โครงการวิจัย

การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำเป็นแหล่งปล่อยน้ำเสียสู่แหล่งน้ำและชุมชน แม้ว่าทางกฎหมายมีข้อกำหนดเกี่ยวกับมาตรฐานน้ำทิ้งจาการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำรูปแบบและขนาดต่างๆ กัน แต่ในทางปฏิบัติการบังคับใช้กฎหมายอาจจะยังคงไม่ทั่วถึงเท่าที่ควร โดยเฉพาะการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำขนาดกลาง และขนาดย่อม ดังนั้นหากจะกล่าวว่าการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำมีส่วนในการทำให้สภาพแวดล้อมเสื่อมโทรมย่อมไม่ผิดนัก น้ำเสียจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำประกอบไปด้วยสารอนินทรีย์-อินทรีย์คาร์บอนทั้งในรูปซีโอดี และบีโอดี อินทรีย์ไนโตรเจนและอนินทรีย์ไนโตรเจน ฟอสฟอรัส และแร่ธาตุอื่นๆ (Endut et al., 2011, McCarty, 2018) นอกจากนี้ยังพบสารเคมี ยา ยาปฏิชีวนะ (Gong et al., 2023, Kashem et al., 2023) ซึ่งเกษตรอาจจะใช้อย่างผิดวิธีจึงเหลือตกค้างในน้ำเสีย ส่งผลเสียต่อระบบนิเวศทางน้ำ เมื่อสารเหล่านี้ปนเปื้อนลงสู่แหล่งน้ำจะส่งผลให้เกิดการเน่าเสียเกิดขึ้น การละลายได้ของออกซิเจนในน้ำลดลง คุณภาพน้ำลดลง กระทบต่อสัตว์น้ำในธรรมชาติ กระทบต่อคุณภาพน้ำที่มนุษย์ใช้ในการอุปโภคบริโภค แม้แต่การเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำบนบกย่อมได้รับผลกระทบด้วย (Kashem et al., 2023) ทั้งทางตรงจากการใช้น้ำจากแหล่งน้ำสาธารณะ และโดยอ้อมจากการที่สิ่งแวดล้อมโดยรวมเสื่อมโทรม การฆ่าเชื้อน้ำก่อนการเพาะเลี้ยงให้ผลดีแต่กระทบต่อต้นทุน ในทางปฏิบัติเกษตรกรจึงมักไม่มีการนำมาใช้จริง ส่งผลให้ไม่สามารถควบคุมเชื้อก่อโรคที่ปนเปื้อนมากับน้ำ ในขณะที่การใช้ยาและสารเคมีในการเพาะเลี้ยง ส่งผลต่อการดื้อยาและการกลายพันธุ์ของเชื้อก่อโรครุนแรงขึ้นในธรรมชาติ สัตว์น้ำอ่อนแอภูมิคุ้มกันต่ำ นำไปสู่การใช้ยาและสารเคมีที่มากขึ้น เกษตรกรเข้าสู่วงจรการขาดทุนซ้ำซากเร็วยิ่งขึ้น

ส่วนประกอบที่สำคัญของการเลี้ยงสัตว์น้ำในระบบปิด คือหน่วยบำบัดน้ำเสีย/หน่วยกำจัดของเสียจากการเลี้ยงปลาเพื่อหมุนเวียนน้ำสะอาดกลับเข้าบ่อเลี้ยงแล้วไหลออกเป็นน้ำเสียหมุนเวียนต่อเนื่องกันไป โดยในระบบทั่วไปมีการเติมน้ำเข้าระบบประมาณ 5-10% และการปล่อยของเสียออกในรูปตะกอนน้อยกว่า 5% เป้าหมายสูงสุดของระบบการเลี้ยงสัตว์น้ำแบบปิดคือการไม่เติมน้ำเข้าและไม่ทิ้งน้ำออกจากระบบ ของเสียจากการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่สำคัญและเกิดพิษต่อสัตว์น้ำมากที่สุดคือแอมโมเนียไนโตรเจน และสารที่เกี่ยวเนื่องในพลวัตไนโตรเจนในน้ำอันได้แก่ ไนเตรทและไนไตรท์ ซึ่งแม้มีความเป็นพิษต่อสัตว์น้ำลดลงแต่ยังคงมีความจำเป็นต้องกำจัดออกในรูปสุดท้ายคือแก๊สไนโตรเจนซึ่งเป็นแก๊สที่ปลอดภัยกว่าสำหรับปัญหาโลกร้อนในปัจจุบัน

