บทที่ 222

บทที่ 2 ทฤษฏแี ละงานวจิ ยั ทเี่ กย่ี วข้อง2.1 ความสาคญั ของก๊าซชีวภาพ ปจั จุบันมนุษยม์ ีความต้องการใช้ประโยชน์จากพลังงานธรรมชาติ เช่น ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหินน้ามันปิโตรเลียม เป็นต้น ซ่ึงพลังงานเหล่าน้ีจัดเป็นพลังงานที่ใช้แล้วหมดไป ไม่สามารถสร้างขึ้นมาใหม่ได้ (Non-renewable energy) เป็นพลังงานที่มีอยู่อย่างจ้ากัดและคาดว่าจะหมดไปในอนาคตอันใกล้ จึงท้าให้มีการคิดค้นและน้าพลังงานจากแหล่งอ่ืนมาใช้ทดแทน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานลม และพลังงานชีวมวล ซ่ึงพลังงานชีวมวลเป็นพลังงานที่ได้รับความสนใจ ท่ีจะน้ามาใชเ้ ป็นพลงั งานทดแทนในอนาคตทั้งในประเทศและต่างประเทศ ก๊าซชีวภาพ (Biogas) หมายถึง พลังงานสะอาดที่เกิดจากการน้าสารอินทรีย์ เช่น มูลสัตว์ น้าเสียจากฟาร์มปศุสัตว์ น้าเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม ขยะอินทรีย์ และของเหลือใช้ทางการเกษตรมาผ่านกระบวนการหมักเพื่อให้เกิดการย่อยสลายสารอินทรีย์ในสภาวะไร้ออกซิเจน (Anaerobicdigestion) โดยอาศัยแบคทีเรียหลายชนิดในสภาวะแวดล้อมเหมาะสม (ส้านักวิจัยและค้นคว้าพลงั งาน, 2554) ก๊าซชีวภาพจดั เป็นพลงั งานหมุนเวียน ที่ประกอบไปด้วย ก๊าซมีเทน (CH4) 50-75 %ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) 25-45 % ออกซิเจน (O2) < 2% ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) 2200-3300 ppm (~0.3 %) และกา๊ ซไฮโดรเจน < 1% (ศุภวัฒน์, 2553) ดังแสดงในตาราง 2.1 ซึ่งคุณสมบัติของกา๊ ซต่างๆ ที่เป็นองคป์ ระกอบของกา๊ ซชวี ภาพแสดงใน ตารางที่ 2.2ตารางท่ี 2.1 องคป์ ระกอบของก๊าซชีวภาพ (ศุภวัฒน์, 2553)องคป์ ระกอบ สตู รโมเลกลุ ปริมาณ (%)ก๊าซมเี ทน CH4 50-75กา๊ ซคารบ์ อนไดออกไซด์ CO2 25-45ก๊าซออกซิเจน O2 <2ก๊าซไนโตรเจน N2 <2ก๊าซไฮโดรเจน H2 <1ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ H2S <1

6ตารางที่ 2.2 คุณสมบตั ิของก๊าซตา่ งๆ ท่เี ป็นองคป์ ระกอบของกา๊ ซชีวภาพ (ชติ ชนก, 2554) 65%CH4 พารามเิ ตอร์ CH4 CO2 H2 H2S 60%CH4 34%CO2ค่าความรอ้ น (KJ) 40%CO2 1%อน่ื ๆ 35.64 - 10.8 22.68 21.6 23.40มวลโมเลกุล (g/mol) 16.04 44.01 2 34.08 - -สัดส่วนติดไฟในอากาศ (%air) 5-15 - 4-80 4-45 6-12 7.7-23อณุ หภมู ไิ ฟ (◦C) 650-750 - 585 - 650-750 650-750ความดันเปลีย่ นสถานะ (bar) 47 75 13 89 75-89 75-89อุณหภมู ิเปล่ยี นสถานะ (◦C) -82.5 31 -240 100 -82.5 -82.5ความหนาแน่น (g/L) 0.72 1.98 0.09 1.54 1.2 1.152.2 กระบวนการยอ่ ยสลายสารอินทรียแ์ บบไม่ใช้ออกซิเจน (Anaerobic digestion) 2.2.1 หลักการยอ่ ยสลายสารอนิ ทรีย์แบบไมใ่ ช้ออกซเิ จน กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ แบบไร้ออกซิเจนเป็นกระบวนการย่อยสลายท่ีใช้แบคทีเรียชนิดท่ีไม่ใช้ออกซิเจนหลายกลุ่มท้าการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่มีโครงสร้างโมเลกุลใหญ่และซับซ้อน สารอินทรีย์ที่แบคทีเรียย่อยสลายได้ประมาณ 80-90 เปอร์เซนต์ จะถูกเปลี่ยนไปเป็นก๊าซมีเทน โดยจุลินทรีย์ท่ีไม่ใช้ออกซิเจน 2 กลุ่ม คือ แบคทีเรียท่ีผลิตกรด (Non-methanogenicbacteria) และแบคทีเรียที่ผลิตมีเทน (Methanogenic bacteria) ซึ่งแบคทีเรียท้ังสองกลุ่มจะท้างานร่วมกนั อย่างตอ่ เนือ่ ง (เอกชยั , 2554) ทั้งน้ีการอยู่ร่วมกันระหว่างแบคทีเรียท่ีผลิตกรด และแบคทีเรียท่ีผลิตมีเทนจะให้ประโยชน์ซ่ึงกันและกัน โดยที่แบคทีเรียผลิตกรดจะให้กรดอะซิติกเพื่อใช้เป็นสารอาหารให้แก่แบคทีเรียผลิตมีเทน ส่วนแบคทีเรียที่ผลิตมีเทนช่วยลดก๊าซไฮโดรเจนให้กับแบคทีเรยี ที่ผลติ กรด 2.2.2 จลุ ินทรยี ์ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการยอ่ ยสลายสารอนิ ทรียแ์ บบไม่ใชอ้ อกซเิ จน ในกระบวนการยอ่ ยสลายสารอินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจน ต้องอาศัยแบคทีเรียหลายชนิดรว่ มกนั ซง่ึ แบคทเี รียทม่ี ีบทบาทต่อกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนสามารถ

7แบ่งออกเป็น 2 กลุ่มใหญ่ๆ ได้แก่ แบคทีเรียที่ไม่ผลิตมีเทน (Non-methanogenic bacteria) และแบคทเี รยี ผลติ มเี ทน (Methanogenic bacteria) 2.2.2.1 แบคทีเรียทไี่ ม่ผลิตมีเทน (Non-methanogenic bacteria) แบคทีเรียท่ีไม่ผลิตมีเทนหรือ กลุ่มแบคทีเรียผลิตกรด ซ่ึงแบคทีเรียกลุ่มน้ีสามารถด้ารงชีวิตได้ทั้งสภาวะท่ีมีออกซิเจนและไม่มีออกซิเจน ท้างานได้ดีในช่วง pH 4.5-8(Ramirez-Saenz et al., 2009) ทนต่อสภาวะการเปล่ียนแปลงได้ดี มีอัตราการเจริญเติบโตสูงสามารถแบ่งตัวไดเ้ ป็น 2 เท่า ภายในระยะเวลา 24 ช่ัวโมง (ศุภาพร และวสุ, 2553) โดยแบคทีเรียแต่ละชนดิ จะใช้พลังงานในการเจริญเติบโตท่ีแตกต่างกัน ตัวอย่างแบคทีเรียกลุ่มน้ีแสดงในดังตารางที่2.3ตารางท่ี 2.3 ตวั อยา่ งแบคทีเรียทไ่ี มผ่ ลิตมเี ทน (Non-methanogenic bacteria)(ดัดแปลงจาก Price and Cheremisinoff et al., 1981) Isolated on Protein LipidBacterium Cellulose Starch Peptone Casein ∕Alcaligenes bookerii ∕ ∕ ∕∕ ∕Bacillus cereus ∕Bacillus firmus ∕Bacillus megaterium ∕Micrococcus luteus ∕∕ ∕ ∕Micrococcus variansPseudomonas reptilivora ∕Pseudomonas ambiguaPseudomonas spp. ∕ ∕ ∕∕Pseudomonas coliforme ∕Proteus vulgaris ∕

