Highlight Activities 2025: Bioplastic Production with Nitrogen Removal via Polyhydroxyalkanoate-Driven Denitrification under Aerobic Feast/Anoxic Famine Conditions: A Comparison with Conventional Aerobic Feast/Aerobic Famine and Microbial Community Analysis

การผลิตพลาสติกชีวภาพร่วมกับการกำจัดไนโตรเจนผ่านกระบวนการดีไนตริฟิเคชันที่ขับเคลื่อนด้วยโพลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอต ภายใต้สภาวะมีอาหารและอากาศ สลับกับสภาวะขาดอาหารและออกซิเจน เปรียบเทียบกับวิธีปกติที่มีอากาศ และการวิเคราะห์ประชากรจุลินทรีย์

บทคัดย่อ

การผลิตพลาสติกชีวภาพโพลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (PHA) ร่วมกับกระบวนการบำบัดน้ำเสียช่วยส่งเสริมเศรษฐกิจหมุนเวียน อย่างไรก็ตามในสภาวะการทำงานแบบปกติที่เป็นเป็นกระบวนการแบบใช้อากาศไม่สามารถกำจัดไนโตรเจนได้อย่างมีประสิทธิภาพ  งานวิจัยนี้จึงศึกษาการผลิต PHA ควบคู่กับการกำจัดสารอินทรีย์และไนโตรเจนในถังปฏิกรณ์แบบ Sequencing batch reactor (SBR) ภายใต้สภาวะมีอาหารและอากาศ สลับกับการขาดอาหารและออกซิเจน (SBRaf/anf)  โดยเปรียบเทียบกับระบบแบบดั้งเดิมที่มีออกซิเจน (SBRaf/af)  ซึ่งพบว่าทั้งสองระบบสามารถลดค่าความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD) ได้ในระดับใกล้เคียงกัน คือ 87.6 ± 1.7% และ 88.1 ± 1.3% ตามลำดับ  และเกิดกระบวนการไนตริฟิเคชัน โดยสามารถกำจัดไนโตรเจนทั้งหมดได้ 78.0 ± 1.9%  ซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะแต่ในระบบ SBRaf/anf ผ่านกลไกดีไนตริฟิเคชันที่ขับเคลื่อนด้วย PHA  ในขณะที่ระบบ SBRaf/af ไม่สามารถกำจัดไนโตรเจนได้  และตะกอนจุลินทรีย์จากทั้งสองระบบสามารถนำไปใช้ในการผลิต PHA ในถังปฏิกรณ์แบบ Fed batch reactor (FBR)  โดยพบว่าตะกอนจาก SBRaf/af มีปริมาณ PHA สูงสุดที่ 26.0 ± 1.8% (w/w)  ซึ่งสูงกว่าตะกอนจาก SBRaf/anf ที่มีค่า 21.4 ± 1.9% (w/w)  การวิเคราะห์ชุมชนจุลินทรีย์ด้วยเทคนิค 16S rRNA amplicon sequencing (MiSeq) พบว่าทั้งสองระบบมีปริมาณจุลินทรีย์กลุ่ม Thauera จำนวนมาก ซึ่งเป็นจุลินทรีย์ที่สามารถสะสม PHA และสามารถทำปฏิกริยาดีไนตริฟายในสภาวะมีอากาศได้  ในการวิเคราะห์ Quantitative polymerase chain reaction (qPCR) พบว่าในระบบ SBRaf/af มีแบคทีเรียกลุ่ม Ammonia oxidizing bacteria และกลุ่ม comammox เป็นกลุ่มเด่น  โดยมีการเพิ่มขึ้นของกลุ่ม Ammonia oxidizing archaea ตามระยะเวลา ในขณะที่ระบบ SBRaf/anf พบว่ากลุ่ม comammox เป็นกลุ่มเด่นตลอดการทดลอง

งานวิจัยนี้เกี่ยวข้องกับSustainable Development Goals (SDG) หลัก ๆ 5 ข้อ ดังนี้

SDG 6: การจัดการน้ำและสุขาภิบาล (Clean Water and Sanitation) งานวิจัยนี้เกี่ยวข้องกับการบำบัดน้ำเสียและการกำจัดไนโตรเจนอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งช่วยลดมลพิษทางน้ำและป้องกันผลกระทบต่อระบบนิเวศ

SDG 9: อุตสาหกรรม นวัตกรรม และโครงสร้างพื้นฐาน (Industry, Innovation and Infrastructure) งานวิจัยนำเสนอการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีชีวภาพใหม่ เพื่อพัฒนาระบบบำบัดน้ำเสียแบบยั่งยืน

SDG 11: เมืองและชุมชนที่ยั่งยืน (Sustainable Cities and Communities) ระบบบำบัดน้ำเสียที่มีประสิทธิภาพและสามารถผลิตพลาสติกชีวภาพได้ ช่วยให้มีระบบจัดการน้ำเสียที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม และลดขยะพลาสติก

SDG 12: การใช้และการผลิตอย่างยั่งยืน (Responsible Consumption and Production) การผลิต พลาสติกชีวภาพจากของเสียในระบบบำบัดน้ำ เป็นการส่งเสริมเศรษฐกิจหมุนเวียน (Circular Economy)

SDG 13: การรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Climate Action) การใช้ PHA แทนพลาสติกจากปิโตรเคมี และลดการปล่อยไนโตรเจน (ที่เป็นหนึ่งใน greenhouse gas indirect sources) ช่วยลดผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

Reference

Chothong, N., Limpiyakorn, T., Jantharadej, K., Mhuantong, W., Thayanukul, P., & Suwannasilp, B. (2025). Bioplastic Production with Nitrogen Removal via Polyhydroxyalkanoate-Driven Denitrification under Aerobic Feast/Anoxic Famine Conditions: A Comparison with Conventional Aerobic Feast/Aerobic Famine and Microbial Community Analysis. ACS ES&T Water. https://doi.org/10.1021/acsestwater.5c00527