ำทิ้งที่ระบายออกจากโรงงาน ว่าในน้ำทิ้งที่ระบายออกจากโรงงานไม่ควรมีสังกะสีเกินกว่า 5 มิลลิกรัมต่อลิตร ขณะที่โครเมียม ถ้าเป็น โครเมียมเฮกซาวาเลน (Cr6+) ไม่ควรเกิน 0.25 มิลลิกรัมต?อลิตร และโครเมียมไตรวาเลน (Cr3+) ไม่ควรเกิน 0.75 มิลลิกรัมต่อลิตร โดยโครเมียมที่พบส?วนใหญ่ในน้ำทิ้งอุตสาหกรรม SMEs จะพบในรูป โครเมียมไตรวาเลน ประมาณ ร้อยละ 97-99 และ โครเมียมเฮกซาวาเลน ประมาณร้อยละ 3 (ขวัญชีวัน วิริยะเจริญมงคล, 2549) จากข้อมูลงานวิจัยจะเห็นได้ว่าจําเป็นที่ต้องบำบัดน้ำทิ้งของน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะดังกล่าวก่อนที่จะปล่อยสู่?แหล?งรับน้ำสาธารณะ ซึ่งในการบำบัดโลหะหนักส่วนใหญ่แล้วจะใช้วิธีการทางเคมีในการบำบัด เนื่องจากมีความสะดวก และเห็นผลอย่างรวดเร็ว แต่ในกระบวนการบำบัดทางเคมีนั้นจะส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม เนื่องจากเกิดสารเคมีตกค้างในแหล่งน้ำ จึงอาจส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศในแหล่งน้ำที่รองรับน้ำทิ้งนั้น นอกจากนี้การบำบัดทางเคมีดังกล่าวยังมีราคาสูงและยุ่งยากในการบริหารจัด ดังนั้นอุตสาหกรรมที่มีการชุบโลหะหนักขนาดเล็กบางแห่งจึงมีการลักลอบปล่อยน้ำทิ้งลงสู่ท่อระบายน้ำสาธารณะ ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเน้นความสนใจในการใช้จุลินทรีย์ทั้ง แบคทีเรีย ยีสต์ รา และสาหร่าย มาใช้ในการบำบัดโลหะหนักที่ปนเปื้อนในน้ำทิ้งมากขึ้น โดยการใช้โครงสร้างบางส่วนของจุลินทรีย์ที่ตายแล้ว หรือที่มีชีวิตมาใช้บำบัดน้ำทิ้ง ทั้งนี้เนื่องจากวิธีการทางชีวภาพ ไม่ส่งผลต่อสภาพแวดล้อม และมีประสิทธิภาพดีกว่าวิธีการอื่นๆ เนื่องจากสามารถใช้กากชีวมวลจากโรงงานอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมผลิตยาที่มีการใช้จุลินทรีย์ในกระบวนการผลิตมาใช้เป็นตัวดูดซับโลหะหนักได้ จากการศึกษาของ Netpae, Suckley และ Phalaraksh (2014) พบว่า รา Humicola sp. ที่ได้มาจากตะกอนดินห้วยแม่ตาว อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก ที่ใกล้เคียงกับเหมืองสังกะสี มีความทนทานต่อแคดเมียม และมีประสิทธิภาพในการดูดซับแคดเมียมในน้ำสังเคราะห์ ได้อย่างมีประสิทธิภาพ (Netpae, Suckley และ Phalaraksh,2014 และ Netpae, 2015) แต่จากงานวิจัยดังกล่าว ยังขาดการศึกษาประสิทธิภาพของรา Humicola sp. ต่อการดูดซับโลหะหนักชนิดอื่นที่ปล่อยมลพิษโดยตรง ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมุ่งสร้างเครื่องกรองชีวภาพจากราHumicola sp. มาบำบัดน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs ที่มีอยู่มาก และกระจายเกือบทุกจังหวัดในประเทศไทย เพื่อลดต้นทุนในการบำบัดน้ำ รวมทั้งลดปัญหาจากการบำบัดโดยใช้สารเคมี
