ศาสตราจารย์ ดร. อลิศรา เรืองแสง, คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก่น

ไมโครพลาสติกปนเปื้อนในน้ำเสียส่งผลต่อการผลิตก๊าซมีเทนและระบบนิเวศจุลินทรีย์อย่างไร?

ความสำคัญ

ไมโครพลาสติกเป็นมลพิษเกิดใหม่ที่พบได้ทั่วไปในสิ่งแวดล้อม รวมถึงในระบบบำบัดน้ำเสียแบบไร้อากาศที่ใช้ผลิตพลังงานชีวภาพ แม้ปัจจุบันจะทราบว่าไมโครพลาสติกส่งผลกระทบต่อจุลินทรีย์ในระบบ แต่กลไกการตอบสนองในระดับโมเลกุลและการเปลี่ยนแปลงของชุมชนจุลินทรีย์ในระยะยาวยังไม่เป็นที่เข้าใจชัดเจน งานวิจัยนี้จึงมุ่งศึกษาผลกระทบดังกล่าวอย่างครอบคลุมด้วยเครื่องมือวิเคราะห์ระดับโมเลกุลขั้นสูง เพื่อเป็นฐานความรู้ในการออกแบบระบบบำบัดน้ำเสียที่ทนทานต่อการปนเปื้อนของไมโครพลาสติกในอนาคต

วัตถุประสงค์โครงการ

1. เพื่อศึกษาผลของระยะเวลากักเก็บต่อประสิทธิภาพการผลิตมีเทนจากน้ำเสียที่มีการปนเปื้อนของไมโครพลาสติกในถังปฏิกรณ์ชีวภาพขยายขนาด
2. เพื่อศึกษาข้อมูลเมตาโบโลมิกส์ของการผลิตมีเทนจากน้ำเสียที่มีการปนเปื้อนของไมโครพลาสติก

การดำเนินการ

โครงการดำเนินการโดยใช้ถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบกวนต่อเนื่อง (CSTR) เดินระบบที่ค่า HRT 20 และ 12.5 วัน ทั้งในชุดควบคุมและชุดทดลองที่มีการเติมไมโครพลาสติก โดยติดตามผลทั้งในระยะสั้น (56 วัน) และระยะยาว (156 วัน) วิเคราะห์ประสิทธิภาพการกำจัด COD ไนโตรเจน และฟอสฟอรัส ร่วมกับการวิเคราะห์ EPS โครงสร้างประชากรจุลินทรีย์ และสารเมตาโบไลต์

ผลการดำเนินงาน

ปีที่ 1 พ.ศ. 2566

ติดตั้งและเดินระบบถังปฏิกรณ์ชีวภาพแบบกวนต่อเนื่อง (CSTR) พร้อมศึกษาผลของชนิดไมโครพลาสติก (โพลีโพรพีลีน โพลีไวนิลคลอไรด์ และโพลีเอสเตอร์) และระยะเวลากักเก็บ (HRT) ต่อประสิทธิภาพการผลิตมีเทน พบว่าที่ HRT 20 วัน ชุดทดลองที่มีไมโครพลาสติกให้อัตราการผลิตมีเทนสูงกว่าชุดควบคุมถึง 44.46% ในขณะที่การลด HRT เป็น 12.5 วัน ส่งผลให้ประสิทธิภาพการกำจัด COD ไนโตรเจน และฟอสฟอรัสลดลงอย่างมีนัยสำคัญ

ปีที่ 2 พ.ศ. 2567

วิเคราะห์ผลกระทบของไมโครพลาสติกต่อ Extracellular Polymeric Substances (EPS) และโครงสร้างประชากรจุลินทรีย์ ทั้งในระยะสั้น (56 วัน) และระยะยาว (156 วัน) พบว่าไมโครพลาสติกส่งผลเชิงลบต่อการสร้าง EPS ซึ่งกระทบต่อการเกาะกลุ่มและการทำงานของจุลินทรีย์ในระยะยาว การวิเคราะห์ประชากรจุลินทรีย์พบว่า Firmicutes เป็นไฟลัมเด่นหลัง startup โดยที่ HRT 20 วัน ชุดที่มีไมโครพลาสติกแสดงการเพิ่มขึ้นของ Synergistota และ Bacteroidota ในขณะที่การลด HRT เป็น 12.5 วัน ส่งผลให้ Firmicutes เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ผลงานได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Process Safety and Environmental Protection (Q1, Top 10) และนำเสนอในการประชุมวิชาการระดับชาติและนานาชาติ