8 2.2.2.2 แบคทเี รยี ผลติ มเี ทน (Methanogenic bacteria) แบคทีเรียกลุ่มน้ีท้าหน้าที่เก่ียวข้องกับกระบวนการผลิตมีเทน เจริญเติบโตได้ดีในชว่ ง pH ไมก่ ว้างนัก ท้าให้มคี วามทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพแวดล้อมได้น้อย และมีอัตราการเจริญเติบโตช้ากว่าแบคทีเรียที่ไม่ผลิตมีเทน ในการแบ่งตัวเป็น 2 เท่า จะต้องใช้ระยะเวลาประมาณ 3-5 วัน ที่อุณหภูมิ 35 องศาเซลเซียส และใช้เวลาประมาณ 10 วัน ที่อุณหภูมิ 10 องศาเซลเซียส ตวั อยา่ งแบคทีเรียกลุ่มนีแ้ สดงในตารางที่ 2.4ตารางที่ 2.4 ตัวอย่างแบคทีเรียกล่มุ ผลิตมีเทน (Methanogenic bacteria)(ดัดแปลงจาก Price and Cheremisinoff et al., 1981) Bacterium Substrates Products CO, H2 + CO2, Formate CH4Methanobacterium formicum CH4Methanobacterium mobilis H2 + CO2, FormateMethanobacterium Propionate CO2 + acetatepropionicumMethanobacterium H2 + CO2, Formate CH4ruminantiumMethanobacterium sohngenii Acetate และ butyrate CH4 + CO2Methanobacterium Caproate และ butyrate Propinate และ acetatesuboxydansMethanococcus mazei Acetate และ butyrate CH4 + CO2Methanobacterium vannielii H2 + CO2, Formate CH4Methanosarcina barkeri H2 + CO2, Menthanol, Acetate CH4Methylomonas methanica Acetate และ butyrate CH4 + CO2 CH4 + CO2 2.2.3 ขั้นตอนการยอ่ ยสลายสารอนิ ทรีย์แบบไมใ่ ช้ออกซิเจน ข้ันตอนการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจน ทั้งท่ีอยู่ในรูปของของแข็งและของสารละลายสามารถแบ่งได้เป็น 3 ข้ันตอน ได้แก่ ไฮโดรไลซีส (Hydrolysis), ขั้นตอนการเกิด

9กรด (Acidogenesis) และขั้นตอนการสร้างมีเทน (Methanogenesis) ดังรูป 2.1 โดยมีปฏิกิริยาท่ีเก่ยี วข้อง ดังแสดงในตารางท่ี 2.5 2.2.3.1 ข้ันตอนไฮโดรไลซสี (Hydrolysis) ข้นั ตอนไฮโดรไลซีส คือ ปฏกิ ริ ยิ าท่ีทา้ ใหเ้ กดิ การเปล่ียนสารอินทรีย์ขนาดใหญ่เช่น คารโ์ บไฮเดรต โปรตีน และกรดไขมัน ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าที่แบคทีเรียจะดูดซึมเข้าเซลล์ได้ ให้เป็นสารขนาดเล็ก เช่น น้าตาล กรดอะมิโน และกรดไขมัน จากนั้นสารอินทรีย์ขนาดเล็กจะสามารถถกู ซึมเข้าเซลล์เมมเบรนของแบคทีเรียโดยตรง โดยข้ันตอนการไฮโดรไลซีสแสดงได้ดังปฏิกิริยาท่ี2.1-2.3 ไขมนั กลีเซอรอล + กรดไขมนั (2.1) โปรตีนคารโ์ บไฮเดรต เปปไทด์ + กรดอะมโิ น (2.2) โมโนแซคคารไ์ รด์ + ไดแซคคาร์ไรด์ (2.3) 2.2.3.2 ข้นั ตอนการเกิดกรด (Acidogenesis) ข้ันตอนการเกิดกรด คือ ข้ันตอนการเกิดปฏิกิริยาการย่อยสลายสารโมเลกุลขนาดเล็ก เช่น น้าตาล กรดอะมิโน และกรดไขมัน ด้วยกระบวนการหมัก (Fermentation) จะได้ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่คือ กรดอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile fatty acids) นอกจากนี้ยังพบผลิตภัณฑ์อืน่ ๆ ปะปนออกมา เชน่ กา๊ ซไฮโดรเจน และกา๊ ซคารบ์ อนไดออกไซด์ เป็นต้น โดยจะข้ึนอยู่กับชนิดของแบคทเี รยี และสภาวะแวดล้อมของการเกิดปฏิกริ ิยา (กรมโรงงานอุตสาหกรรม, 2553) ส้าหรบั กรดอนิ ทรีย์ระเหยง่าย เชน่ กรดบวิ ทรี กิ (butyric acid) กรดโพรพิโอนิก(propionic acid) และกรดวาเลอริก (valeric acid) เป็นต้น และสารอื่นๆ เช่น แอลกอฮอล์ จะถูกเปลีย่ นไปเปน็ กรดอะซติ กิ ก๊าซไฮโดรเจน และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ด้วยกระบวนการท่ีรียกว่าAcetogenesis โดยอาศัยแบคทีเรียกลุ่มอะซิโตเจนิก (แบคทีเรียกลุ่มสร้างกรด) (Angenent et al.,2004)

10Organic matters Carbohydrates Lipids Proteins I Hydrolysis Organic Molecules Volatile fatty acid II Acidogenesis Propionic, Butyric acid, etc Ethanol, CO2 , H2Acetogenesis Acetic acid, CO2 , H2 III Methanogenesis Biogas CH4, CO2, O2, H2S, etc. รปู ท่ี 2.1 ขั้นตอนการย่อยสลายสารอินทรียแ์ บบไม่ใชอ้ อกซเิ จน(ดัดแปลงจาก Aiyuk et al., 2006 และ Khandelwal and Mahdi, 1986)

11ตารางท่ี 2.5 ปฏกิ ิริยาท่ีเกดิ ข้ึนแต่ละกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใชอ้ อกซิเจน (ดัดแปลงจากAngenent et al., 2004) กระบวนการ ผลิตภัณฑ์ท่ีเกิด ปฏกิ ิริยาAcidogenesis Acetic acid C6H12O6 + 2H2O 4H2(g) + 2CH3COOH + 2CO2 (g)Acetogenesis* Butyric acid C6H12O6 2H2(g) + CH3CH2CH2COOH+2CO2 (g) Alcohol C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2(g) Propionic acid C6H12O6 + 2H2 (g) 2CH3CH2COOH + 2H2O Acetic acid จาก การออกซิเดชนั CH3CH2CH2COOH + 2H2O 2CH3COOH + 2H2(g) ของ Butyric acid Acetic acid จาก การออกซเิ ดชนั CH3CH2OH + H2O CH3COOH + 2H2(g) ของ Alcohol Acetic acid จาก การออกซเิ ดชัน CH3CH2COOH+2H2O CH3COOH+3H2(g)+CO2(g) ของ Propionic acid การออกซเิ ดชนั CH3COOH + 2H2O 4H2(g) + 2CO2 (g) ของ Acetic acidMethanogenesis CH4 CH3COOH CH4 + CO2 CH4 + 2H2O CH4 4H2 + CO2*กระบวนการแยกยอ่ ยของข้ันตอน Acidogenesis 2.2.3.3 ข้นั ตอนการสรา้ งมีเทน (Methanogenesis) ข้นั ตอนการสรา้ งมีเทน คือ ข้ันตอนการเกดิ ปฏกิ ิริยาการเปล่ียนกรดอะซิติกหรือก๊าซไฮโดรเจนไปเป็นก๊าซมีเทน ปฏิกิริยาแสดงในตารางที่ 2.5 โดยแบคทีเรียกลุ่มสร้างมีเทน ซึ่งเป็นแบคทเี รียท่เี จริญเติบโตช้ามาก และเป็นแบคทีเรียที่สามารถใช้สารต้ังต้นเพียงบางชนิด คือ สาร