- วัตถุประสงค์ของโครงการ :
- 1. ประเมินประสิทธิภาพการดูดซับสังกะสีและโครเมียมโดยราที่มีประสิทธิภาพ 2. ประเมินสภาวะที่เหมาะสมต่อการดูดซับสังกะสีและโครเมียมโดยราที่มีประสิทธิภาพ 3. สร้างเครื่องกรองทางชีวภาพจากราที่มีประสิทธิภาพเพื่อบำบัดน้ำทิ้งจาก โรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs
- ขอบเขตของโครงการ :
- 1. ศึกษาสภาวะที่เหมาะสมของราที่มีประสิทธิภาพในการดูดซับสังกะสีและโครเมียม ได้แก่ระยะเวลาในการดูดซับ พีเอช และอุณหภูมิ 2. ศึกษาประสิทธิภาพในการดูดซับสังกะสีและโครเมียม ได้แก่ ชีวมวลที่มีชีวิต ชีวมวลที่ไม่มีชีวิตด้วยความร้อนแห้ง ชีวมวลที่ไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยเบส และชีวมวลที่ไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยกรด 3. ราที่ใช้ในการศึกษา คือรา Humicola sp. ที่ได้จากตะกอนดินห้วยแม่ตาว อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก 4. โรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs คือ โรงงานชุบสังกะสีและโครเมียมในจังหวัดนครสวรรค์
- ผลที่คาดว่าจะได้รับ :
- 1. ผู้ประกอบของโรงงานอุตสาหกรรมที่มีการปล่อยน้ำทิ้งที่มีการปนเปื้อนสังกะสี และโครเมียม มีเครื่องมือ ที่มีประสิทธิภาพในการกำจัดสังกะสีและโครเมียม 2. มีการตีพิมพ์งานวิจัย ในวารสารวิชาการ ในระดับชาติหรือ นานาชาติ 3. มีการนำเสนองานวิจัย ในการประชุมวิชาการในระดับชาติหรือ นานาชาติ
- วิธีการดำเนินการวิจัย และสถานที่ทำการทดลอง/เก็บข้อมูล :
- การดำเนินการวิจัยบำบัดน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs โดยเครื่องกรองทางชีวภาพจากราที่มีประสิทธิภาพ แบ่งการดำเนินการทั้งสิ้น 3 ส่วน ดังนี้ 1. ศึกษาผลของสังกะสี และโครเมียมต่อการยับยั้งการเจริญเติบโตของรา Humicola sp. 1.1 การเตรียมสปอร์ของรา เลี้ยงราที่ได้จากข้อ 2 ในหลอดที่มีอาหารพีดีเอ วางเอียงปริมาณ 5 มิลลิลิตร ที่อุณหภูมิ ห้องเป็นเวลา 3 วัน จนเกิดสปอร์เต็มที่จึงเก็บในตู้เย็นอุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส จนกว่าจะนำมาใช้ในการศึกษาต่อไป (เพาะเลี้ยงเชื้อต่อเนื่องโดยเปลี่ยนอาหารใหม่ทุก 2 เดือน) โดยสปอร์ของราจะเตรียมโดยใช้สาร Tween 80 เข้มข้นร้อยละ 0.1 ที่ฆ่าเชื้อแล้ว 5 มิลลิลิตร ใส่ลงในหลอดสปอร์ที่มีอายุ 3 วัน ใช้เข็มเขี่ยเชื้อให้สปอร์กระจายเป็นสารแขวนลอย นับความหนาแน่นของเซลล์โดยใช้ฮีมาไซโตมิเตอร์ โดยเจือจางสปอร์ด้วยน้ำปราศจากอิออนให้สปอร์มีจำนวนอยู่ระหว่าง 106 – 107 สปอร์ต่อมิลลิลิตร ทั้งนี้เนื่องจากความหนาแน่นของสปอร์ราแต่ละชนิดมีไม่เท่ากัน 