การกำจัดสีย้อมจากน้ำทิ้งโรงงานฟอกย้อมโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดฟื้นฟูสภาพได้

บทคัดย่อ

บทคัดย่อ โรงงานฟอกย้อมมีการใช้น้ำในกระบวนการผลิตปริมาณมาก น้ำทิ้งจากกระบวนการฟอกย้อมมีสีตกค้างและสารเคมีปนเปื้อน ส่งผลให้เกิดความผิดปกติต่อระบบนิเวศน์ของแหล่งน้ำหรืออาจเป็นอันตรายต่อมนุษย์ ดังนั้นวัตถุประสงค์ของการวิจัยนี้ คือ การกำจัดสีย้อมในน้ำเสียจากโรงงานฟอกย้อม โดยสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดไอรอนสำหรับการทำลายโครงสร้างสีย้อมในน้ำเสีย ศึกษาประสิทธิภาพของตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดไอรอนที่สังเคราะห์ได้ด้วยชุดการทดลองแบบแบทช์ระบบและออกแบบชุดทดลองด้วยระบบการไหลแบบต่อเนื่องในคอลัมน์บรรจุ (Packed column) ที่บรรจุตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้น้ำเสียไหลผ่าน ออกแบบการทดลองโดยใช้เทคนิค RSM เพื่อหาสภาวะที่เหมาะสมและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ รวมถึงทดสอบระบบกับน้ำเสียจากชุมชนผู้ผลิตผ้าบาติก และทำการวิเคราะห์ทางเศรษฐศาสตร์ การสังเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดไอรอนสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยวิธีโซลเจล ด้วยการใช้อัตราส่วนโดยโมลของสารเคมี คือ แมกนีเซียมไนเตรท : ออกซาลิก : เฟอริกคลอไรด์ เป็น 1.25:1.25:3.75 เคลือบด้วยวิธีจุ่ม (Dip coating method) บนตัวกลางเซรามิก 3 ชนิด คือ เซรามิก โฟมวงกลม เซรามิกโฟมสี่เหลี่ยม และเซรามิกวงแหวน จากนั้นเผาที่อุณหภูมิ 600?C เพื่อให้ได้สารไอรอนยึดเกาะบนตัวกลางเซรามิกที่มีความเสถียร ผลการวิเคราะห์ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยเทคนิค SEM และ EDX พบว่า มีสารเหล็กเคลือบเกาะติดแน่นที่ผิวเซรามิก จากการนำตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดไอรอนมาทำการทดสอบการกำจัดสีย้อมชนิด Reactive red, Reactive blue และ Malachite green ด้วยชุดการทดลองแบบแบทช์ขนาด 2 ลิตร โดยการแช่ตัวเร่งปฏิกิริยาในน้ำเสียสังเคราะห์และกวนผสมด้วยแม่เหล็กกวน ทำการศึกษาผลของตัวแปรที่มีผลต่อประสิทธิภาพ ได้แก่ พีเอช 5-8 ความเข้มข้นสีย้อม 10-200 มิลลิกรัมต่อลิตร ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาบนเซรามิกโฟมสี่เหลี่ยม 40.5-162 มิลลิกรัม พบว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถบำบัดน้ำเสียได้ด้วยประสิทธิภาพสูงสุดเป็น 95, 98 และ 99% ตามลำดับ ด้วยเวลาในการบำบัด 2 ชั่วโมงโดยมีพีเอชที่เหมาะสม คือ พีเอช 6 ซึ่งประสิทธิภาพของระบบจะสูงขึ้นเมื่อความเข้มข้นของสีย้อมเพิ่มขึ้น ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น และเวลาในการทำปฏิกิริยา (Reaction time) เพิ่มขึ้น การเติมอากาศและการเติมไนโตรเจนไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพการกำจัดสีย้อมของชุดการทดลอง