Original Title: Optimization of Congo red dye adsorption with water hyacinth biomass adsorbent using response surface methodology
Source: doi.org/10.34044/j.anres.2025.59.3.15
Disclaimer: Summary generated by AI based on the provided document. Please refer to the original paper for full scientific accuracy.

ការធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវការស្រូបយកពណ៌កុងហ្គោក្រហមដោយប្រើភ្នាក់ងារស្រូបពីម៉ាសជីវសាស្ត្រកំប្លោក តាមរយៈវិធីសាស្ត្រ Response Surface Methodology

ចំណងជើងដើម៖ Optimization of Congo red dye adsorption with water hyacinth biomass adsorbent using response surface methodology

អ្នកនិពន្ធ៖ Pradinunt Eiamsa-ard, Theerawat Onlamool, Antika Boondaeng, Nanthavut Niyomvong

ឆ្នាំបោះពុម្ព៖ 2025, Agriculture and Natural Resources

វិស័យសិក្សា៖ Environmental Science

១. សេចក្តីសង្ខេបប្រតិបត្តិ (Executive Summary)

បញ្ហា (The Problem)៖ ការបំពុលទឹកដោយសារធាតុពណ៌សំយោគ (Synthetic dyes) ដូចជាពណ៌កុងហ្គោក្រហម (Congo red) ពីវិស័យឧស្សាហកម្មបង្កហានិភ័យយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរដល់បរិស្ថាន និងសុខភាពមនុស្សដោយសារភាពពុលនិងកត្តាបង្កមហារីករបស់វា។ ការសិក្សានេះមានគោលបំណងស្វែងរកដំណោះស្រាយប្រកបដោយចីរភាព ដោយប្រើប្រាស់កាកសំណល់កសិកម្មដើម្បីកម្ចាត់ជាតិពុលទាំងនេះចេញពីប្រភពទឹក។

វិធីសាស្ត្រ (The Methodology)៖ អ្នកស្រាវជ្រាវបានរៀបចំម៉ាសជីវសាស្ត្រកំប្លោក (Water hyacinth biomass) ជាភ្នាក់ងារស្រូបយក (Adsorbent) និងបានប្រើប្រាស់វិធីសាស្ត្រ Response Surface Methodology (RSM) ដើម្បីកំណត់លក្ខខណ្ឌដែលប្រសើរជាងគេសម្រាប់ការស្រូប។

លទ្ធផលសំខាន់ៗ (The Verdict)៖

២. ការវិភាគលើប្រសិទ្ធភាព និងដែនកំណត់ (Performance & Constraints)

វិធីសាស្ត្រ (Method) គុណសម្បត្តិ (Pros) គុណវិបត្តិ (Cons) លទ្ធផលគន្លឹះ (Key Result)
Water Hyacinth Biomass Adsorbent (Optimized via RSM-BBD)
ការប្រើប្រាស់ភ្នាក់ងារស្រូបពីម៉ាសជីវសាស្ត្រកំប្លោក (ធ្វើឱ្យប្រសើរតាមរយៈវិធីសាស្ត្រ RSM-BBD)
មានតម្លៃថោក ងាយស្រួលរកបានដោយប្រើប្រាស់កាកសំណល់កសិកម្ម-រុក្ខជាតិ និងមានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់ក្នុងការកម្ចាត់ពណ៌កុងហ្គោក្រហម ជាមិត្តភាពចំពោះបរិស្ថាន។ ទាមទារការកែច្នៃជាមុនសិន (ការសម្ងួត កិន និងលាងសម្អាតជាតិក្លរ៉ូហ្វីល) ព្រមទាំងមានប្រសិទ្ធភាពល្អបំផុតតែក្នុងលក្ខខណ្ឌទឹកមានជាតិអាស៊ីត (pH ៣,៩) ប៉ុណ្ណោះ។ សម្រេចបានប្រសិទ្ធភាពនៃការកម្ចាត់ពណ៌រហូតដល់ ៩៤,៧៦% នៅក្រោមលក្ខខណ្ឌដ៏ប្រសើរបំផុត (កម្រិតប្រើ ៣,៩ g/L, pH ៣,៩ និងកំហាប់ពណ៌ ៩២,៩០ mg/L)។
Conventional Physical/Chemical Methods (Activated Carbon, Membrane Filtration, Coagulation)
វិធីសាស្ត្ររូបវន្តនិងគីមីទូទៅ (ការប្រើប្រាស់ធ្យូងសកម្ម ការច្រោះតាមភ្នាស និងការកករគីមី)
មានប្រសិទ្ធភាពខ្ពស់បំផុត និងត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយរួចទៅហើយនៅក្នុងប្រព័ន្ធចម្រោះទឹកស្អាត និងទឹកសំណល់ខ្នាតធំ។ មានតម្លៃថ្លៃដោយសារតម្រូវការក្នុងការប្រើប្រាស់សារធាតុគីមី សម្ភារៈបរិក្ខារស្មុគស្មាញ និងទាមទារថាមពលអគ្គិសនីខ្ពស់។ ទោះបីជាផ្តល់លទ្ធផលល្អ ប៉ុន្តែការប្រើប្រាស់ត្រូវបានរឹតត្បិតក្នុងប្រទេសកំពុងអភិវឌ្ឍន៍ ដោយសារការចំណាយលើប្រតិបត្តិការមានកម្រិតខ្ពស់។