ปีที่ 3 พ.ศ. 2568–2569

ประยุกต์ใช้เทคโนโลยีเมตาโบโลมิกส์ โปรตีโอมิกส์ และเมตาจีโนมิกส์วิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงในระดับโมเลกุล พบหลักฐานการย่อยสลายไมโครพลาสติกโดยจุลินทรีย์ในระบบ โดยตรวจพบสารเมตาโบไลต์ที่เกิดจากการย่อยสลาย PP ได้แก่ di-n-butyl phthalate และ dioctyl phthalate ในชุดทดลองระยะ 156 วัน สอดคล้องกับผล FTIR ที่แสดงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างทางเคมีของไมโครพลาสติก นอกจากนี้ Aminobacterium colombiense เป็นสปีชีส์เด่นในทุกชุดการทดลอง และ Methanosarcina barkeri มีสัดส่วนเพิ่มขึ้นอย่างชัดเจนในชุดที่มีไมโครพลาสติกที่ระยะ 156 วัน ผลงานได้รับการตีพิมพ์ใน Journal of Hazardous Materials (Q1, Top 5)

การนำไปใช้ประโยชน์

ปี พ.ศ. 2567- ใช้ประโยชน์เชิงวิชาการ

• ต่อยอดวิทยานิพนธ์นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา ได้แก่ นางสาวสุวิภา ภูศรีโสม และนางสาวศศิวิมล อิ่มอำไภย
• นำเสนอในที่ประชุมวิชาการระดับชาติ: การประชุม The 13th International Conference on Environmental Engineering, Science and Management (พฤษภาคม 2567, ขอนแก่น) รูปแบบโปสเตอร์ โดย Suwipa Poosrisom, Alissara Reungsang และ Sureewan Sittijunda
• นำเสนอในที่ประชุมวิชาการระดับนานาชาติ: ABBS-International Conference on Biohydrogen and Bioprocesses 2024 (กันยายน 2567, เชียงใหม่) รูปแบบ virtual poster presentation โดย Aimampiy S, Poosrisom S, Reungsang A, Sittijunda S
• นำผลการวิจัยไปใช้ประกอบการเรียนการสอนในรายวิชาที่เกี่ยวข้องกับเทคโนโลยีชีวภาพสิ่งแวดล้อมและการบำบัดน้ำเสีย มหาวิทยาลัยมหิดล

ปี พ.ศ. 2568 — ใช้ประโยชน์เชิงวิชาการ

ตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติระดับ Q1 จำนวน 2 ฉบับ ได้แก่

• Poosrisom, S., Wongfaed, N., Jumpa, T., Chiangjong, W., Xia, A., Reungsang, A., Sittijunda, S. The influence of mixture proportions of polypropylene, polyvinyl chloride, and polyester microplastics on methane production: Integrative analysis of microbial diversity, enzymatic and metabolic profiles. Process Safety and Environmental Protection. 202: 107752. (Q1, Top 10)
• Choonut, A., Wongfaed, N., Wongthong, L., Poolpol, A., Chaikitkaew, S., Sittijunda, S., Reungsang, A. Microbial degradation of polypropylene microplastics and concomitant polyhydroxybutyrate production: An integrated bioremediation approach with metagenomic insights. Journal of Hazardous Materials. 490: 137806. (Q1, Top 5)

มีผลงานตีพิมพ์ (หากมี)

• Poosrisom, S., Wongfaed, N., Jumpa, T., Chiangjong, W., Xia, A., Reungsang, A., Sittijunda, S. The influence of mixture proportions of polypropylene, polyvinyl chloride, and polyester microplastics on methane production: Integrative analysis of microbial diversity, enzymatic and metabolic profiles. Process Safety and Environmental Protection. 202: 107752. (Q1, Top 10) (Citation: 1, สืบค้นเมื่อวันที่ 8 มิถุนายน 2569 Scopus)

ระดับประเทศ: ให้ข้อมูลพื้นฐานสำหรับการกำหนดมาตรฐานและแนวทางการจัดการไมโครพลาสติกในระบบบำบัดน้ำเสียของไทย รวมถึงสนับสนุนการพัฒนาระบบผลิตพลังงานชีวภาพที่มีความทนทานต่อมลพิษพลาสติกที่กำลังเพิ่มขึ้นในแหล่งน้ำ