12ที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบเพียง 1 หรือ 2 คาร์บอน เท่าน้ัน ตัวอย่างเช่น กรดอะซิติก เมทานอลรวมทั้งก๊าซไฮโดรเจน และ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งผลิตภัณฑ์สุดท้ายของกระบวนการนี้ คือก๊าซมีเทน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ น้า และก๊าซอ่ืนๆ ในปริมาณเล็กน้อย เช่น ก๊าซไฮโดรเจนซลั ไฟด์ และกา๊ ซไฮโดรเจน เปน็ ต้น 2.2.4 สภาวะแวดล้อมและปัจจยั ทมี่ ผี ลตอ่ การยอ่ ยสลายแบบไม่ใชอ้ อกซเิ จน 2.2.4.1 พีเอช(pH) ค่า pH เป็นปัจจัยท่ีมีความส้าคัญกับการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนโดยเฉพาะแบคทเี รยี กล่มุ สรา้ งมเี ทน โดยมีรายงานว่าแบคทีเรียกลุ่มผลิตมีเทนนี้สามารถท้างานได้ดีในช่วง pH ระหว่าง 6.5-7.6 (Gelegenis et al., 2007; Ye et al., 2013; Bouallagui et al., 2003; Striket al., 2006) หากค่า pH ต้่าหรอื สูงกวา่ น้ีประสิทธิภาพการผลิตก๊าซมีเทนจะลดลง ในบางกรณีอาจมีการควบคุมด้วยการเติมสารเคมี เช่น ปูนขาว หรือโซเดียมคาร์บอเนต ลงไป เพ่ือปรับค่า pHเนอื่ งจากในสภาวะท่เี ปน็ กรดหรือด่างจะเป็นอันตรายต่อแบคทีเรยี 2.2.4.2 อณุ หภูมิ (Temperature) อุณหภูมิท่ีแบคทีเรียเจริญเติบโตได้ สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ช่วง ได้แก่ไซโครฟิลิก (Psychrophilic) เป็นช่วงท่ีมีอุณหภูมิต่้ากว่า 25 องศาเซลเซียส มีโซฟิลิค (Mesophilic)เป็นช่วงท่ีมีอุณหภูมิระหว่าง 25-40 องศาเซลเซียส และเทอร์โมฟิลิค (Thermophilic) เป็นช่วงที่มีอุณหภูมิระหว่าง 45-60 องศาเซลเซียส (El-Mashad et al., 2004) แต่ส้าหรับอุณหภูมิที่เหมาะสมส้าหรับกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน มี 2 ช่วง คือ Mesophilic และ Thermophilic(Athanasoulia et al., 2012; Korzeniewska et al., 2014) แต่ช่วง Thermophilic มีข้อเสียคือ อุณหภูมิอาจมีการเปล่ียนแปลงหรือไม่คงที่ หากมีการจัดการระบบไม่ดี และอีกทั้งการเดินระบบที่อุณหภูมิสูงๆ น้ยี ังสิน้ เปลอื งพลังงานในการควบคุม 2.2.4.3 สภาพความเป็นด่าง (Alkalinity) สภาพความเป็นด่างจะท้าหน้าท่ีเป็นบัฟเฟอร์ให้แก่ระบบ ถ้าระบบมีค่าสภาพความเป็นดา่ งที่สงู แสดงว่าระบบบ้าบัดมีความสามารถในในการเป็นบัฟเฟอร์ได้ดี สามารถรักษาค่าความเป็นกรด-ด่าง ให้คงตัวได้นาน เม่ือปริมาณกรดเพิ่มขึ้น แต่ในทางตรงกันข้าม หากระบบมี

13สภาพความเปน็ ด่างตา้่ แสดงว่ามีการสะสมของกรดอินทรีย์ค่อนข้างสูง เป็นสัญญาณเตือนว่าระบบอาจเกิดการลม้ เหลว 2.2.4.4 กรดอินทรยี ์ระเหยง่าย (Volatile Fatty Acids, VFA) กรดอินทรีย์ระเหยง่าย เช่น กรดอะซิติก กรดบิวทีริก กรดโพรพิโอนิก และกรดวาเลอริก เปน็ ต้น หากพบว่า มีการสะสมของกรดอินทรียร์ ะเหยง่ายในระบบอยู่ปริมาณมาก มักเป็นสัญญาณเตือนถึงความล้มเหลวของระบบเนื่องจากกรดเหล่าน้ี เป็นผลิตภัณฑ์สารตัวกลางที่เกิดข้ึนในกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ในสภาวะไม่ใช้ออกซิเจน ระบบท่ีมีกรดอินทรีย์ระเหยง่ายสะสมในปริมาณมาก ในช่วงแรกกรดอินทรีย์ระเหยง่ายจะมีผลท้าให้ค่าสภาพความเป็นด่างของระบบลดลง ต่อมาหากยังไม่มีการใช้ หรือก้าจัดกรดอินทรีย์ระเหยง่ายให้มีปริมาณลดน้อยลง ค่าความเป็นกรด-ด่าง ของระบบก็จะลดต้่าลง และถ้าค่าความเป็นกรด-ด่าง ลดลงต้่ากว่า 6.5 จะเป็นอันตรายต่อแบคทีเรียกลุ่มผลิตมีเทน ซึ่งปริมาณกรดอินทรีย์ระเหยง่ายอาจพบในตัวอย่างที่จะป้อนเข้าระบบก่อนแล้ว โดยจะมีปริมาณท่ีแตกต่างกันข้ึนกับชนิดวัสดุท่ีป้อน ตัวอย่างปริมาณกรดอนิ ทรยี ร์ ะเหยงา่ ยในวัตถดุ ิบป้อน แสดงในตารางท่ี 2.6ตารางท่ี 2.6 ปรมิ าณกรดอินทรีย์ระเหยง่ายในวัตถดุ บิ ปอ้ น Volatile Fatty Acids, VFAวสั ดุป้อน Acetic Propionic Butyric Valeric เอกสารอ้างอิง acid Acid acid Acid (g/L) (g/L) (g/L) (g/L)มูลววั และมลู สุกร 11.11 3.05 1.40 0.5 Boe et al., 2009มูลวัว 1.8-5.2 0.6-0.9 0.06-0.21 0.1-0.013 Kaparaju et al., 2009มลู ววั มูลควาย 5.18 0.926 0.396 0.0408 Boe and Angelidaki, 2009มูลวัว+ข้าวโพด+เศษ 1.25 3.91 0.105 0.658 Franke-Whittle et al.,ผกั +มันฝรั่ง 2014มลู ววั และเศษอาหาร 2.28 8.74 1.33 1.24 Franke-Whittle et al., 2014

14 2.2.4.5 อตั ราส่วนคาร์บอนตอ่ ไนโตรเจน (Carbon/Nitrogen ratio, C/N) อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน มีความส้าคัญต่อกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน เน่ืองจากคาร์บอนและไนโตรเจนจะถูกแบคทีเรียน้าไปสร้างเซลล์ใหม่ โดยช่วงอัตราส่วน C/N ที่เหมาะสม คือ ช่วงระหว่าง 15-30 (Romano and Zhang, 2007; Wang et al., 2012;Zhang et al., 2007 และ Kondusamy and Kalamdhad, 2014 ) ถ้าอัตราส่วน C/N สูงเกินไป ปริมาณไนโตรเจนจะถูกใช้หมดไปอย่างรวดเร็ว ส่งผลต่อปริมาตรก๊าซชีวภาพคือมีปริมาตรที่น้อยลง แต่ถ้าระบบมี C/N ที่ต้่าเกินไป ไนโตรเจนในระบบมีปริมาณมาก ซึ่งจะสะสมอยู่ในรูปของแอมโมเนียส่งผลให้ค่า pH สูงข้ึนอาจมากกว่า 8 ส่งผลให้แบคทีเรียไม่สามารถด้ารงชีวิตอยู่ได้ ท้าให้ระบบเกิดการล้มเหลว อัตราส่วน C/N ของวัตถุดิบป้อน แสดงในตารางท่ี 2.7 โดยสามารถปรับอัตราส่วนC/N ให้เหมาะสมได้ คือน้าวัตถุดิบป้อนท่ีมีอัตราส่วน C/N สูง ผสมกับวัตถุดิบป้อนที่มีอัตราส่วนC/N ต่า้ตารางที่ 2.7 อัตราส่วน C/N ของวตั ถุดบิ ป้อน วัตถดุ บิ ป้อน อัตราสว่ น C/N เอกสารอา้ งอิงเศษอาหาร 17.4 Liu et al., 2012เศษอาหาร 17.9 Zang et al., 2013เศษผักและผลไม้ 17.4 Liu et al., 2012มลู ววั 20 Raheman and Mondal, 2010ฟางข้าว 58 Raheman and Mondal, 2010ฟางข้าวบาร์เลย์ 43.6 Wei et al., 2014มลู สุกร 12.4 Wei et al., 2014มลู ไก่ 64.49 Wialwan et al., 2013 2.2.4.6 สารยบั ยงั้ และสารพิษ (Inhibiting and Toxic materials) สารบางชนิดหากมีสารปนเปื้อนในระดับความเข้มข้นที่สูง จะส่งผลให้ระบบการท้างานแบบไม่ใช้ออกซิเจนล้มเหลวได้ ความเข้มข้นท่ีเหมาะสมและระดับความเข้นมข้นท่ีเกิดการยบั ยั้งและเปน็ สารพิษ แสดงในตารางที่ 2.8

