การกำจัดโลหะหนักในน้ำเสียโดยใช้ถ่านกระดูก

Abstract

การวิจัยนี้เป็นการศึกษาถึงความสามารถและประสิทธิภาพในการกำจัดโลหะหนักสามชนิดได้แก่ ตะกั่ว แคดเมียม และโครเมียมด้วยถ่านกระดูกที่เตรียมจากการเผากระดูกโคกระบือที่อุณหภูมิ 600, 800 และ 1000 องศา เซลเซียล เป็นเวลา 8, 10 และ 12 ชั่วโมง โดยทำการทดลองแบบแบตซ์และแบบคอลัมน์ ซึ่งการทดลองแบบแบตซ์ใด้ศึกษาถึงผลของสภาวะการเตรียมท่านกระดูกได้แก่ อุณหภูมิและระยะเวลาในการเผา และผลของคุณสมบัติของนํ้าเสียเริ่มต้นได้แก่ ความเข้มข้นโลหะหนักและพีเอชของนํ้าเสียที่มีต่อประสิทธิภาพการกำจัดโลหะหนัก ส่วนการทดลองแบบคอลัมน์ได้ศึกษาถึงผลของความเข้มข้นของนํ้าเสียเริ่มต้นรวมถึงปริมาตรน้ำเสียที่กำจัดได้ให้อยู่ในเกณฑ์มาตรฐานน้ำทิ้งของโลหะหนักแต่ละชนิด ผลการทดลองในแบบแบตซ์พบว่า ถ่านกระดูกสามารถกำจัดตะกั่วได้ดีกว่าแคดเมียม แต่ไม่สามารถกำจัดโครเมียมได้ เมื่อพิจารณาทางสภาวะการเตรียมถ่านกระดูกพบว่าที่อุณหภูมิการเผาที่ 600 องศาเซลเซียลจะมีประสิทธิภาพการกำจัดสูงสุด โดยที่ 800 และ 1000 องศาเซลเซียสจะให้ประสิทธิภาพรองลงมาตามลำดับ สำหรับระยะเวลาในการเผาที่ 8, 10 และ12 ชั่วโมงให้ประสิทธิภาพที่ใกล้เคียงกันไนแต่ละอุณหภูมิการเผา ซึ่งท่านกระดูกที่เผาที่อุณหภูมิ 600 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 12 ชั่วโมงเป็นสภาวะที่การเตรียมถ่านกระดูกที่ทำให้ได้ประสิทธิภาพการกำจัดสูงที่สุดในการทดลอง และเมื่อพิจารณาถึงค่าพีเอชเริ่มต้นของน้ำเสียพบว่าในช่วงพีเอชตํ่ากว่า 4 เมื่อพีเอชของนํ้าเสียเพิ่มสูงขึ้น ก็จะทำให้ประสิทธิภาพการกำจัดจะสูงขึ้นด้วย แต่ในช่วงพีเอชสูงกว่า 6 เมื่อพีเอชเพิ่มขึ้นจะทำให้ประสิทธิภาพการกำจัดจะลดลง โดยถ่านกระดูกสามารถกำจัดตะกั่วและแคดเมียมได้ประสิทธิภาพสูงในช่วงพีเอชระหว่าง 4 ถึง 6 ซึ่งพบว่าถ่านกระดูกสามารถกำจัดตะกั่วได้ประสิทธิภาพสูงที่สุดโดยคิดเป็น 458.55 มิลลิกรัมต่อกรัมถ่านกระดูกที่ความเข้มข้นตะกั่วในนํ้าเสียเริ่มต้นเป็น 100 มิลลิกรัมต่อลิตรและพีเอชเริ่มต้นเป็น 5 ส่วนแคดเมียมมีประสิทธิภาพการกำจัดเป็น 29.80 มิลลิกรัมต่อกรัมท่านกระดูกที่ความเข้มข้นเริ่มต้นในนํ้าเสีย 40 มิลลิกรัมต่อลิตรและพีเอชเริ่มต้นเป็น 6 ส่วนผลการศึกษาไอโซเทอมโดยใช้ถ่านกระดูกพบว่าความสามารถในการกำจัดตะกั่วมีความสัมพันธ์กับไอโซเทอมการดูดซับ แบบฟรุนดสิช และการกำจัดแคดเมียมมีความสัมพันธ์กับไอโซเทอมแบบแลงมัวร์ โดยกลไกการกำจัดตะกั่วเกิดจากการเกิดพันธะทางเคมีระหว่างไอออนของตะกั่วกับโครงสร้างแคลเซียมไฮดรอกซีอะพาไตต์ เนื่องจากผลการศึกษาโครงสร้างของท่านกระดูกพบว่าถ่านกระดูกก่อนทำการทดลองมีโครงสร้างเป็นแคลเซียมไฮดรอกซีอะพาไตต์ (Calcium Hydroxyapatite; Ca10(PO4)6(OH)2) และท่านกระดูกหลังจากกำจัดตะกั่วมีโครงสร้างเป็นลีดฟอสเฟตไอดรอกไซด์ (Lead Phosphate Hydroxide; Pb10(PO4)6(OH)2) จึงสรุปได้ว่าการดูดติดผิวของตะกั่วและแคดเมียมด้วยถ่านกระดูกจะมีแบบเกิดพันธะเคมีกับตัวดูดซับหรือการดูดติดผิวทางเคมี ในส่วนผลการทดลองแบบคอลัมน์พบว่าสำหรับการกำจัดตะกั่วที่ความเข้มข้น 10 และ 20 มีลลิกรัมต่อลิตรมีประสิทธิภาพการกำจัดเป็น 85.28 และ 63.08 มิลลิกรัมต่อกรัมถ่านกระดูก และสามารถบำบัดนํ้าได้ประมาณ 4937.14 และ 1851.43 เท่าของปริมาตรเบด สำหรับแคดเมียมที่ความเข้มข้นเริ่มต้น 5 และ 10 มิลลิกรัมต่อลิตมีประสิทธิภาพการกำจัดเป็น 2.62 และ 2.38 มิลลิกรัมต่อกรัมถ่านกระดูก และสามารถบำบัดนํ้าได้ประมาณ 308.57 และ 137.14 เท่าของปริมาตรเบด