การย่อยสลายและการผลิตก๊าซชีวภาพของขยะแบบไร้ออกซิเจน โดยแบคทีเรียชนิดชอบความร้อน

Abstract

งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาถึงความเป็นไปได้ของการกำจัดขยะ (Solid Waste) จำพวกเศษอาหาร (Garbage) เศษพืชผัก จากขยะที่เป็นของเสียจากตลาดโดยวิธีการย่อยสลายแบบไร้ออกซิเจน (Anaerobic Digestion) เพื่อที่จะให้ได้กาซชีวภาพ (Biogas) ซึ่งสามารถนำกลับมาใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือพลังงานทดแทน โดยจะแบ่งงานวิจัยออกเป็น 2 ส่วนคือ ในส่วนแรกจะศึกษาถึงผลของระยะเวลาในการหมัก (Retention Time) ต่างๆ กันคือ 10.15 และ 25 วัน ว่าจะมีผลต่อขบวนการย่อยสลายอย่างไร ต่อจากนั้นก็จะนำข้อมูลที่ได้มาศึกษาทางด้านจลน์ศาสตร์ (Kinetics) ซึ่งจากผลการทดลองปรากฏว่าได้ปริมาตรกาซต่อน้ำหนักของแข็งระเหยที่ใส่เข้าไป (lags/gm vs added) อยู่ระหว่าง 0.25 ถึง 0.67 ลิตรต่อกรัม และมีองค์ประกอบของกาซมีเทนอยู่ประมาณ 51.5 ถึง 62.3 เปอร์เซ็นต์โดยที่ระยะเวลาในการหมัก 25 วันจะให้ปริมาณก๊าซต่อน้ำหนักของแข็งระเหยที่ใส่เข้าไปสูงที่สุด และองค์ประกอบของมีเทนสูงด้วย เมื่อคิดเป็นพลังงานที่ควรจะได้นั้นประมาณ 23 เมกกะจูลน์ต่อลูกบาศก์เมตร 〖(MJ/M〗^3) สำหรับการทำลายของแข็งทั้งหมด (Total Solid Reduction) อยู่ละหว่าง 22 ถึง 65 เปอร์เซ็นต์ และการทำลายของแข็งระเหยทั้งหมด (Total Volatile Solid Reduction) อยู่ระหว่าง 38 ถึง 79 เปอร์เซ็นต์ ส่วนการศึกษาทางจลน์ศาสตร์ พบว่าระยะเวลาต่ำสุดที่แบคทีเรียจะอยู่ในระบบ (Minimum Solid Detention Time; 0_m ) เท่ากับ 7 วัน และอัตราการเจริญเติบโตจำเพาะสูงสุดของจุลชีพ (Maximum Specific Growth Rate, u_m ) เท่ากับ 0.1424 และค่าคงที่ K เท่ากับ 1.242 ซึ่งค่าคงที่เหล่านี้สามารถนำไปใช้ในการควบคุมและออกแบบระบบกำจัดขยะแบบไร้ออกซิเจน การวิจัยส่วนที่สอง เป็นการศึกษาถึงผลของอุณหภูมิที่มีต่อการย่อยสลาย โดยจะทำการทดลองที่อุณหภูมิ 35℃ 38℃ 43℃ 45℃ และ 50℃ ตามลำดับผลปรากฏว่าที่อุณหภูมิ 35℃ และ 38℃ ได้ปริมาณกาซทั้งหมดต่อวันสูงกว่าที่อุณหภูมิปรกติ (โดยเฉลี่ยประมาณ 27.6℃ ) ประมาณ 6 และ 10% ตามลำดับ โดยมีองค์ประกอบของมีเทนในปริมาณ 63% แต่เมื่อเพิ่มอุณหภูมิมาที่ 43℃ และ 45℃ ปรากฏว่าปริมาณกาซทั้งหมดที่เกิดขึ้นต่อวันกลับลดลงต่ำกว่าที่อุณหภูมิปรกติประมาณ 11และ 28.5% โดยมีองค์ประกอบของกาซมีเทนอยู่ประมาณ 56 และ 54% ตามลำดับต่อมาเมื่อเพิ่มอุณหภูมิเป็น 50℃ ซึ่งอยู่ในช่วงของ Thermophille ปริมาณ กาซทั้งหมดต่อวันกลับเพิ่มมากขึ้น คือสูงกว่าที่อุณหภูมิปรกติประมาณ 13.7% โดยมีองค์ประกอบของกาซมีเทนอยู่ประมาณ 61% ซึ่งจะเห็นได้ว่าปริมาณกาซมีเทนต่อวันที่อุณหภูมิ 38℃ และ 50℃ ใกล้เคียง แสดงให้เห็นว่า ในการทดลองนี้ ที่อุณหภูมิ 38℃ เหมาะสมสำหรับการเลี้ยงเชื้อแบคทีเรียในช่วง Mesophilic และอุณหภูมิ 50℃ เหมาะสำหรับการเลี้ยงเชื้อแบคทีเรียในช่วง Thermophili