ซึ่งพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาที่สังเคราะห์ได้สามารถฟื้นฟูสภาพได้ด้วยออกซิเจนที่ละลายอยู่ในน้ำ และระบบสามารถลดค่า COD ในน้ำเสียลงได้ การศึกษาการกำจัดสีย้อมสำหรับการนำตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดไอรอนไปประยุกต์สู่การดำเนินการจริงในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อม ดำเนินการด้วยระบบแบบไหลต่อเนื่องในคอลัมน์บรรจุ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 11 เซนติเมตร สูง 90 เซนติเมตร ด้วยการออกแบบให้มีการไหลของน้ำเสียสังเคราะห์ของสีย้อมชนิด Reactive red และ Malachite green ผ่านพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดไอรอนที่บรรจุอยู่ในคอลัมน์ทรงกระบอกอย่างต่อเนื่องด้วยปั้มของเหลว ทำการออกแบบการทดลองด้วยเทคนิค RSM ที่มีตัวแปร คือ ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา 432.5-1,730 มิลลิกรัม อัตราการไหลของน้ำ 10-200 มิลลิลิตรต่อนาที และความเข้มข้นสีย้อมชนิด Reactive red และ Malachite green เป็น 20-80 และ 4-20 มิลลิกรัมต่อลิตร ตามลำดับ ซึ่งส่งผลต่อตัวแปรตอบสนอง (y) ของค่าประสิทธิภาพการกำจัดสีย้อมในน้ำเสีย อันทำให้ได้สภาวะที่เหมาะสมและแบบจำลองทางคณิตศาสตร์แบบสมการ Quadratic model สำหรับการทำนายประสิทธิภาพการกำจัดสีย้อมในน้ำทิ้งของโรงงานฟอกย้อมที่สภาวะต่างๆ พบว่า ระบบสามารถกำจัดสีย้อมชนิด Reactive red และ Malachite green ด้วยประสิทธิภาพ 84.45 และ 93.62% และมีผลการทดสอบจากการทดลองจริง 84.85 และ 93.62% ตามลำดับ ซึ่งให้ผลที่ใกล้เคียงกันกับผลจากการทำนาย โดยมีความคาดเคลื่อนน้อยกว่าร้อยละ 5 เป็นตัวบ่งบอกถึงความแม่นยำของแบบจำลองสมการทางคณิตศาสตร์ จากการศึกษาโครงสร้างของสีย้อมในน้ำเสียสังเคราะห์ที่ผ่านการบำบัดด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดไอรอน พบว่า โครงสร้างสีย้อมในน้ำเสียได้ถูกทำลายไปกลายเป็น CO2 และน้ำ อันทำให้น้ำเสียหลังการบำบัดไม่มีความเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม จากการใช้งานระบบแบบไหลต่อเนื่องในคอลัมน์บรรจุโดยใช้เซรามิกวงแหวนกับน้ำเสียจริงจากชุมชนผลิตผ้าบาติกที่มีสีม่วง สีเขียว และสีฟ้า พบว่า ได้ประสิทธิภาพการกำจัด 50, 60 และ 95 % ตามลำดับ และมีต้นทุนในการกำจัดสีย้อมในน้ำเสียชุมชน 11.87 บาทต่อปริมาตรน้ำเสีย 1 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งถูกกว่าการกำจัดสีย้อมด้วยปฏิกิริยาเฟนตันซึ่งมีค่าใช้จ่ายในการบำบัด 125.32 บาทต่อปริมาตรน้ำ 1 ลูกบาศก์เมตร ระบบการบำบัดแบบไหลต่อเนื่องในคอลัมน์บรรจุ จึงสามารถดำเนินการได้โดยมีค่าใช้จ่ายต่ำด้วยประสิทธิภาพที่สูง สามารถกำจัดสีย้อมในน้ำเสียจากภาคชุมชนได้จริงและมีความเป็นไปได้สูงในการใช้งานระดับอุตสาหกรรม

คำสำคัญ