15ตารางท่ี 2.8 ระดบั ความเข้มข้นท่เี หมาะสมและระดบั ความเข้มขน้ ทีเ่ กดิ การยบั ยงั้ และเป็นสารพิษ(Deublein and Steinhauser, 2008)Substances ปรมิ าณที่ตอ้ งการ Inhibition (mg/L) Toxicity (mg/L) (mg/L) Cr Free ion As carbonate Fe 0.005-50 500 Ni 1-10 28-300 530 - Cu 30-1000 Zn 0.005-0.5 - 1750 170-300 Cd - 250-600 Pb - 10-300 - 20-600 Na - 340 K 5-300 170 60000 Ca 0.02-200 - Mo - 3-400 160 - Co - - Se - 70-600 180 - Mn 0.05 - HCN 0.06 8-340 - - - 0.008 5000-30000 - 0.005-50 2500-5000 - 0.0 2500-7000 - -- -- -- 1500 - 5-30 - 2.2.4.7 ระยะเวลากกั เก็บ (Hydraulic Retention Time, HRT) ระยะเวลากักเก็บเป็นอีกปัจจัยหน่ึงที่มีความส้าคัญในการควบคุมประสิทธิภาพของกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน ซ่ึงหมายถึงระยะเวลาทั้งหมดที่สารอินทรีย์อยู่ในระบบ ถ้าระยะเวลากักเก็บนานเกินไป อาจจะต้องใช้ขนาดถังหมักที่มีขนาดใหญ่ท้าให้สิ้นเปลืองงบประมาณได้ แตถ่ า้ ระยะเวลากกั เก็บสน้ั เกินไป ส่งผลให้สารอินทรีย์ถูกย่อยสลายโดยแบคทีเรียยังไมส่ มบูรณ์ ทา้ ใหไ้ ด้ก๊าซชีวภาพไมเ่ ต็มประสทิ ธิภาพ HRT ค้านวณได้ดังสมการ (2.4)

HRT = 16เมื่อ (2.4) V คือ ขนาดของถังปฏิกริ ยิ า (ลบ.ม.) Q คอื อัตราการเติมสารอนิ ทรีย์ (ลบ.ม. ตอ่ วนั ) 2.2.4.8 รปู แบบการปอ้ นสารอินทรีย์เขา้ ส่รู ะบบ 1. แบบเติมครั้งคราว (Batch Operation) เป็นการเติมสารอินทรีย์คร้ังเดียวแล้วปล่อยให้สารอินทรีย์ถูกย่อยสลายจนหมดแล้วจึงถ่ายออกจากระบบ และเติมสารอินทรีย์ลงใหม่ ระบบน้ีเหมาะส้าหรับวัตถุดิบปริมาณมาก แต่นานๆจะมีครั้ง การป้อนสารอินทรีย์แบบเติมครั้งคราวน้ีมีประสทิ ธภิ าพไม่คอ่ ยดนี ัก ระบบไม่คอ่ ยคงท่ี และปรมิ าตรก๊าซท่เี กดิ ขนึ้ ไมส่ มา่้ เสมอ 2. แบบกงึ่ ตอ่ เน่ือง (Semi - Continuous Operation) เป็นการเติมสารอนิ ทรีย์เป็นประจ้าวันเว้นวัน หรือวันเว้นสองวัน ขึ้นอยู่กับปริมาณสารอินทรีย์และขนาดของบ่อหมัก ผลท่ีได้มีประสิทธิภาพสูงกว่าแบบแรก ปริมาณก๊าซท่ีได้ค่อนข้างคงที่ เน่ืองจากแบคทีเรียช่วยให้เกิดสภาวะคงตัว (Steady-State) ของระบบ ช่วยลดปัญหาที่เป็นสาเหตุจากการป้อนสารอินทรีย์เข้าสู่ระบบอยา่ งกะทนั หัน 3. แบบต่อเนอ่ื ง (Continuous Operation) เป็นการเตมิ สารอินทรีย์เข้า และดึงสารอินทรีย์ที่ถูกย่อยสลายแล้วออกจากระบบอยู่ตลอดเวลา ด้วยอัตราการไหลเข้าและออกคงท่ี ประสิทธิภาพของระบบน้จี ะสูงสดุ เหมาะสมกบั โรงงานอตุ สาหกรรม และชุมชนขนาดใหญ่ ปริมาณก๊าซท่ีเกิดขึ้นค่อนข้างคงท่อี ย่ตู ลอดเวลา 2.2.5. ขอ้ ดแี ละขอ้ เสียของกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซเิ จน (สบัณฑิต, 2548) ข้อดี  ไม่ต้องส้ินเปลืองค่าใช้จ่ายในการเติมก๊าซออกซิเจน ซ่ึงมีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูงแต่จะใช้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นตัวรับอิเล็กตรอนแทน ซ่ึงเป็นก๊าซท่ีพบได้ตามธรรมของสิ่งแวดลอ้ มทกุ ระบบ ดังนั้นจึงไม่จา้ เป็นต้องเติมกา๊ ซคาร์บอนไดออกไซด์ ใหก้ ับระบบน้ี

17  แบคทีเรียกลุ่มไม่ใช้ออกซิเจนมีอัตราการเจริญเติบโตท่ีช้ากว่าหากเปรียบกับกระบวนการย่อยสลายแบบใช้ออกซิเจน จึงมีการผลิตกากตะกอนหรือเซลล์แบคทีเรียท่ีตายลงไปได้ในปรมิ าณท่นี อ้ ย และง่ายต่อการน้าไปกา้ จัด  สามารถกกั เก็บก๊าซมีเทน เพ่ือนา้ ไปใชป้ ระโยชนไ์ ด้  เป็นวิธีที่มีประโยชน์ส้าหรับก้าจัดขยะอินทรีย์ ได้ทุกประเภท ทั้งของเสียอตุ สาหกรรม ของเสยี ชมุ ชน เปน็ ต้น ข้อเสีย  ใช้ระยะเวลาในการย่อยสลายนาน เน่ืองจากแบคทีเรียในกลุ่มนี้ มีอัตราการเจริญเติบโตช้า  ท้าให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ซ่ึงมีกลิ่นเหม็น แต่จะมีปริมาณมากหรือน้อยขนึ้ อยกู่ บั ชนดิ วัตถุดบิ ป้อน  ต้องมีการควบคุมการท้างานระบบ เช่น pH, VFA เป็นต้น ให้มีค่าและปริมาณทเี่ หมาะสมเพอื่ ปอ้ งกันการทา้ งานของระบบไม่ให้ล้มเหลว2.3 เทคโนโลยีการหมกั รว่ ม (Co-digestion) การหมักร่วม คือ กระบวนการท่ีใช้วัตถุดิบป้อน 2 ชนิดขึ้นไป ในกระบวนการหมักเพ่ือเพิ่มประสิทธิภาพของระบบการย่อยสลายให้ท้างานได้ดีข้ึน การหมักร่วมได้กลายมาเป็นส่ิงที่ผู้ด้าเนินการวิจัยให้ความสนใจมากเน่ืองจากการหมักร่วมนอกจากจะสามารถผลิตก๊าซชีวภาพเป็นพลังงานทดแทนได้มากขึ้นแล้ว ยังสามารถแก้ไขปัญหาด้านส่ิงแวดล้อมของสารอินทรีย์ท่ีไม่สามารถหมักย่อยด้วยตัวเอง ตัวอย่างเช่น ประเทศมาเลเซียมีปัญหาเกี่ยวกับปริมาณขยะจากเศษใบไม้ใบหญ้า แต่เนื่องจากเศษใบไม้และเศษหญ้าเหล่าน้ีมีคุณสมบัติขาดแคลนธาตุอาหารบางชนิดส้าหรับการกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน Brown and Li (2013) จึงได้น้าเศษอาหารที่มีธาตุอาหารท่ีเป็นประโยชน์ต่อแบคทีเรียชนิดนี้ มาหมักร่วมกับ เศษใบไม้ใบหญ้า เพ่ือผลิตเป็นพลังงานก๊าซชีวภาพ ผลที่ได้คือสามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้ดีกว่าการหมักเศษใบไม้ใบหญ้า เพียงอยา่ งเดยี ว ส้าหรบั การหมักรว่ มของวสั ดุอ่นื ๆ แสดงในตารางที่ 2.9

