การพัฒนาระบบการกรองชีวภาพสำหรับการบำบัดสารประกอบฟีนอลในน้ำทิ้งโรงงานสกัดน้ำมันปาล์มและการผลิตมีเทนจากน้ำทิ้งที่ผ่านการบำบัด

Abstract

งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อพัฒนาวิธีการผลิตหัวเชื้อแบคทีเรียตรึงบนซิลิกาให้มีประสิทธิภาพสูง และพัฒนาระบบการกรองชีวภาพที่ใช้หัวเชื้อแบคทีเรียตรึงบนซิลิกาเพื่อบำบัดน้ำเสียปนเปื้อนสารประกอบฟีนอล รวมทั้งเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการผลิตก๊าซมีเทนโดยใช้น้ำเสียที่ผ่านการกำจัดสารประกอบฟีนอล ทั้งนี้ใช้หัวเชื้อแบคทีเรียผสมระหว่าง Methylobacterium sp. NP3 และ Acinetobacter sp. PK1 ซึ่งพบว่ามีประสิทธิภาพในการย่อยสลายฟีนอลความเข้มข้นสูง การผลิตหัวเชื้อแบคทีเรียตรึงบนซิลิกาที่เหมาะสม ทำโดยใช้หัวเชื้อแบคทีเรียที่มีค่า OD578 เท่ากับ 3.0 และเตรียมแบคทีเรียตรึงลักษณะสี่เหลี่ยมขนาด 0.5x0.5x0.5 ลูกบาศก์เซนติเมตร แบคทีเรียตรึงที่ผลิตขึ้นมีจำนวนเซลล์เริ่มต้น ~108 CFU ต่อกรัมซิลิกา สามารถย่อยสลาย m-cresol, o-cresol, caffeic acid, ferulic acid, 4-hydroxybenzoic acid, catechol และ 3-methylcatechol รวมทั้งสามารถเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส ได้ประมาณ 30 วัน จากนั้นได้พัฒนาระบบการกรองชีวภาพขนาดเล็กแบบ Internal loop Airlift Bioreactor (ILALR) โดยใช้แบคทีเรียตรึงบนซิลิกาปริมาณ 25 กรัมต่อลิตร ที่ระยะเวลากักเก็บน้ำที่ 2.5 ชั่วโมง พบว่าแบคทีเรียตรึงในระบบบำบัดการกรองชีวภาพสามารถย่อยสลายสารประกอบฟีนอลที่ความเข้มข้นตั้งแต่ 5 - 300 มิลลิกรัมต่อลิตร ในน้ำเสียสังเคราะห์ได้ 100% ระบบการกรองชีวภาพนี้สามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลาอย่างน้อย 3 เดือน ต่อมาได้ทดสอบประสิทธิภาพระบบการกรองชีวภาพในการบำบัดรสารประกอบฟีนอลในน้ำเสียจริงของบ่อบำบัดน้ำเสียแบบบ่อปรับเสถียรบ่อสุดท้ายจากโรงงานสกัดน้ำมันปาล์ม 3 โรงงาน คือ จังหวัดสงขลา (โรงงาน A) จังหวัดสตูล (โรงงาน B) และจังหวัดสุราษฎร์ธานี (โรงงาน C) ที่ระยะเวลากักเก็บน้ำ 5.0 ชั่วโมง พบว่าระบบสามารถย่อยสลายรสารประกอบฟีนอลในน้ำเสียทั้ง 3 แหล่งได้ 67-100 % และระบบการกรองชีวภาพยังสามารถลดค่า COD และสีได้บางส่วน โดยไม่จำเป็นต้องเติมสารอาหารอื่นๆ เพิ่ม ในขั้นต่อมาได้ทดลองนำระบบการกรองชีวภาพไปบำบัดน้ำเสียจากกระบวนการผลิตน้ำมันปาล์ม ซึ่งปกติใช้เป็นสารตั้งต้นของการผลิตก๊าซมีเทน แต่มีรายงานว่าสารประกอบฟีนอลเป็นอันตรายต่อแบคทีเรียกลุ่มที่สามารถผลิตก๊าซมีเทนและยับยั้งการผลิตก๊าซมีเทน โดยงานวิจัยนี้ได้เปรียบเทียบการผลิตก๊าซมีเทนระหว่างน้ำเสียที่ไม่ผ่านและผ่านการบำบัดสารประกอบฟีนอล พบว่าค่าศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทน (Biochemical Methane Potentials; BMP) ของน้ำเสียที่ไม่ผ่านการบำบัด น้ำเสียที่ผ่านการบำบัด น้ำเสียเจือจาง 4 เท่า ที่ไม่ผ่านการบำบัด และน้ำเสียเจือจาง 4 เท่า ที่ผ่านการบำบัดสารประกอบฟีนอลเท่ากับ 21, 302-534, 131, และ 347-508 mLCH4/gCOD ตามลำดับ ดังนั้นระบบการกรองชีวภาพที่บรรจุแบคทีเรียตรึงบนซิลิกาสามารถใช้เพื่อเพิ่มผลผลิตก๊าซมีเทนของโรงงานสกัดน้ำมันปาล์มได้ นอกจากนี้สามารถตรวจนับจำนวนชุดของยีนฟีนอลไฮดรอกซิเลส (LmPH gene) ซึ่งเป็นยีนที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายฟีนอลของแบคทีเรียทั้ง 2 ชนิด ตลอดระยะเวลาทดลอง แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของระบบบำบัดเกิดจากการย่อยสลายโดยแบคทีเรียตรึงจริง