บทคัดย่อ
การใช้ถ่านกัมมันต์ (Activated carbon; AC) เพื่อดูดซับไอปรอทและมลพิษทางอากาศชนิดอื่นๆ เช่นสารอินทรีย์ระเหยง่าย ไดออกซิน และฟิวแรน ในอุตสาหกรรมที่มีการใช้เชื้อเพลิงถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติเป็นที่นิยมอย่างมาก (Liu และคณะ, 2010) เนื่องจากมีราคาถูก ง่ายต่อการใช้งาน และให้ประสิทธิภาพการดูดซับค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีที่ใช้ในการควบคุมไอปรอทนั้นมีหลากหลาย ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์และรูปแบบการใช้งาน บทความนี้จึงได้รวบรวมข้อมูลแหล่งกำเนิดไอปรอทและวิธีควบคุมไอปรอทด้วยถ่านกัมมันต์ทั้งในระดับที่ยังเป็นงานวิจัยและระดับการใช้งานจริงไว้ให้ทราบพอสังเขป
ภุมรินทร์ คำเดชศักดิ์ และ ศรัณย์ ยวงจันทร์ (2561). การบำบัดปรอทที่ปนเปื้อนในอากาศด้วยถ่านกัมมันต์. วารสารสิ่งแวดล้อม, ปีที่ 22 (ฉบับที่ 1), 44-52.
การบำบัดปรอทที่ปนเปื้อนในอากาศด้วยถ่านกัมมันต์
ภุมรินทร์ คำเดชศักดิ์1,2,* และ ศรัณย์ ยวงจันทร์3
1 สถาบันวิจัยสภาวะแวดล้อม
2 โปรแกรมวิจัยการจัดการสารพิษในอุตสาหกรรมเหมืองแร่ ศูนย์ความเป็นเลิศด้านการจัดการสารและของเสียอันตราย จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
3 ศูนย์นาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ สำนักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ
* E-mail: pummarin.k@chula.ac.th
1.บทนำ
ปรอท (Hg) เป็นโลหะหนักที่เป็นพิษ และเป็นสาเหตุของการเกิดโรคที่รู้จักกันดีในชื่อมินามาตะ (Minamata) ความน่ากลัวของโลหะหนักชนิดนี้แตกต่างจากโลหะหนักชนิดอื่นๆ คือการระเหยเป็นไอได้ที่อุณหภูมิห้อง แม้ว่าความเข้มข้นในสภาพของไอจะมีค่าต่ำ แต่ก็สามารถถูกดูดซึมผ่านระบบหายใจ ระบบทางเดินอาหาร และซึมผ่านทางผิวหนังถ้ามีแผลหรือรอยแตก เนื่องจากปรอทเป็นธาตุที่ระเหยได้และสามารถอิ่มตัวในอากาศ หากหายใจสูดไอปรอทเข้าไปในร่างกายอย่างเฉียบพลัน จะทำให้เกิดอาการไอ หอบเหนื่อย แน่นหน้าอก หนาวสั่น ไข้ อ่อนเพลีย การหลั่งน้ำลายเพิ่มขึ้น ปวดท้อง ท้องเสีย ลิ้นได้รับรสโลหะ กรณีรุนแรงเกิดเนื้อเยื่อปอดอักเสบ อาจมีอาการปวดศีรษะ และการมองเห็นผิดปกติ (กองประเมินผลกระทบต่อสุขภาพ, 2556)
