Diffusion Sampler กับการศึกษาการปนเปื้อนในสารอินทรีย์ระเหยในน้ำใต้ดิน

          สารอินทรีย์ระเหย (Volatile Organic Compounds: VOCs) เป็นกลุ่มสารประกอบอินทรีย์ที่ระเหยเป็นไอได้ในที่อุณหภูมิและความดันปกติ โมเลกุลส่วนใหญ่ประกอบด้ว ยอะตอมคาร์บอนและไฮโดรเจน อาจมีออกซิเจนหรือคลอรีน เป็นองค์ประกอบร่วม โดยทั่วไปมีความสามารถในการละลายน้ำได้น้อย สารอินทรีย์ระเหย มีการใช้อย่างแพร่หลาย ในหลายประเภทอุตสาหกรรม เช่น อุตสาหกรรมปิโตรเคมี อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมการผลิตสารเคมี อุตสาหกรรมผลิตยาฆ่าแมลง เป็นต้น สารอินทรีย์ระเหยแบ่งเป็น 2 กลุ่มใหญ่ คือ กลุ่มที่ไม่มีธาตุคลอรีน และ กลุ่มที่มีธาตุคลอรีน ซึ่งกลุ่มที่ไม่มีธาตุคลอรีน จะเป็นสารในกลุ่มน้ำมันเชื้อเพลิง เช่น เบนซิน (benzene) โทลูอีน (toluene) เป็นต้น  และกลุ่มที่มีธาตุคลอรีน  ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารที่ใช ้ในกระบวนการผลิตในภาคอุตสาหกรรม และโดยทั่วไปมีความเสถียรและเป็นพิษสูง เช่น ไตรคลอโรเอทธิลีน (trichloroethylene: TCE) เตตระคลอโรเอทธิลีน (tetrachloroethylene หรือ perchloroethylene: PCE)  เป็นต้น ทั้งนี้แหล่งสำคัญที่อาจทำให้เกิดการปนเปื้อนสารอินทรีย์ระเหยในน้ำใต้ดิน เช่น พื้นที่ที่มีการลักลอบทิ้งกากสารอุตสาหกรรม พื้นที่ฝังกลบขยะ ที่ไม่ได้มาตรฐาน พื้นที่ที่มีการฝังสารเคมีใต้ดิน ซึ่งในพื้นที่ดังกล่าวอาจทำให้เกิดการปนเปื้อนในชั้นดินและเนื่องจากการชะสารปนเปื้อนในชั้นดินจากน้ำฝนหรือกระบวนการที่ทำให้เกิด การแพร่กระจายของสาร ปนเปื้อนลงในแนวดิ่ง ทำให้สารอินทรีย์ระเหยเคลื่อนลงสู่ชั้นน้ำใต้ดินในที่สุด  จึงควรมีการติดตามตรวจสอบในบ่อสังเกตการณ์ของสถานประกอบการ หรือบ่อสังเกตการณ์ของหลุมฝังกลบขยะ หรือบ่อ สังเกตการณ ์ในพื้นที่ที่อาจเป็นแหล่งกำเนิด

          การเก็บตัวอย่างน้ำใต้ดินเพื่อศึกษาหาปริมาณสารอินทรีย์ระเหยที่ปนเปื้อนอยู่ในน้ำใต้ดิน ต้องคำนึงถึงการไม่รบกวนตัวอย่างเพื่อป้องกันการระเหยหรือการสูญเสียของสารอินทรีย์ระเหยในระหว่างการเก็บตัวอย่าง เพราะสารอินทรีย์ระเหยมีคุณสมบัติที่ระเหยได้ง่าย  ซึ่งเทคนิควิธีการเก็บตัวอย่างน้ำใต้ดินในการวิเคราะห์หาปริมาณสารอินทรีย์ระเหยได้มีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง มีอุปกรณ์หลายประเภท ได้ถูกนำมาใช้ใน การเก็บตัวอย่าง เช่น ปั๊มส์ชนิด  submersible pump, peristaltic pump, bladder pump, และโดยใช้ diffusion sampler  ทั้งนี้การใช้ปั๊มส์จะใช้วิธีการดึงน้ำหรือสูบน้ำออกจากบ่อ และในการเก็บตัวอย่างจะได้ตัวอย่างน้ำ ณ จุดนั้นๆ แต่สำหรับการใช้ diffusion sampler จะไม่มีการดึงน้ำหรือสูบน้ำออกจากบ่อ และสามารถติดตั้ง diffusion sampler มากกว่า 1 จุดตามความลึกบ่อ เพื่อการศึกษาการกระจายตัวของสารอินทรีย์ระเหยตามแนวดิ่ง