ตารางท่ี 2.9 ตัวอยา่ งการหมักร่วมของวัตถุปอ้ น 18 วัตถดุ บิ หมักรว่ ม (Co-digestion) เอกสารอ้างอิงเศษของเสียจากโรงฆ่าสัตว์ + มูลสัตว์ + เศษผัก Alvarez and Liden, 2008และเศษผลไม้เศษอาหาร + กากตะกอน Maranon et al., 2012เศษอาหาร+กากมะขามปอ้ ม Panyadee et al., 2013มูลสกุ ร + ฟางข้าว Jimenez et al., 2014สาหรา่ ย + มูลสตั ว์ Sarker et al., 20142.4 ประโยชน์ของกา๊ ซชีวภาพ รูปแบบและลักษณะของการน้าก๊าซชีวภาพไปใช้ประโยชน์เป็นพลังงานทดแทนท่ี นิยมโดยทั่วไปมีอยู่ 3 ลักษณะ ได้แก่ ด้านพลังงานเช้ือเพลิง การใช้ก๊าซชีวภาพในการผลิตพลังงานไฟฟ้า และการผลิตพลังงานร่วม ดังรูปที่ 2.2 แสดงการการน้าก๊าซชีวภาพไปใช้งานเทียบกับพลังงานอนื่ ๆ กา๊ ซชวี ภาพ 1 ลกู บาศกเ์ มตร (คา่ ความรอ้ น 21 เมกะจูล) เทียบเทา่ ไฟฟา้ 1.2 kWh ก๊าซหงุ ต้ม(LPG) 0.46 กก.น้ามันดเี ซล น้ามนั เตา ไม้ฟนื0.60 ลติ ร 0.55 ลติ ร 1.5 กก.รปู ที่ 2.2 การน้าก๊าซชีวภาพไปใช้งานเทียบกับพลังงานอ่ืนๆ (วัฒนา, 2548)

19  ด้านพลังงานเช้ือเพลิง เป็นการน้าก๊าซชีวภาพไปใช้ประโยชน์โดยการเผาไหม้ให้ความร้อนโดยตรง ซ่ึงจะได้ประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูง เช่น ใช้ในการผลิตพลังงานความร้อน(Xumeng et al., 2014 ) ส้าหรับใช้เป็นเชื้อเพลิงในเตาแก๊สครัวเรือนเพ่ือทดแทนการใช้ก๊าซหุงต้มใช้ในกังหนั ลม หรือ หม้อนา้ ไอนา้ สา้ หรบั ก๊าซหุงต้มหรือ ก๊าซ LPG นั้นโดยปกติจะมีเปลวไฟสี น้าเงิน-ฟ้า ดังรูปที่ 2.3 เนื่องจากเป็นสีที่ให้พลังงานความร้อนสูงสุด ถ้าหากเปลวไฟของเตาแก๊สที่ผดิ ปกติ จะก่อให้เกิดปัญหากับภาชนะเคร่ืองครัว ท้าให้เกิดเขม่าสีด้าจับอยู่ท่ีก้นภาชนะ นอกจากจะเกดิ ความสกปรก เป็นปญั หาในการดแู ลท้าความสะอาดแล้ว ยงั สิ้นเปลืองแกส๊ โดยไมจ่ า้ เปน็ อีกดว้ ย รปู ท่ี 2.3 สีเปลวไฟจากกา๊ ซหุงต้ม (ทีม่ า: http://www.oknation.net/blog/print.php?id=150833)  การใช้ก๊าซชีวภาพในการผลิตไฟฟ้า เป็นการน้าก๊าซชีวภาพไปใช้ประโยชน์โดยน้าไปผลิตเปน็ พลังงานไฟฟา้ สามารถใช้งานได้งา่ ยโดยเฉพาะเมื่อผลิตเป็นไฟฟ้าแล้ว สามารถน้าไปใช้งานได้สะดวก สามารถปัน่ ไฟฟ้าใช้ได้ทันที และส่งผ่านไปยังบ้านเรอื นได้ (Berlian et al., 2013)  การผลิตพลังงานร่วม (Co-generation System) เป็นการผลิตพลังงานกล/ไฟฟ้าและความร้อนร่วมกันซึ่งเป็นระบบท่ีจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพเชิงความร้อนของการใช้เชื้อเพลิงให้มีค่าสู งมากกวา่ การใชผ้ ลติ พลังงานไฟฟา้ หรอื ความรอ้ นเพียงอยา่ งเดียว (กรมควบคุมมลพษิ , 2554)

202.5 ปุ๋ยหมักจากกระบวนการผลิตกา๊ ซชีวภาพ ปุ๋ยหมักเปน็ ปุ๋ยอินทรีย์ชนดิ หนึง่ เกดิ ขึ้นจากกิจกรรมของแบคทีเรียหลายชนิดในการย่อยสลายอินทรียวัตถุท่ีเป็นองค์ประกอบของวัตถุดิบเหลือใช้ จนกระทั่งได้สารอินทรีย์ที่มีความคงทน ไม่มีกลิ่น และมีสีน้าตาลปนด้า กระบวนการผลิตปุ๋ยหมักนั้น จะต้องอาศัยปัจจัยทางส่ิงแวดล้อมที่จะสง่ เสรมิ กระบวนการหมัก ได้แก่ อุณหภูมิ ความชื้น และองค์ประกอบของสารอินทรีย์ เช่นเดียวกับการผลิตก๊าซชีวภาพ ปุ๋ยหมักถือเป็นผลพลอยได้ท่ีส้าคัญจากกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพ โดยปุ๋ยหมักท่ีไดส้ ามารถนา้ ไปใช้ประโยชน์ไดห้ ลากหลาย การใช้ประโยชน์ปุย๋ หมักจากกระบวนการผลิตก๊าซชวี ภาพ 1. ทา้ ใหโ้ ครงสร้างของดินและการซึมผา่ นของนา้ ดีข้ึน 2. เพิ่มการดดู ซับของธาตุอาหารหลักและลดความเปน็ พษิ ของธาตบุ างชนิด 3. เพมิ่ กิจกรรมของจุลนิ ทรีย์ในดนิ และลดปริมาณเชื้อโรคบางชนิด 4. การระบายอากาศของดินและรากพืชแผก่ ระจายได้ดขี ึ้น 5. ดนิ ค่อยๆ ปลอ่ ยธาตุอาหารพชื และลดการสญู เสียธาตุอาหารของพืช คุณสมบัติทางห้องปฏิบัติการ ตามมาตรฐานของปุ๋ยหมัก (กรมพัฒนาที่ดิน, 2550) มี ดงั นี้ - อตั ราส่วนคารบ์ อนต่อไนโตรเจน (C : N ratio) นอ้ ยกว่า หรือเท่ากบั 20: 1 - อนิ ทรยี วัตถุ (Organic matters) มากกวา่ หรือเท่ากบั 35 % - ความเปน็ กรดและดา่ งอยู่ระหว่าง 5.5 – 8.5 - ไนโตรเจน (N) มากกวา่ หรอื เท่ากับรอ้ ยละ 1 โดยนา้ หนกั - ฟอสฟอรัส (P2O5 ) มากกว่าหรือเท่ากับรอ้ ยละ 0.5 โดยน้าหนกั - โพแทสเซียม (K2O) มากกวา่ หรอื เทา่ กับรอ้ ยละ 0.5 โดยนา้ หนกั - ความช้ืน (Moisture content) 40-50%