ไอปรอทมาได้จากหลายแหล่งกำเนิดซึ่งส่วนใหญ่เป็นแหล่งกำเนิดที่มาจากกิจกรรมของมนุษย์ โดยเฉพาะการทำเหมือง การเผาถ่านหิน การกลั่นและการใช้น้ำมันและก๊าซธรรมชาติ แหล่งกำเนิดเหล่านี้เป็นสาเหตุการเพิ่มขึ้นของการเคลื่อนย้ายปรอทไปสู่สิ่งแวดล้อม โดยมีการสะสมในบรรยากาศ ดิน แหล่งน้ำจืด และมหาสมุทร การปลดปล่อยปรอทจากกิจกรรมของมนุษย์นี้เริ่มมาตั้งแต่ปี 1800 ในยุคปฏิวัติอุตสาหกรรมซึ่งใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงหลัก ปรอทจึงแพร่กระจายไปสู่สิ่งแวดล้อมนับตั้งแต่ตอนนั้น United Nations Environment Programme (UNEP) ได้รายงานการสำรวจการปลดปล่อยปรอทสู่บรรยากาศในระดับโลกว่ามีปริมาณรวมสูงถึง 1,960 ตันในปี 2010 โดยปรอทได้ถูกปลดปล่อยออกมามากที่สุดจากการทำเหมืองทองขนาดเล็ก 727 ตัน และรองลงมาคือการเผาไหม้ถ่านหิน 474 ตัน ซึ่งภูมิภาคที่มีการปลดปล่อยปรอทสูงที่สุดคือ เอเชียตะวันออกและตะวันออกเฉียงใต้ 777 ตัน ซึ่งมีประเทศไทยรวมอยู่ในการปลดปล่อยนี้ด้วย (UNEP, 2013)
การใช้ถ่านกัมมันต์ (Activated carbon; AC) เพื่อดูดซับไอปรอทและมลพิษทางอากาศชนิดอื่นๆ เช่นสารอินทรีย์ระเหยง่าย ไดออกซิน และฟิวแรน ในอุตสาหกรรมที่มีการใช้เชื้อเพลิงถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซธรรมชาติเป็นที่นิยมอย่างมาก (Liu และคณะ, 2010) เนื่องจากมีราคาถูก ง่ายต่อการใช้งาน และให้ประสิทธิภาพการดูดซับค่อนข้างดี อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีที่ใช้ในการควบคุมไอปรอทนั้นมีหลากหลาย ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์และรูปแบบการใช้งาน บทความนี้จึงได้รวบรวมข้อมูลแหล่งกำเนิดไอปรอทและวิธีควบคุมไอปรอทด้วยถ่านกัมมันต์ทั้งในระดับที่ยังเป็นงานวิจัยและระดับการใช้งานจริงไว้ให้ทราบพอสังเขป
2. แหล่งกำเนิดของปรอทที่ปนเปื้อนในอากาศ
การปลอดปล่อยปรอทสู่บรรยากาศจากกิจกรรมของมนุษย์ ได้แก่ การเผาไหม้ถ่านหิน การทำเหมืองตลอดจนถึงขั้นตอนการผลิตโลหะ การผลิตซีเมนต์ การกลั่นน้ำมัน การทำเหมืองแบบพื้นบ้านและเหมืองทองขนาดเล็ก ของเสียจากผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค วัสดุอุดฟันอมัลกัม อุตสาหกรรมการผลิตคลอรีนด้วยกระบวนการคลออัลคาไลซึ่งใช้เทคโนโลยีเซลล์ปรอท และการผลิตไวนิลคลอไรด์โมโนเมอร์ซึ่งใช้ปรอทเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (UNEP, 2013)
ปรอทในของเสียจากผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค
