web โครงการการพัฒนาเทคโนโลยีการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในน้ำเสียชนิดซัลเฟตสูง เพื่อปรับปรุงคุณภาพก๊าซชีวภาพ สถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงานนครพิงค์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

3 ก.ค. 2017, 18:03    

 

โครงการการพัฒนาเทคโนโลยีการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในน้ำเสียชนิดซัลเฟตสูง

เพื่อปรับปรุงคุณภาพก๊าซชีวภาพ

สถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงานนครพิงค์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่


แหล่งทุน : กองทุนเพื่อส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน กระทรวงพลังงาน

ระยะเวลาดำเนินโครงการ : ระหว่าง 31 สิงหาคม 2558  10 กรกฎาคม 2560

วัตถุประสงค์ของโครงการ

1.) เพื่อศึกษาวิธีการลดสารที่เป็นสาเหตุของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ตั้งแต่ต้นทางจากวัตถุดิบตั้งต้นในการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยกระบวนการและเทคนิคทางเคมีและทางชีวภาพโดยเชื้อจุลินทรีย์

2.) เพื่อศึกษากระบวนการการลดสารไฮโดรเจนซัลไฟด์ในระดับปฏิบัติการ (Lab-scale) และในระดับนำร่อง (Pilot-scale)

3.) เพื่อวิเคราะห์และประเมินความคุ้มทุนทางด้านเศรษฐศาสตร์และเปรียบเทียบเทคนิคทางด้านเคมีและชีวภาพในการลดสารไฮโดรเจนซัลไฟด์จากก๊าซชีวภาพสำหรับการนำไปใช้งานจริงในเชิงพาณิชย์

แผนการดำเนินงาน

        แผนการดำเนินงานของการพัฒนาเทคโนโลยีการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในน้ำเสียชนิดซัลเฟตสูงเพื่อปรับปรุงคุณภาพก๊าซชีวภาพ มีขั้นตอนดังนี้

·  ศึกษา สำรวจและรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับวิธีการกำจัดและหรือลดสารที่ก่อให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในวัตถุดิบที่มีองค์ประกอบของซัลเฟตสูงหรือวัตถุดิบที่ให้องค์ประกอบก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์จากกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพสูง

·  ดำเนินการทดลองลดสารที่ก่อให้เกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์จากวัตถุดิบตั้งต้นด้วยกระบวนการเทคนิคด้านเคมีและเทคนิคด้านชีวภาพในห้องปฏิบัติการเคมีและจุลินทรีย์ของสถาบันฯ

·  ดำเนินการทดสอบความสามารถในการลดสารที่ก่อให้เกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์ของวัตถุดิบที่ผ่านการศึกษาปรับสภาพด้วยกระบวนการทางเคมีและชีวภาพ

·  สรุปผลและเขียนรายงานความก้าวหน้าครั้งที่ 1

·  การศึกษาทดลองการลดหรือกำจัดสารที่ก่อให้เกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์ด้วยกระบวนทางเคมีและชีวภาพในระดับปฏิบัติการ

·  สรุปผลและเขียนรายงานความก้าวหน้าครั้งที่ 2

·  การศึกษาทดลองการลดหรือกำจัดสารที่ก่อให้เกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์ด้วยกระบวนทางเคมีและชีวภาพในระดับนำร่อง

·  การประเมินความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์

·  สรุปผลและเขียนรายงานฉบับสมบูรณ์

 

ผลการดำเนินงาน

1.1  การทดสอบในห้องปฎิบัติการแบบ BMP (Biochemical Methane Potential) ด้วยวิธี Verein Deutscher Ingenieure (German Standard Method, VDI 4630, Batch Test)


            1.1.1 การทดสอบการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ด้วยกระบวนการทางเคมี

    1) สำรวจและรวบรวมข้อมูล รูปแบบ เทคนิค วิธีการที่ศึกษาและดำเนินการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการใช้กระบวนการทางเคมีเพื่อลดสารที่ก่อให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์จากกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพและทำการทดสอบผลเบื้องต้นในห้องปฏิบัติการ

