การพัฒนาระบบถังหมักเร็วเร่งปฏิกิริยาไบโอแก๊สสำหรับใช้ในครัวเรือน (กนกพงษ์ ศรีเที่ยง, 2560)

รายงานฉบับสมบูรณ์ การพฒั นาระบบถงั หมกั เร็วเร่งปฏกิ ริ ิยาไบโอแก๊สสาหรับใช้ในครัวเรือน Development of fermentation tank systems for household by using biogas Catalytic กนกพงษ์ ศรีเที่ยง สุริยงค์ ประชาเขยี ว งานวจิ ัยนีไ้ ด้รับการสนับสนุนทุนวจิ ยั จากงบประมาณแผ่นดนิ วช. ประจาปี 2560 มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยรี าชมงคลล้านนา เชียงราย

กิตตกิ รรมประกาศ คณะผู้วิจัยขอขอบคุณ ทุนอุดหนุนการวิจัยจากงบประมาณแผ่นดิน วช. งบประมาณ ประจาปี 2560 ท่สี นบั สนุนทนุ วจิ ยั และขอบคุณมหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยีราชมงคลล้านนา เชียงราย ที่ สนับสนนุ สถานที่ เครือ่ งมอื การวิจยั ใหส้ าเรจ็ ลลุ ว่ งไปดว้ ยดี ขอบคุณคณะวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีการเกษตร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล ล้านนา เชียงราย ที่ให้การช่วยเหลือในด้านสถานท่ีและอุปกรณ์เคร่ืองมือในการเก็บข้อมูลให้สาเร็จ ลุลว่ งไปด้วยดี ผ้วู จิ ัยหวงั ว่ารายงานนจ้ี ะเป็นประโยชน์ตอ่ องคก์ ร เกษตรกรผูท้ ีส่ นใจ ในการใช้การหมัก แก๊สจากการเร่งการเกิดปฎิกิริยา โดยใช้ช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสม เพ่ือสามารถใช้งานได้อย่างมี ประสิทธิภาพ และสามารถนามาปรับใช้ในในฟาร์มสุกร ฟาร์มโคนม ซึ่งจะต่อยอดงานวิจัยให้สาเร็จ ลุล่วงไปด้วยดี อีกทั้งยังเป็นการลดต้นทุนด้านพลังงานและการนาเข้าแก๊ส ผู้วิจัยหวังว่างานวิจัยชิ้นน้ี จะสามารถต่อยอดใหก้ บั เกษตรที่มีความสนใจและหันมาใช้พลังงานทมี่ ีใหเ้ กดิ ประโยชน์ คณะทางานวิจัย