ผลิตภัณฑ์ที่เราใช้ในชีวิตประจำวันหลายชนิดมีปรอทเป็นส่วนประกอบ เนื่องจากปรอทมีคุณสมบัติที่สามารถใช้งานได้ดี เช่น คุณสมบัติในการนำไฟฟ้า การรวมตัวกับโลหะ การขยายตัวเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดัน สารประกอบปรอทบางชนิดถูกใช้เป็นสารกันเสียในยา วัคซีน และผลิตภัณฑ์อื่นๆ ถึงแม้ว่าภาคอุตสาหกรรมจะพยายามลดหรือหยุดการใช้ปรอทในกระบวนการผลิต แต่ในท้องตลาดก็ยังคงเหลือผลิตภัณฑ์ที่มีปรอทเป็นส่วนผสมอยู่ เช่น แบตเตอร์รี่ นาฬิกา กระจกเงา เครื่องประดับ สีทาบ้าน ครีมทาผิว บาร์รอมิเตอร์ วัสดุอุดฟัน สวิตซ์และวงจรเปิด-ปิดไฟฟ้า หลอดไฟ วาล์วควบคุมการไหลและความดันของของเหลวและก๊าซ เทอร์โมมิเตอร์ และเทอร์โมสตัทตัดไฟฟ้าอัตโนมัติที่อยู่ในเครื่องปรับอากาศ ตู้เย็น เตารีด หม้อหุงข้าว เตาอบ และเครื่องปิ้ง-ย่างไฟฟ้า เป็นต้น (US.EPA., 2014) ดังแสดงตัวอย่างในรูปที่ 1 เมื่อหมดอายุการใช้งาน หากไม่มีระบบการคัดแยกขยะ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้จะถูกทิ้งรวมกับขยะมูลฝอย และเมื่อขยะเหล่านี้ถูกกำจัดโดยการเผาในเตาเผาขยะ ในรูปที่ 2 และ 3 ปรอทที่อยู่ในผลิตภัณฑ์จึงแพร่กระจายออกไปกับก๊าซทิ้งเพราะสมบัติของปรอทที่สามารถกลายเป็นไอได้ง่าย ดังนั้น ปรอทส่วนมากในก๊าซทิ้งที่ไม่สามารถถูกกำจัดได้ด้วยอุปกรณ์ควบคุมมลพิษทางอากาศได้จึงถูกปลดปล่อยสู่บรรยากาศ (Wilcox และคณะ, 2012)
รูปที่ 1 ตัวอย่างขยะที่มีปรอทเป็นส่วนประกอบ
(ที่มา: ecowastecoalition.blogspot.com; quinterecycling.org)
| รูปที่ 2 ขยะมูลฝอยที่มีขยะหลากหลายชนิดทิ้งรวมกัน (ที่มา: http://app.nccs.gov.sg) |
รูปที่ 3 กระบวนการเผาไหม้ในเตาเผาขยะ (ที่มา: www.earthsci.org) |
ปรอทจากการเผาไหม้ถ่านหิน ปรอทจากการเผาไหม้ถ่านหินเกิดขึ้นใน 3 ลักษณะ คือ
1) อนุภาคปรอท (Hgp) เช่น HgCl2 HgO HgSO4 HgS ซึ่งถูกดูดจับได้ง่ายด้วย อุปกรณ์ควบคุมมลพิษทางอากาศชนิดต่างๆ เช่น เครื่องดักฝุ่นแบบไฟฟ้าสถิต (Electrostatic precipitator) และเครื่องเก็บฝุ่นแบบถุงกรอง (Fabric filter)
2) ไอปรอทที่ถูกออกซิไดซ์ (Hg2+) มีปริมาณค่อนข้างมาก ปรอทลักษณะนี้ละลายน้ำได้ดีจึงถูกดูดจับได้ง่ายเช่นกันด้วย เครื่องกำจัดก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์แบบเปียก (Wet scrubber flue gas desulfurization ) ทำให้ไม่ออกมากับก๊าซทิ้ง
3) ไอปรอท (Hg0) มีปริมาณมากที่สุดในก๊าซทิ้ง เนื่องจากไม่สามารถถูกดักจับด้วยอุปกรณ์ควบคุมมลพิษ (Luo และคณะ, 2013) ปรอทในลักษณะนี้จึงสามารถแพร่กระจายในบรรยากาศไปได้โดยง่าย และคงอยู่นานถึง 0.5-2 ปี (Galbreath และ Zygarlicke, 2000)
