เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพร่วมกับหอดูดซึมเพื่อการบำบัดไฮโดรเจนซัลไฟด์จากการบำบัดน้ำเสียปนเปื้อนสารอินทรีย์และซัลเฟต

เดชาธร โกมลโยธิน

Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/52284

Title:	เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพร่วมกับหอดูดซึมเพื่อการบำบัดไฮโดรเจนซัลไฟด์จากการบำบัดน้ำเสียปนเปื้อนสารอินทรีย์และซัลเฟต
Other Titles:	Microbial fuel cells (MFC) with absorption column for treating hydrogen sulfide from organic and sulfate wastewater treatment
Authors:	เดชาธร โกมลโยธิน
Advisors:	เบญจพร สุวรรณศิลป์ พิสุทธิ์ เพียรมนกุล
Other author:	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. คณะวิศวกรรมศาสตร์
Advisor's Email:	Benjaporn.Bo@chula.ac.th,benjaporn.bo@chula.ac.th Pisut.P@Chula.ac.th
Subjects:	พลังงานชีวมวล น้ำเสีย -- การบำบัด Biomass energy Sewage -- Purification
Issue Date:	2559
Publisher:	จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
Abstract:	งานวิจัยนี้ศึกษาการใช้เซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพแบบห้องเดี่ยวร่วมกับหอดูดซึมเพื่อการบำบัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์จากการบำบัดน้ำเสียปนเปื้อนสารอินทรีย์และซัลเฟต โดยถังปฏิกรณ์แบ่งเป็น 2 ห้องย่อย ห้องแรกทำหน้าที่เป็นห้องไร้อากาศ และห้องที่สองทำหน้าที่เป็นห้องเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ หอดูดซึมบรรจุชั้นตัวกลางแบบกลวงสูง 5 เซนติเมตร เวียนน้ำจากห้องเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ 36 ลิตรต่อวัน เดินระบบแบบต่อเนื่องโดยใช้น้ำเสียสังเคราะห์ที่ประกอบด้วยกลูโคสสำหรับเป็นแหล่งคาร์บอนความเข้มข้น 3,000 มิลลิกรัมซีโอดีต่อลิตร โซเดียมซัลเฟตความเข้มข้น 300 มิลลิกรัมซัลเฟตต่อลิตร ควบคุมอัตราการไหลของน้ำเสียเท่ากับ 2 ลิตรต่อวัน และระยะเวลากักเก็บน้ำเท่ากับ 1 วันในแต่ละห้อง ผลการเดินระบบห้องไร้อากาศพบว่าระบบมีความเสถียรตั้งแต่วันที่ 40 โดยมีประสิทธิภาพการบำบัดสารอินทรีย์ช่วงคงที่เฉลี่ยเท่ากับ 78.4±3.21% และ 85.3±5.69% ในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ 1 และ 2 ตามลำดับ สำหรับประสิทธิภาพการบำบัดซัลเฟตช่วงคงที่มีค่าเฉลี่ยเท่ากับ 97.7±3.03% และ 98.5±2.08% ตามลำดับ และผลิตก๊าซชีวภาพที่มีก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ความเข้มข้น 14,500±620 ส่วนในล้านส่วน และ 17,300±470 ส่วนในล้านส่วน ในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ 1 และ 2 ตามลำดับ ในวันที่ 110 ติดตั้งอุปกรณ์ทางไฟฟ้าและผันน้ำขาออกห้องไร้อากาศเข้าสู่ห้องเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ ระบบสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าสูงสุดเท่ากับ 8.00 mW/m2 และ 6.88 mW/m2 ในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ 1 และ 2 ตามลำดับ และการบำบัดซัลไฟด์ในห้องเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพเกิดจากปฏิกิริยาทางเคมีเป็นหลัก โดยผลิตภัณฑ์หลักที่เกิดขึ้นคือซัลเฟอร์และซัลเฟต เมื่อเดินระบบต่อเนื่องพบว่าประสิทธิภาพการบำบัดซัลไฟด์และการผลิตกระแสไฟฟ้ามีค่าลดลงจากการเสื่อมของเยื่อเลือกผ่านโปรตอนและขั้วแคโทด การบำบัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์โดยหอดูดซึมพบว่ามีประสิทธิภาพคงที่เฉลี่ย 99.0±0.20% และ 98.7±0.17% ในเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพ 1 และ 2 ตามลำดับ เมื่อวิเคราะห์กลุ่มประชากรจุลินทรีย์ในห้องไร้อากาศและบนขั้วแอโนดของเซลล์เชื้อเพลิงชีวภาพที่ 1 พบว่าแบคทีเรียในห้องไร้อากาศที่พบมากที่สุดคือ Streptococcus macedonicus (38%) และพบแบคทีเรียกลุ่มรีดิวซ์ซัลเฟต 2 ชนิดคือ Desulfovibrio vulgaris (9%) และ Thermodesulfovibrio yellowstonii (4%) สำหรับแบคทีเรียกลุ่มหลักที่พบบนขั้วแอโนดยังคงพบ S. macedonicus (48%) และพบแบคทีเรียกลุ่มออกซิไดซ์ซัลไฟด์คือ Halothiobacillus neapolitanus (12%) อีกทั้งยังพบ Klebsiella pneumoniae (20%) ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่สามารถส่งถ่ายอิเลคตรอนไปยังขั้วแอโนดได้ สำหรับสายพันธุ์อาเคียร์ที่พบมากที่สุดในห้องไร้อากาศและบนขั้วแอโนดคือ Methanosaeta concilii และจากการศึกษาลักษณะขั้วแอโนดหลังการใช้งานโดยวิธี SEM/EDS พบการสะสมของซัลเฟอร์ (ของแข็ง) เพียง 1% โดยน้ำหนัก อาจเป็นผลมาจากการกวนผสมจึงช่วยลดการสะสมของซัลเฟอร์บนขั้วแอโนดได้
