| 
แผนภาพแสดงการบำบัดน้ำบาดาลโดยใช้กำแพงบำบัด (USEPA, 2003)
กำแพงบำบัด (Permeable Reactive Barrier: PRB) เป็นวิธีบำบัดนำ้บาดาลแบบอยู่กับที่ โดยการสร้างกำแพงใต้ดิน ที่มีการเติมวัสดุที่ทำปฏิกิริยา โดยวัสดุดังกล่าวสามารถที่จะเป็นเหล็กวาเลนซ์ศูนย์ ถ่านกัมมันต์ หินฟอสเฟต เช่น หินอะพาไทต์ ทราย อินทรีย์สาร เช่น พีทมอส จุลินทรีย์ หรือจะเป็นการรวมกันของวัสดุดังที่กล่าวมาแล้วนี้ก็ได้ (Siegel & Bryan, 2003) หลักการคร่าว ๆ ของการบำบัดด้วยวิธีนี้ คือ การให้น้ำบาดาลที่มีการปนเปื้อนไหลผ่านกำแพงบำบัด ด้วยการไหลตามธรรมชาติ สารปนเปื้อนจะถูกกำจัดด้วยวัสดุที่ใส่ไปในกำแพง ด้วยกระบวนการที่แตกต่างกัน จากนั้นน้ำบาดาลที่ถูกบำบัดแล้วจะไหลออกจากกำแพงบำบัดในฝั่งตรงข้าม
หลักการทำงานของกำแพงบำบัด
การสร้างกำแพงบำบัด จะใช้วิธีขุดดินลงไปในลักษณะเป็นแนวยาวและแคบ โดยส่วนใหญ่จะมีการออกแบบให้ตั้งฉากหรือขวางแนวการเคลื่อนที่ของน้ำบาดาล เพื่อที่จะให้น้ำบาดาลไหลผ่านกำแพงบำบัด แนวขุดจะถูกฝังกลบด้วยวัสดุที่ทำปฏิกิริยาที่ได้กล่าวไปในข้างต้น การเลือกใช้วัสดุที่ทำปฏิกิริยานั้นขึ้นอยู่กับหลาย ๆ ปัจจัย เช่น การทำปฏิกิริยากันระหว่างวัสดุที่ทำปฏิกิริยากับสิ่งปนเปื้อน ในน้ำบาดาล ความเสถียร ราคา คุณสมบัติเชิงชลศาสตร์ และความปลอดภัย (Tsamo et al., 2003)
กระบวนการทางเคมีที่ใช้ในการกำจัดสิ่งปนเปื้อนจะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับวัสดุที่ทำปฏิกิริยาที่ใช้ อธิบายได้ดังต่อไปนี้ (1) สารปนเปื้อนที่อยู่ในน้ำบาดาลจะถูกดูดซึมที่ผิวของวัสดุที่ทำปฏิกิริยา เมื่อมีการไหลผ่านกำแพงบำบัด (2) โลหะหนักที่ละลายอยู่ในน้ำบาดาลจะตกตะกอนและติดอยู่ในกำแพงบำบัด (3) สารปนเปื้อนจะทำปฏิกิริยากับวัสดุที่ทำปฏิกิริยา และ (4) สารปนเปื้อนจะสลายตัวตามธรรมชาติโดยจุลินทรีย์ที่อยู่ในกำแพงบำบัด
ตัวอย่างของวัสดุที่นิยมใช้ในกำแพงบำบัด
1. เหล็กวาเลนซ์ศูนย์ เป็นโลหะวาเลนซ์ศูนย์ที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก โดยทั่วไปเหล็กวาเลนซ์ศูนย์ จะเป็นตัวรีดิวซ์ในปฏิกิริยารีดอกซ์ (ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดจากครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน) โดยปฏิกิริยารีดักชัน จะเกิดเมื่อมีการรับอิเล็กตรอนจากผู้ให้ ซึ่งจะเกิดควบคู่ กับปฏิกิริยาออกซิเดชัน จากการศึกษาพบว่าเหล็กวาเลนซ์ศูนย์เป็นตัวรีดิวซ์ที่แข็งแรง และมีศักย์รีดักชัน (Reduction potential: E0) สูง หมายถึงเป็นตัวให้อิเล็กตรอนที่ดี ทำให้สามารถเกิดปฏิกิริยารีดักชันได้กับทุกสารมลพิษที่มีศักย์รีดักชันต่ำกว่า ครึ่งปฏิกิริยาต่อไปนี้อธิบายปฏิกิริยาออกซิเดชันของเหล็กวาเลนซ์ศูนย์ Fe0 -> Fe2+ + 2e- โดยเหล็กวาเลนซ์ศูนย์ (Fe0) จ่ายอิเล็กตรอนแล้วกลายเป็น เฟอร์รัสไอออน (Fe2+)
เหล็กวาเลนซ์ศูนย์ ภาพจาก https://hepure.com/products/ferox-prb/
กระบวนการหลักที่ใช้ในการกำจัดสารปนเปื้อน ได้แก่ การเปลี่ยนรูป ซึ่งจะเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนสารปนเปื้อนเป็นสารอื่น เช่น สารประกอบคลอริเนตไฮโดรคาร์บอน (เช่น เตตระคลอโรเอทิลีน) จะถูกรีดิวซ์ด้วยเหล็กวาเลนซ์ศูนย์ เปลี่ยนรูปเป็นไตรคลอโรเอทิลีน
นอกจากนี้ยังมีกระบวนการอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับการกำจัดสารปนเปื้อน ได้แก่ การดูดซับ รีดักชัน และการตกตะกอนทางเคมี ยกตัวอย่างเช่น การบำบัดการปนเปื้อนของสารหนูและธาตุโลหะหนักอื่น ๆ เช่น โครเมียม ตะกั่ว ทองแดง สังกะสี และยูเรเนียม
โครงสร้างของเหล็กวาเลนซ์ศูนย์ ที่แสดงการกำจัดไอออนของสังกะสี โดยวิธีการดูดซับและตกตะกอน ภาพจาก https://doi.org/10.1371/journal.pone.0085686.g008.