ทั้งนี้ สัดส่วนปรอทในก๊าซทิ้งจากการเผาไหม้ถ่านหินจะมีมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับ ชนิดของถ่านหิน ความเข้มข้นของปรอทในถ่านหินวัตถุดิบ สภาวะการเผาไหม้ และอุปกรณ์กำจัดมลพิษทางอากาศที่ใช้
3. แนวทางการบำบัดไอปรอทที่ปนเปื้อนในอากาศด้วยถ่านกัมมันต์
กิจกรรมที่มีความพยายามในการควบคุมการปลดปล่อยปรอท ได้แก่ กระบวนการกลั่นน้ำมัน การเผาของเสียจากผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคที่มีปรอทเป็นส่วนประกอบ และการเผาถ่านหินในอุตสาหกรรมและการผลิตไฟฟ้า ซึ่งส่วนมากใช้เทคโนโลยีการดูดซับเข้ามาช่วยในการควบคุมไอปรอทที่จะเข้าไปปนเปื้อนในบรรยากาศ
ถ่านกัมมันต์ (Activated carbon) เป็นตัวดูดซับประเภทหนึ่งที่ถูกทดสอบในระดับห้องปฏิบัติการและพิสูจน์ในระดับการใช้งานเชิงพาณิชย์แล้วว่าสามารถกำจัดไอปรอทในก๊าซที่มีการปนเปื้อนได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งก๊าซจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงถ่านหินและก๊าซธรรมชาติในโรงงานอุตสาหกรรมและโรงไฟฟ้า โดยทั่วไปแล้วอุณหภูมิและความเข้มข้นของไอปรอทภายในระบบมีผลต่อการความสามารถในการดูดซับของถ่านกัมมันต์เป็นอย่างมาก นอกจากนี้ลักษณะโครงสร้าง พื้นที่ผิว และขนาดอนุภาพของถ่านกัมมันต์ก็มีอิทธิพลต่อการดูดซับไอปรอทเช่นกัน น้ำหนักของถ่านกัมมันต์ต่อไอปรอทประมาณ 2,000-15,000 ในการทดสอบภาคสนาม สามารถกำจัดปรอทได้ 25-95% (Liu และคณะ, 2010) ระหว่างการเกิดกระบวนการดูดซับไอปรอท การแพร่ของไอปรอทจากก๊าซทิ้งไปสู่ผิวของของแข็งของถ่านกัมมันต์ถูกขัดขวางโดยกระบวนการออกซิเดชันของไอปรอทและลดความสามารถในการดูดซับไอปรอทของถ่านกัมมันต์ลง ซึ่งสามารถแก้ไขได้โดยการลดขนาดอนุภาคของถ่านกัมมันต์ลงเพื่อเพิ่มการกระจายตัวของถ่านกัมมันต์เอง สิ่งนี้จะช่วยเพิ่ม Mass transfer และเพิ่มการดูดซับไอปรอทได้ในที่สุด
การทดสอบการดูดซับไอปรอทเปรียบเทียบระหว่างถ่านกัมมันต์ขนาดอนุภาค 10 μm และ 4 μm เพื่อให้สามารถกำจัดไอปรอทได้ 90% ในก๊าซขาเข้าที่มีความเข้มข้นไอปรอท 10 μg/m3 พบว่าต้องใช้ปริมาณถ่านกัมมันต์ต่อไอปรอทถึง 18,000:1 เมื่อใช้ถ่านกัมมันต์ขนาด 10 μm ในขณะที่ใช้ปริมาณถ่านกัมมันต์ต่อไอปรอทเพียง 3,000:1 สำหรับใช้ถ่านกัมมันต์ขนาด 4 μm (Liu และคณะ, 2010)