ระดับนานาชาติ: ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติระดับ Q1 Top 5 และ Top 10 เป็นองค์ความรู้ใหม่ด้านกลไกการย่อยสลายไมโครพลาสติกโดยจุลินทรีย์ในสภาวะไร้อากาศ ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อชุมชนวิจัยและการพัฒนาเทคโนโลยีบำบัดมลพิษพลาสติกในระดับสากล โดยผลงานได้รับการอ้างอิงจากนักวิจัยทั่วโลกแล้ว (citations เท่ากับ 1 และ 14 ตามลำดับ ข้อมูล ณ วันที่  8 มิถุนายน 2569 จาก Scopus)

SDG 7: Affordable and Clean Energy: การผลิตก๊าซมีเทนจากน้ำเสียเป็นการผลิตพลังงานสะอาดจากของเสีย

SDG 12: Responsible Consumption and Production: การศึกษาผลกระทบของไมโครพลาสติกสนับสนุนการผลิตและบริโภคที่รับผิดชอบต่อสิ่งแวดล้อม

SDG 15: Life on Land: องค์ความรู้ด้านการย่อยสลายไมโครพลาสติกโดยจุลินทรีย์เป็นประโยชน์ต่อการฟื้นฟูระบบนิเวศ

ไมโครพลาสติกในน้ำเสียไม่เพียงส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพการผลิตพลังงานชีวภาพ แต่ยังเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและการทำงานของชุมชนจุลินทรีย์ในระดับโมเลกุลอย่างลึกซึ้ง อย่างไรก็ตาม จุลินทรีย์บางกลุ่มสามารถปรับตัวและย่อยสลายไมโครพลาสติกได้เมื่อเวลาผ่านไป เปิดโอกาสสู่การพัฒนาเทคโนโลยีบำบัดมลพิษพลาสติกแบบชีวภาพในอนาคต งานวิจัยนี้เป็นรากฐานสำคัญในการออกแบบระบบบำบัดน้ำเสียที่ทนทานและยั่งยืนในยุคที่โลกเผชิญกับวิกฤตมลพิษพลาสติก

https://murex.mahidol.ac.th/en/publications/the-influence-of-mixture-proportions-of-polypropylene-polyvinyl-c/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389425007204

☑ ยุทธศาสตร์ 1 World Class & Innovation งานวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสารนานาชาติระดับ Q1 Top 5 และ Top 10 และบูรณาการเทคโนโลยีโอมิกส์ขั้นสูงหลายระดับพร้อมกัน สะท้อนความเป็นเลิศทางวิชาการและนวัตกรรมการวิจัยระดับโลก

☑ ยุทธศาสตร์ 2 Innovative Education and Authentic Learning นำผลการวิจัยไปบูรณาการในการเรียนการสอนระดับบัณฑิตศึกษา และต่อยอดวิทยานิพนธ์นักศึกษา เป็นการเรียนรู้จากงานวิจัยจริงในห้องปฏิบัติการ

☑ ยุทธศาสตร์ 3 Policy Advocacy, Leaders in Professional/Academic Services and Excellence in Capacity Building for Sustainable Development Goals องค์ความรู้จากโครงการสนับสนุนการกำหนดแนวทางการจัดการไมโครพลาสติกในระบบบำบัดน้ำเสียของประเทศ และสอดคล้องกับเป้าหมาย SDGs ด้านน้ำสะอาด พลังงานสะอาด และการผลิตที่ยั่งยืน

คณะเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยขอนแก่น

Faculty of Engineering and Built Environment, Universiti Kebangsaan Malaysia

SDG หลัก: SDG 6 — Clean Water and Sanitation

Metric indicator:

6.3.1 Wastewater treatment:

6.3.2 Preventing water system pollution: ศึกษาผลกระทบของไมโครพลาสติกต่อระบบบำบัดน้ำเสีย เพื่อป้องกันผลกระทบของมลพิษ

6.5.1 Water management education opportunities: นำผลวิจัยไปใช้ต่อยอดทำวิทยานิพนธ์ของนักศึกษาและใช้ในการเรียนการสอน 

SDGs อื่น: SDG 12 — Responsible Consumption and Production

Metric indicator:

12.2.5 Policy for minimization of plastic use: วิจัยผลกระทบของไมโครพลาสติกสนับสนุนนโยบายลดการใช้พลาสติก

12.2.3 Policy waste disposal-hazardous materials: ศึกษาการจัดการน้ำเสียปนเปื้อนไมโครพลาสติกซึ่งเป็นมลพิษอันตราย

SDG 17 — Partnership for the Goals

Metric indicator:

17.2.3 International collaboration data gathering for SDG: มีผู้ร่วมวิจัยจาก UKM มาเลเซีย