    2) ทำการคัดเลือกสารเคมีจำนวน 3 ชนิด ที่ได้จากข้อที่ 1. ได้แก่ FeCl3, FeSO4 และ NaNO3 มาทำการทดสอบ BMP ด้วยวิธี VDI โดย FeCl3 ทำการทดสอบที่อัตราส่วน Fe:S (w/w) 2:1, 3:1, 4:1, 5:1, 6:1, 8:1 และ 10:1 ในขณะที่ FeSO4  ทำการทดสอบที่อัตราส่วน Fe:S (w/w) 5:1, 10:1, 20:1 และ 30:1 และ NaNO3 ทำการทดสอบที่อัตราส่วน NO3:S (w/w) 20:1, 30:1 และ 40:1 โดยทุกตัวอย่างทำการทดสอบเปรียบเทียบกับ Control

    3) ผลการทดสอบ FeCl3 พบว่าที่อัตราส่วน Fe:S (w/w) 10:1 มีปริมาณก๊าซ H2S ในก๊าซชีวภาพต่ำสุดกว่าทุกอัตราส่วน โดยมีค่าอยู่ที่ 180 ppmv ต่ำกว่าดัชนีชี้วัดที่กำหนดคือไม่เกิน 500 ppmv ในขณะที่ Control มีค่าสูงสุดอยู่ที่ 3,500 ppmv ส่วนปริมาณก๊าซ H2S ที่เกิดขึ้นทั้งหมดในช่วงระยะเวลา 13 วัน มีค่าต่ำสุดกว่าทุกอัตราส่วนเช่นกัน โดยมีค่าอยู่ที่ 0.25 mg/gVSadded ในขณะที่ Control มีค่าสูงสุดที่ 3.60 mg/gVSadded ซึ่ง FeCl3 มีประสิทธิภาพในการกำจัดก๊าซ H2S อยู่ที่ 93.09 % เป็นไปตามดัชนีชี้วัดที่กำหนดไว้ให้ไม่ต่ำกว่า 85%

    สำหรับผลการทดสอบ FeSO4-7H2O พบว่าที่อัตราส่วน Fe:S (w/w) 30:1 มีปริมาณก๊าซ H2S ในก๊าซชีวภาพต่ำสุดกว่าทุกอัตราส่วน โดยมีค่าอยู่ที่ 2,000 ppmv สูงกว่าดัชนีชี้วัดที่กำหนดคือไม่เกิน 500 ppmv ในขณะที่ Control มีค่าสูงสุดอยู่ที่ 3,420 ppmv ส่วนปริมาณก๊าซ H2S ที่เกิดขึ้นทั้งหมดในช่วงระยะเวลา 10 วัน มีค่าต่ำสุดกว่าทุกอัตราส่วนเช่นกัน โดยมีค่าอยู่ที่ 1.41 mg/gVSadded ในขณะที่ Control มีค่าสูงสุดที่ 3.55 mg/gVSadded ซึ่ง FeSO4-7H2O มีประสิทธิภาพในการกำจัดก๊าซ H2S อยู่ที่ 60.85 % ซึ่งยังต่ำกว่าดัชนีชี้วัดที่กำหนดไว้ให้ไม่ต่ำกว่า 85%

    จากผลการทดสอบ NaNO3 พบว่าที่อัตราส่วน NO3:S (w/w) 40:1 มีปริมาณก๊าซ H2S ในก๊าซชีวภาพต่ำสุดกว่าทุกอัตราส่วน โดยมีค่าอยู่ที่ 2,940 ppmv สูงกว่าดัชนีชี้วัดที่กำหนดคือไม่เกิน 500 ppmv ในขณะที่ Control มีค่าสูงสุดอยู่ที่ 3,420 ppmv ส่วนปริมาณก๊าซ H2S ที่เกิดขึ้นทั้งหมดในช่วงระยะเวลา 10 วัน มีค่าต่ำสุดกว่าทุกอัตราส่วนเช่นกัน โดยมีค่าอยู่ที่ 2.70 mg/gVSadded ในขณะที่ Control มีค่าสูงสุดที่ 3.55 mg/gVSadded ซึ่ง NaNO3 มีประสิทธิภาพในการกำจัดก๊าซ H2S อยู่ที่ 24.99 % ซึ่งยังต่ำกว่าดัชนีชี้วัดที่กำหนดไว้ให้ไม่ต่ำกว่า 85%