          การเก็บตัวอย่างน้ำโดยใช้ diffusion sampler ใช้หลักการความสมดุล (equilibrium) ของสารโดยกระบวนการแพร่กระจาย (diffusion) ของสารประกอบเคมีที่มีคุณสมบัต ิละลายในน้ำแพร่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ (รูปที่ 1) ซึ่งในที่นี้เป็นการแพร่ของสารอินทรีย์ระเหยที่ปนเปื้อนในน้ำใต้ดินในบ่อสังเกตการณ์ไปยังน้ำกลั่นบริสุทธิ์ใน diffusion sampler  ลักษณะของ diffusion sampler เป็นถุงทำจาก semi-permeable membrane ซึ่งทำจาก low density polyethylene (LDPE) ซึ่งโดยทั่วไปขนาดของรูพรุน (pore size) ของถุง membrane มีขนาด 10 angstroms หรือน้อยกว่า (Vroblesky, 2001) (รูปที่ 2) ในการเก็บตัวอย่างน้ำใต้ดินโดยใช้ diffusion sampler ต้องติดตั้งอุปกรณ์ดังกล่าวทิ้งไว้ในบ่อสังเกตการณ์เป็นระยะเวลาไม่น้อยกว่า 2 สัปดาห์ เพื่อให้กระบวนการแพร่ (diffusion) ของสารอินทรีย์ระเหยภายนอกและภายใน diffusion sampler ถึงจุดสมดุลย์ (equilibrium)  ทั้งนี้การติดตั้ง diffusion sampler สำหรับบ่อสังเกตการณ์ที่มีบริเวณเซาะร่องสั้น สามารถติดตั้ง diffusion sampler 1 ชิ้น ในบริเวณกลางเซาะร่อง  และหากบริเวณเซาะร่องของบ่อสังเกตการณ์ยาวควรติดตั้ง diffusion sampler มากกว่า 1 ชิ้น  (รูปที่ 3)

รูปที่ 1 หลักการของ diffusion sampler

รูปที่ 2 ลักษณะของ diffusion sampler

รูปที่ 3 การติดตั้ง diffusion sampler มากกว่า 1 ชิ้น

          ศูนย์วิจัยและฝึกอบรมด้านสิ่งแวดล้อม กรมส่งเสริมคุณภาพสิ่งแวดล้อม ได้ใช้ diffusion sampler ในการศึกษาวิจัยประเมินสถานการณ์ การปนเปื้อนและการกระจายตัวของสารอินทรีย์ ระเหยในน้ำใต้ดินตามแนวดิ่ง และจากการศึกษาพบว่าการตรวจสอบหาปริมาณการปนเปื้อนของสารอินทรีย์ระเหยในน้ำใต้ดิน โดยเปรียบเทียบจากการเก็บตัวอย่างน้ำใต้ดินโดยใช้ submersible pump, bladder pump, และ diffusion sampler มีความสอดคล้องกัน เนื่องจากการเก็บตัวอย่างน้ำด้วยเทคนิค diffusion sampler เป็นวิธีที่ ไม่ซับซ้อน ไม่มีการใช้ไฟฟ้า ไม่มีการสูบน้ำทิ้ง ทำให้มีค่าใช้จ่ายน้อยและลดระยะเวลาการเก็บตัวอย่าง และสามารถเพิ่มความถี่ในการเก็บตัวอย่างได้  ศูนย์วิจัยและฝึกอบรมด้านสิ่งแวดล้อมจึงได้นำเสนอวิธีการ  เก็บตัวอย่างน้ำใต้ดินโดยใช้ diffusion sampler ต่อสถานประกอบการ หน่วยงานภาครัฐ ที่มีความเกี่ยวข้องกับการตรวจสอบการปนเปื้อนของสารอินทรีย์ในน้ำใต้ดิน เพื่อพิจารณาใช้ difuusion sampler เป็นทางเลือกหนึ่งสำหรับใช้ในการเก็บตัวอย่างน้ำในบ่อสังเกตการณ์ที่ต้องมีการเฝ้าระวังและเก็บตัวอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งปัจจุบันกรมควบคุมมลพิษได้นำเทคนิค diffusion sampler ไปใช้ในการประเมิน สถานการณ์การปนเปื้อนสารอินทรีย์ระเหยในน้ำใต้ดิน ของสถานประกอบการในนิคมอุตสาหกรรมมาบตาพุดที่มีโอกาสเสี่ยงต่อการปนปื้อนของสารอินทรีย์ระเหยในน้ำใต้ดิน

เอกสารอ้างอิง 
1. Vroblesky D.A.  2001.  User’s Guide for Polyethylene-Based Passive Diffusion Bag Samplers to Obtain Volatile Organic 
Compound Concentrations in Wells Part 1: Deployment, Recovery, Data Interpretation, and Quality Control and Assurance . U.S.
Geological Survey Water-Resources Investigations Report 01 –4060
2  Harte, et al.  2000.  use of diffusion samplers for monitoring volatile organic compounds in groundwater: USGS fact sheet 088-00 3. Harte, et al. 2001, Testing and application of diffusion sampler to identify temporal trends in volatile 
organic compounds: USGS open file report 00-196 
4. Stacey A. Archfield and Denis R. LeBlanc.  2005.  Comparison of Diffusion- and Pumped-Sampling 
Methods to Monitor Volatile Organic Compounds in Ground Water, Massachusetts Military Reservation,Cape Cod, Massachusetts, July 1999–December 2002. U.S. Geological Survey. Scientific Investigations Report 2005-5010