การสร้างท่อบำบัดน้ำทิ้งที่เกิดจากกระบวนการฟอกหนัง

Abstract

เฮกซาวาเลนซ์โครเมียมหรือ Cr(VI) เป็นสารตกค้างที่มีความเสถียรและพบได้ทั่วไปในของไหลที่เกิดจากอุตสาหกรรม ในปีจจุบันมีวิธีการกำจัด Cr(VI) หลายวิธีแต่ยังใช้ต้นทุนในการดำเนินการสูงและยังคงทิ้งสารพิษตกค้างที่เกิดจากกระบวนการกำจัดในสิ่งแวดล้อมต่อไป การดูดซับทางชีวภาพเป็นวิธีการกำจัดทางเลือกใหม่ที่มีประสิทธิภาพสูงและลดการใช้สารเคมีช่วยในปฏิกิริยาได้ จากความนิยมในการดื่มชาและกาแฟทั่วโลกเฉลี่ยวันละล้านแก้วทำให้เหลือกากชาและกากกาแฟเป็นของเหลือทิ้งจำนวนมาก แม้ว่าจะมีการรีไซเคิลกากชาและกากกาแฟในอุตสาหกรรมเครื่องสำอางอยู่บางก็ยังคงมีปริมาณเหลือทิ้งค่อนข้างสูงอยู่ ทางหนึ่งที่จะใช้ในการแก้ปัญหาของเหลือทิ้งนี้คือ การเปลี่ยนรูปของเหลือทิ้งเหล่านี้ไปเป็นวัสดุที่สามารถก่อประโยชน์ใหม่ได้อีกครั้ง จากข้อเท็จจริงที่ว่ากากชาและกากกาแฟประกอบด้วยสารอินทรีย์ที่สามารถออกซิไดส์ได้ ซึ่งเป็นสารสำคัญที่ใช้ในการรีดักชั่น Cr(VI) ได้จึงทำให้งานวิจัยนี้สนใจที่จะทดลองใช้กากชาและกากกาแฟเป็นสารดูดซับราคาถูกทางเลือกใหม่สำหรับกำจัด Cr(VI) ที่ปนเปื้อนมากับน้ำทิ้งสังเคราะห์ งานวิจัยได้ดำเนินการทดลองในระบบปิดเพื่อศึกษาผลของปริมาณตัวดูดซับ ค่าพีเอชและอุณหภูมิ ความเร็วในการเขย่าเพื่อเติมอากาศ ความเข้มข้นเริ่มต้นของ Cr(VI) ที่ใช้ และเวลาในการสัมผัสของ Cr(VI) กับสารดูดซับ ต่อประสิทธิภาพในการดูดซับ Cr(VI) ของกากชาและกากกาแฟ เมื่อดำเนินการวิจัยโดยใช้น้ำทิ้งสังเคราะห์พบว่าทั้งกากชาและกากกาแฟสามารถดูดซับ Cr(VI) ปนเปื้อนที่ความเข้มข้นเริ่มต้น 10-30 มิลลิกรัมต่อลิตร ได้อย่างสมบูรณ์ โดยมีสภาวะที่เหมาะสมในการดูดซับคือ การใช้กากชาและกากกาแฟที่ปริมาณ 2 กรัมต่อลิตร ที่ค่าพีเอชเท่ากับ 2.0 ที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส ด้วยความเร็วในการเขย่าเท่ากับ 250 รอบต่อนาที เป็นเวลา 180 นาที และเมื่อเพิ่มปริมาณการปนเปื้อนของ Cr(VI) เริ่มต้นเป็น 50-250 มิลลิกรัมต่อลิตร พบว่า ประสิทธิภาพในการกำจัดจะลดลงแต่ยังคงดูดซับได้ดีร้อยละ 50 เมื่อทำการวิเคราะห์พื้นผิวของสารดูดซับด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดร่วมกับเทคนิคจุลวิเคราะห์ (SEM-EDS) พบการเปลี่ยนแปลงบนพื้นผิวของกากชาและกากกาแฟภายหลังการใช้ดูดซับ Cr(VI) และสามารถตรวจพบการสะสมของโครเมียมบนพื้นผิวของสารดูดซับทั้งสองชนิด แต่ไม่พบการเปลี่ยนแปลงของหมู่ฟังก์ชันใด ๆ บนพื้นผิวของสารดูดซับทั้งสองเมื่อวิเคราะห์ด้วยเครื่องฟลูเรียร์ทรานส์ฟอร์ม อินฟราเรดสเปคโทรมิเตอร์ (FTIR) ยกเว้นแต่พบ CH stretching ถูกแทนที่ด้วย CH bending บนผิวของกากชาภายหลังการดูดซับ Cr(VI) นอกจากนี้ยังพบว่ากากชาและกากกาแฟสามารถนำกลับมาใช้ซ้ำในการดูดซับ Cr(VI) ได้ถึง 3 ครั้ง โดยยังคงประสิทธิภาพในการดูดซับมากกว่าร้อยละ 70 การศึกษาไอโซเทอมและจลนศาสตร์ของการดูดซับเพื่ออธิบายลักษณะการดูดซับที่สมดุลของ Cr(VI) บนกากชาและกากกาแฟที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส พบผลการดูดซับของทั้งกากชาและกากกาแฟที่สอดคล้องกับ Freundlich sorption isotherm model ในทุกช่วงความเข้มข้น Cr(VI) ที่ใช้ ตั้งแต่ 100 ถึง 250 มิลลิกรัมต่อลิตร และพบลักษณะจลนศาสตร์ของการดูดซับเป็นแบบ pseudo second-order kinetic adsorption model โดยให้ผลความจุของการดูดซับสูงสุดสำหรับกากชาและกากกาแฟ คือ 94.34 มิลลิกรัมต่อกรัม และ 87.72 มิลลิกรัมต่อกรัม ตามลำดับ และเมื่อทำการศึกษาการกำจัด Cr(VI) ในลักษณะของท่อบำบัดขนาดใหญ่ที่บรรจุน้ำทิ้งสังเคราะห์ปริมาตร 3 100 ลิตร โดยใช้กากชาเป็นสารดูดซับ พบว่า สามารถกำจัด Cr(VI) ความเข้มข้นสูงถึง 100 มิลลิกรัม ต่อลิตรได้อย่างสมบูรณ์ในระยะเวลาอันสั้นเพียง 30 นาทีเท่านั้น ผลการวิจัยที่ได้ทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของกากชาและกากกาแฟที่สามารถใช้เป็นสารดูดซับทางเลือกที่มีประสิทธิภาพในการกำจัด Cr(VI) ปนเปื้อนในน้ำทิ้งจากอุตสาหกรรมต่อไปในอนาคต