ช่ือเรื่อง การพัฒนาระบบถังหมกั เรว็ เร่งปฏิกริ ยิ าไบโอแกส๊ สาหรับใช้ในครัวเรือน ชอื่ ผู้วิจัย กนกพงษ์ ศรีเที่ยง นายสุรยิ งค์ ประชาเขียว แหลง่ ทนุ งบประมาณแผ่นดนิ (วช.) ปงี บประมาณ 2560 บทคัดยอ่ งานวจิ ัยนี้ทาการศึกษาการพัฒนาถังหมักเร็วเพื่อเพ่ิมประสิทธิภาพการหมักให้ได้แก๊สชีวภาพ ทเ่ี พิ่มข้ึนภายในระยะทรี่ วดเรว็ ทาการทดสอบที่อุณหภูมิ 30, 40, 50 และ 60 องศาเซลเซียส เพื่อหา อณุ หภมู ทิ ่ีเหมาะสมสาหรบั การผลิตแก๊สชีวภาพโดยใช้วัตถุดิบเปรียบเทียบทั้งหมด 2 ชนิดด้วยกัน คือ จากมูลสุกร และมูลโคนม เพ่ือทดสอบหาอัตราการเกิดแก๊สชีวภาพ หาอัตราส่วนร้อยละการ เกิดปฏิกิริยาของแก๊สมีเทนและเปรียบเทียบชนิดของวัตถุดิบ จากการทดลองแสดงให้เห็นว่าผลการ ทดสอบที่อุณหภูมิ 50 และ 60 องศาเซลเซียส ทาให้เกิดแก๊สชีวภาพได้รวดเร็วท่ีสุด โดยมูลสุกรจะ เกิดขึ้นในวันท่ี 6 ของการทดลอง และมูลโคนมจะเกิดขึ้นในวันที่ 7 ของการทดลอง เม่ือทาการ เปรียบเทียบปริมาณแก๊สชีวภาพสะสมของทั้ง 2 วัตถุดิบ พบว่าที่อุณหภูมิ 50 องศาเซลเซียส มี ปริมาณแก๊สชีวภาพสะสมสูงสุด โดยในมูลสุกรเท่ากับ 108.1 ลิตร และในมูลโคนมเท่ากับ 83.5 ลิตร และทาการหาปริมาณแก๊สมีเทนที่เกิดข้ึน พบว่าถังหมักมูลสุกรมีปริมาณแก๊สมีเทนอยู่ในช่วง 60.2- 66.6 % ในถังหมักมูลโคนมมีปริมาณแก๊สมีเทนอยู่ในช่วง 59.0-64.6% โดยอุณหภูมิ 50 องศา เซลเซยี ส เปน็ ชว่ งท่สี ามารถผลติ แกส๊ มีเทนไดส้ ูงสุด เมื่อทาการวเิ คราะห์ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์ พบว่าจากการทดสอบได้มีค่าลงทุนในตัว อุปกรณ์ทง้ั หมด 16,510 บาท ซ่งึ การลงทุนพบวา่ มีคา่ ใช้จ่ายในอุปกรณเ์ ป็นหลัก เม่ือเทียบกับการหมัก ก๊าซชีวภาพแบบปกติ พบว่าปริมาณก๊าซชีวภาพจะเพ่ิมขึ้นตามอุณหภูมิท่ีเพิ่มข้ึนในช่วงท่ีเหมาะสม และใช้ระยะเวลาการเกิดท่ีสั้นกว่า โดยมีเงินลงทุนและค่าบารุงรักษาทั้งปีประมาณ 17,710 บาท โดย มีผลตอบแทนรายปีจากปริมาณการเกิดก๊าซชีวภาพประมาณ 26,603.52 บาท อ้างอิงที่ราคา LPG ราคา 24.20 บาท,(เดอื นตลุ าคม 2561) PBP จะมีระยะคืนทุนเทา่ กบั 0.67 ปี คิดผลตอบแทนรายปี ที่ ดอกเบ้ีย 5% ของเงินลงทุน ค่าตอบแทน NPV มคี า่ เทา่ กบั 7,626.69 บาท/ปี คาสาคัญ: แก๊สชีวภาพ (Biogas), ถังหมัก (Fermentation tank), มูลสุกร (Pig dung), มูลวัวนม (Dairy Cow manure)

Subject Development of fermentation tank systems for household by using biogas Catalytic Author Mr. Kanokpong Srithiang Mr. Suriyong Prachakiew Scholarship National Research Council of Thailand (NRCT) Year 2017 Abstract The objective of this study was to Development of fermentation tank systems for household by using biogas Catalytic. Experiment was conducted at 30, 40, 50 and 60 ° c to determine the optimum temperature for biogas production using 2 sample, from swine manure and dairy cows manure to test for biogas. Determine the percentage of methane reaction and compare the type of sample. The test results showed that at 50 and 60 °C, resulting in the fastest biogas. The swine manure will take place on the 6th day of the experiment, dairy cows manure will take place on the 7th day of the trial. Comparing the amount of biogas accumulated in 2 sample, it was found that at 50 ° C, The swine manure was 108.1 liters and the dairy cows manure was 83.5 liters. Determine the amount of methane that occurs. The results showed that methane gas contained 60.2-66.6% methane in the dairy cows manure. The methane content was 59.0-64.6%. The temperature of 50 °C was the maximum methane production. Analysis of economic value it was found the test costs a total investment of 16,510 baht, which is the main equipment. It was found that the amount of biogas increased with increasing temperature in the appropriate range and decreased time when compared to normal biogas fermentation. The investment and maintenance cost is approximately 17,710 baht per year. The annual return is 26,603.52 baht based on the LPG price at 24.20 baht. (October 2018) PBP has a payback period of 0.67 years. Annual return 5% of an investment the profit will be 7,626.69 baht per year. Keyword: Biogas, Fermentation tank, Swine manure, Dairy Cow manure

