การออกซิเดชันของมีเทนโดยจุลินทรีย์ในชั้นปิดทับหลุมฝังกลบ ภายใต้สภาวะการทดลองในห้องปฏิบัติการ

Abstract

การออกซิเดชันของมีเทนโดยจุลินทรีย์ในชั้นปิดทับหลุมฝังกลบกำลังได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นอย่างมากในปัจจุบันเนื่องจากเป็นหนึ่งมาตรการสำคัญในการช่วยลดการแพร่ระบายของมีเทนที่เกิดขึ้นจากหลุมฝังกลบมูลฝอยชุมชนได้ งานวิจัยนี้จึงทำการศึกษาถึงความสามารถในการออกซิเดชันมีเทนภายใต้สภาวะการทดลองในห้องปฏิบัติการของตัวอย่างดิน 3 ชนิด ในประเทศไทย ได้แก่ ดินจากชั้นปิดทับหลุมฝังกลบมูลฝอยจากตำบลวังขนาย จังหวัดกาญจนบุรี ดินที่ใช้ในการเพาะปลูกจากตำบลธรรมศาลา จังหวัดนครปฐม และดินที่ใช้ในการเพาะปลูกจากตำบลสามง่าม จังหวัดนครปฐม โดยมีวัตถุประสงค์ของงานวิจัยคือ เพื่อศึกษาถึงความสามารถและประสิทธิภาพในการออกซิเดชันมีเทน และเพื่อศึกษาถึงตัวแปรทางจลนพลศาสตร์ (Vmax และ Km) ของการออกซิเดชันมีเทนของดินทั้ง 3 ชนิด ผลการศึกษาพบว่า ในขั้นตอนการปรับสภาพดินด้วยมีเทนความเข้มข้นร้อยละ 10 (โดยปริมาตร) ดินจากชั้นปิดทับหลุมฝังกลบและดินเพาะปลูกจากพื้นที่ธรรมศาลาต้องการระยะเวลาที่เหมาะสมในการปรับสภาพเท่ากับ 11 วัน ส่วนดินเพาะปลูกจากพื้นที่สามง่ามต้องการระยะเวลาที่เหมาะสมในการปรับสภาพเท่ากับ 35 วัน ก่อนเริ่มการออกซิเดชันในขั้นตอนการบ่ม เมื่อเปรียบเทียบการดำเนินกิจกรรมของเมทาโนโทรฟและอัตราการออกซิเดชันมีเทนของดินทั้ง 3 ชนิด ในระหว่างขั้นตอนการบ่มดิน พบว่า กิจกรรมของเมทาโนโทรฟเกิดขึ้นสูงสุดในดินจากชั้นปิดทับหลุมฝังกลบ รองลงมาคือ ดินเพาะปลูกจากพื้นที่ธรรมศาลา และน้อยที่สุดในดินเพาะปลูกจากพื้นที่สามง่าม ซึ่งสอดคล้องกับผลการศึกษาที่พบว่า อัตราการออกซิเดชันมีเทนมีค่าสูงสุดในดินจากชั้นปิดทับหลุมฝังกลบ มีค่าสูงในดินเพาะปลูกจากพื้นที่ธรรมศาลา และมีค่าต่ำในดินเพาะปลูกจากพื้นที่สามง่าม จากการศึกษาทางจลนพลศาสตร์ของการออกซิเดชันมีเทนในดินทั้ง 3 ชนิด พบว่า มีกลไกการออกซิเดชันมีเทนเป็นไปตามไมเคิลลิส – เมนเทน (Michalelis – Menten mechanism) และพบว่า ดินจากชั้นปิดทับหลุมฝังกลบ ดินเพาะปลูกจากพื้นที่ธรรมศาลา และดินเพาะปลูกจากพื้นที่สามง่าม มีค่าศักยภาพในการออกซิไดซ์ (Vmax) เท่ากับ 1.60 1.05 และ 0.215 ไมโครโมลต่อกรัมต่อชั่วโมง ตามลำดับ และมีค่าความจำเพาะต่อมีเทน (Km) เท่ากับ 251.87 138.92 และ 108.64 ไมโครโมล ตามลำดับ แสดงให้เห็นว่าดินจากชั้นปิดทับหลุมฝังกลบมีความจำเพาะต่อมีเทนต่ำสุด และมีศักยภาพในการออกซิไดซ์มีเทนสูงสุด ด้วยเหตุนี้ดินจากชั้นปิดทับหลุมฝังกลบจึงสามารถออกซิไดซ์มีเทนที่ความเข้มข้นสูงได้ดีกว่าดินเพาะปลูกจากพื้นที่ธรรมศาลา และดินเพาะปลูกจากพื้นที่สามง่าม อย่างไรก็ตาม ดินทั้ง 3 ชนิดจัดได้ว่าเป็นดินที่มีศักยภาพในการนำไปใช้เป็นวัสดุปิดทับเพื่อลดการแพร่ระบายของมีเทนจากหลุมฝังกลบได้

Microbial methane oxidation in landfill cover layer has received increasing attention in recent years as an important measure to minimize methane emissions from municipal solid waste landfills. This research, thus, studied the ability for oxidizing methane under laboratory experiments in three selected soils in Thailand including a landfill soil collected from Wang Khanai Subdistrict, Kanchanaburi, an agricultural soil collected from Tham Sala Subdistrict, Nakhon Pathom and another agricultural soil collected from Sam Ngam Subdistrict, Nakhon Pathom. The objectives of the study were to examine the capacity and the effectiveness for oxidizing methane, and to study the kinetic parameters (Vmax and Km) of methane oxidation, of those three selected soils. Results show that, during the preincubation stage with 10% methane (v/v), landfill soil and Tham Sala agricultural soil required an optimal preincubation period of 11 days, whereas Sam Ngam agricultural soil required those of 35 days, before initiating the methane oxidation in the incubation stage. During the incubation stage, among the tested soils, the methanotrophic activity was highest in landfill cover soil, followed by Tham Sala agricultural soil, and lowest in Sam Ngam agricultural soil. The highest rates of methane oxidation were observed in landfill cover soil, followed by Tham Sala agricultural soil, and lowest in Sam Ngam agricultural soil. Examining the kinetic parameters of methane oxidation in three selected soils revealed that methane oxidation followed the Michaelis – Menten mechanism. The values of potential activity of methane oxidation (Vmax) in landfill cover soil, Tham Sala agricultural soil, and Sam Ngam agricultural soil were 1.60, 1.05 and 0.215 µmolg-1h-1, respectively. The values of half-saturated constant (Km) were 251.87, 138.92 and 108.64 µmol, respectively. Landfill soil, thus, showed higher than other soils capability of oxidizing high concentration of methane. The three soils tested, however, have potential usefulness to reduce methane emissions from landfills.