    4) จากผลการทดสอบสารเคมีจำนวน 3 ชนิด ได้แก่ เติมเฟอริกคลอไรด์ (FeCl3) เฟอรัสซัลเฟต (FeSO4-7H2O) และโซเดียมไนเตรต (NaNO3) นั้น พบว่าเฟอริกคลอไรด์ ที่อัตราส่วน Fe:S (w/w) 10:1 ให้ผลการทดสอบเป็นไปตามดัชนีชี้วัดคือมีค่าการกำจัด H2S ต่ำกว่า 500 ppmv และมีประสิทธิภาพในการกำจัดมากกว่า 85% ส่วนเฟอรัสซัลเฟต ที่อัตราส่วน Fe:S (w/w) 30:1 และโซเดียมไนเตรต ที่อัตราส่วน NO3:S (w/w) 40:1 นั้นไม่ผ่านดัชนีชี้วัดที่กำหนด

1.1.2 การทดสอบการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ด้วยกระบวนการทางชีวภาพ

    1) การออกสำรวจพื้นที่ การเก็บตัวอย่าง และการคัดแยกกลุ่มเชื้อจุลินทรีย์ สำหรับการนำมาประยุกต์ใช้ในการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในน้ำเสียฟาร์มสุกร พบว่าทำการเก็บตัวอย่างได้ทั้งสิ้น จำนวน 15 ตัวอย่าง โดยแบ่งออกเป็นตัวอย่างที่เก็บจากฟาร์มสุกรของบริษัท โฟร์ ที จำกัด อำเภอดอยหล่อ จังหวัดเชียงใหม่ จำนวน 8 ตัวอย่าง ได้แก่ ตัวอย่าง 4T01, 4T02, 4T03, 4T04, 4T05, 4T06, 4T07 และ 4T08 ตัวอย่างจากน้ำพุร้อน 1 ตัวอย่าง ได้แก่ HP ตัวอย่างที่เก็บจากบริเวณคอกเลี้ยงสุกร จังหวัดลำปาง จำนวน 6 ตัวอย่าง ได้แก่ PW1, PW2, PW3, PW4, PW5 และ PW6 ตามลำดับ เมื่อเพาะเลี้ยงลงในอาหารเหลว Thiobacillus Enrichment Media (TS(N)) บ่มเชื้อในตู้แบบเขย่า อุณหภูมิ 37°C และทำการวัด pH ของอาหารเลี้ยงเชื้อทุก 24 ชั่วโมง ผลจากการศึกษารูปร่างกลุ่มเชื้อจุลินทรีย์ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ พบว่ามีรูปร่างท่อนสั้น ขนาดเล็ก จากการตรวจย้อมด้วยสีแกรมพบว่าเชื้อจุลินทรีย์โดยส่วนใหญ่ติดสีแกรมลบ โดยตรวจพบการติดสีแกรมบวกได้บ้างเล็กน้อย ลักษณะโคโลนีของเชื้อจุลินทรีย์ที่สังเกตบนจานอาหารแข็ง TS(N) นั้นมี 2 รูปแบบ คือ เป็นโคโลนีสีขาวใสขนาดเล็กมาก และโคโลนีสีขาวขุ่นคล้ายนมผง