1.2 ผลของสังกะสี และโครเมียมต่อการยับยั้งการสร้างสปอร์รา ทำการย้ายราจากข้อ3.1 จำนวนอยู่ระหว่าง 106 – 107 สปอร์ ใส่ในจานเพาะเชื้อที่มีอาหารเลี้ยงเชื้อ พีดีเอ 20 มิลลิลิตรที่มีความเข้มข้นของสังกะสี และโครเมียม 0 10 25 50 100 มิลลิกรัมต่อลิตร นำไปบ่มในตู้บ่มเชื้อที่อุณหภูมิ 28 องศาเซลเซียส ระยะเวลา 3 วัน หรือจะสิ้นสุดระยะเวลาในการบ่มโดยใช้ราที่เลี้ยงในอาหารเลี้ยงเชื้อชนิดที่ไม่มีโลหะหนักอยู่เป็นกลุ่มควบคุมโดยวัดจากการที่ไมซีเลียม (mycelium) เข้าใกล้ขอบจานเพาะเชื้อ สังเกตสีของโคโลนี และความเร็วของการเกิดโคโลนีของราด้วยตาเปล่า 1.3 ผลของสังกะสี และโครเมียมต่อการยับยั้งการสร้างไมซีเลียม ความเข้มข้นสูงสุดของสังกะสี และโครเมียมที่ยับยั้งการสร้างไมซีเลียมของราทำการย้ายราใส่ในอาหารเลี้ยงเชื้อ พีดีบี (PDB, Potato Dextrose Broth) ปริมาตร 50 มิลลิลิตร ที่มีความเข้มข้นของสังกะสี และโครเมียม 0 10 25 50 100 มิลลิกรัมต่อลิตร เข้าเครื่องเขย่าแบบหมุน 150 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 30?2 องศาเซลเซียส ระยะเวลา 3 วัน สังเกตลักษณะของไมซีเลียม และอัตราการเจริญเติบโต และนำมาชั่งน้ำหนักโดยใช้กระดาษกรองแล้วอบ หลังอบนำมาเปรียบเทียบกัน 1.4 ขั้นสรุปและวิเคราะห์ข้อมูล วิเคราะห์ข้อมูลนับจำนวนราโดยสถิติเบื้องต้น ได้แก่ ค่าเฉลี่ย และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน 2. ศึกษาประสิทธิภาพ และสภาวะที่เหมาะสมต่อการดูดซับสังกะสี และโครเมียมโดยรา Humicola sp. การศึกษาในส่วนนี้เป็นการศึกษาเชิงทดลอง (experimental research) เพื่อศึกษาสภาวะแวดล้อมที่มีผลต่อการเพิ่มหรือลดประสิทธิภาพการดูดซับสังกะสี และโครเมียมโดยรา Humicola sp. ดำเนินการโดย 2.1 การเตรียมชีวมวลรา ทำการเลี้ยงรา Humicola sp. ในอาหารเลี้ยงเชื้อพีดีบี (PDB, Potato Dextrose Broth) เขย่าในเครื่องเขย่าแบบหมุนที่ 150 รอบต่อนาที อุณหภูมิ 30?2 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 72 ชั่วโมงล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนและนำชีวมวลที่ได้มากรองและแบ่งชีวมวลออกเป็น 4 กลุ่มคือ 1) ชีวมวลมีชีวิต (living biomass) โดยนำไมซีเลียมของรา Humicola sp. ที่ได้ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน ตรวจสอบการมีชีวิตของชีวมวลด้วยการทำให้เชื้อกระจายในจานเพาะเชื้อโดยใช้น้ำปราศจากไอออนเป็นตัวเจือจาง 2) ชีวมวลไม่มีชีวิตโดยใช้ความร้อน (heat treated biomass) โดยนำชีวมวลที่มีชีวิตของรา Humicola sp. เข้าหม้อนึ่งความดันไอที่ความดัน 15 ปอนด์ต่อตารางนิ้วนาน 20 นาที ทำให้แห้งในตู้อบที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมง และบดให้มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร 3) ชีวมวลไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยกรด (acid washed biomass) โดยนำชีวมวลราHumicola sp. ที่มีชีวิตแช่ด้วยสารละลายกรดไนตริกความเข้มข้นร้อยละ 10 โดยปริมาตร (v/v) เขย่าในเครื่องเขย่าแบบหมุนวนที่ 150 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 28 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน ทำให้แห้งในตู้อบที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมง และบดให้มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร 4) ชีวมวลไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยเบส (base washed biomass) ) โดยนำชีวมวลรา Humicola sp. ที่มีชีวิตแช่ด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ความเข้มข้นร้อยละ 10 โดยน้ำหนัก (w/v) เขย่าในเครื่องเขย่าแบบหมุนวนที่ 150 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 28 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 30 นาที ล้างด้วยน้ำปราศจากไอออน ทำให้แห้งในตู้อบที่อุณหภูมิ 80 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 12 ชั่วโมง และบดให้มีขนาดอนุภาคน้อยกว่า 1 มิลลิเมตร 2.2 ศึกษาประสิทธิภาพการดูดซับสังกะสีและโครเมียม 1) นำชีวมวลที่ได้ทั้ง 4 กลุ่มทำการดูดซับสังกะสี และโครเมียมโดยใช้ความเข้มข้นที่ 0 1 5 10 25 50 100 และ150 มิลลิกรัมต่อลิตร เป็นเวลา 2 ชั่งโมง กรองและนำสารละลายที่กรองได้มาตรวจวัดปริมาณสังกะสี และโครเมียม 2) ศึกษากลไกการดูดซับสังกะสีและโครเมียมโดยแบบจำลองแลงเมียร์ (Langmuir model) และฟรุนดลิช (Freundlich isotherm) (Alluri et al.,2007) 2.3 สภาวะที่เหมาะสมต่อการดูดซับสังกะสี และโครเมียม โดยราHumicola sp. 1) อิทธิพลของอุณหภูมิ ผลของอุณหภูมิต่อการดูดซับสังกะสี และโครเมียม โดยทำการเขย่ารา Humicola sp. กับสารละลายสังกะสี และโครเมียม ที่อุณหภูมิ 30 40 50 60 และ 70 องศาเซลเซียส 2) อิทธิพลของพีเอช ศึกษาผลของพีเอชของสารละลายสังกะสี และโครเมียม ที่พีเอช 3 4 5 6 และ7 โดยใช้สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ เมื่อต้องการปรับค่าพีเอชเป็นเบสและใช้สารละลายกรดไนตริก เมื่อต้องการปรับค่าเป็นกรด 3) อิทธิพลของเวลาในการดูดซับ ศึกษาผลของระยะเวลาที่เหมาะสมที่ราจะสัมผัสกับสารละลายสังกะสีและโครเมียมโดยเขย่ารากับสารละลายสังกะสี และโครเมียม เป็นเวลา 30 60 90 120 150 และ180นาที 4) การนำรา Humicola sp. กลับมาใช้ใหม่ นำชีวมวลรา Humicola sp. ที่ผ่านกระบวนการดูดซับสังกะสี