ការចំណាយលើធនធាន (Resource Cost)៖ ការសិក្សានេះពឹងផ្អែកជាចម្បងលើធនធានជីវសាស្ត្រ (កំប្លោក) ដែលមានតម្លៃថោកបំផុត ប៉ុន្តែវាទាមទារនូវឧបករណ៍មន្ទីរពិសោធន៍ជាមូលដ្ឋាន និងកម្មវិធីកុំព្យូទ័រសម្រាប់ការវិភាគទិន្នន័យ។

៣. ការពិនិត្យសម្រាប់បរិបទកម្ពុជា/អាស៊ីអាគ្នេយ៍

ភាពលំអៀងនៃទិន្នន័យ (Data Bias)៖

ការសិក្សានេះត្រូវបានធ្វើឡើងដោយប្រើប្រាស់កំប្លោកប្រមូលពីខេត្តអយុធ្យា ប្រទេសថៃ និងត្រូវបានសាកល្បងជាមួយនឹងទឹកពណ៌សំយោគនៅក្នុងមន្ទីរពិសោធន៍ (Deionized water) មិនមែនជាទឹកសំណល់ពិតប្រាកដនោះទេ។ ចំណុចនេះមានសារៈសំខាន់សម្រាប់ប្រទេសកម្ពុជា ពីព្រោះទឹកសំណល់ពីរោងចក្រឧស្សាហកម្មពិតប្រាកដ មានផ្ទុកសារធាតុគីមី និងអ៊ីយ៉ុងចម្រុះជាច្រើន ដែលអាចជះឥទ្ធិពល និងប្រកួតប្រជែងក្នុងការស្រូបយកពណ៌របស់ម៉ាសជីវសាស្ត្រកំប្លោក។

លទ្ធភាពនៃការអនុវត្ត (Applicability)៖

វិធីសាស្ត្រនៃការប្រើប្រាស់កំប្លោកជាភ្នាក់ងារស្រូបពណ៌នេះ មានសក្តានុពល និងភាពជាក់ស្តែងខ្ពស់ណាស់ក្នុងការយកមកអនុវត្តនៅក្នុងប្រទេសកម្ពុជា។

ជារួម ការកែច្នៃកំប្លោកទៅជាសម្ភារៈចម្រោះទឹកសំណល់ មិនត្រឹមតែផ្តល់ដំណោះស្រាយចំណាយតិចសម្រាប់ការគ្រប់គ្រងកាកសំណល់ឧស្សាហកម្មប៉ុណ្ណោះទេ ថែមទាំងជួយទប់ស្កាត់ការរីកដុះដាលហួសហេតុរបស់រុក្ខជាតិទឹកនៅក្នុងប្រទេសកម្ពុជាផងដែរ។