    2) การศึกษาสภาวะการเจริญของเชื้อทั้ง 15 ตัวอย่างในอาหารเหลว Thiobacillus Enrichment Media (TS(N)) ด้วยการวัดค่า pH เปรียบเทียบกับระยะเวลาในการบ่มเชื้อ พบว่าสามารถแบ่งได้ออกเป็น 3 กลุ่ม ดังนี้ (1) กลุ่มตัวอย่างที่ทำให้ค่า pH ของอาหารเป็นด่าง (pH>8) ได้แก่ ตัวอย่าง 4T03, 4T06, 4T07, PW5 และ PW6 ตามลำดับ (2) กลุ่มตัวอย่างที่ทำให้ค่า pH ของอาหารเป็นกรด (pH<6) ได้แก่ ตัวอย่าง 4T01, 4T02, 4T08, HP, PW2 และ PW4 และ (3) กลุ่มตัวอย่างที่ค่า pH ของอาหารอยู่ในช่วงกลาง (pH~6-7) ได้แก่ ตัวอย่าง 4T04, 4T05 และ PW3 ตามลำดับ โครงการฯได้ทำการคัดเลือกกลุ่มเชื้อจุลินทรีย์ 2 กลุ่ม คือ กลุ่มเชื้อที่ทำให้ค่า pH ของอาหารเพิ่มขึ้น และกลุ่มเชื้อที่ทำให้ค่า pH ของอาหารลดลง มาเป็นตัวแทนในการศึกษาเพื่อตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงประชากรเชื้อจุลินทรีย์และเพื่อทดลองการศึกษาการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์โดยการทดสอบ BMP ด้วยวิธี VDI ซึ่งตัวอย่างของกลุ่มเชื้อจุลินทรีย์ที่คัดเลือก ได้แก่ ตัวอย่าง 4T01, 4T02, 4T03, 4T06, 4T07 และ 4T08 ตามลำดับ

    3) การศึกษาการตรวจสอบประชากรเชื้อจุลินทรีย์ด้วยเทคนิค PCR-DGGE พบว่าตัวอย่างสามารถสกัดดีเอ็นเอด้วยวิธีการทางเคมีร่วมกับเอนไซม์ พบปริมาณดีเอ็นเอที่ได้มีคุณภาพค่อนข้างดี มีการปนเปื้อนของโปรตีนเล็กน้อย เมื่อนำมาศึกษาต่อด้วยเทคนิค PCR ซึ่งในการศึกษานี้ใช้ไพร์เมอร์ GC-341F และ 907R ที่มีความจำเพาะกับกลุ่มของแบคทีเรียโดยทั่วไป พบแถบดีเอ็นเอของ PCR product มีขนาด 586 คู่เบส โดย PCR product ที่ได้มีความเข้มของแถบดีเอ็นเอปรากฏชัดเจน และได้ผลิตภัณฑ์ดีเอ็นเอปริมาณมาก

    จากการศึกษาต่อด้วยเทคนิค DGGE ผลจากการตรวจวิเคราะห์ลำดับเบสของตัวอย่างแบนดีเอ็นเอและการเปรียบเทียบลำดับเบสกับฐานข้อมูลที่มีอยู่ใน The National Center for Biotechnology Information (NCBI) เพื่อระบุชนิดของเชื้อจุลินทรีย์ พบว่ากลุ่มจุลินทรีย์ที่คัดแยกได้ประกอบไปด้วยจุลินทรีย์ 2 กลุ่มตามคุณสมบัติในการกำจัดหรือผลิตไฮโดรเจนซัลไฟด์ ดังนี้คือ กลุ่มแรกคือกลุ่มที่มีความสามารถในการกำจัดไฮโดรเจนซัลไฟด์ หรือกลุ่ม sulfur-oxidizing bacteria (SOB) ได้แก่ เชื้อในจีนัส Acinetobacter sp. (A. seohaensis), จีนัส Halothiobacillus (H. neapolitanus, H. kellyi), จีนัส Thiovirga (T. sulfuroxydans), จีนัส Thiomonas (T. intermedi, T. perometabolis) และจีนัส Simplicispira sp. ซึ่งเป็นกลุ่ม denitrifying bacteria ส่วนกลุ่มที่สองคือกลุ่มที่มีความสามารถในการสร้างก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (sulfate reducing bacteria; SRB) ซึ่งประกอบด้วยเชื้อในจีนัสต่างๆ ได้แก่ จีนัส Pseudomonas sp. จีนัส Acidovorax (A. konjaci), จีนัส Fluviicola (F. hefeinensis) และจีนัส Clostridium (C. quinii, C. disporicum)