2. ถ่านกัมมันต์ จัดเป็นตัวดูดซับที่มีประโยชน์หลายอย่างและยังสามารถช่วยในการบำบัดการปนเปื้อนของน้ำบาดาล (Georgi et al., 2015) ถ่านกัมมันต์เป็นเม็ดสีดำเล็ก ๆ ของถ่าน ไม้ เปลือกถั่ว และวัสดุอื่น ๆ ที่มีปริมาณคาร์บอนสูง สารปนเปื้อนที่ไหลผ่านคอลัมน์ของถ่านกัมมันต์จะถูกดูดซับบนพื้นผิวของเม็ดถ่าน ซึ่งการดูดซับดังกล่าวนี้จะทำให้น้ำสะอาดขึ้นเมื่อผ่านกำแพงบำบัด
(ซ้าย) ถ่านกัมมันต์ (ขวา) ภาพแสดงกระบวนการกำจัดสารปนเปื้อน โดยการดูดซับบนพื้นผิวของถ่านกัมมันต์ (U.S. Environmental Protection Agency, 2012a)
3. ซีโอไลต์ เป็นแร่ในกลุ่มอะลูมิโนซิลิเกต ซีโอไลต์มีโครงสร้างที่เป็นรูพรุน ซึ่งสามารถทำให้ ประจุบวกของพวกโซเดียมไอออน โพแทสเซียมไอออน แคลเซียมไอออน และแมกนีเซียมไอออน เข้ามาเกาะอยู่ด้วย พวกไอออนเหล่านี้จะเข้ามาเกาะอย่างหลวม ๆ และสามารถแลกเปลี่ยนไอออน กันได้ โดยการที่มีรูพรุนหรือช่องว่างเชื่อมต่อกันอย่างเป็นระเบียบนั้น จึงทำให้ซีโอไลต์ถูกนำมาใช้ ในกระบวนการดูดซับ และใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ในปัจจุบันได้มีการนำซีโอไลต์มาใช้ในการฟื้นฟู การปนเปื้อนโลหะหนัก (เช่น ในน้ำบาดาล) และดูดซับสารกัมมันตรังสีได้ในบางชนิด นอกจากนี้จากงานวิจัยยังพบว่า ในกระบวนการ dealuminizing ซึ่งเป็นการนำอลูมิเนียมออกจากผลึกของซีโอไลต์และแทนที่ที่ซิลิกอน เป็นการเปลี่ยนให้ซีโอไลต์มีคุณสมบัติในการดูดซับกับสารที่ไม่มีขั้วได้มากขึ้น (มีคุณสมบัติ hydrophobic) ซึ่งทำให้สามารถดูดซับ VOCs ได้หลากหลายชนิด
ซีโอไลต์
References:
กรมควบคุมมลพิษ คู่มือการฟื้นฟูคุณภาพสิ่งแวดล้อมและทรัพยากรธรรมชาติที่ได้รับความเสียหายจากการปนเปื้อนของมลพิษในดินหรือน้ำใต้ดิน (คพ.08-044)
นิรามัย ไตรยวงศ์. (2558). การกำจัดตะกั่วและแมงกานีสในน้ำใต้ดิน ด้วยเหล็กวาเลนซ์ศูนย์และพีอาร์บี [มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี]. https://core.ac.uk/download/pdf/154396856.pdf
Bioremediation Process. (n.d.). BYJUS. Retrieved October 19, 2020, from https://byjus.com/biology/bioremediation/
Georgi, A., Schierz, A., Mackenzie, K., & Kopinke, F.-D. (2015). Colloidal activated carbon for in-situ groundwater remediation—Transport characteristics and adsorption of organic compounds in water-saturated sediment columns. Journal of Contaminant Hydrology, 179, 76–88. https://doi.org/10.1016/j.jconhyd.2015.05.002
Salter-Blanc, A. (2018) Zerovalent Iron (ZVI) (Chemical Reduction - ISCR). Enviro Wiki. Retrieved on October 18, 2020 from https://www.enviro.wiki/index.php?title=Zerovalent_Iron_(ZVI)_(Chemical_Reduction_-_ISCR)&oldid=11590
Siegel, M. D., & Bryan, C. R. (2003). Environmental Geochemistry of Radioactive Contamination. In H. D. Holland & K. K. Turekian (Eds.), Treatise on Geochemistry (pp. 205–262). Pergamon. https://doi.org/10.1016/B0-08-043751-6/09049-6
Tsamo, C., Atchana, J., & Djonga, P. N. D. (2018). Testing the Suitability of Red Mud Based Systems as Permeable Reactive Barrier (PRB) Materials. Journal of Chemistry and Applied Chemical Engineering, 2018. https://doi.org/10.4172/2576-3954.1000116
U.S. Environmental Protection Agency. (2012a). A Citizen’s Guide to Activated Carbon Treatment (p. 2). https://semspub.epa.gov/work/HQ/158701.pdf
U.S. Environmental Protection Agency. (2012b). A Citizen’s Guide to Permeable Reactive Barriers (p. 2). https://semspub.epa.gov/work/HQ/158715.pdf
U.S. Environmental Protection Agency of solid waste and emergency response (2003)
Wikipedia contributors. (2020, October 13). Bioremediation. In Wikipedia, The Free Encyclopedia. Retrieved 04:56, October 19, 2020, from https://en.wikipedia.org/wiki/Bioremediation