ปัจจัยด้านพื้นที่ผิวของถ่านอาจมีผลต่อการดูดซับไอปรอทไม่มากเมื่อเทียบกับปัจจัยของขนาดของอนุภาคถ่านกัมมันต์ การศึกษาการดูดซับไอปรอทของถ่านกัมมันต์เชิงพาณิชย์#1 ซึ่งมีพื้นที่ผิว 900 m2/g และถ่านกัมมันต์เชิงพาณิชย์#2 ซึ่งมีพื้นที่ผิว 550 m2/g พบว่าถ่านกัมมันต์เชิงพาณิชย์#2 สามารถดูดซับไอปรอทได้ 115 μg/g ในขณะที่ ถ่านกัมมันต์เชิงพาณิชย์#1 สามารถดูดซับไอปรอทได้น้อยกว่าคือ 20 μg/g (Johnson และคณะ, 2008) นอกจากนี้ยังพบว่า เมื่อมีการเติมซัลเฟอร์ลงไปที่ผิวของถ่านกัมมันต์ ไอปรอทจะถูกดูดซับได้เพิ่มขึ้น 20 กว่าเท่า
ถึงแม้ถ่านกัมมันต์จะสามารถให้ผลการกำจัดไอปรอทที่น่าพอใจ แต่สิ่งสำคัญที่ควรคำนึงถึงด้วยคือค่าใช้จ่ายของการใช้ถ่านกัมมันต์และผลกระทบที่มีต่อสิ่งแวดล้อม ถึงแม้ถ่านกัมมันต์จะมีราคาไม่แพงเมื่อเทียบกับตัวดูดซับชนิดอื่นๆ แต่ถ่านกัมมันต์สามารถใช้ในการบำบัดไอปรอทได้เพียงแค่ครั้งเดียว ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ โดยเพื่อกำจัดไอปรอทให้ได้ 82% จะมีค่าใช้จ่ายประมาณ 3,300,000-4,500,000 บาทต่อ 1 kg ของปรอท (Liu และคณะ, 2010) ซึ่งวิธีที่จะลดต้นทุนในส่วนนี้ได้คือการพัฒนาถ่านกัมมันต์ให้มีความสามารถในการดูดซับไอปรอทได้ดีขึ้น และการลดต้นทุนในการผลิตถ่านกัมมันต์
ถ่านกัมมันต์ที่ผลิตจากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรมีความนิยมอย่างมาก โดยถ่านกัมมันต์ที่ได้ส่วนใหญ่ถูกนำไปประยุกต์ใช้กับการดูดซับสารอินทรีย์ที่ปนเปื้อนในน้ำและในอากาศ Skodras และคณะ (2007) ศึกษาการเพิ่มประสิทธิภาพการดูดซับไอปรอทด้วยถ่านกัมมันต์จากยางรถยนต์ใช้แล้วและชีวมวลเช่น ไม้สน ไม้โอ๊ค กากเมล็ดมะกอก ในสภาวะต่าง ๆ จากนั้นนำถ่านกัมมันต์ที่ได้ไปทดสอบการดูดซับไอปรอทซึ่งพบว่า ถ่านกัมมันต์ที่เตรียมจากกากเมล็ดมะกอกและปรับปรุงสภาพผิวด้วย KOH ให้ความจุการดูดซับไอปรอทได้มากที่สุด รองลงมาคือ ถ่านกัมมันต์ที่เตรียมจากไม้สน ไม้โอ๊ค และยางรถยนต์ใช้แล้วตามลำดับ
Khunphonoi และคณะ (2015) ทดสอบการดูดซับไอปรอทในระบบสถิตที่อุณหภูมิ 40 และ 60oC โดยใช้ตัวดูดซับถ่านกัมมันต์แบบเกล็ดเติมด้วยอนุภาคเงิน (Ag/GAC) ที่พัฒนาขึ้นด้วยวิธีเอิบชุ่ม พบว่าความสามารถในการดูดซับไอปรอทเรียงลำดับจากมากไปน้อยคือ 15%Ag/GAC > 5%Ag/GAC > GAC ดังแสดงในรูปที่ 4 โดยสมบัติทางกายภาพของตัวดูดซับจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดชนิดฟิลด์อิมิชชั่น (Field Emission Scanning Electron Microscope; FESEM) (รูปที่ 5) ของ 5%Ag/GAC แสดงลักษณะอนุภาคของ Ag ขนาด 1-2 μm บนผิวของ GAC และพบว่ารูพรุนลดลง ในขณะที่ 15%Ag/GAC มีขนาดอนุภาค Ag เท่ากับ 0.5-1 μm และมีลักษณะโครงสร้างคล้ายเป็นแผ่น นอกจากนี้ภาพ FESEM ยังแสดงลักษณะของโลหะของ Ag ซึ่งมีความสว่างกว่า อยู่บนพื้นผิวของ GAC ผลการศึกษาพื้นที่ผิวเปรียบเทียบตัวดูดซับทั้ง 3 ชนิด พบว่าพื้นที่ผิวลดลงเมื่อเติม Ag มากขึ้นในขณะที่ผลการดูดซับไอปรอทกลับดีขึ้น แสดงให้เห็นว่าพื้นที่ผิวมีผลต่อการดูดซับไอปรอทน้อยกว่าตัวโลหะที่เติมลงไปบน GAC
