Bioremediation in Landscape Design

What is Bioremediation ?

การบำบัดสารมลพิษทางชีวภาพ (Bioremediation) หมายถึงการใช้สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเพื่อสลายสารพิษอันตรายในดิน ตะกอนดิน น้ำ หรือองค์ประกอบอื่นๆ ที่ปนเปื้อน ให้กลายเป็นสารประกอบที่ไม่มีพิษ หรือมีพิษน้อยลง กระบวนการนี้คือกระบวนการธรรมชาติที่ช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการแพร่กระจายของสารพิษ เช่น พวกสารปนเปื้อนประเภทสารประกอบคาร์บอน (Hydrocarbon) ที่สามารถเปลี่ยนมาอยู่ในรูปแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (Carbon Dioxide) หรือมีเทน (Methane) ร่วมกับน้ำและสารอินทรีย์ ถึงอย่างนั้นในบางกรณีสารพิษที่ย่อยสลายอาจมีสารพิษมากกว่าสารตั้งต้น เช่น สารประกอบระหว่างคลอรีนและไฮโดรคาร์บอน ดังนั้นในการเลือกใช้วิธีการบำบัดสารมลพิษทางชีวภาพ เราจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงองค์ประกอบต่างๆอย่างเหมาะสม ดังนี้

– คุณสมบัติของสารพิษ: ครอบคลุมถึงความสามารถในการแพร่กระจายในพื้นที่ทั้งแนวราบและแนวนอน ความเข้มข้นของสารพิษในพื้นที่ โอกาสการแพร่กระจายในอนาคตวึ่งเกี่ยวข้องกับลักษณะทางธรณีสัณฐานของพื้นที่

– ความใกล้ชิดของมนุษย์กับพื้นที่: พื้นที่ที่เหมาะต่อการใช้การบำบัดสารมลพิษทางชีวภาพคือ พื้นที่ที่มีขอบเขตชัดเจน มีการแพร่กระจายต่ำ และมีค่าความเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตต่ำ

– ความสามารถในการสลายตัวของสารพิษ: สารพิษแต่ละชนิดจะมีอัตราการย่อยสลายที่แตกต่างกันไป สารประกอบอินทรีย์อย่าง ปิโตรเลียม จะย่อยสลายทางชีวภาพง่ายกว่าสารประกอบที่มีโครงสร้างซับซ้อนแบบ พลาสติก

– แผนการใช้งานพื้นที่: การจัดการความเสี่ยงของการรับสารปนเปื้อน เพื่อประเมินดูว่าอัตราการสลายสารพิษนั้นเหมาะสมกับแผนหรือระยะเวลาการพัฒนาพื้นที่หรือไม่

– ความสามารถในการติดตามผล: กระบวนการจำเป็นต้องมีการติดตามอัตราการบำบัดสารพิษอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้ได้กรอบเวลาการบำบัดและกระบวนการทำงาน แบ่งเป็น 2 ส่วนคือ ปัจจัยด้านชีวภาพ (ปริมาณของการใช้สิ่งมีชีวิตเพื่อบำบัดสาร, ปริมาณสิ่งที่ได้จากการบำบัดสาร) และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม (สภาพพื้นที่, อณหภูมิ, ค่าความเป็นกรดด่าง)

Why do we need Bioremediation ?

วิธีการบำบัดสารมลพิษทางชีวภาพมักถูกนำมาใช้ในการบำบัดสารพิษในดินและน้ำใต้ดินซึ่งเป็นพื้นที่ที่เกิดการปนเปื้อนของสารพิษโดยธรรมชาติจากสายแร่หรือชั้นดิน แน่นอนกิจกรรมของมนุษย์ก็เป็นอีกสาเหตุที่ทำให้เกิดการปนเปื้อนในบริเวณดังกล่าว รวมถึงเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้มีการปนเปื้อนที่รุนแรงและมีปริมาณมากจนส่งผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมโดยรวมอีกด้วย สารพิษในดินและในน้ำมีลักษณะและสาเหตุการเกิดดังนี้