สารบญั หนา้ บทที่ 1-1 1-2 1. บทนา 1-2 1.1 ทีม่ าและความสาคัญ 1-2 1.2 วัตถุประสงค์ของโครงการวิจัย 1-3 1.3 ขอบเขตของโครงการวิจยั 1.4 วธิ กี ารดาเนนิ การวจิ ัยและแผนการดาเนินงาน 2-1 1.5 ประโยชนท์ ่คี าดวา่ จะได้รับ 2-4 2-7 2. ทฤษฎีและงานวจิ ัยท่เี กี่ยวข้อง 2-13 2.1 ก๊าซชีวภาพ (Biogas) 2-14 2.2 ทฤษฎีการหมกั 2-15 2.3 ชนดิ และแบบของบอ่ กา๊ ซชีวภาพ (Biogas Plant) 2-17 2.4 คุณสมบัตขิ องกา๊ ซชวี ภาพ 2.5 การใชป้ ระโยชนจ์ ากก๊าซชวี ภาพ 3-1 2.6 การออกแบบและควบคมุ ระบบผลติ ก๊าซชีวภาพ 3-2 2.7 งานวิจัยที่เกยี่ วขอ้ ง 3-3 3. วิธดี าเนินการวจิ ัย (Ethereal & Method) 4-1 3.1 วธิ กี ารดาเนนิ การวจิ ยั และสถานทท่ี าการทดลอง/เก็บข้อมูล 4-6 3.2 อปุ กรณก์ ารพัฒนาถงั ผลติ ก๊าซชวี ภาพจากเครือ่ งต้นแบบ 4-10 3.3 ศกึ ษาประสิทธิภาพการใชว้ ัตถุดบิ 4-11 4. ผลการทดลองและการวิเคราะหผ์ ล 4.1 การทดสอบในชว่ งอณุ หภูมิการหมัก 4.2 ปรมิ าณเกดิ ปรมิ าตรแกส๊ ชีวภาพทง้ั หมด 4.3 ปริมาณแก๊สมเี ทน (CH4) 4.4 วิเคราะหท์ างดา้ นเศรษฐศาสตร์

สารบญั หน้า บทท่ี 5-1 5. สรปุ ผลการวิจัยและข้อเสนอแนะ ภาคผนวก ก ตารางบนั ทึกข้อมลู

สารบญั ตาราง หนา้ ตารางท่ี 2-1 2-17 2.1 ปริมาณการเกิดก๊าซมเี ทนชนิดต่างๆ 2-18 2.2 แสดงองคป์ ระกอบของกา๊ ซชีวภาพ 2-22 2.3 แสดงสมบตั ขิ องก๊าซบางชนดิ ในก๊าซชีวภาพ 3-2 2.4 แสดงผลของคารบ์ อนไดออกไซด์ในกา๊ ซชวี ภาพต่อความเร็วเปลวไฟ 4-15 3.1 ระยะเวลาทาการวจิ ัยและแผนการดาเนนิ งานตลอดโครงการวจิ ยั 4.1 แสดงราคาอุปกรณ์หลกั

สารบญั รูป รูปท่ี หนา้ 2.1 กระบวนการเกิดก๊าซชวี ภาพ 2-3 2.2 กระบวนการเกิดก๊าซชวี ภาพ 2-7 2.3 ลาดบั ข้นั ตอนการยอ่ ยสลายอินทรยี โ์ ดยไม่ใช้อากาศ 2-8 2.4 ตัวอย่างความสมั พันธ์ระหวา่ งค่าแฟกเตอร์การอดั ได้ (สาหรับกา๊ ซบรสิ ุทธิ์) 2-20 2.5 กราฟแสดงผลของ CO2 ท่มี ีตอ่ ความเร็วเปลวไฟของการเผาไหม้มีเทนกบั 2-21 อากาศ 2.6 ความสมั พนั ธข์ องขีดจากดั การระเบดิ กบั ความเข้มข้นของมีเทน 2-22 2.7 ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภมู ิเปลวไฟกับความเข้มขน้ ของมีเทนและความชนื้ 2-23 2.8 ความสัมพนั ธข์ องค่าความร้อนของกา๊ ซชีวภาพที่ เปอรเ์ ซ็นต์ของก๊าซมีเทน 2-24 ตา่ งๆ (ท่ี 15.6 oC ความดนั 101.32 kpa) 2.9 ความสัมพนั ธร์ ะหวา่ งความชื้นจาเพาะของกา๊ ซชีวภาพ 2-25 กบั อุณหภมู ิก๊าซชีวภาพที่ความดนั ตา่ งๆ 2.10 ระบบบ่อไรอ้ ากาศ (Anaerobic Ponds) 2-27 2.11 ระบบบอ่ ไรอ้ ากาศแบบคลมุ บอ่ (Anaerobic Covered Lagoons) 2-28 2.12 ระบบกวนสมบูรณ์ (CSTR) 2-28 2.13 ระบบแอนแอโรบิคคอนแทค (Anaerobic Contact) 2-29 2.14 ระบบถงั กรองไร้อากาศ (Anaerobic Filter) 2-29 2.15 ระบบยูเอเอสบี (UASB) 2-30 2.16 ระบบอีจเี อสบี (EGSB) 2-31 2.17 ระบบย่อยสลัดจ์แบบราง (Plug Flow Digester) 2-31 3.1 การเตรยี มถังเตมิ หมกั สาหรบั ป้อนวตั ถดุ ิบ 3-3 3.2 การเตรียมถังเติมหมกั สาหรับปอ้ นวตั ถดุ บิ 3-4 3.3 ขั้นตอนการสรา้ งถังพักแก๊ส 3-4 3.4 การเช่ือมตอ่ ทอ่ นาแก๊ส 3-5 3.5 การติดต้งั อปุ กรณต์ รวจวดั คา่ ตา่ งๆ 3-5 3.6 การตดิ ตัง้ ชุดเตาหุงตม้ 3-6 3.7 ชดุ ให้ความร้อนฮตี เตอร์ 3-6