ผลวิเคราะห์โครงสร้างโครงผลึก (X-ray Diffractrometer, XRD) ของ Ag/GAC ก่อนและหลังการดูดซับแสดงในรูปที่ 6 ยืนยันความเป็นโลหะของ Ag ที่เกิดขึ้น และพบปรอทในรูป Ag2Hg3 Hg และ HgO บนตัวดูดซับ โดยแสดงลักษณะที่เด่นชัดใน 15%Ag/GAC
รูปที่ 4 ความสามารถในการดูดซับไอปรอทของ GAC และ TiO2 ที่เติมด้วย Ag
(Khunphonoi และคณะ, 2015)
รูปที่ 5 Field emission scanning electron microscopy (FESEM) (a–c) GAC,
(d–f) 5%Ag/GAC และ (g–i) 15%Ag/GAC กำลังขยาย 10,000 50,000 และ 70,000
(จากซ้ายไปขวา (Khunphonoi และคณะ, 2015)
รูปที่ 6 XRD patterns ของ GAC ที่เติมด้วย Ag เปรียบเทียบก่อนและหลังดูดซับไอปรอท
(Khunphonoi และคณะ, 2015)
Karatza และคณะ (2011) ยืนยันความสามารถในการดูดซับไอปรอทของถ่านกัมมันต์ (Darco G60) ที่เติมด้วย AgNO3 ดังแสดงในรูปที่ 7 ผลการศึกษาพื้นที่ผิวสอดคล้องกับผลของ Khunphonoi และคณะ (2015) กล่าวคือ เมื่อเติม Ag ลงไปบนถ่านกัมมันต์ พื้นที่ผิวจะลดลง แต่ความสามารถในการดูดซับปรอทเพิ่มขึ้น
รูปที่ 7 ผลการดูดซับไอปรอทของ Activated carbon (Darco G60) ที่เติมด้วย AgNO3
(Karatza และคณะ, 2011)
Johnson และคณะ (2008) ได้ศึกษาผลของตัวดูดซับนาโนชนิดต่างๆ และพื้นที่ผิวที่มีต่อการดูดซับไอปรอท แสดงไว้ดังตารางที่ 1 Sulfur เป็นสารที่ถูกเติมลงไปในตัวดูดซับซึ่งเป็นวิธีที่นิยมอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดไอปรอท Sulfur nanotubes ซึ่งมีพื้นที่ผิวมากกว่าผลึก Sulfur 10 เท่า สามารถดูดซับไอปรอทได้สูงถึง 24 เท่าของผลึก Sulfur แต่เมื่อเป็น Metal sulfides ตัวดูดซับ Nano-WS2 ซึ่งมีพื้นที่ผิวไม่แตกต่างจาก Sulfur nanotubes สามารถดูดซับไอปรอทได้สูงกว่า 43 เท่า ส่วนถ่านกัมมันต์ที่เจือด้วย S อย่าง Sulfur-impregnated activated carbon สามารถดูดซับไอปรอทได้สูงกว่า Sulfur nanotubes ถึง 100,000 เท่า และสูงกว่า Activated carbon ที่ไม่เจือด้วย Sulfur 23 เท่า ในกลุ่มของ Metals และ Metal oxides พบว่า Nano-silver นั้นดูดซับไอปรอทได้สูงที่สุดในกลุ่ม และสูงกว่า Sulfur-impregnated activated carbon 3 เท่า และในกลุ่ม Selenium นั้น Unstabilized amorph nano-Se