IMPROVING THE DOMESTIC WATER QUALITY USING PHYTOREMEDIATION

Abstract

Rice noodles is one of Northern Thai favorite foods and its increasing demand has driven a rapid growth in rice noodle household industries. Large quantities of water are being used in the production process resulting in high volume of wastewater containing large amounts of organic compounds. Consequently, this untreated wastewater that is discharged into local water reservoirs can cause water pollution in the domestic area. The objectives of this research were 1) to study the potential of plants for the the application in the phytoremediation system for domestic wastewater treatment. 2) to study the efficiency of the phytoremediation system in treating domestic wastewater contaminated with rice noodle wastewater. This work has been conducted using the real wastewater collecting from Huai Nam Rin Village, Khilek Subdistrict, Mae Rim District, Chiang Mai Province. In the study 2 parts of experiment both in lab and pilot scale have been performed. In order to evaluate the ability of plants species to remove contaminants in the wastewater a total of 16 plants species including landscape and edible plants were selected for lab-scale tests. Each plant was tested using water supply as a control, while real wastewater from rice noodle process was used with the initial COD concentration of 500 milligrams/liter. The experiments were conducted for 30 days with 3 replicates. Water samples were collected before and after the experiments for physical and chemical analysis. Moreover, plant samples before and after treatment were collected for analysis of plant growths in terms of shoot height and root length. The second part was to apply selected plants from the previous experiment to conduct in the pilot model of phytoremediation system. This system has been performed for 8 months and water samples from 4 points were collected every week for water quality analysis, while plants growth were also measured and reported.

Rice noodle processing wastewater from 4 sampling points showed that the average pH and temperature were 3.92±0.76 and 33.3±2.00 degree Celsius respectively. The average COD, nitrate, phosphate, total solids, suspended solids and TKN were 2,992±156.01milligrams/liter, 85.7±10.13 milligrams/liter, 1.65±0.14 milligrams/liter, 7,806±3857.58 milligrams/liter, 156±50.23 milligrams/liter and 23.29±2.75 milligrams/liter, respectively.

In the first experiment it was found that the highest wastewater treatment efficiency for landscape plants was Typha angustifolia L. This plant showed high COD, nitrate and phosphate removal efficiency with the valves of 85±14.99, 90±48.36 and 65±0.81 percentage respectively. The average root length and shoot height increased up to 21±14.99 and 57±40.54 centimeters. Among edible plants Piper sarmentosum Roxb. showed greatest performance with highest COD nitrate and phosphate removal efficiency of 86±11.31, 69±0.87 and 79±0.17 percentage, respectively. The average root length and shoot height increased up to 5.63±3.98 centimeters and 11.33±8.01 centimeters. Since great treatment efficiency of all 16 plants species were achieved and each plant had grown more than 50 percentage, most of them were applied in the phytoremediation pilot system.

Results from the second experiment revealed that the phytoremediation system showed high removal efficiency of COD, nitrate, phosphate, total solids and suspended solids with the valves of 87±40.3, 63.8±2.51, 43.2±0.25, 68±38.1 and 89.7±24.7 percentage, respectively. The pH and temperature were obtained in the range of 5.46-6.77 and 21.8-30.2 degrees Celsius. The best adaptive landscape plant was Piper sarmentosum Roxb, (with a growth increment of 32.48±13.22 percentage) while Bacopa caroliniana B.L.Rob and Cyperus altrenifolius L., which are edible plants had the highest growth increment of 68.27±49.22 percentage and 98.84±7.16 percentage, respectively. It was noted that, some plants could not survive because they may not well adapt to a sudden changes of rice noodle wastewater concentration. Concluded, phytoremediation model in this work showed great potential in the removal of COD, nitrate, total solids and suspended solids.