และโครเมียม มาล้างด้วยกรดไนตริก (HNO3) 0.1 โมลาร์ ปริมาตร 20 มิลลิลิตร เขย่าด้วยเครื่องหมุนวน ที่ 150 รอบต่อนาที ที่อุณหภูมิ 30?2 องศาเซลเซียส เป็นเวลา 150 นาที หลังจากนั้นทำการกรองชีวมวลออก และนำสารละลายที่ได้ไปทำการตรวจวัดปริมาณสังกะสีและโครเมียม 2.4 การตรวจวัดสังกะสี และโครเมียม ทำการวิเคราะห์ปริมาณสังกะสี และโครเมียม จากข้อ 1 ถึง 4 โดยใช้เครื่องอะตอมมิคแอบซอบชั่นสเปกโตรโฟโตมิเตอร์ (atomic absorption spectrophotometer) ยี่ห้อ Perkin Elmer รุ่น PinAAcle 900T 2.5 ขั้นสรุปและวิเคราะห์ข้อมูล สถิติที่ใช้ในการวิเคราะห์ ได้แก่ ค่าเฉลี่ย และส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน โดยการเปรียบเทียบค่าเฉลี่ยของปริมาณการดูดซับสังกะสี และโครเมียม ระหว่างชีวมวลมีชีวิต ชีวมวลไม่มีชีวิตด้วยความร้อนแห้ง ชีวมวลไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยกรด และชีวมวลไม่มีชีวิตที่ล้างด้วยเบส จะใช้โปรแกรมสำเร็จรูป SPSS (Statistical Package for the Social Science) โดยวิธีทางสถิติ คือการวิเคราะห์ความแปรปรวนแบบทางเดียว (one-way analysis of variance หรือ ANOVA)และ Post Hoc. duncan test (P<0.05)
- คำอธิบายโครงการวิจัย (อย่างย่อ) :
- ปัจจุบันนักวิทยาศาสตร์จึงมุ่งเน้นความสนใจในการใช้จุลินทรีย์ทั้ง แบคทีเรีย ยีสต์ รา และสาหร่าย มาใช้ในการบำบัดโลหะหนักที่ปนเปื้อนในน้ำทิ้งมากขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากวิธีการทางชีวภาพ ไม่ส่งผลต่อสภาพแวดล้อม และมีประสิทธิภาพดีกว่าวิธีการอื่นๆ จากการศึกษาพบว่า รา Humicola sp. ที่ได้มาจากตะกอนดินห้วยแม่ตาว อำเภอแม่สอด จังหวัดตาก ที่ใกล้เคียงกับเหมืองสังกะสี มีความทนทานต่อแคดเมียม และมีประสิทธิภาพในการดูดซับแคดเมียมในน้ำสังเคราะห์ ได้อย่างมีประสิทธิภาพแต่จากงานวิจัยดังกล่าว ยังขาดการศึกษาประสิทธิภาพของรา Humicola sp. ต่อการดูดซับโลหะหนักชนิดอื่นที่ปล่อยมลพิษโดยตรง ดังนั้นในงานวิจัยนี้จึงมุ่งสร้างเครื่องกรองชีวภาพจากรา Humicola sp. มาบำบัดน้ำทิ้งโรงงานชุบโลหะของอุตสาหกรรม SMEs ที่มีอยู่มาก และกระจายเกือบทุกจังหวัดในประเทศไทย เพื่อลดต้นทุนในการบำบัดน้ำ รวมทั้งลดปัญหาจากการบำบัดโดยใช้สารเคมี
- รายชื่อนักวิจัยในโครงการ :
-
ลำดับที่ รายชื่อ ประเภทนักวิจัย บทบาทหน้าที่ สัดส่วน 1 รองศาสตราจารย์ทินพันธุ์ เนตรแพ นักวิจัยภายในมหาวิทยาลัย หัวหน้าโครงการวิจัย 80% 2 นางสาวิตรี ซัคลี่ย์ นักวิจัยภายในมหาวิทยาลัย ผู้ร่วมวิจัย 20%
สถาบันวิจัยและพัฒนา
มหาวิทยาลัยราชภัฏนครสวรรค์ ศูนย์การศึกษาย่านมัทรี398/1 หมู่ 3 ตำบลย่านมัทรี อำเภอพยุหะคีรี
จังหวัดนครสวรรค์ 60130