1. สารพิษในดิน:
– การใช้สารกำจัดศัตรูพืช ซึ่งเป็นสารเคมีสังคราะห์และสามารถตกค้างในดินเป็นเวลานาน เช่น สารที่มีคลอรีน สารหนู ทองแดง ปรอทเป็นส่วนประกอบ
– การใช้ปุ๋ยเคมีติดต่อกันเป็นเวลานาน ทำให้ดินเปรี้ยวและมีแร่ธาตุบางชนิดมากเกินไป
– การทำเหมืองและทำเหมืองเปิดหน้าดิน ทำให้เกิดการปนเปื้อนต่อสิ่งแวดล้อมหลายระบบทั้งดิน น้ำ อากาศ
– การใช้ดินเพื่อทำกิจกรรมเดียวกันเป็นระยะเวลานาน ทำให้เกิดสารตกค้างบริเวณหน้าดินจำนวนมาก เช่น การทำนาเกลือ
– การใช้ดินเป็นแหล่งทิ้งขยะ โดยเฉพาะการทิ้งวัสดุเหลือใช้อันตรายและย่อยสลายยาก

2. สารพิษในน้ำ :

2.1 น้ำเสียที่มีแหล่งกำเนิดมลพิษแน่นอน (Point source)
– น้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม มักพบสารโลหะหนัก น้ำมัน
– น้ำเสียจากชุมชน มักพบสารอินทรีย์และจุลินทรีย์ เกิดสาหร่ายจำนวนมากจนน้ำเน่าเสีย
– สารปนเปื้อนจากการเกษตร มักพบสารเคมีที่ใช้ทำเกษตรไหลมาปนเปื้อนในแหล่งน้ำ

2.2 น้ำเสียที่ไม่มีแหล่งกำเนิดแน่นอน (Non-point source)
– น้ำเสียที่พบตามแหล่งน้ำเช่น บึง แม่น้ำ ซึ่งมีสารเคมีหลากหลายปะปน
– น้ำเสียจากน้ำไหลผิวดินเช่น น้ำจากผิวถนนที่ชะเอาละอองไอน้ำมัน เศษยางรถยนต์ สิ่งปฏิกูล ขยะจากหลากหลายที่มารวมกันในระบบจัดการน้ำไหลบนผิวดิน

How can we apply Bioremediation in Landscape Design ?

สำหรับการออกแบบภูมิทัศน์ เราสามารถนำแนวทางการบำบัดสารมลพิษชีวภาพมาใช้ในงานออกแบบได้เช่น การใช้พืชพรรณที่ช่วยดูดซับสารพิษหรือการปรับปรุงคุณภาพดินในขั้นตอนก่อนการปลูกต้นไม้ดังนั้นการทำความเข้าใจเรื่องการบำบัดด้วยพืช (Phytoremediation) จึงมีประโยชน์และมีศักยภาพในการช่วยพัฒนาคุณภาพระบบนิเวศได้ การบำบัดสารพิษด้วยพืช สามารถทำได้หลายวิธีให้สอดคล้องกับเป้าหมายการใช้พื้นที่ วิธีนี้เป็นทางลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่าเทคนิคทางวิศวกรรม เพราะอาศัยการทำงานของพืชที่ดูดสารอาหารในดิน สังเคราะห์แสง คายน้ำผ่านทางปากใบ และกักเก็บสารอาหารไว้ในลำต้น แม้ทั้งกระบวนการอาจต้องใช้เวลาหลายปีก็ตาม วิธีหนึ่งของการบำบัดสารพิษด้วยพืชคือ ระบบการบำบัดน้ำเสียแบบบึงประดิษฐ์หรือ Constructed Wetland ที่ใช้ความสามารถของพืชในการกรองและตรึงสารพิษในการบำบัดน้ำ พืชที่นิยมใช้มักจะเป็นพื้ชลอยน้ำ หรือพืชที่ขึ้นตามที่ชุ่มชื้น เช่น กกธูป จอก แหน สาหร่ายหางกระรอก บัว และแว่นแก้ว เราสามารถจำแหน่งระบบการบำบัดน้ำเสียแบบบึงประดิษฐ์ได้ 2 รูปแบบใหญ่ๆ