212.6 ขยะอนิ ทรยี ์ ปัจจุบันประเทศไทยมีอัตราการทิ้งขยะเป็นอันดับต้นๆ ของเอเชีย จากรูปที่ 2.4 แสดงให้เห็นถึงอัตราการท้ิงขยะของคนไทยมีอัตราสูงเมื่อเทียบกับประเทศอ่ืนๆ โดยขยะเหล่าน้ีประกอบด้วยขยะอินทรีย์ ขยะทั่วไป และ ขยะอันตราย โดยขยะส่วนใหญ่เป็นขยะอินทรีย์ แบ่งออกเป็น เศษผักและผลไม้ 74.71% เศษดอกไม้ 5% และเศษอาหาร 7.92% ดังรูปที่ 2.5 จากการที่ขยะอินทรีย์มีปริมาณมากและสามารถถูกยอ่ ยสลายเปน็ ก๊าซชวี ภาพ จึงไดร้ บั ความสนใจในการน้ามาผลิตเป็นก๊าซชีวภาพ รปู ท่ี 2.4 อัตราการท้งิ ขยะของแตล่ ะประเทศต่อคน ( Ali et al., 2012) รปู ที่ 2.5 องคป์ ระกอบของขยะในประเทศไทย (Ali et al., 2012)

22 2.6.1 เศษอาหาร เศษอาหาร คอื ขยะท่เี กิดจากข้ันตอนในการประกอบอาหาร และการบริโภคอาหารที่เหลือทิ้งภายในครัวเรือน สถานประกอบการ ชุมชน หรือโรงอาหารในสถานท่ีต่างๆ ซึ่งโดยส่วนใหญแ่ ลว เศษอาหารจะประกอบไปดว้ ย ข้าว เนื้อสัตว์ ผัก ผลไม และแป้งจากเส้นก๋วยเตี๋ยว เป็นต้นเศษอาหารเหลา่ น้ีเป็นขยะอนิ ทรยี ์ ซ่ึงเป็นสารอินทรีย์ประเภทที่มีขนาดโมเลกุลใหญ่ จ้าพวก ไขมันคารโบไฮเดรต โปรตีน เป็นต้น ซึ่งสามารถยอยสลายเปนสารอินทรียโมเลกุลเล็กได และหากเข้าสู่กระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน ก็จะสามารถผลิตก๊าซชีวภาพออกมาเพื่อใช้ประโยชนได การผลิตก๊าซชีวภาพจากเศษอาหาร มีการคิดค้น และพัฒนาข้ึนอย่างแพรหลาย และเน่ืองจากคณุ ลกั ษณะเศษอาหารขึน้ กับพฤติกรรมของผู้บริโภค ซึ่งแต่ละประเทศก็จะมีคุณลักษณะเศษอาหารที่แตกตา่ งกนั จึงเป็นเหตุให้เศษอาหารถูกน้าไปหมักร่วมกับวัตถุดิบอื่นๆ เพ่ือเพ่ิมประสิทธิภาพการย่อยสลาย จากรายงานการวจิ ยั ของ กฤตภาสและคณะ (2554) เมื่อน้าเศษอาหารภายในมหาวิทยาลัยปริมาณ 200 กิโลกรัมต่อวัน มาผลิตก๊าซชีวภาพ พบว่ามีก๊าซชีวภาพเกิดข้ึนเท่ากับ 19.33 ลบ.ม.ต่อวนั และงานวิจัยจากประเทศตา่ งๆ ที่ผลติ กา๊ ซชีวภาพจากเศษอาหาร แสดงในตารางที่ 2.10ตารางท่ี 2.10 ศักยภาพการผลิตก๊าซมเี ทนจากเศษอาหารของแต่ละประเทศประเทศ Process type % Methane เอกสารอ้างองิ UK Two stage 62 Banks et al., 2011China Single stage 50-59 Dai et al., 2013Korea Single stage 68-72 Kim et al., 2008 Spain Single stage 73 Forster-Carneiro et al., 2008 Italy Single stage 52 Molino et al., 2013 Japan Single stage 63 Nagao et al., 2012 2.6.2 เศษแตงโม โดยปกตแิ ล้วผลแตงโมจะถกู บริโภคเพียงสว่ นในที่เป็นเน้ือสีแดง และเหลือส่วนทีเ่ ปน็ เปลอื กแข็งท้งิ เป็นจ้านวนมาก โดยแตงโม 1 ผล จะเหลือส่วนที่เป็นเปลือกท้ิงประมาณ 0.5 – 1กโิ ลกรมั และมนี า้ เปน็ องค์ประกอบจ้านวนมาก องค์ประกอบของแตงโมแสดงในตารางท่ี 2.11

23 ในหลายๆ ประเทศได้มีแนวทาง และวิธีก้าจัดเศษผลไม้ชนิดต่างๆ ด้วยการน้าไปผ่านกระบวนการผลิตเป็นก๊าซชีวภาพ ซึ่งชนิดเศษผลไม้ ข้ึนอยู่กับสภาพภูมิประเทศและการผลิตของประเทศน้นั ๆตารางที่ 2.11 องคป์ ระกอบและสารอาหารของแตงโม (Mahamed, 2010) องค์ประกอบแตงโม สารอาหาร ปรมิ าณเนื้อใน (Flesh) 68% Water 92.6 g Protein 0.5 g 0.2 g Fat 6.4 g Total Carbohydrate 0.3 g 0.3 g Fiber 0.7 mg Ash Calciumเมล็ด (Seed Kernel) 2 % Vitamin A 590 international unit (iu)เปลอื ก (Rind) 30 % Thiamine 0.03 mg Crude Protein 35.7% Crude Oil 50.1% Crude Fiber 4.83% Total Ash 3.60% Moisture 93.8% Nitrogen 0.1% 0.49% Ash 2.1% Sugars

24 2.7 งานวิจยั ท่ีเกี่ยวขอ้ ง ธงชัย (2524) ท้าการศึกษาการผลิตก๊าซชีวภาพจากวัสดุเหลือใช้ทางการเกษตรในห้องปฏิบัติการ โดยวัสดุท่ีใช้ ได้แก่ มูลโค ต้นถั่วลิสง หญ้า และฟางข้าว น้ามาหมักในสภาวะหมักแบบไร้อากาศ จากน้ันท้าการทดลอง พารามิเตอร์ที่วิเคราะห์ ได้แก่ pH, Total Solids (TS), VolatileSolids (VS) ทั้งของ Feed และ Effluent ผลการทดลองพบว่า pH ของ Feed นั้นจะมีค่าท่ีไม่แน่นอนเพราะข้ึนอยู่กับชนิดวัสดุป้อนน้ันๆ แต่ pH ของ Effluent น้ันจะแปลผกผันกับ pH ของ Feedเน่อื งจาก แบคทีเรียกลุม่ ผลติ มเี ทน จะเปลี่ยนกรดอินทรีย์ให้เป็น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ และก๊าซมีเทน ส่วนปริมาณ TS ที่ได้จากวัสดุป้อนต่างๆ มีปริมาณที่แตกต่างกันออกไปโดยที่ Feed จะมีปริมาณมากกวา่ Effluent เนอ่ื งจาก TS จะถูกใช้ไปเพื่อสร้างก๊าซชีวภาพ ส้าหรับ VS ของ Feed และEffluent ทไ่ี ด้จะมีลักษณะแปรเปลี่ยนตามคา่ TS ทุกประการ อภิพล และคณะ (2556) ท้าการศึกษาอัตราการผลิตก๊าซชีวภาพที่ปริมาณเศษอาหารต่างๆโดยใช้เคร่ืองผลิตปุ๋ยหมักและก๊าซชีวภาพ (Cowtec) โดยมีอัตราส่วนเศษอาหารต่อน้า ดังนี้ 20:20,40:40 และ 50:50 ตามล้าดับ ผลการทดลองพบว่าท่ีอัตราส่วน เศษอาหารต่อน้า 40:40 มีการผลิตก๊าซชีวภาพสูงสดุ คอื 5.12–7.23 ลกู บาศก์เมตรตอ่ วนั โดยมี HRT เทา่ กบั 44 วนั หทัยรัตน์ (2555) ได้ท้าการศึกษาอัตราส่วน C/N ที่เหมาะสมของการผลิตก๊าซชีวภาพจากเปลือกล้าไยและเปลือกลิ้นจ้ี โดยพบว่า เปลือกล้าไยและเปลือกลิ้นจ้ี มีค่าอัตราส่วน C/N ท่ีสูง ไม่เหมาะสมตอ่ กระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน ดังนั้นได้ท้าการเติมมูลไก่ที่มีค่าอัตราส่วนC/N ตา้่ มาผสม โดยมอี ตั ราส่วน C/N ที่ทา้ การศกึ ษา คือ 15, 20, 25 และ 30 พบว่า อัตราส่วน C/N ที่ให้ผลผลิตก๊าซมีเทนสูงสุดคือ ที่ 25 ส่วนที่อัตราส่วนอื่นๆ ก็สามารถผลิตก๊าซมีเทนได้ในปริมาณหนึ่ง Sitorus et al. (2013) ได้เล็งเห็นความส้าคัญของก๊าซชีวภาพเน่ืองจากสามรถใช้เป็นพลังงานเชื้อเพลิง สร้างประโยชน์ให้แก่ชุมชนได้ ดังน้ันจึงได้ท้าการศึกษาประสิทธิภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากเศษผักและผลไม้ ซึ่งเป็นของเสียจ้านวนมากที่เกิดข้ึนตามท้องตลาด และอยากต่อการก้าจัด งานวิจัยนี้ได้มีการด้าเนินการหมักแบบข้ันตอนเดียวขนาดถังปฏิกิริยา 200 ลิตร ภายใต้สภาวะอณุ หภูมบิ รรยากาศ และท้าการจดบนั ทึกการเปลยี่ นแปลงอุณหภูมทิ กุ วนั เก็บตัวอย่างเศษผักและผลไม้จาก ตลาด Pontianak ผสมกันในอัตราส่วน 80:20% ผลรวมของของเสีย 160 กิโลกรัม