สามารถดูดซับไอปรอทได้สูงที่สุด และสูงกว่า Nano-silver 22 เท่า ในขณะที่มีพื้นที่ผิวเพียง 9 m2/g ตัวดูดซับไอปรอทที่กำลังพัฒนาเพื่อให้เป็นตัวดูดซับเชิงพาณิชย์ที่เรียกว่า Selenium filter (Yudovich และ Ketris, 2005) นั้นมีประสิทธิภาพสูงเช่นกัน สามารถดูดซับไอปรอทในก๊าซทิ้งได้ 98% เกิดเป็น HgSe และมีอายุการใช้งานนาน 4-5 ปี ในกลุ่มของโลหะ Unstabilized nano-Se มีค่าปริมาณการดูดซับไอปรอทต่อปริมาณวัสดุดูดซับที่ต้องใช้ที่สูงที่สุด รองลงมาคือ Nano-Ag Se BSA-n-Se และ Nano-Cu ตามลำดับ ในกลุ่มของ ถ่านกัมมันต์ วัสดุดูดซับที่ให้ปริมาณการดูดซับไอปรอทต่อปริมาณวัสดุดูดซับได้ดีที่สุดคือ Sulfur-impregnated activated carbon
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบความสามารถในการดูดซับไอปรอท บนตัวดูดซับต่าง ๆ ที่อุณหภูมิ 20 °C ความเข้มข้น 60 μg/m3 Hg
รูปที่ 8 ปริมาณการดูดซับไอปรอทต่อปริมาณวัสดุดูดซับ (Johnson และคณะ, 2008)
4. ข้อจำกัดในการใช้งานถ่านกัมมันต์
ถึงแม้ถ่านกัมมันต์จะมีการศึกษาวิจัยและการใช้งานจริงเชิงพาณิชย์ (Feeley และคณะ, 2005; Nelson และคณะ, 2011; UNEP, 2010) แต่ความสามารถในการดูดซับไอปรอทนั้นสามารถทำได้แค่ 90% ที่อัตราการฉีดผงถ่านกัมมันต์มากกว่า 50 kg/Million actual m3 และบางกรณี การดูดซับไอปรอทก็ทำได้ไม่ถึง 90% (UNEP, 2010) โดยสำหรับโรงผลิตไฟฟ้าถ่านหินพบว่าต้นทุนของระบบอยู่ในช่วง 5-126 USD/KW ซึ่งประกอบด้วยค่าใช้จ่ายการติดตั้งไซโลที่ใช้จัดเก็บถ่านกัมมันต์ ระบบฉีดถ่านกัมมันต์ (Activated carbon injection; ACI) และเครื่องเก็บฝุ่นแบบถุงกรอง สำหรับดักจับถ่านกัมมันต์ อย่างไรก็ตาม ค่าใช้จ่ายหลักของระบบฉีดถ่านกัมมันต์ะอยู่ที่ค่าถ่านกัมมันต์และค่ากำจัดถ่านกัมมันต์ที่ใช้งานแล้ว (Nelson และคณะ, 2011) โดยน้ำหนักถ่านกัมมันต์ที่ใช้ต่อน้ำหนักไอปรอทที่ดักจับได้จะอยู่ในช่วงอย่างน้อย 2,000-15,000:1 ซึ่งได้ประสิทธิภาพการดูดซับ 25-95% (Liu และคณะ, 2010) 3,000-20,000:1 เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการดูดซับ 90% (Wilcox และคณะ, 2012) และในอีกการศึกษาหนึ่งคืออย่างน้อย 1,000:1 (Yudovich และ Ketris, 2005b) แสดงถึงการใช้ถ่านกัมมันต์ในปริมาณมาก ซึ่งส่งผลต่อการจัดหาถ่านกัมมันต์ สถานที่จัดเก็บ และค่าใช้จ่ายในการจำกัดถ่านกัมมันต์ที่ใช้งานแล้ว