สารบัญรปู หนา้ รูปที่ 3-7 4-2 3.8 ชุดวัดความดนั 4.1 อุณหภมู ภิ ายในถงั หมกั และอุณหภูมิสง่ิ แวดลอ้ ม 4-2 ทอ่ี ณุ หภมู ิ 30 องศาเซลเซยี ส 4-3 4.2 อณุ หภมู ภิ ายในถังหมกั และอุณหภูมสิ ง่ิ แวดล้อม 4-3 ที่อุณหภมู ิ 40 องศาเซลเซียส 4.3 อณุ หภูมภิ ายในถงั หมกั และอณุ หภูมสิ ่งิ แวดล้อม 4-4 ที่อุณหภมู ิ 50 องศาเซลเซียส 4-5 4.4 อุณหภมู ภิ ายในถังหมักและอุณหภูมสิ ่ิงแวดล้อม 4-5 ทอี่ ุณหภูมิ 60 องศาเซลเซยี ส 4.5 อุณหภูมิภายในถงั หมกั และอณุ หภมู ิสง่ิ แวดล้อม 4-6 ที่อณุ หภมู ิ 30 องศาเซลเซยี ส 4-7 4.6 อณุ หภมู ภิ ายในถังหมกั และอณุ หภมู สิ ิ่งแวดลอ้ ม 4-8 4-9 ทอ่ี ุณหภูมิ 40 องศาเซลเซียส 4-10 4.7 อุณหภมู ิภายในถังหมักและอุณหภูมิสิ่งแวดล้อม 4-11 ทอี่ ุณหภูมิ 50 องศาเซลเซยี ส 4.8 อุณหภมู ิภายในถงั หมักและอุณหภมู สิ ิ่งแวดล้อม ที่อุณหภูมิ 60 องศาเซลเซยี ส 4.9 เปรยี บเทียบปรมิ าณการเกิดแกส๊ ชวี ภาพที่อณุ หภูมิ 30 องศาเซลเซียส 4.10 เปรียบเทยี บปริมาณการเกิดแก๊สชวี ภาพท่ีอณุ หภูมิ 40 องศาเซลเซยี ส 4.11 เปรยี บเทยี บปรมิ าณการเกดิ แกส๊ ชีวภาพทอี่ ณุ หภมู ิ 50 องศาเซลเซียส 4.12 เปรียบเทียบปริมาณการเกดิ แก๊สชวี ภาพที่อณุ หภมู ิ 60 องศาเซลเซียส 4.13 เปรยี บเทยี บปรมิ าณการเกดิ แก๊สมเี ทน ที่อณุ หภูมิ 30, 40, 50 และ 60 องศาเซลเซยี ส