25น้ามาศึกษาลักษณะของของผสมเศษผักและผลไม้ปัจจัยศึกษา ได้แก่ ค่าความชื้น เท่ากับ 47.78%,ไนโตรเจนท้ังหมด เท่ากับ 0.59% DW, อินทรีย์คาร์บอนรวม เท่ากับ 22.27% DW, ฟอสฟอรัสทั้งหมด เท่ากับ 523.032 มิลลิกรัมต่อกิดลกรัม, ค่าอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน(C/N Ratio)เทา่ กบั 37.74 % DW และปรมิ าณของแข็งทั้งหมด เท่ากับ 10.4% โดยท่ีค่า C/N Ratio เหมาะสมมีค่าอยู่ในชว่ ง 25-35% จากผลการทดลอง C/N Ratio มคี า่ สูงกว่าเล็กน้อย การที่ C/N Ratio มีค่าสูงๆ นั้นmethanoganism จะใช้ไนโตรเจนหมดไปอย่างรวดเร็ว ท้าให้ได้ปริมาณก๊าซชีวภาพในระดับท่ีต่้ากรณีทดลองนย้ี ังเป็นคา่ ทพี่ อรับได้ ส่วนค่าปริมาณของแข็งท้ังหมดท่ีเหมาะสมมีค่าอยู่ในช่วง 10-15% ค่าทดลองทไี่ ด้ คือ 10.4% ซ่ึงพบว่าปริมาณก๊าซมีเทนที่ท้าการบันทึกทุกรายสัปดาห์มีปริมาณอยู่คา่ สงู สดุ ท่ี 65% ทีร่ ะยะการหมกั 15 สปั ดาห์ Bouallagui et al. (2003) ได้ท้าการศึกษากระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพของเศษผักและผลไม้ภายใต้สภาวะ Mesoplilic แบบไม่ใช้ออกซิเจน โดยได้ท้าการศึกษาคุณลักษณะของเศษผักและผลไม้ จากค่าอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน (C/N Ratio) และอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน (C/N) จากตัวอย่างท้ังหมด 5 ตัวอย่างพบว่าอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน มีค่าอยู่ในช่วง 15.2-35% และอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน มีค่าเท่ากับ 20.4, 30.4, 35, 17.5 และ 5.2ตามล้าดับ ซ่ึงปริมาณ คาร์บอน ไนโตรเจน มีความส้าคัญคือใช้เป็นธาตุอาหารให้กับจุลินทรีย์จากน้ันท้าการศึกษา ระยะเวลากักเก็บ (Hydraulic Retention Time: HRT) ใน ช่วง 10, 12, 15 และ20 วัน และจากการศึกษา พบว่า ท่ีระยะเวลากักเก็บที่ 20 วันให้ผลผลิตก๊าซชีวภาพสูงสุด และได้ท้าการศึกษาปริมาณของแข็งท้ังหมด (Total Solid, TS) โดยท้าการศึกษาท่ีช่วง 4, 6, 8 และ 10%ตามล้าดับ พบว่าปริมาณของแข็งทั้งหมดท่ีเหมาะสมส้าหรับการหมัก เท่ากับ 6% ส่วนที่ 10% น้ันเม่อื ระยะเวลาการหมกั ผา่ นไป 1 สปั ดาห์ ระบบจะเรม่ิ หยุดการท้างาน เนื่องจาก Methanogenesis ถูกยับยั้งโดยกรดไขมันระเหย (Volatile Fatty Acid, VFA) ท่ีมีในระบบปริมาณท่ีมากเกินไป ส่งผลให้ค่า pH ภายในระบบลดลงจาก 7.2 ไปเป็น 5.3 ซึง่ ในสภาวะท่ีเปน็ กรดนเ้ี ปน็ อันตรายต่อจุลินทรีย์ ท้าให้ระบบไม่สามารถด้าเนินการต่อไปได้ และพบว่าก่อนท้าการเติมเศษผักและผลไม้ให้แก่ระบบหมัก มีค่า pH อยู่ในช่วง 3.5-4.2 ทั้งนี้เนื่องจากว่าเศษผักและผลไม้บางชนิดมีสภาพเป็นกรด ดังน้ันจึงต้องมีการปรับ pH ให้เหมาะสมก่อนที่จะเติมเศษผักและผลไม้ ซ่ึง pH ในระบบถังหมัก ตลอดการทดลองมีค่าอยู่ในช่วง 7-7.4 ดังน้ันจึงสรุปได้ว่า ระยะเวลากักเก็บ 20 วัน ท่ีปริมาณปริมาณ

26ของแขง็ ท้ังหมด 6% และค่า pH อยู่ในช่วงระหว่าง 7-7.4 ให้ผลผลิตก๊าซชีวภาพสูงสุดในรูป Biogasyield เท่ากับ 707.18 ลิตรต่อกิโลกรมั VS feed โดยมกี า๊ ซมเี ทนเป็นองค์ประกอบสูงถึง 64% Komemoto et al. (2009) ท้าการศึกษาผลของอุณหภูมิต่อการน้ากรดอินทรีย์ระเหย ไปใช้ในการผลติ ก๊าซชีวภาพ ในตัวอย่างของเศษอาหาร ภายใต้สภาวะการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนอุณหภูมิท่ีใช้ในการทดลองได้แก่ อุณหภูมิ 15, 25, 35, 45, 55 และ 65 องศาเซลเซียส ตามล้าดับ ผลการทดลองพบว่า ท่ีอุณหภูมิ 35 และ 45 ช่วงเร่ิมต้นจะมีปริมาณกรดอะซิติกและกรดแลกติกปริมาณมากกว่า 2000 มิลลิกรัมต่อลิตร และหลัง 4-6 วัน กรดท้ัง 2 จะค่อยๆ มีปริมาณลดลงเนื่องจาก กรดอะซิติกและกรดแลกติก ถูกเปล่ียนรูปไปเป็นก๊าซชีวภาพ ส่วนอุณหภูมิอื่นท่ีระยะเวลาการย่อยสลายเท่าๆ กันไม่สามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้ดีเท่า อุณหภูมิ 35 และ 45 ส่วนที่อุณหภมู ิ 65 องศาเซลเซียส แทบจะไมม่ กี ารเกิดกา๊ ซชีวภาพขนึ้ เลย Boe et al. (2009) ท้าการศึกษาผลของอุณหภูมิที่มีต่อการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนและศึกษาประสิทธิภาพถังปฏิกิริยาแบบ Serial CSTR เพื่อผลิตก๊าซชีวภาพ โดยมีอุณหภูมิศึกษาคือ55, 37 และ 15 องศาเซลเซียส โดยใช้ตัวอย่างมูลโคและมูลสุกรหมักร่วมกัน ระยะเวลากักเก็บ(Hydraulic Retention Time, HRT) 15 วัน ผลการทดลองพบว่าที่ อุณหภูมิ 55, 37 และ 15 องศาเซลเซยี ส มผี ลติ ภัณฑ์กา๊ ซชวี ภาพเกดิ ขน้ึ คอื 11.7%, 8.4% และ 1.2% ตามล้าดับ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิที่เหมาะสมส้าหรับกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนเพ่ือผลิตก๊าซชีวภาพ คือ ช่วง 55 และ 37 องศาเซลเซียส ซ่ึงปริมาณ VFA หลังการย่อยสลายมียู่ในระดับท่ีต้่าแสดงให้เหน็ ว่า VFA ถูกนา้ ไปใช้เพ่ือเปลี่ยนรปู เปน็ กา๊ ซชีวภาพ ส่วนที่อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส มีอัตราการผลติ มีเทนทีต่ ่า้ จงึ ไมเ่ หมาะสมทจี่ ะน้ามาใช้ส้าหรบั กระบวนการย่อยสลาย Wang et al. (2012) ศึกษาสภาวะของอัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน (C/N ratio) เพ่ือเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตมีเทน ภายใต้สภาวะการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจนโดยการหมักร่วมของมูลไก่, ของเสียจากโรงนม และฟางข้าวสาลี โดยพบว่า C/N ratio ที่เหมาะสมส้าหรับการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน คือ 25 และ 30 เพราะในช่วงน้ีมีความเสถียรของ pH มีปริมาณแอมโมเนียในระดบั ตา่้ สา้ หรบั C/N ratio ทีใ่ ห้ปรมิ าณมีเทนสงู สดุ ในการทดลองนี้ คือ 27.2 Wilawan et al. (2013) ท้าการศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากการหมักร่วมของหญ้าเนเปียร์กับมูลไก่ จากการศึกษาคุณสมบัติของ หญ้าเนเปียร์กับมูลไก่ มี อัตราส่วนคาร์บอนต่อไนโตรเจน (C/N ratio) เท่ากับ 43.6 และ 7.6 ความช้ืน เท่ากับ 73.03 และ 64.49, TS เท่ากับ 199,943