    4) การศึกษาเติมกลุ่มเชื้อจุลินทรีย์ในน้ำเสียจากฟาร์มสุกรเพื่อลดสารที่เป็นสาเหตุของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ด้วยกระบวนการทางชีวภาพโดยวิธีการทดสอบ Biochemical Methane Potential Test; BMP ด้วยวิธี VDI มีจำนวนตัวอย่างที่ใช้ในการทดลองทั้งสิ้น 8 ตัวอย่าง ดังนี้ ตัวอย่าง 4T01, 4T02, 4T03, 4T04, 4T05, 4T06, 4T07 และ 4T08 ตามลำดับ จากการทดสอบพบว่ากลุ่มเชื้อจุลินทรีย์ที่เติมลงไปไม่มีผลต่อปริมาณและอัตราการผลิตก๊าซชีวภาพ รวมถึงก๊าซมีเทน อนึ่ง สำหรับเชื้อจุลินทรีย์ Paracoccus sp. CM1 ได้ทำการทดสอบเบื้องต้นโดยการเติมเชื้อลงไปในระบบโดยตรง พบว่าไปกระตุ้นให้เกิดการสร้างก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์เพิ่มมากขึ้น จึงไม่ได้นำมาใช้ในการทดลองต่อ จากผลจากการทดลองการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ด้วยเชื้อจุลินทรีย์ พบว่าในวันสุดท้ายของการทดสอบ BMP ตัวอย่าง 4T07 และ 4T08 ให้ปริมาณก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในก๊าซชีวภาพลดลงเมื่อเปรียบเทียบกับชุดควบคุม ซึ่งพบปริมาณก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์เท่ากับ 1070 และ 390 ppmv ในขณะที่ชุดควบคุมพบปริมาณก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์เท่ากับ 1425 ppmv โดยสามารถคำนวณประสิทธิภาพในการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้เท่ากับ 25 และ 73% ตามลำดับ แสดงให้เห็นว่าเชื้อจุลินทรีย์บางกลุ่มมีความสามารถที่จะนำมาประยุกต์ใช้ในการกำจัดก๊าซหรือสารไฮโดรเจนซัลไฟด์ในวัตถุดิบตั้งต้นได้ โดยไม่ส่งผลกระทบต่อการผลิตก๊าซชีวภาพ อย่างไรก็ตาม ประสิทธิภาพการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่ได้จากการทดลองนี้ยังไม่สูงมากพอ (ประสิทธิภาพในการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์สูงสุดเท่ากับ 73%) ดังนั้นจึงได้คัดเลือกจุลินทรีย์กลุ่ม 4T08 ซึ่งเป็นกลุ่มจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์เพื่อศึกษาต่อในระบบปฎิบัติการแบบต่อเนื่อง

1.2  การศึกษาลักษณะรูปร่างของกลุ่มจุลินทรีย์ 4T08

          จากการศึกษาลักษณะรูปร่างของกลุ่มจุลินทรีย์ 4T08 ด้วย SEM พบว่ากลุ่มจุลินทรีย์ 4T08 มีแบคทีเรียอยู่อย่างน้อย 4 ชนิด โดยเซลล์มีลักษณะเป็นแท่ง (rod) ที่แตกต่างกันโดยมีทั้งชนิดแท่งแบบอ้วน-ยาว, อ้วน-สั้น และผอม-ยาว นอกจากนี้ยังสามารถเห็นลักษณะของแฟลกเจลลา (flagella) ที่ตัวเซลล์ได้อีกด้วย ซึ่งลักษณะของเซลล์ดังกล่าวใกล้เคียงกับลักษณะของแบคทีเรียชนิด sulfur-oxidizing bacteria เช่น Thiobacillus Thermothrix และ Acinetobacter เป็นต้น ซึ่งแบคทีเรียเหล่ามีลักษณะเซลล์เป็นรูปแท่งและเคลื่อนที่ได้ด้วยแฟลกเจลลา (เฉพาะ Thiobacillus และ Thermothrix)

1.3  การทดสอบในระดับปฏิบัติการแบบต่อเนื่อง (Continuous Test)

  

          การทดสอบการลดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ด้วยวิธีทางเคมีและชีวภาพในระดับปฏิบัติการแบบต่อเนื่องใช้ระยะเวลาการทดสอบทั้งสิ้น 40 วัน ทำการป้อนน้ำเสียวันละ 6 ลิตรต่อใบ พบว่าน้ำเสียจากฟาร์มสุกรมีค่า COD, VS และ pH ก่อนเข้าถังปฏิกรณ์ชีวภาพทั้งสี่ใบเฉลี่ย 18,525  14,961 mg/l และ 6.8 ตามลำดับ 