ขนมจีนเป็นหนึ่งในอาหารที่ประชาชนในเขตภาคเหนือนิยมบริโภค จึงทำให้ปัจจุบันมีการทำอุตสาหกรรมการผลิตเส้นขนมจีนระดับครัวเรือนเพิ่มมาก เนื่องจากในกระบวนการผลิตเส้นขนมจีนมีการใช้น้ำในปริมาณมากทำให้เกิดน้ำทิ้งที่มีสารอินทรีย์ สารอนินทรีย์และสารอาหารในปริมาณสูง ดังนั้นการปล่อยน้ำทิ้งลงสู่แหล่งน้ำสาธารณะในชุมชน โดยไม่มีการบำบัดจะทำให้เกิดปัญหามลพิษทางน้ำในชุมชน งานวิจัยชิ้นนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อ 1) ต้องการศึกษาศักยภาพของพืชสำหรับการพัฒนาเป็นระบบฟื้นฟูทางชีวภาพสำหรับบำบัดน้ำเสีย และ 2) ต้องการศึกษาประสิทธิภาพของระบบฟื้นฟูทางชีวภาพด้วยพืชที่ใช้ในการบำบัดน้ำเสียชุมชนที่มีการปนเปื้อนน้ำทิ้งจากโรงงานผลิตขนมจีน โดยได้ดำเนินการศึกษาโดยใช้พื้นที่ศึกษาและน้ำเสียจริงจากโรงงานผลิตเส้นขนมจีน ณ หมู่บ้านน้ำริน ตำบลขี้เหล็ก อำเภอแม่ริม จังหวัดเชียงใหม่ ในการศึกษาได้แบ่งการทดลองออกเป็น 2 ส่วน ทั้งในส่วนห้องปฏิบัติการและในพื้นที่จริง โดยการทดลองส่วนแรกจะเป็นการคัดเลือกพืชสำหรับงานทางภูมิทัศน์และพืชที่ใช้สำหรับการบริโภคทั้งหมด 16 ชนิด ทดสอบความสามารถในการบำบัดน้ำทิ้งจากโรงงานผลิตเส้นขนมจีนระดับห้องปฏิบัติการ โดยแบ่งออกเป็น ชุดควบคุม (น้ำประปา) และชุดน้ำทิ้งโรงงานผลิตเส้นขนมจีน ที่ควบคุมความเข้มข้นซีโอดีเริ่มต้น 500 มิลลิกรัม/ลิตร และทำการทดลองเป็นระยะเวลา 30 วัน จำนวน 2 ซ้ำ ตัวอย่างน้ำก่อนและหลังการทดลอง จะถูกเก็บและนำมาวิเคราะห์หาคุณภาพทางกายภาพและเคมี นอกจากนี้ตัวอย่างพืชก่อนและหลังการทดลองจะนำมาวิเคราะห์หาการเจริญทั้งในแง่ความสูงต้นและความยาวราก สำหรับการทดลองส่วนที่ 2 จะนำพืชที่ได้ทำการทดลองในระดับห้องปฏิบัติการมาทดสอบในระบบจำลองการฟื้นฟูทางชีวภาพด้วยพืชในชุมชน จะทำการทดลองเป็นระยะเวลา 8 เดือน โดยจะวัดคุณภาพน้ำทั้งหมด 4 จุด ตลอดจนวัดการเจริญเติบโตของพืชทุกสัปดาห์

จากการสำรวจน้ำทิ้งจากโรงงานผลิตเส้นขนมจีนทั้งหมด 4 จุดในเบื้องต้น พบว่าค่าพีเอช และอุณหภูมิของน้ำทิ้ง มีค่าเฉลี่ยเท่ากับ 3.92±0.76 และ 33.3±2.00 องศาเซลเซียส ตามลำดับ และมีค่าเฉลี่ยของซีโอดี ไนเตรท ฟอสเฟต ปริมาณของแข็งทั้งหมด ปริมาณสารแขวนลอย และทีเคเอ็นเท่ากับ 2,992±156.01 มิลลิกรัม/ลิตร 85.7±10.13 มิลลิกรัม/ลิตร 1.65±0.14 มิลลิกรัม/ลิตร 7,806±3857.58 มิลลิกรัม/ลิตร 156±50.23 มิลลิกรัม/ลิตร และ 23.29±2.75 มิลลิกรัม/ลิตร ตามลำดับ