27และ 416,680 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัม และ VS เท่ากับ 182,005 และ 305,330 มิลลิกรัมต่อกิโลกรัมตามล้าดับ จากน้ันท้าการศึกษา C/N ratio ท่ีอัตราส่วน 20 และ 30 ต่อการเปล่ียนแปลง pH และVFA ซ่ึงพบว่า C/N ratio ท่ีอัตราส่วน 20 และ 30 มีค่า pH เท่ากับ 7.08 และ 6.93 ตามล้าดับ ซึ่งเป็นช่วง pH ที่เหมาะสม ส้าหรับผลของการศึกษา VFA ต่อการเปลี่ยนแปลง C/N ratio ท่ีอัตราส่วน 20และ 30 มีค่าเท่ากับ 623 และ 686 มิลลิกรัมต่อลิตร ตามล้าดับ ซ่ึงโดยปกติ VFA ท่ีเหมาะสมจะมีค่าต่้ากว่า 2000 mg/L ดังนั้นทั้ง pH และ VFA ท่ีอัตราส่วน C/N ratio 20 และ 30 จากการหมักร่วมของหญ้าเนเปียร์กับมูลไก่จึงมีความเหมาะสมต่อขบวนการผลิตก๊าซชีวภาพ โดยมีอัตราการผลิตmethane yield สูงสุด เทา่ กบั 0.27 L CH4/kg Alvarez and Liden (2008) ได้ท้าการศึกษาการเกิดก๊าซชีวภาพจากการหมักร่วมของของเสียไดแ้ ก่ ของเสียจากโรงฆ่าสัตว์ มูลสัตว์ และเศษผักเศษผลไม้ โดยท้าการศึกษาการหมักร่วมระหว่างเศษผักและผลไม้ (Fruit and vegetable wastes, FVW) 2) มูลวัวควายและมูลสุกร (Solid cattle andswine manure, SCSM) 3) ของเสียจากโรงฆ่าสัตว์ วัวควายและสุกร (Solid cattle and swineslaughterhouse wastes, SCSSW) ซึ่งระบบด้าเนินการแบบกึ่งต่อเน่ือง (Semi-continuous) โดยมีการย่อยสลายภายใต้สภาวะ Mesophilic แบบไม่ใช้ออกซอเจน ถังหมักมีขนาด 2 ลิตร อันดับแรกได้ท้าการศึกษาองค์ประกอบของ SCSSW, SCSM และ FVW โดยมีปัจจัยศึกษา คือ ปริมาณของแข็งท้ังหมด (Total Solid, TS) ให้ผลการศึกษา คือ 94, 83.9 และ 93.4% TS , ไนโตรเจนท้ังหมด(Totalnitrogen, TN) เท่ากับ 5.5, 2.2 และ 1.1% TS, อินทรีย์คาร์บอนรวม (Total organic carbon, TOC)เท่ากับ 18.8, 17.5 และ 10.5% TS, ฟอสฟอรัสท้ังหมด(Total phosphorous) เท่ากับ 0.3, 1.6 และ0.2 % TS และ โพแทสเซียมทั้งหมด (Total potasium) เท่ากับ 0.7, 1.3 และ 1.6% TS ตามล้าดับ ซึ่งปัจจัยต่างๆ เหล่านี้ส่งผลต่อการท้างานและเป็นสารอาหารที่ส้าคัญของจุลินทรีย์ จากน้ันได้ท้าการศึกษาอัตราการบรรทุกสารอินทรีย์ (Organic loading rate, OLR) พบว่า อัตราการบรรทุกสารอินทรีย์เพิ่มข้ึนจาก 0.14 m3 kg-1 VS เป็น 0.49 m3 kg-1 VS โดยมี methane yield เพิ่มขึ้นจาก0.14 m3 kg-1 VS เป็น 0.34 m3 kg-1 VS และมี pH อยู่ในช่วง 7.4-8.1 โดยให้ปริมาณก๊าซมีเทนเท่ากับ 52-59% ส่วนท่ี pH ต้่าสุด เท่ากับ 6.7 ให้ปริมาณก๊าซมีเทนต่้าสุด เท่ากับ 44% และท่ีอัตราการบรรทกุ สารอินทรีย์ช่วง 0.49-1.31 m3 kg-1 VS การท้างานของจุลนิ ทรยี ์จะเริ่มเสเถียร ท้ังน้ีระบบใช้ระยะเวลากักเก็บ(Hydraulic Retention Time: HRT) ช่วง 10-70 วัน ซึ่งท่ีระยะเวลากักเก็บ 30 วันให้ผลผลิตก๊าซชีวภาพสูงสุด คือ 60 mL day-1 คิดเป็นปริมาณก๊าซมีเทนเท่ากับ 59% จากนั้น

28ท้าการศึกษาการผสมระหว่าง SCSSW: SCSM: FVW ที่อัตราส่วนต่างๆ ดังนี้ 100:0:0%, 0:100:0%,0:0:100%, 50:50:0%, 0:50:50%, 50:050%, 33:33:33%, 67:17:17%, 17:67:17% และ 17:17:67%ให้ปริมาณก๊าซชีวภาพ 297, 804, 316, 1063, 1467, 401, 1359, 1112, 1211 และ 1602 mLday-1 โดยคิดเป็นปริมาณก๊าซมีเทน 45, 56, 2, 57, 50, 25, 56, 51, 53, และ 51% ตามล้าดับ สาเหตุท่ีท้าให้FVW ท่ี อัตราส่วน 100% ให้ปริมาณมีเทนในระดับที่ต่้ามาก เนื่องจาก FVW มีสารอาหารจ้าพวกเส้นใยจ้านวนมาก เป็นองค์ประกอบ ซึ่งจุลินทรีย์ย่อยสลายได้ยาก ดังนั้นจึงต้องมีการหมักร่วมกับวสั ดอุ น่ื ๆ เพื่อประสิทธภิ าพการผลติ ก๊าซชีวภาพท่ีดีขนึ้ Brown and Li (2013) ท้าการศึกษาการผลิตก๊าซชีวภาพด้วยกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน จากของเสีย ได้แก่ เศษอาหาร และเศษใบไม้ใบหญ้า โดยศึกษาอัตราส่วนเศษอาหารและเศษใบไม้ใบหญ้า โดยท่ีเศษอาหาร และเศษใบไม้ใบหญ้า มีของแข็งระเหย เท่ากับ 13.8 และ91.7 ตามล้าดบั จากนน้ั ไดท้ ้าการปรบั อัตราส่วนของเสยี ท้ัง 2 ชนิด โดยการเติมเศษอาหาร 0%, 10%และ 20% ลงในเศษใบไม้ใบหญ้า ตามล้าดับ ผลการศึกษาพบว่าท่ีการเติมเศษอาหาร 10% ให้อัตราการผลติ มีเทนสงู สุด เทา่ กบั 8.6 Lmethan/Lwork