៤. ផែនការសកម្មភាពសម្រាប់និស្សិត (Actionable Roadmap)

ដើម្បីអនុវត្តតាមការសិក្សានេះ និស្សិតគួរអនុវត្តតាមជំហានខាងក្រោម៖

  1. ការរៀបចំវត្ថុធាតុដើម និងការកែច្នៃកំប្លោក (Biomass Preparation): និស្សិតគួរសិក្សាពីវិធីសាស្រ្តប្រមូល សម្អាត កាត់ និងសម្ងួតដើមកំប្លោក (នៅសីតុណ្ហភាព ៧០°C) រួចកិនឱ្យម៉ត់ និងរែងយកទំហំ ២៥០ μm។ បន្ទាប់មក ត្រូវអនុវត្តបច្ចេកទេសកម្ចាត់ជាតិក្លរ៉ូហ្វីល ដោយត្រាំម៉ាសជីវសាស្ត្រនោះក្នុង 95% Ethyl alcohol ចំនួន ១៥នាទី។
  2. ការយល់ដឹងពីវិធីសាស្ត្រវិភាគបរិមាណពណ៌ (Colorimetric Analysis): ត្រូវអនុវត្តការវាស់ស្ទង់កំហាប់ពណ៌នៃសារធាតុរាវដោយប្រើឧបករណ៍ Spectrophotometer នៅរលកពន្លឺ ៤៩៧ nm និងរៀនបង្កើតខ្សែកោងស្តង់ដារ (Standard curve) ដើម្បីគណនាភាគរយនៃការស្រូបយក ដោយប្រើកម្មវិធី Microsoft Excel
  3. ការរចនាគំរូពិសោធន៍ដោយប្រើ RSM (Experimental Design): ប្រើប្រាស់កម្មវិធី Design-Expert ដើម្បីរចនាគំរូពិសោធន៍ប្រភេទ Box-Behnken Design (BBD)។ និស្សិតត្រូវកំណត់អថេរឯករាជ្យចំនួនបីគឺ កម្រិតបរិមាណកំប្លោក (Adsorbent dose) កម្រិត pH និងកំហាប់ពណ៌ដំបូង ដើម្បីស្វែងរកចំណុចប្រសើរបំផុត (Optimization)។
  4. ការវិភាគទិន្នន័យ និងការធ្វើសុពលភាពម៉ូដែល (Data Analysis & Validation): សិក្សាពីរបៀបបកស្រាយលទ្ធផល ANOVA, P-value និង R-squared ដើម្បីវាយតម្លៃគុណភាពនៃម៉ូដែលគណិតវិទ្យា។ ត្រូវធ្វើការពិសោធន៍ផ្ទាល់ចំនួន៣ដងបន្ថែមទៀត នៅត្រង់លក្ខខណ្ឌដែលម៉ូដែលបានទស្សន៍ទាយ ដើម្បីផ្ទៀងផ្ទាត់ថាគម្លាតលទ្ធផលពិតប្រាកដ (Bias) មានកម្រិតតិចជាង ៥%។
  5. ការសាកល្បងជាមួយទឹកសំណល់ពិតប្រាកដ (Real Wastewater Testing): ជាជំហានអនុវត្តជាក់ស្តែង និស្សិតគួរសហការជាមួយរោងចក្រកាត់ដេរក្នុងស្រុក ដើម្បីយកគំរូទឹកសំណល់ពិតប្រាកដមកធ្វើតេស្តជាមួយម៉ាសកំប្លោកដែលបានកែច្នៃ ក្នុងគោលបំណងវាយតម្លៃប្រសិទ្ធភាពស្រូបយក នៅក្នុងបរិយាកាសដែលមានសារធាតុគីមីចម្រុះ។

៥. វាក្យសព្ទបច្ចេកទេស (Technical Glossary)