บทท่ี 1 บทนำ 1.1 ควำมสำคญั และท่ีมำของปัญหำที่ทำกำรวจิ ัย การใช้พลังงานในปัจจุบันมีแนวโน้มเพ่ิมมากข้ึนทุกวันๆ ไม่ว่าจะเป็นพลังงานความร้อน พลังงานเชื้อเพลิง พลังงานไฟฟ้า เป็นต้น นักวิจัยในสาขาต่าง ๆ ล้วนได้ทาการศึกษาเพ่ือตอบสนอง และแกไ้ ขปญั หาทางด้านพลงั งานท่เี กดิ ข้นึ เช่น หาแหล่งพลังงานทดแทนให้เพียงพอกับความต้องการ รวมไปถึงคิดค้นหรือสร้างระบบในการใช้และประหยัดพลังงานด้านต่าง ๆ ปัจจุบันการประหยัด พลังงานเป็นอีกวิธีหน่ึงท่ีภาคอุตสาหกรรมต้องหันมาให้ความสนใจ การประหยัดพลังงาน ก็คือการ ประหยดั เช้อื เพลิง อีกทงั้ ยังไม่ทาให้เกิดมลพิษอีก ความร้อนที่เหลือจากการใช้ประโยชน์จากส่วนหน่ึง สามารถนาไปใช้อีกท่ีหนึ่งได้ แทนที่จะปล่อยไปโดยสูญเปล่า ซ่ึงถ้าคิดความสูญเสียเป็นตัวเลขแล้ว สูง มากการนาเอาความร้อนกลบั มาใช้ประโยชนไ์ ด้ การหาแหล่งพลังงานอ่ืนมาทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล และการใช้อย่างมีประสิทธิภาพเป็น แนวทางหน่ึงในการแก้ปญั หาท่ีเกิดขึ้น เน่ืองจากประเทศไทยเป็นประเทศเกษตรกรรมและมีเศษวัสดุ เหลือใชจ้ ากการเกษตรมากมาย เช่น แกลบ ฟางข้าว ชานอ้อย กะลามะพร้าว ทะลายปาล์ม ฯลฯ [2] แก๊สชีวภาพสามารถท่ีจะนามาเป็นเช้ือเพลิงทดแทนการใช้น้ามัน, ก๊าซธรรมชาติ, ฟืนหรือถ่าน และ เปน็ เชอื้ เพลงิ ใชก้ บั เครื่องยนต์เพอื่ ผลติ เป็นพลงั งานไฟฟา้ ได้ การใชก้ ๊าซชวี ภาพเพอ่ื เป็นเชื้อเพลิงในการ หงุ ตม้ น้นั ก๊าซชีวภาพ 1 ลบม. สามารถปรุงอาหารได้ 3 มอ้ื ตอ่ หนงึ่ ครอบครัว กา๊ ซจะเกดิ ขึ้นตลอดเวลา เม่อื ใช้หมดแล้วจะเกิดขึ้นมาใหม่ ตราบใดทเ่ี รายงั มกี ารระบายมลู สัตว์เขา้ ไปในบอ่ หมักอยู่ ดังนน้ั งานวิจัยนี้จงึ ทาการศึกษาการพัฒนาถังหมกั เร็วเพือ่ เพิ่มประสทิ ธภิ าพการหมักให้ได้แก๊ส ชีวภาพท่ีเพิ่มข้ึน ภายในระยะที่รวดเร็ว และสามารถนาก๊าซแก๊สชีวภาพมาใช้ในครัวเรือน โดยทาง ผู้วิจัยจะสร้างเครื่องผลิตแก๊สชีวภาพที่มีขนาด 200 ลิตร จานวน 3 ถัง และทาการทดสอบป้อน อุณหภูมิที่ 30, 40, 50 และ 60 องศาเซลเซียส เพ่ือหาอุณหภูมิที่เหมาะสมสาหรับการผลิตแก๊ส ชีวภาพ โดยจะใช้วัตถุดิบเปรียบเทียบท้ังหมด 2 ชนิดด้วยกันคือ 1. จากมูลสุกร 2. มูลโคนม เพ่ือ ทดสอบหาอัตราการเกิดแก๊สชีวภาพ หาอัตราส่วนร้อยละการเกิดปฏิกิริยาของแก๊สมีเทนและ เปรียบเทียบชนดิ ของวัตถุดิบ รวมถึงระยะเวลากระบวนการเกดิ แก๊สมีเธนทส่ี ่นั ลงอย่างน้อยร้อยละ 10 เปอร์เซ็นต์จากระบบเดิม งานวิจัยนี้เพื่อให้เป็นแนวทางเลือกสาหรับชุมชนในการนาเครื่องไปปรับใช้ ในครวั เรอื น ชมุ ชนและบุคคลท่ีสนใจ