ในด้านของค่าใช้จ่ายในการบำบัดปรอทด้วยระบบฉีดถ่านกัมมันต์ พบว่า การกำจัดไอปรอทด้วยถ่านกัมมันต์ซึ่งได้ประสิทธิภาพเพียง 85% ในโรงไฟฟ้า 500 MW มีค่าใช้จ่ายอยู่ในช่วง 100,000-150,000 USD/kg Hg (Liu และคณะ, 2010) ส่วนในระบบที่ใช้ระบบฉีดถ่านกัมมันต์ ร่วมกับระบบอื่นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ พบว่า ค่าใช้จ่ายในการกำจัดไอปรอทให้ได้ 90% ในโรงไฟฟ้า 500 MW ด้วยระบบฉีดถ่านกัมมันต์+เครื่องเก็บฝุ่นแบบถุงกรองอยู่ในช่วง 2,000,000 USD/year ระบบฉีดถ่านกัมมันต์+เครื่องดักฝุ่นแบบไฟฟ้าสถิต อยู่ในช่วง 10,000,000 USD/year และ ระบบที่มีการจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ยี่ห้อ TOXECONTM อยู่ในช่วง 15,000,000 USD/year ซึ่งค่าใช้จ่ายนี้เป็นมูลค่าที่ไม่ได้นำเถ้าลอยไปขาย (Chang และคณะ, 2008)
5. บทสรุป
การควบคุมและกำจัดไอปรอทด้วยถ่านกัมมันต์นั้นเป็นเทคนิคที่สามารถนำไปใช้ได้จริง โดยการปรับสภาพผิวและสารตัวเติมบนถ่านกัมมันต์สามารถเพิ่มประสิทธิภาพการดักจับไอปรอทได้มาก แต่ก็ยังมีข้อจำกัดหลายประการโดยเฉพาะเรื่องงบประมาณในการลงทุน ดังนั้นการพัฒนาเทคโนโลยีที่มีเป้าหมายเพื่อกำจัดไอปรอทพร้อมกับการลดต้นทุนมีความจำเป็นอย่างยิ่ง และควรมีการศึกษาแนวทางในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีดังกล่าวร่วมกับเทคโนโลยีควบคุมมลพิษที่ใช้งานอยู่ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการกำจัดไอปรอท ลดปริมาณของเสีย และแก้ไขปัญหามลพิษจากการปลอดปล่อยปรอทสู่บรรยากาศอย่างยั่งยืน
กิตติกรรมประกาศ
ขอขอบคุณสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (วช.) สำหรับทุนอุดหนุนโครงการวิจัยเรื่องการเตรียมถ่านกัมมันต์จากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรสำหรับการดูดซับไอปรอท และการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย (กฟผ.) สำหรับทุนอุดหนุนโครงการวิจัยเรื่องการพัฒนาวัสดุนาโนเพื่อดูดซับไอปรอทจากโรงไฟฟ้าถ่านหิน ขอขอบคุณสำนักงานคณะกรรมการการอุดมศึกษา (สกอ.) และสำนักพัฒนาบัณฑิตศึกษาและวิจัยด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สบว.) สำหรับทุนอุดหนุนโปรแกรมวิจัยเรื่องการจัดการสารพิษในอุตสาหกรรมเหมืองแร่
เอกสารอ้างอิง
กองประเมินผลกระทบต่อสุขภาพ กรมอนามัย. 2556. ผลกระทบต่อสุขภาพจากสารปรอท. (ระบบออนไลน์). แหล่งข้อมูล: http://hia.anamai.moph.go.th/ewt_dl_link.php?nid=247&filename=HIA_main (29 กันยายน 2556)
http://ecowastecoalition.blogspot.com
http://quinterecycling.org
http://app.nccs.gov.sg