1. ระบบน้ำไหลในแนวนอน (Horizontal flow) :

1.1. ระบบน้ำไหลอย่างอิสระ (Free water surface) มักมีระดับน้ำไม่สูงมากซึ่งเหมาะสำหรับการบำบัดด้วยจุลินทรีย์ มีการดักจับตะกอนเพื่อให้น้ำตกตะกอน อาจสร้างเป็นบ่อเปลี่ยนระดับหลายบ่อเพื่อให้เกิดการย่อยสลายทั้งจากจุลินทรีย์ประเภทที่อาศัยและไม่อาศัยอากาศในการย่อยสลาย ช่วยกำจัดไนโตรเจนในน้ำ ซึงเป็นสารที่พบได้ในน้ำเสียตามบ้านเรือน

1.2 ระบบน้ำไหลผ่านชั้นกรองในแนวนอนผ่านชั้นวัสดุปลูก (Horizontal sub-surface flow)

มักใช้หินหรือกรวดในชั้นวัสดุปลูกเพื่อให้น้ำไหลผ่านได้ดี ระดับที่ให้น้ำไหลเข้าสู่ระบบเพื่อบำบัดควรมีความสูงไม่เกินกว่าชั้นวัสดุปลูก เพื่อให้รากพืชได้ทำการตรึงและดูดซับสารพิษ วิธีนี้ยังทำให้เกิดกลิ่นรบกวนน้อยกว่าด้วย

2. ระบบน้ำไหลในแนวตั้ง (Vertical flow) :
เป็นระบบที่น้ำไหลผ่านชั้นกรองในแนวดิ่ง มักใช้ในการกรองเอากากตะกอนที่มีของแข็งเป็นส่วนใหญ่ การใช้วิธีนี้อาจทำให้เกิดการอุดตันของชั้นวัสดุปลูกได้ กระบวนการจึงควรมีการเว้นช่วงเพื่อให้จุลินทรีย์สามารถย่อยสลายได้ทัน

Reference:

ASLA. (2010). Shanghai Houtan Park: Landscape as a Living System. Retrieved from https://www.asla.org/2010awards/006.html

Bilal, G. (2019). Study the Control of Nutrients Removal from Wastewater by Using Local Plants in Constructed Wetlands as Tertiary Treatment. The Academic Research Community Publication, 3(1), 187. https://doi.org/10.21625/archive.v3i1.440

BioRangers. (2020). What is bioremediation? Retrieved June 2, 2020, from https://www.bri.co.jp/english/bioremediation/index.html

Datta, S., Chatterjee, S., Mitra, A., & Veer, V. (2013). Phytoremediation Protocols: An Overview. In Plant-Based Remediation Processes (pp. 1–18). Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/237009400_Phytoremediation_Protocols_An_Overview

Division, E. R. (1998). Fundamental principle of bioremediation ( An Aid to the Development of Bioremediation Proposals ). Microbial Ecology, (April), 5–7.

