การศึกษาประสิทธิภาพในการดูดซับโลหะหนักในน้ำบาดาลของเส้นใยจากพืช
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ชญานุช เล็กงามเอก, อริสา แกมเบิ้ล
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
จุฑารัตน์ ใจงาม
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ประเทศไทยได้พัฒนาระบบชลประทานเพื่อส่งกระจายน้ำไปยังพื้นที่เกษตรกรรมที่ห่างไกลจากแหล่งน้ำผิวดินมาเป็นระยะเวลานานแล้ว แต่หากยังมีพื้นที่อีกจำนวนมากที่ไม่ได้อยู่ในเขตชลประทาน ข้อมูล ณ ปี 2555 ระบุว่ามีพื้นที่ที่ไม่มีระบบชลประทานทั้งสิ้น 279.43 ล้านไร่ ซึ่งคิดเป็นร้อยละ 86.73 ของพื้นที่ทั่วประเทศ ด้วยเหตุนี้น้ำบาดาลจึงได้เข้ามามีบทบาทต่อการเกษตรในประเทศไทยมากยิ่งขึ้นในช่วงหลายปีมานี้(รับขวัญ สายสุวรรณ, 2557)น้ำบาดาลถูกกักเก็บตามช่องว่างรูพรุน รอยแยกของชั้นดินชั้นหินต่างๆน้ำที่ไหลผ่านชั้นดิน ชั้นหิน จะละลายเอาองค์ประกอบต่างๆ ของดินและหินออกมาด้วย ทำให้น้ำบาดาลมีคุณภาพไม่เหมาะที่จะนำไปใช้อุปโภคบริโภค ปัญหาคุณภาพน้ำบาดาลที่เป็นอุปสรรคต่อการนำไปใช้ส่วนใหญ่ได้แก่ไนเทรต ฟลูออไรด์ คลอไรด์ ค่าความเป็นกรด-เบส ความกระด้าง และโลหะหนัก (กรมทรัพยากรน้ำบาดาล, 2555)โลหะหนักในน้ำบาดาลที่พบแล้วมีระดับสูงกว่ามาตรฐานในหลายๆแหล่งคือ เหล็ก ทองแดงและสังกะสีซึ่งเป็นโลหะประจุสองบวก (กรมทรัพยากรน้ำบาดาล, 2553)
ปัญหาคุณภาพน้ำบาดาลในปัจจุบัน มีการแก้ปัญหาโดยใช้สารกรองเรซิ่น โดยสารกรองเรซิ่นนี้จะทำการแลกเปลี่ยนไอออนของโลหะหนัก และกำจัดความกระด้างในน้ำ ซึ่งต้องหมั่นตรวจสอบคุณภาพของเรซิ่น เนื่องจากเมื่อใช้ไประยะเวลาหนึ่งเรซิ่นจะเสื่อมสภาพลง ทำให้ต้องมีการฟื้นฟูประสิทธิภาพของเรซิ่นอยู่เสมอ นอกจากนี้สารกรอง
เรซิ่นยังมีราคาแพงในปัจจุบันได้มีการศึกษาองค์ประกอบของพืชคือโฮโลเซลลูโลส ที่สามารถใช้ในการดูดซับนิกเกิลซึ่งเป็นโลหะหนักประจุสองบวกแบบแลกเปลี่ยนไอออนในน้ำ (อรุณี อิ้วเจริญ, 2551)
สำหรับประเทศไทยนั้นเป็นอีกประเทศหนึ่งที่มีวัสดุเหลือใช้ที่ส่วนใหญ่มักถูกทิ้งให้กลายเป็นขยะและลำบากต่อการกำจัดทิ้ง วัสดุเหลือใช้มีหลากหลายชนิดที่มีองค์ประกอบเป็นเส้นใยพืชคือโฮโลเซลลูโลส เช่น เปลือกสับปะรด แกลบ ขี้เลื่อย ขุยมะพร้าว ยอดอ้อย และเปลือกถั่วลิสง
ขุยมะพร้าว เป็นเปลือกมะพร้าวที่ปั่นเอาใยออก หรือ ปั่นให้ใยละเอียดประมาณเม็ดทราย แห้งสนิท ขุยมะพร้าวมักเป็นวัสดุเหลือใช้จากอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมน้ำมันมะพร้าว อุตสาหกรรมกะทิ และอุตสาหกรรมเส้นใย เป็นต้น มีคุณสมบัติเบา อุ้มน้ำได้ดี และเก็บความชื้นไว้ได้นาน จากการศึกษาพบว่า ขุยมะพร้าวสามารถดูดซับโลหะหนักได้เป็นอย่างดี (อรุณี อิ้วเจริญ, 2551)
ยอดอ้อย ได้แก่ส่วนยอดรวมทั้งใบบริเวณยอดหรือปลายลำต้นเป็นผลพลอยได้จากการปลูกอ้อยเพื่อทำน้ำตาลในอุตสาหกรรมน้ำตาลทราย ยอดอ้อยที่โดนฟันทิ้งหลังจากเก็บเกี่ยวไม่ได้นำไปใช้ประโยชน์จะถูกเผา หรือทิ้งไว้เป็นขยะยอดอ้อยนั้นมีส่วนประกอบของลิกนิน ร้อยละ12.6 เซลลูโลส ร้อยละ 35.2 และเฮมิเซลลูโลส ร้อยละ 23.43 (ดวงกมล สังข์บุญลือและคณะ, 2556)
เปลือกถั่วลิสง มีลักษณะแข็งและเปราะ เป็นผลพลอยได้จากอุตสาหกรรมการแปรรูปถั่วลิสงต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมแปรรูปอาหารจากถั่วลิสง อุตสาหกรรมน้ำมันจากถั่วลิสง และอาหารสัตว์จากกากถั่วลิสง เปลือกถั่วลิสงนั้นมีใยอาหารที่ไมละลายน้ำ ได้แกเซลลูโลส (Cellulose) เฮมิเซลลูโลส (Hemicellulose) ลิกนิน (Lignin) ร้อยละ 92.5 (อรุณี ตรีศิริโรจน, 2540)
ซึ่งจากการศึกษาเซลลูโลสของพืช ที่มีความสามารถในการดูดซับโลหะหนักแบบแลกเปลี่ยนไอออน โดยไอออนของโลหะหนักประจุสองบวกจะเข้าไปแทนที่ไฮโดรเจนไอออนของหมู่ไฮดรอกซิล (-OH-) ในเซลลูโลส ทำให้ไอออนโลหะหนักประจุสองบวกเกิดพันธะไอออนิกกับออกซิเจนได้ดีกว่าพันธะโควาเลนต์(อรุณี อิ้วเจริญ, 2551) ดังนั้นเซลลูโลสจึงสามารถดูดซับโลหะหนักประจุสองบวกแบบแลกเปลี่ยนไอออนได้ ด้วยเหตุนี้ทางคณะผู้จัดทำจึงเห็นสมควรว่าวัสดุเหลือใช้ที่มีเส้นใยได้แก่ ขุยมะพร้าว ยอดอ้อย และเปลือกถั่วลิสงซึ่งมีองค์ประกอบเป็นเซลลูโลสจะสามารถดูดซับโลหะหนักประจุสองบวกได้เช่นกันจึงนำขุยมะพร้าว ยอดอ้อย และเปลือกถั่วลิสงมาศึกษาประสิทธิภาพในการดูดซับโลหะหนักในน้ำบาดาล เพื่อลดต้นทุนในการใช้ทรัพยากรน้ำบาดาล และเพิ่มมูลค่าให้กับวัสดุเหลือใช้