ผลการทดลองที่ 1 พบว่าพืชที่ใช้สำหรับงานทางภูมิทัศน์ที่มีความสามารถในการบำบัดน้ำทิ้งได้ดีที่สุดคือ ธูปฤาษี (Typha angustifolia L.) โดยมีประสิทธิภาพในการบำบัดซีโอดี ไนเตรท และฟอสเฟต ได้ดีคิดเป็นร้อยละ 85±14.99, 90±48.36 และ 65±0.81 ตามลำดับ และพบว่ามีความยาวราก และความสูงของต้นที่เพิ่มขึ้นเท่ากับ 21±14.99 เซนติเมตร และ 57±40.54 เซนติเมตร ส่วนพืชที่ใช้สำหรับการบริโภคที่พบว่ามีประสิทธิภาพดีที่สุด คือ ชะพลู (Piper sarmentosum Roxb.) ซึ่งมีประสิทธิภาพในการบำบัดซีโอดี ไนเตรท และฟอสเฟต ได้ร้อยละ 86±11.31, 69±0.87 และ 79±0.17 ตามลำดับ โดยมีความยาวรากและความสูงของต้นที่เฉลี่ยเพิ่มขึ้น 5.63±3.98 เซนติเมตร และ 11.33±8.01 เซนติเมตร เนื่องจากพืชทั้ง 16 ชนิด มีประสิทธิภาพการในบำบัดค่อนข้างดีและมีการเจริญเติบโตได้เกินร้อยละ 50 พืชทั้งหมดจึงถูกนำมาทดลองในระบบจำลองการฟื้นฟูทางชีวภาพด้วยพืชในชุมชน

สำหรับผลการทดลองที่ 2 พบว่าระบบการฟื้นฟูทางชีวภาพด้วยพืชสามารถกำจัดสารอินทรีย์ สารอนินทรีย์ โดยมีประสิทธิภาพการบำบัดซีโอดี ไนเตรท ฟอสเฟต ปริมาณของแข็งทั้งหมด และปริมาณของแข็งแขวนลอย ได้ร้อยละ 87±40.3, 63.8±2.51, 43.2±0.25, 68±38.1 และ 89.7±24.7 ตามลำดับ และมีการเปลี่ยนแปลงพีเอช และอุณหภูมิออกระบบอยู่ในช่วง 5.46-6.77 และ 21.8-30.2 องศาเซลเซียส สำหรับพืชที่สามารถใช้บริโภคได้ที่มีการเจริญเติบโตได้ดีที่สุด คือ ชะพลู (Piper sarmentosum Roxb.) ส่วนพืชที่ใช้สำหรับงานภูมิทัศน์ที่มีการเจริญเติบโตได้ดีที่สุดได้แก่ ลานไพลิน (Bacopa caroliniana B.L.Rob.) และ กกราชินี (Cyperus altrenifolius L.) โดยมีการเจริญเติบโตคิดเป็นร้อยละ 32.48±13.22, 68.27±49.22 และ 98.84±7.16 ตามลำดับ แต่อย่างไรก็ตามพบว่ามีพืชบางชนิดได้ตายลง เนื่องจากพืชไม่สามารถปรับตัวในสภาวะที่ความเข้มข้นของน้ำทิ้งจากโรงงานผลิตเส้นขนมจีนมีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นฉับพลัน นอกจากนี้ยังพบอีกว่าระบบฟื้นฟูทางชีวภาพด้วยพืช ในการศึกษาครั้งนี้สามารถบำบัด ซีโอดี ไนเตรท ปริมาณของแข็งทั้งหมด และปริมาณของแข็งแขวนลอยได้ แต่ไม่สามารถกำจัดฟอสเฟตออกจากระบบบำบัดน้ำทิ้งในชุมชนได้