Other Abstract:	In this study, two-compartment single-chamber MFC was operated with absorption column to treat hydrogen sulfide gas from organic and sulfate wastewater treatment. The first and the second compartments functioned as an anaerobic bioreactor and an MFC, respectively. The absorption column was filled with hallow media at 5 cm height, and the recirculated flow rate was 36 liter per day. The MFCs were fed continuously with synthetic wastewater, consisting of 3,000 mg-COD/l of glucose, 300 mg-SO42-/l of sodium sulfate, and nutrients at flow rate 2 liters per day with hydraulic retention time of 1 day in each compartment. After day 40, treatment efficiencies of the anaerobic compartment effluent were stable, COD removal efficiencies were 78.4±3.21% and 85.3±5.69%, sulfate removal efficiencies were 97.7 ±3.03% and 98.5±2.08% in MFC1 and MFC2, respectively, while generating hydrogen sulfide gas with averages concentrations of 14,500±620 ppm and 17,300±470 in MFC1 and MFC2, respectively. The maximum power density of MFC1 and MFC2 were 8.00 mW/m2 and 6.88 mW/m2. Sulfide treatment mainly caused by abiotic oxidation and the main products were sulfate and sulfur. Sulfide treatment efficiencies and electricity generation decrease overtime due to deterioration of proton exchange membrane and cathode. Absorption column can treat hydrogen sulfide gas with averages of 99.0±0.20% and 98.7±0.17% in MFC1 and MFC2, respectively. Microbial communities were investigated in the sludge from anaerobic compartment and the anode-attached biofilm from MFC1. In the anaerobic sludge sample, the predominant bacteria were Streptococcus macedonicus (38%), Desulfovibrio vulgaris (9%) and Thermodesulfovibrio yellowstonii (4%). In the anode-atached biofilm, the predominant bacteria were S. macedonicus (48%) and Halothiobacillus neapolitanus (12%). Moreover, we found Klebsiella pneumoniae (20%) on the anode which was exoelectrogenic bacteria. The predominant archaea in both samples was Methanosaeta concilii. Scanning microscope and energy-disperse X-ray spectroscopy (SEM/EDS) analysis found only 1% (by weight) of sulfur on the anode surface, which may be caused by the mixing in MFC compartment thereby reducing the sulfur accumulation on the anode.
Description:	วิทยานิพนธ์ (วศ.ม.)--จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 2559
Degree Name:	วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต
Degree Level:	ปริญญาโท
Degree Discipline:	วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม
URI:	http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/52284
URI:	http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2016.1043
metadata.dc.identifier.DOI:	10.58837/CHULA.THE.2016.1043
Type:	Thesis
Appears in Collections:	Eng - Theses

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
5770415321.pdf		8.31 MB	Adobe PDF	View/Open

Show full item record