1.3.1 ผลการทดสอบด้วยกระบวนการทางเคมี

จากการศึกษาพบว่าในช่วงระยะเวลาการทดสอบ 40 วัน พบว่าถัง Control มีค่าก๊าซ H2อยู่ในช่วง 1,220-4,550 ppmv และมีค่าเฉลี่ย 2,688 ppmv ส่วนถังปฏิกรณ์ชีวภาพใบที่ 1 ซึ่งเป็นถังที่มีการเติม FeCl3 ในอัตราส่วน 10:1 ทุกวันนั้น สามารถลดก๊าซ H2ได้อยู่ในช่วง 10-770 ppmv โดยมีค่าเฉลี่ย 292 ppmv และมีประสิทธิภาพในการกำจัดเฉลี่ย 89% ในขณะที่ถังปฏิกรณ์ชีวภาพใบที่ 2 ซึ่งเป็นถังที่มีการเติม FeCl3 ในอัตราส่วน 10:1 ในวันที่ค่าก๊าซ H2มากกว่า 500 ppmv นั้น สามารถลดก๊าซ H2S  ได้อยู่ในช่วง 10-1,500 ppmv โดยมีค่าเฉลี่ย 550 ppmv และมีประสิทธิภาพในการกำจัดเฉลี่ย 80%

ค่าก๊าซ H2ของแต่ละถังปฏิกรณ์ชีวภาพจะแกว่งไปตามสภาพน้ำเสียที่เข้าในแต่ละวัน โดยถังปฏิกรณ์ชีวภาพใบที่ 1 สามารถควบคุมให้ค่าก๊าซ H2มีค่าเฉลี่ยต่ำกว่า 500 ppmv แม้ว่าในบางวันที่อาจแกว่งตัวเกินไปบ้างแต่ก็ยังอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ ซึ่งค่าเฉลี่ยดังกล่าวยังต่ำกว่าดัชนีชี้วัด ส่วนถังใบที่ 2 มีค่าเฉลี่ยเกินกว่าดัชนีชี้วัดเล็กน้อย อย่างไรก็ตามพบว่าค่าก๊าซ H2บางวันยังมีค่าเกินดัชนีชี้วัดไปค่อนข้างมากโดยสูงสุดถึง 1,500 ppmv ทำให้การเติม FeCl3 เมื่อ H2S เกิน 500 ppmv นั้น ไม่สามารถรักษาค่าปริมาณก๊าซ H2S ต่ำกว่า 500 ppmv ไว้ได้ ดังนั้น การเติม FeCl3 ในอัตราส่วน 10:1 ทุกวัน ซึ่งสามารถลดก๊าซ H2S ได้ โดยมีค่าเฉลี่ยที่ 292 ppmv ซึ่งต่ำกว่าดัชนีชี้วัดที่กำหนดไว้ไม่ให้เกิน 500 ppmv และมีประสิทธิภาพในการกำจัดเฉลี่ยสูงถึง 89% ซึ่งสูงเกินกว่าดัชนีที่กำหนดไว้คือมากกว่า 85%  และการลดก๊าซ H2S ด้วยการเติม FeCl3 ในอัตราส่วน 10:1 ทุกวันจะสามารถรักษาเสถียรภาพในการกำจัดก๊าซ H2S ของระบบผลิตก๊าซชีวภาพได้เป็นอย่างดี

ในส่วนการเปรียบเทียบสัดส่วนก๊าซมีเทนในก๊าซชีวภาพตลอดระยะเวลาการทดสอบ 40 วัน พบว่ามีปริมาณก๊าซมีเทนที่ผลิตได้ใกล้เคียงกัน โดยมีค่าเฉลี่ย 57% (เติม FeCl3 ทุกวัน) 58% (เติม FeCl3 เมื่อ H2S >500 ppmv) 58% (control) และ 60% (control) โดยปริมาตร