ពាក្យបច្ចេកទេស ការពន្យល់ជាខេមរភាសា (Khmer Explanation) និយមន័យសាមញ្ញ (Simple Definition)
Response surface methodology (វិធីសាស្ត្រ Response Surface Methodology) ជាបណ្តុំនៃបច្ចេកទេសគណិតវិទ្យា និងស្ថិតិដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់សម្រាប់ការបង្កើតគំរូ និងការវិភាគបញ្ហាដែលលទ្ធផល (Response) ទទួលរងឥទ្ធិពលពីអថេរជាច្រើន។ ក្នុងទីនេះ គេប្រើវាដើម្បីរកលក្ខខណ្ឌដែលល្អបំផុត (Optimization) ដោយការធ្វើពិសោធន៍ក្នុងចំនួនតិចតួច។ ដូចជាការសាកល្បងផ្សំគ្រឿងផ្សំម្ហូបតាមកម្រិតខុសៗគ្នា ដើម្បីរកមើលថាតើការបូកបញ្ចូលគ្នាមួយណាដែលធ្វើឱ្យម្ហូបមានរសជាតិឆ្ងាញ់បំផុត ដោយមិនបាច់សាកល្បងគ្រប់ជម្រើសទាំងអស់។
Box-Behnken design (ការរចនាគំរូ Box-Behnken) គឺជាប្រភេទមួយនៃការរចនាពិសោធន៍នៅក្នុងវិធីសាស្ត្រ RSM ដែលប្រើប្រាស់អថេរចំនួន៣កម្រិត (ទាប មធ្យម ខ្ពស់) ដើម្បីបង្កើតម៉ូដែលសមីការដឺក្រេទី២ (Quadratic model) ដោយមិនមានបន្សំនៃកម្រិតខ្ពស់បំផុត និងទាបបំផុតក្នុងពេលតែមួយ ដែលជួយកាត់បន្ថយចំនួនដងនៃការពិសោធន៍។ ដូចជាការជ្រើសរើសយកតែចំណុចកណ្តាល និងចំណុចគែមៗនៃតំបន់មួយមកសិក្សា ជាជាងការស្វែងរកគ្រប់រន្ធក្រហែង ដែលជួយសន្សំពេលវេលា និងធនធាន។
Adsorption (ការស្រូបយកតាមផ្ទៃ) គឺជាដំណើរការរូបវន្ត ឬគីមីដែលម៉ូលេគុលនៃឧស្ម័ន រាវ ឬសារធាតុរលាយ (ដូចជាពណ៌កុងហ្គោក្រហម) មកតោងជាប់នៅលើផ្ទៃនៃសារធាតុរឹង (ដូចជាម៉ាសកំប្លោក)។ វាខុសពី Absorption ដែលសារធាតុមួយជ្រាបចូលទៅក្នុងម៉ាសនៃសារធាតុមួយទៀតទាំងស្រុង។ ដូចជាការប្រើមេដែកដើម្បីស្រូបទាញកម្ទេចដែកឱ្យមកតោងជាប់នៅលើផ្ទៃរបស់វា។
Congo red (ពណ៌កុងហ្គោក្រហម) គឺជាសារធាតុពណ៌សំយោគប្រភេទអានីយ៉ុង (Anionic azo dye) ដែលត្រូវបានប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងឧស្សាហកម្មវាយនភណ្ឌ ក្រដាស និងប្លាស្ទិក។ វាមានផ្ទុកសារធាតុពុល និងអាចបង្កជំងឺមហារីកប្រសិនបើធ្លាក់ចូលក្នុងប្រភពទឹក។ ដូចជាទឹកថ្នាំលាបពណ៌សម្លៀកបំពាក់ដែលពិបាកនឹងលាងជម្រះ ហើយអាចធ្វើឱ្យប៉ះពាល់ដល់សុខភាពយ៉ាងធ្ងន់ធ្ងរប្រសិនបើយើងផឹកទឹកដែលមានលាយវា។