งานวิจัยนี้มุ่งเน้นพัฒนาหน่วยบำบัดของเสียในระบบเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบปิด (RAS: Recirculating Aquaculture System) ผ่านถังปฏิกรณ์จุลินทรีย์แบบไร้อากาศ กำจัดสารประกอบอินทรีย์-อนินทรีย์คาร์บอนและไนโตรเจนโดยมุ่งเน้นการควบคุมสภาวะให้เหมาะสมกับจุลินทรีย์กลุ่ม Anammoxaceae หรือแบคทีเรีย anammox ซึ่งมีคุณสมบัติกำจัดไนโตรเจนได้โดยตรงผ่านกระบวนการไม่ใช้อากาศ พบได้ในแหล่งน้ำหลากหลายระบบนิเวศน์ จึงมีศักยภาพในการพัฒนาเป็นจุลินทรีย์สำหรับการกำจัดของเสียไนโตรเจนใน ขณะที่จุลินทรีย์ในปฏิกิริยาไนตริฟิเคชัน (Nitrification) และดีไนตริฟิเคชั่น (Denitrification) ซึ่งนิยมใช้ในการกำจัดไนโตรเจนโดยทั่วไปมีความอ่อนไหวต่อสภาวะแวดล้อม

การหาสภาวะที่เหมาะสมของหน่วยบำบัดของเสียที่ประกอบด้วยถังปฏิกรณ์จุลินทรีย์ โดยใช้ถังปฏิกรณ์หลักซึ่งพัฒนาจากถังปฏิกรณ์จุลินทรีย์ต้นแบบ UASB (Upflow anaerobic sludge blanket) โดยใช้เชื้อจุลินทรีย์เริ่มต้นจากหน่วยบำบัดของระบบอะควาโปนิคซ์ (การทดสอบระบบเบื้องต้น) เพื่อหาอัตราไหล ระยะเวลาคงตะกอนที่เหมาะสม สำหรับการบำบัดน้ำเสีย/ของเสียจากการเพาะเลี้ยงปลาดุกที่ความหนาแน่นเทียบเท่ากับที่เกษตรกรกลุ่มเป้าหมายใช้เพาะเลี้ยงปลาดุกในปัจจุบัน กระทั่งน้ำจากการเพาะเลี้ยงปลาดุกมีปริมาณสารอินทรีย์คาร์บอนและของเสียไนโตรเจนในระดับที่ปลอดภัยต่อสัตว์น้ำ เหมาะสมที่จะใช้หมุนเวียนเข้าถังเพาะเลี้ยงเมื่อเป็นส่วนหนึ่งของระบบ RAS จากนั้นจึงพัฒนาระบบโดยการลดการใช้พลังงานของระบบในแต่ละขั้นตอนเพื่อให้สอดคล้องกับการเป็นส่วนหนึ่งของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำเชิงพาณิชย์ต้นทุนต่ำ ตอบโจทย์การแก้ปัญหาน้ำเสียจากการเพาะเลี้ยงส่งผลกระทบต่อชุมชนและสิ่งแวดล้อมรวมถึงการลดความเสี่ยงของการปลดปล่อยแก๊สเรือนกระจกซึ่งเป็นเทรนด์ปัญหาระดับโลก รวมถึง Circular economy ที่กำลังได้รับความสนใจอย่างเข้มข้นในปัจจุบัน