สำหรับปริมาณก๊าซชีวภาพที่ผลิตได้ พบว่าปริมาณก๊าซค่อนข้างแกว่งตัวไปมา ทั้งนี้เป็นไปตามการแกว่งตัวของค่า COD ขาเข้า ที่เปลี่ยนแปลงไปตามปัจจัยหลายอย่างภายในฟาร์ม อาทิเช่น ปริมาณน้ำที่ใช้ในการล้างคอก การเติบโตของสุกรที่ส่งผลต่อมูลที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ปริมาณก๊าซบางส่วนในถังปฏิกรณ์ชีวภาพเกิดการสูญเสียไปกับจุดรั่วต่าง ๆ ของระบบทำให้เกิดการสูญหายของปริมาณก๊าซในถังซึ่งพบว่าการเติม FeCl3 มีผลต่ออัตราการเกิดก๊าซน้อยมาก โดยมีปริมาณก๊าซชีวภาพเฉลี่ย  20 L/day (เติม FeCl3 ทุกวัน) 23 L/day (เติม FeCl3 เมื่อ H2S >500 ppmv)  22 L/day (control) และ 23 L/day (control)

1.3.2 การทดสอบด้วยกระบวนการทางชีวภาพ

จากการศึกษาประสิทธิภาพของกลุ่มจุลินทรีย์ 4T08 ต่อการกำจัดก๊าซ H2S ที่เกิดขึ้นในการกระบวนการผลิตชีวภาพ ซึ่งทำการทดสอบโดยการเติมจุลินทรีย์กลุ่ม 4T08 ลงในถังปฏิกรณ์ชีวภาพทุกวันเป็นระยะเวลา 40 วัน โดยจำนวนเชื้อที่เติมลงไปในถังจะมีจำนวนเซลล์ประมาณ 108-109 CFU/ml ซึ่งจากการทดสอบพบว่าปริมาณก๊าซ H2S จะค่อยๆ ลดลงอย่างช้าๆ  โดยพบว่าที่ระยะเวลาตั้งแต่วันที่ 31 เป็นต้นไป ระบบจะมีปริมาณก๊าซ H2S เฉลี่ยที่ 237 ppmv ซึ่งเมื่อเทียบกับ Control (1,993 ppmv) มีประสิทธิภาพในการกำจัด H2S เท่ากับ 87% ซึ่งเป็นไปตามค่าดัชนีชี้วัดของของโครงการวิจัยที่กำหนดให้มีปริมาณ H2S ต่ำกว่า 500 ppmv และประสิทธิภาพการกำจัด H2S ไม่น้อยกว่า 85% แต่อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาจากช่วงระยะเวลาทั้งหมด 40 วัน พบว่าประสิทธิภาพในการกำจัด H2S เฉลี่ยเท่ากับ 54% โดยชุดควบการคุมมีค่าก๊าซ H2ค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 2,688 ppmv ส่วนชุดการทดลองที่มีการเติมกลุ่มเชื้อ 4T08 มีค่าก๊าซ H2เฉลี่ยอยู่ที่ 1,207 ppmv  

โดยการเติมเชื้อจุลินทรีย์เพื่อลดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์นั้นไม่ส่งผลกระทบต่อปริมาณก๊าซชีวภาพและสัดส่วนก๊าซมีเทนในก๊าซชีวภาพที่ผลิตได้ โดยระบบสามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้เฉลี่ย 19.7 L/day และมีสัดส่วนก๊าซมีเทน 60% ในขณะที่ Control สามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้เฉลี่ย 22 L/day และมีสัดส่วนก๊าซมีเทน 58%

กล่าวโดยสรุปจากการทดสอบการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในระบบการผลิตก๊าซชีวภาพในระดับปฏิบัติการแบบต่อเนื่อง พบว่าวิธีการทางเคมีมีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ และมีประสิทธิภาพในการลดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้อย่างรวดเร็ว อีกทั้งระบบยังมีความเสถียรและควบคุมได้ง่าย ดังนั้นวิธีการทางเคมีจึงเหมาะสมที่จะนำไปทดสอบในระบบระดับนำร่อง (Pilot scale) ต่อไป แต่อย่างไรก็ตามเทคนิคและวิธีการการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ด้วยวิธีการทางชีวภาพ โดยการเติมเชื้อจุลินทรีย์ลงในระบบการผลิตก๊าซชีวภาพทุกวันนั้นยังไม่เหมาะสมในการนำไปทดสอบในระบบระดับนำร่อง เนื่องจากใช้ระยะเวลานานในการกำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์เมื่อเทียบกับกระบวนการทางเคมี อีกทั้งระบบระดับนำร่องเป็นระบบที่ใหญ่ จึงมีขีดกำจัดในการเตรียมเชื้อจุลินทรีย์ในปริมาณมาก จึงควรมีการศึกษาวิธีการและเทคนิคเพิ่มเติมเพื่อให้ได้เทคนิคที่สะดวกและเหมาะสมต่อการนำไปใช้ในระบบต่างๆ ต่อไป

1.4  การทดสอบในระดับนำร่อง (Pilot Scale)

การทดสอบการลดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ด้วยวิธีทางเคมีและชีวภาพในระดับปฏิบัติการแบบต่อเนื่องใช้ระยะเวลาการทดสอบทั้งสิ้น 40 วัน ทำการป้อนน้ำเสียวันละ 220 ลิตรต่อใบ พบว่าน้ำเสียจากฟาร์มสุกรมีค่า COD, VS และ pH ก่อนเข้าถังปฏิกรณ์ชีวภาพทั้งสี่ใบเฉลี่ย 21,804  15,155 mg/l และ 6.9 ตามลำดับ 

1.4.1 ผลการทดสอบด้วยกระบวนการทางเคมี

จากการศึกษาพบว่าในช่วงระยะเวลาการทดสอบ 30 วัน พบว่าถัง Control มีค่าก๊าซ H2เฉลี่ย 2,000 ppmv ส่วนถังปฏิกรณ์ชีวภาพใบที่ 1 ซึ่งเป็นถังที่ไม่มีการเติม FeCl3 สามารถลดก๊าซ H2ได้อยู่ในช่วง 1,000-2,000 ppmv ในขณะที่ถังปฏิกรณ์ชีวภาพใบที่ 2 ซึ่งเป็นถังที่มีการเติม FeCl3 ในอัตราส่วน 10:1 สามารถลดก๊าซ H2ได้อยู่ในช่วง 200-300 ppmv โดยมีค่าเฉลี่ย 250 ppmv และมีประสิทธิภาพในการกำจัดเฉลี่ย 8

ในส่วนการเปรียบเทียบสัดส่วนก๊าซมีเทนในก๊าซชีวภาพตลอดระยะเวลาการทดสอบ 30 วัน พบว่ามีปริมาณก๊าซมีเทนที่ผลิตได้ใกล้เคียงกัน โดยมีค่าเฉลี่ย 60% (เติม FeCl3 ทุกวัน) และ 60% (control) โดยปริมาตรสำหรับปริมาณก๊าซชีวภาพที่ผลิตได้ พบว่ามีปริมาณก๊าซชีวภาพเฉลี่ย  1,458 L/day (เติม FeCl3 ทุกวัน) 23 L/day และ 1,395 L/day (Control)

โดยสรุปการทดสอบด้วยกระบวนการทางเคมีในระดับนำร่อง (Pilot Scale) สามารถลดก๊าซ H2S เฉลี่ยไม่เกิน 500 ppmv และมีประสิทธิภาพในการกำจัดเฉลี่ยมากกว่า 85%

การประเมินความคุ้มค่าทางด้านเศรษฐศาสตร์

            การวิเคราะห์ต้นทุน FeCl3 ต่อปริมาณก๊าซชีวภาพที่ผลิตได้ในการทดลองทางเคมีในระดับระดับนำร่อง (Pilot Scale) พบว่าหากใช้ FeCl3 แบบของแข็งที่มีความบริสุทธิ์ (Purity) 95% จะมีต้นทุนในการลดก๊าซ H2S 55 บาทต่อ m3gas ในขณะที่หากใช้ FeCl3 แบบของเหลวมีความเข้มข้น 46% (Weight/Volume) จะมีต้นทุนในการลดก๊าซ H2S ลดลงเหลือ 5.5 บาทต่อ m3gas

Back to Top

Online : 4
Today : 110
Total : 608,411