Biomass adsorbent (ភ្នាក់ងារស្រូបយកពីម៉ាសជីវសាស្ត្រ) គឺជាវត្ថុធាតុរឹងដែលផលិតចេញពីសំណល់សរីរាង្គ (ដូចជារុក្ខជាតិ ឬកាកសំណល់កសិកម្ម) ដែលត្រូវបានកែច្នៃដើម្បីប្រើប្រាស់សម្រាប់ចាប់យកសារធាតុពុលពីក្នុងទឹកសំណល់ តាមរយៈសកម្មភាពអន្តរកម្មនៅលើផ្ទៃរបស់វា។ ដូចជាការយកអេប៉ុងធម្មជាតិមកជូតស្រូបយកទឹកដែលកំពប់នៅលើឥដ្ឋ។
Spectrophotometer (ម៉ាស៊ីនវាស់រលកពន្លឺ Spectrophotometer) គឺជាឧបករណ៍មន្ទីរពិសោធន៍សម្រាប់វាស់បរិមាណពន្លឺដែលឆ្លងកាត់ ឬត្រូវបានស្រូបយកដោយសារធាតុរាវមួយ។ ក្នុងការសិក្សានេះ គេប្រើវាដើម្បីវាស់ថាតើកំហាប់ពណ៌កុងហ្គោក្រហមនៅសល់ប៉ុន្មាននៅក្នុងទឹក ក្រោយពេលឆ្លងកាត់ការស្រូបយកដោយម៉ាសកំប្លោក។ ដូចជាការបញ្ចាំងពិលកាត់កែវទឹកពណ៌ ដើម្បីមើលថាតើទឹកនោះថ្លា ឬល្អក់កម្រិតណា។ ទឹកកាន់តែថ្លា ពន្លឺអាចឆ្លងកាត់បានកាន់តែច្រើន។
Analysis of variance (ការវិភាគវ៉ារ្យ៉ង់ ANOVA) ជាវិធីសាស្ត្រស្ថិតិដែលប្រើសម្រាប់ផ្ទៀងផ្ទាត់ថាតើលទ្ធផលនៃការពិសោធន៍ពិតជាទទួលរងឥទ្ធិពលពីកត្តាដែលយើងកំពុងសិក្សា (ដូចជាកម្រិត pH ឬបរិមាណកំប្លោក) ប្រាកដមែន ឬគ្រាន់តែជាការចៃដន្យ។ វាជួយបញ្ជាក់ពីភាពត្រឹមត្រូវនៃម៉ូដែលគណិតវិទ្យា។ ដូចជាការធ្វើតេស្តសាកល្បងថ្នាំពេទ្យ ដោយប្រៀបធៀបអ្នកជំងឺដែលបានផឹកថ្នាំ និងអ្នកមិនបានផឹក ដើម្បីដឹងប្រាកដថាអ្នកជំងឺជាសះស្បើយដោយសារថ្នាំពិតមែន មិនមែនជាសះស្បើយដោយឯកឯង។
Water hyacinth biomass (ម៉ាសជីវសាស្ត្រកំប្លោក) គឺជាកាកសំណល់ ឬផ្នែកផ្សេងៗនៃរុក្ខជាតិកំប្លោក (Eichhornia crassipes) ដែលត្រូវបានយកមកសម្ងួត កិន និងកែច្នៃ ដើម្បីប្រើប្រាស់ជាសម្ភារៈមានប្រយោជន៍ ដូចជាការស្រូបយកសារធាតុពណ៌ និងលោហៈធ្ងន់ពីក្នុងទឹក។ ដូចជាការប្រមូលដើមរុក្ខជាតិដែលដុះរាយប៉ាយរាំងស្ទះផ្លូវទឹក មកហាលឱ្យស្ងួតដើម្បីកែច្នៃជាឧបករណ៍ចម្រោះទឹក។

៦. ប្រធានបទពាក់ព័ន្ធ (Further Reading)

អត្ថបទដែលបានបោះពុម្ពនៅលើ KhmerResearch ដែលទាក់ទងនឹងប្រធានបទនេះ៖

ប្រធានបទ និងសំណួរស្រាវជ្រាវដែលទាក់ទងនឹងឯកសារនេះ ដែលអ្នកអាចស្វែងរកបន្ថែម៖