Earth Repair. (2020). Bioremediation. Retrieved June 2, 2020, from https://earthrepair.ca/resources/bioremediation-types/

Environmental Biotechnology. (2011). Phytostabilization. Retrieved from https://knowhowtogmo.wordpress.com/2011/01/31/phytostabilization/

Environmental science. (n.d.). Sources of water pollution. Retrieved June 2, 2020, from http://shssenvironmentalscience.weebly.com/sources-of-water-pollution.html

EPA. (2010). Polycyclic Aromatic Hydrocarbons ( PAHs ) Factsheet. JRC Technical Notes, 104(11), 1–25. https://doi.org/10.1016/S0167-7799(02)01943-1

Fritioff, Å., & Greger, M. (2003). Aquatic and Terrestrial Plant Species with Potential to Remove Heavy Metals from Stormwater. Retrieved from International Journal of Phytoremediation website: https://www.researchgate.net/publication/8897675_Aquatic_and_Terrestrial_Plant_Species_with_Potential_to_Remove_Heavy_Metals_from_Stormwater

Golden, H. (2019). Gas Works Park is a beautiful way to remember a toxic past. Retrieved from https://seattle.curbed.com/2019/4/12/18306264/gas-works-park-environmental-history

Greipsson, S. (2011). Phytoremediation. Retrieved from https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/phytoremediation-17359669/

Landscape Architecture Foundation. (2015). Shanghai Houtan Park. Retrieved from https://www.landscapeperformance.org/case-study-briefs/shanghai-houtan-park

Longley, K. (2020). THE FEASIBILITY OF POPLARS FOR PHYTOREMEDIATION OF TCE CONTAMINATED GROUNDWATER: A Cost-Effective And Natural Alternative Means Of Groundwater Treatment. Retrieved from https://www.researchgate.net/figure/2-Phytoextraction-Process-This-figure-depicts-the-phytoextraction-process-in-plants_fig4_265191596

Mackey, H. (2016). Enhancing Legacy engaging process: phytoremediation at gas works park. University of Washinton.

Moya, T. A., van den Dobbelsteen, A., Ottelé, M., & Bluyssen, P. M. (2019). A review of green systems within the indoor environment. Indoor and Built Environment, 28(3), 298–309. https://doi.org/10.1177/1420326X18783042

National Geographic Society. (2019). Point Source and Nonpoint Sources of Pollution. Retrieved June 2, 2020, from https://www.nationalgeographic.org/encyclopedia/point-source-and-nonpoint-sources-pollution/

Oyetibo, G. O., Miyauchi, K., Huang, Y., Chien, M. F., Ilori, M. O., Amund, O. O., & Endo, G. (2016). Biotechnological remedies for the estuarine environment polluted with heavy metals and persistent organic pollutants. International Biodeterioration and Biodegradation, 119, 1–12. https://doi.org/10.1016/j.ibiod.2016.10.005

Phillips, T. (2019). 6 Types of Phytoremediation. Retrieved from https://www.thoughtco.com/six-types-of-phytoremediation-375529

Samajdar, A. (2018). Bioremediation using fungi – Mycoremediation. Retrieved from https://envibrary.com/bioremediation-using-fungi-mycoremediation/

Sharma, S. vendra, & Pathak, H. (2014). BASIC TECHNIQUES OF PHYTOREMEDIATION. Retrieved from International Journal of Scientific & Engineering Research website: https://www.ijser.org/paper/BASIC-TECHNIQUES-OF-PHYTOREMEDIATION.html

Sustainable Sanitation and Water Management Toolbox. (2020). Horizontal subsurface flow. Retrieved from https://sswm.info/taxonomy/term/3934/vertical-flow-constructed-wetland

Turenscape. (2015). Improving Mobility, Improving Resilience Shanghai Houtan Park: Landscape as a Living System. Retrieved from https://events.development.asia/system/files/materials/2015/05/201505-shanghai-houtan-park-landscape-living-system.pdf

กรมพัฒนาที่ดิน กระทรวงเกษตรและสหกรณ์. (2018). ร่วมกันลดมลพิษทางดิน.

ดร. เทิดศักดิ์ โทณลักษณ์. (n.d.). สมุนไพรดูดซับสารพิษในดิน.

สุนันทา เลาวัณย์ศิริ. (n.d.). การบำบัดน้ำเสียแบบธรรมชาติ. 55.