แอมโมเนีย และไมโครพลาสติก ในน้ำจากปุ๋ยเคมี ของเสียจากปศุสัตว์ น้ำทิ้งจากอุตสาหกรรม แม้ในปริมาณต่ำ เป็นอันตรายต่อปลา ลดระดับออกซิเจนในน้ำ (จากการเกิดสาหร่าย) เพิ่มความเสี่ยงต่อสุขภาพมนุษย์ในระยะยาว ในขณะที่ ไมโครพลาสติกและนาโนพลาสติก เป็นภัยเงียบที่ยากต่อการจัดการ มีขนาดเล็กกว่าทราย ผ่านระบบบำบัดน้ำทั่วไปได้ ถูกตรวจพบในน้ำดื่ม อาหารทะเล และแม้แต่ในร่างกายมนุษย์ นอกจากนี้ ปัจจุบันไมโครพลาสติกเป็นปัญหาสิ่งแวดล้อมที่ต้องได้รับการแก้ไขอย่างเร่งด่วน.
งานวิจัยล่าสุดจาก University of Delaware พบการกำจัดแอมโมเนีย และไมโครพลาสติก ในน้ำ ด้วย “ไบโอชาร์ (Biochar)” ที่ผลิตจากเศษวัสดุทางการเกษตร โดยสามารถกำจัดออกจากน้ำได้ ภายในขั้นตอนการกรองเพียงครั้งเดียว จากผลการศึกษา พบว่าไมโครพลาสติกมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นในระบบนิเวศน้ำของไทย.
หนึ่งในข้อค้นพบที่น่าสนใจคือ ไบโอชาร์ที่ผลิตจาก ซังข้าวโพด ที่อุณหภูมิ 700°C (1,292°F) เป็นเวลา 2.5 ชั่วโมง มีประสิทธิภาพในการกรองน้ำโดดเด่นเป็นพิเศษโดยการปรับ “สภาวะการผลิต” เช่น อุณหภูมิและระยะเวลาเผา นักวิจัยสามารถพัฒนาไส้กรองน้ำต้นทุนต่ำที่มีคุณสมบัติ:
- กำจัดแอมโมเนียได้ประมาณ 2 ใน 3 ในการกรองครั้งเดียว
- ดักจับไมโครพลาสติกได้มากกว่า 90% ในทุกขนาด
- ไม่ปล่อยสารอันตรายกลับสู่สิ่งแวดล้อม
- สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้หลายครั้ง
- ใช้งานได้โดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้า (ระบบกรองแบบแรงโน้มถ่วง)
ความก้าวหน้านี้สะท้อนให้เห็นว่า ไบโอชาร์ไม่ใช่แค่เครื่องมือด้านการเกษตร แต่ยังเป็นโซลูชันด้านสิ่งแวดล้อมที่ทรงพลัง โดยเฉพาะสำหรับชุมชนชนบทหรือพื้นที่ที่เข้าถึงระบบบำบัดน้ำได้ยาก
ปัญหาที่ซ่อนอยู่ในน้ำ: แอมโมเนีย และพลาสติกจิ๋ว
แอมโมเนียในน้ำ มักมาจาก น้ำไหลบ่าจากปุ๋ยเคมี ของเสียจากปศุสัตว์ น้ำทิ้งจากอุตสาหกรรม แม้ในปริมาณต่ำ ก็สามารถเป็นอันตรายต่อปลา ลดระดับออกซิเจนในน้ำ (จากการเกิดสาหร่าย) เพิ่มความเสี่ยงต่อสุขภาพมนุษย์ในระยะยาว
ในขณะที่ ไมโครพลาสติกและนาโนพลาสติก เป็นภัยเงียบที่ยากต่อการจัดการ มีขนาดเล็กกว่าทราย ผ่านระบบบำบัดน้ำทั่วไปได้ ถูกตรวจพบในน้ำดื่ม อาหารทะเล และแม้แต่ในร่างกายมนุษย์
กลไกการกำจัดแอมโมเนียด้วยไบโอชาร์
ในน้ำ แอมโมเนียจะอยู่ในรูปของ แอมโมเนียมไอออน (NH₄⁺) ซึ่งมีประจุบวก
ในขณะที่ผิวของไบโอชาร์มี ประจุลบ จึงสามารถดึงดูดและจับไอออนเหล่านี้ไว้ได้ อย่างไรก็ตาม ไมโครพลาสติกก็เป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่ส่งผลต่อคุณภาพน้ำในประเทศไทย.
นอกจากนี้:
- หมู่ฟังก์ชันที่มีออกซิเจนบนผิวไบโอชาร์ช่วยสร้างพันธะอ่อนกับแอมโมเนีย
- ไบโอชาร์ที่ผลิตที่อุณหภูมิสูง จะมีโครงสร้างคาร์บอนที่เสถียร และมีแรงดึงดูดทางไฟฟ้าที่สูงกว่า
ผลลัพธ์:
- ที่ความเข้มข้นต่ำ → ประสิทธิภาพสูง (มีพื้นที่จับเพียงพอ)
- ที่ความเข้มข้นสูง → ประสิทธิภาพลดลง (พื้นที่ผิวเริ่มอิ่มตัว)
การดักจับไมโครพลาสติก
ไมโครพลาสติกมีพฤติกรรมต่างจากสารละลายทั่วไป
ไบโอชาร์จึงใช้กลไก การดักจับทางกายภาพ (Physical trapping) เป็นหลัก สำหรับผู้ที่สนใจเรื่องการจัดการไมโครพลาสติก สามารถติดตามงานวิจัยใหม่ในอนาคตได้.
- ผิวแบบชั้น (layered structure) จับอนุภาคขนาดใหญ่
- โครงสร้างรูพรุนภายใน (pore network) จับอนุภาคขนาดเล็ก
- ไบโอชาร์อุณหภูมิสูง → มีโครงสร้างรูพรุนที่พัฒนาได้ดี
นอกจากนี้:
- ในสภาพน้ำที่เป็นกรดเล็กน้อย พลาสติกจะมีประจุบวก
- ผิวไบโอชาร์ที่มีประจุลบช่วยดึงดูดอนุภาคพลาสติก
ค่า pH ของน้ำ มีผลต่อความสามารถในการจับอนุภาคอย่างมีนัยสำคัญ
ประสิทธิภาพและความปลอดภัย
ผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการพบว่า:
- กำจัดแอมโมเนียได้ประมาณ 2 ใน 3 ในการกรองครั้งเดียว
- ดักจับไมโครพลาสติกได้มากกว่า 90% ในหลายช่วงขนาด
ในด้านความปลอดภัย ไม่พบการปล่อยสารอันตรายระหว่างการกรอง และค่าที่ตรวจวัดได้อยู่ต่ำกว่ามาตรฐาน European Biochar Certificate สะท้อนถึงความเสี่ยงต่ำในการใช้งานจริง
งานวิจัยนี้ยังช่วยตอกย้ำบทบาทของไบโอชาร์ในระบบบำบัดน้ำ และอาจเป็นต้นแบบสำคัญสำหรับการพัฒนาโซลูชันน้ำสะอาดที่ยั่งยืนในอนาคต
อ่านเพิ่มเติมได้ที่:
https://www.earth.com/news/farm-waste-can-be-transformed-into-powerful-water-filters/
บทความที่เกี่ยวข้อง: ไบโอชาร์ที่ “มีคุณภาพและได้มาตรฐาน” คืออะไร