สารลดแรงตึงผิวชีวภาพมีประโยชน์อย่างไรในด้านวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม?

สารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ทางเคมีหลายชนิดทำลายสิ่งแวดล้อมเนื่องจากย่อยสลายได้ยาก มีพิษ และมีแนวโน้มที่จะสะสมในระบบนิเวศ ในทางตรงกันข้าม สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพ ซึ่งมีคุณสมบัติย่อยสลายได้ง่ายและไม่เป็นพิษต่อระบบนิเวศ จึงเหมาะสมกว่าสำหรับการควบคุมมลพิษในวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น สามารถใช้เป็นสารดักจับแบบลอยตัวในกระบวนการบำบัดน้ำเสีย โดยดูดซับบนอนุภาคคอลลอยด์ที่มีประจุเพื่อกำจัดไอออนโลหะที่เป็นพิษ หรือใช้ในการฟื้นฟูพื้นที่ที่ปนเปื้อนด้วยสารประกอบอินทรีย์และโลหะหนัก

1. การประยุกต์ใช้ในกระบวนการบำบัดน้ำเสีย

ในการบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีทางชีวภาพ ไอออนโลหะหนักมักยับยั้งหรือเป็นพิษต่อจุลินทรีย์ในตะกอนเร่งปฏิกิริยา ดังนั้น การบำบัดเบื้องต้นจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อใช้วิธีทางชีวภาพในการบำบัดน้ำเสียที่มีไอออนโลหะหนัก ปัจจุบัน วิธีการตกตะกอนด้วยไฮดรอกไซด์เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปในการกำจัดไอออนโลหะหนักออกจากน้ำเสีย แต่ประสิทธิภาพการตกตะกอนนั้นจำกัดด้วยความสามารถในการละลายของไฮดรอกไซด์ ส่งผลให้ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติไม่เป็นไปตามที่คาดหวัง ในทางกลับกัน วิธีการลอยตัวมักมีข้อจำกัดเนื่องจากการใช้สารดักจับการลอยตัว (เช่น สารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ทางเคมีอย่างโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต) ซึ่งย่อยสลายได้ยากในขั้นตอนการบำบัดถัดไป ทำให้เกิดมลพิษทุติยภูมิ ด้วยเหตุนี้ จึงมีความจำเป็นต้องพัฒนาทางเลือกอื่นที่ย่อยสลายได้ง่ายและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม และสารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพก็มีข้อดีเหล่านี้อย่างครบถ้วน

2. การประยุกต์ใช้ในการบำบัดทางชีวภาพ

ในกระบวนการใช้จุลินทรีย์เพื่อเร่งปฏิกิริยาการย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์และฟื้นฟูสภาพแวดล้อมที่ปนเปื้อน สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพมีศักยภาพสูงสำหรับการบำบัดทางชีวภาพในพื้นที่ปนเปื้อนสารอินทรีย์ เนื่องจากสามารถนำมาใช้ได้โดยตรงจากน้ำหมัก ทำให้ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายที่เกี่ยวข้องกับการแยก การสกัด และการทำให้บริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์สารลดแรงตึงผิว

2.1 การเพิ่มประสิทธิภาพการย่อยสลายของแอลเคน

แอลเคนเป็นส่วนประกอบหลักของปิโตรเลียม ในระหว่างการสำรวจ การสกัด การขนส่ง การแปรรูป และการจัดเก็บปิโตรเลียม การปล่อยปิโตรเลียมที่ปนเปื้อนลงสู่ดินและน้ำใต้ดินเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เพื่อเร่งการย่อยสลายแอลเคน การเติมสารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพสามารถเพิ่มคุณสมบัติชอบน้ำและย่อยสลายได้ทางชีวภาพของสารประกอบที่ไม่ชอบน้ำ เพิ่มจำนวนประชากรจุลินทรีย์ และด้วยเหตุนี้จึงช่วยเพิ่มอัตราการย่อยสลายของแอลเคนได้

2.2 การเพิ่มประสิทธิภาพการย่อยสลายของสารประกอบอะโรมาติกโพลีไซคลิก (PAHs)

สาร PAH ได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้นเนื่องจากมี “ผลกระทบก่อมะเร็ง 3 ประการ” (ก่อมะเร็ง ก่อความพิการแต่กำเนิด และก่อกลายพันธุ์) หลายประเทศจัดให้สารเหล่านี้เป็นสารมลพิษลำดับความสำคัญสูง การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์เป็นเส้นทางหลักในการกำจัดสาร PAH ออกจากสิ่งแวดล้อม และความสามารถในการย่อยสลายจะลดลงเมื่อจำนวนวงแหวนเบนซีนเพิ่มขึ้น กล่าวคือ สาร PAH ที่มีวงแหวนเบนซีน 3 วงหรือน้อยกว่าจะย่อยสลายได้ง่าย ในขณะที่สาร PAH ที่มีวงแหวนเบนซีน 4 วงหรือมากกว่านั้นจะย่อยสลายได้ยากกว่า

2.3 การกำจัดโลหะหนักที่เป็นพิษ

กระบวนการปนเปื้อนของโลหะหนักที่เป็นพิษในดินนั้นมีลักษณะเฉพาะคือการซ่อนเร้น ความคงตัว และไม่สามารถย้อนกลับได้ ทำให้การฟื้นฟูดินที่ปนเปื้อนโลหะหนักเป็นหัวข้อวิจัยที่สำคัญในแวดวงวิชาการมาอย่างยาวนาน วิธีการปัจจุบันในการกำจัดโลหะหนักออกจากดิน ได้แก่ การทำให้เป็นแก้ว การตรึง/การทำให้คงตัว และการบำบัดด้วยความร้อน แม้ว่าการทำให้เป็นแก้วจะทำได้ในทางเทคนิค แต่ต้องใช้การทำงานทางวิศวกรรมจำนวนมากและมีค่าใช้จ่ายสูง กระบวนการตรึงนั้นสามารถย้อนกลับได้ จึงจำเป็นต้องมีการตรวจสอบประสิทธิภาพการบำบัดอย่างต่อเนื่องหลังการใช้งาน การบำบัดด้วยความร้อนเหมาะสำหรับโลหะหนักที่ระเหยได้ง่าย (เช่น ปรอท) เท่านั้น ด้วยเหตุนี้ วิธีการบำบัดทางชีวภาพที่มีต้นทุนต่ำจึงได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้เริ่มใช้สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพที่ไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อมในการฟื้นฟูดินที่ปนเปื้อนโลหะหนัก