ไบโอเซอร์แฟกแตนท์มีการประยุกต์ใช้ในงานวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมอย่างไรบ้าง?

สารลดแรงตึงผิวสังเคราะห์ทางเคมีหลายชนิดสร้างความเสียหายต่อสิ่งแวดล้อมทางนิเวศวิทยา เนื่องจากคุณสมบัติการย่อยสลายทางชีวภาพ ความเป็นพิษ และแนวโน้มการสะสมในระบบนิเวศที่ไม่ดี ในทางตรงกันข้าม สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพ ซึ่งมีคุณสมบัติย่อยสลายได้ง่ายและไม่เป็นพิษต่อระบบนิเวศ เหมาะสมกว่าสำหรับการควบคุมมลพิษในงานวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น สารลดแรงตึงผิวเหล่านี้สามารถใช้เป็นตัวเก็บสารแบบลอยตัวในกระบวนการบำบัดน้ำเสีย โดยดูดซับลงบนอนุภาคคอลลอยด์ที่มีประจุเพื่อกำจัดไอออนโลหะที่เป็นพิษ หรือนำไปใช้ในบริเวณที่ปนเปื้อนสารประกอบอินทรีย์และโลหะหนัก

1. การประยุกต์ใช้ในกระบวนการบำบัดน้ำเสีย

เมื่อบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ ไอออนของโลหะหนักมักยับยั้งหรือเป็นพิษต่อชุมชนจุลินทรีย์ในตะกอนเร่ง ดังนั้น การบำบัดเบื้องต้นจึงเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อใช้วิธีการทางชีวภาพในการบำบัดน้ำเสียที่มีไอออนของโลหะหนัก ปัจจุบันวิธีการตกตะกอนไฮดรอกไซด์เป็นที่นิยมใช้ในการกำจัดไอออนของโลหะหนักออกจากน้ำเสีย แต่ประสิทธิภาพในการตกตะกอนถูกจำกัดด้วยความสามารถในการละลายของไฮดรอกไซด์ ส่งผลให้ประสิทธิภาพในทางปฏิบัติต่ำกว่ามาตรฐาน ในทางกลับกัน วิธีการลอยตัวมักถูกจำกัดเนื่องจากการใช้ตัวเก็บตัวลอยตัว (เช่น โซเดียมโดเดซิลซัลเฟต ซึ่งเป็นสารลดแรงตึงผิวที่สังเคราะห์ทางเคมี) ซึ่งย่อยสลายได้ยากในขั้นตอนการบำบัดถัดไป ทำให้เกิดมลพิษทุติยภูมิ ดังนั้นจึงมีความจำเป็นต้องพัฒนาทางเลือกอื่นที่ย่อยสลายได้ง่ายทางชีวภาพและไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม ซึ่งสารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพก็มีข้อดีเหล่านี้

2. การประยุกต์ใช้ในการบำบัดทางชีวภาพ

ในกระบวนการใช้จุลินทรีย์เพื่อเร่งการย่อยสลายสารมลพิษอินทรีย์และฟื้นฟูสภาพแวดล้อมที่ปนเปื้อน สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพมีศักยภาพอย่างมากในการฟื้นฟูพื้นที่ปนเปื้อนสารอินทรีย์ในพื้นที่ เนื่องจากสามารถนำไปใช้ประโยชน์ได้โดยตรงจากน้ำหมัก จึงช่วยลดต้นทุนที่เกี่ยวข้องกับการแยกสารลดแรงตึงผิว การสกัด และการทำให้บริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์

2.1 การเพิ่มการย่อยสลายของอัลเคน

แอลเคนเป็นองค์ประกอบหลักของปิโตรเลียม ในระหว่างการสำรวจ สกัด ขนส่ง แปรรูป และจัดเก็บปิโตรเลียม การปล่อยปิโตรเลียมจะปนเปื้อนดินและน้ำใต้ดินอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เพื่อเร่งการย่อยสลายของแอลเคน การเติมสารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพสามารถช่วยเพิ่มคุณสมบัติการชอบน้ำและการย่อยสลายทางชีวภาพของสารประกอบไฮโดรโฟบิก เพิ่มจำนวนจุลินทรีย์ และส่งผลให้อัตราการย่อยสลายของแอลเคนดีขึ้น

2.2 การปรับปรุงการย่อยสลายของโพลีไซคลิกอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (PAHs)

สาร PAHs ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจาก “สารก่อมะเร็งสามชนิด” (สารก่อมะเร็ง สารก่อวิรูป และสารก่อกลายพันธุ์) หลายประเทศจัดให้สารเหล่านี้อยู่ในกลุ่มมลพิษลำดับต้นๆ การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์เป็นกระบวนการหลักในการกำจัด PAHs ออกจากสิ่งแวดล้อม และความสามารถในการย่อยสลายของสารนี้จะลดลงเมื่อจำนวนวงแหวนเบนซินเพิ่มขึ้น โดย PAHs ที่มีวงแหวนสามวงหรือน้อยกว่าจะย่อยสลายได้ง่าย ในขณะที่ PAHs ที่มีวงแหวนสี่วงหรือมากกว่านั้นจะย่อยสลายได้ยากกว่า

2.3 การกำจัดโลหะหนักที่เป็นพิษ

กระบวนการปนเปื้อนของโลหะหนักที่เป็นพิษในดินมีลักษณะเด่นคือ การปกปิด ความเสถียร และการย้อนกลับไม่ได้ ทำให้การฟื้นฟูดินที่ปนเปื้อนโลหะหนักเป็นประเด็นวิจัยที่มุ่งเน้นมายาวนานในแวดวงวิชาการ วิธีการกำจัดโลหะหนักออกจากดินในปัจจุบันประกอบด้วย การเผาแบบแก้ว การตรึง/คงสภาพ และการบำบัดด้วยความร้อน แม้ว่าการเผาแบบแก้วจะสามารถทำได้ในทางเทคนิค แต่ก็ต้องใช้งานวิศวกรรมจำนวนมากและมีค่าใช้จ่ายสูง กระบวนการตรึงสามารถย้อนกลับได้ จึงจำเป็นต้องมีการติดตามประสิทธิภาพของการบำบัดอย่างต่อเนื่องหลังการใช้ การบำบัดด้วยความร้อนเหมาะสำหรับโลหะหนักที่ระเหยง่าย (เช่น ปรอท) เท่านั้น ส่งผลให้วิธีการบำบัดทางชีวภาพที่มีต้นทุนต่ำได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิจัยได้เริ่มใช้สารลดแรงตึงผิวทางชีวภาพที่ไม่เป็นพิษต่อระบบนิเวศเพื่อฟื้นฟูดินที่ปนเปื้อนโลหะหนัก