P a g e | 1-2 1.2 วัตถุประสงค์ 1 เพอื่ ศึกษาออกแบบพัฒนาถังหมกั เร็วเร่งปฏิกิรยิ าการเกิดแก๊สชีวภาพ 2 เพ่ือศึกษาประเมนิ ประสิทธิภาพเครื่องผลติ แก๊สชวี ภาพ 3 เพือ่ ศึกษาวเิ คราะหเ์ ปรียบเทยี บขอ้ มลู ทางด้านเศรษฐศาสตร์ 4. ศกึ ษาและเปรยี บเทยี บระบบที่พฒั นาและถังหมักเชงิ พาณิชย์ 1.3 ขอบเขตกำรวจิ ยั 1 ออกแบบและสร้างระบบผลิตแกส๊ แบบถังหมกั เร็ว 2 ศกึ ษาและพัฒนาเคร่ืองผลิตแก๊สแบบประหยดั 3 ศกึ ษาประสิทธิภาพเชงิ พลังงานความร้อนของแก๊สชีวภาพ 4 เพื่อศึกษาอุณหภมู ิและอตั ราท่ีเหมาะสมสาหรับการเกดิ แก๊ส โดยทดสอบท่ี - ควบคมุ อณุ หภูมิ อณุ หภูมิที่ 30, 40, 50 และ 60 องศาเซลเซียส - ระยะเวลาการเกิดแกส๊ ชีวภาพ 5 ศึกษาองค์ประกอบของก๊าซชีวภาพ อัตราร้อยละการเกิด เช่น CH4 , CO2 และอืน่ ๆ เป็นตน้ 6 ศกึ ษาวตั ถุดิบทั้งหมด 2 ชนดิ คือ 1. มูลสุกร 2. มลู โคนม 7 ประเมินราคาต้นทนุ วเิ คราะห์ทางด้านเศรษฐศาสตร์ ของระบบของระบบ รวมถงึ ศึกษา ความเป็นไปไดใ้ นการนาไปใช้ในกระบวนการเชิงพาณชิ ย์ 1.4 วิธีดำเนินกำรวจิ ยั และแผนงำน (1 ต.ค. พ.ศ. 2560 – 30 ก.ย. พ.ศ.2561) 12 เดอื น ข้ันตอน 1.ทาการศึกษาทฤษฏแี ละงานวิจัยท่เี กี่ยวขอ้ ง 2. ทาการออกแบบเครอื่ งเคร่ืองผลิตไบโอก๊าซ 3. ทาการสรา้ งอุปกรณท์ ดสอบการและปรับปรุง แก้ไข 4. ทาการทดสอบอัตราส่วนของวัตถุดิบและ อุณหภูมิต่างๆ 5. ปรับปรุงระบบและทาการเก็บข้อมูล

P a g e | 1-3 ขัน้ ตอน (1 ต.ค. พ.ศ. 2560 – 30 ก.ย. พ.ศ.2561) 12 เดอื น สมรรถนะเชงิ ความร้อน 6. วิเคราะหค์ วามเหมาะสมของระบบอบ 7 . วิ เ ค ร า ะ ห์ ค ว า ม เ ป็ น ไ ป ไ ด้ ท า ง ด้ า น เศรษฐศาสตร์ 8. สรุปผลการทดสอบ 9. เผยแพร่เทคโนโลยีและร่วมประชุมสัมนา ทางวชิ าการ 10. รายงานฉบับสมบรู ณ์ 1.5 ประโยชน์ทค่ี ำดวำ่ จะไดร้ ับ (Output) 1. ทราบถึงสมรรถนะเชิงประสิทธิภาพและของระบบผลติ กา๊ ซแบบเร่งปฏกิ ริ ิยา (P) 2. สามารถพัฒนาเป็นอุปกรณต์ ้นแบบสาหรับครวั เรอื น ในเชิงพาณิชย์ (I) 3. ทราบถงึ ปริมาณแก๊สจากวัตถุดบิ ต้นเช้อื (P)

บทท่ี 2 ทฤษฎีและงานวจิ ยั ท่เี ก่ียวขอ้ ง 2.1 กา๊ ซชวี ภาพ (Biogas) กระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพนั้นเป็นกระบวนการทางธรรมชาติ ที่อาศัยการทางานของ จุลินทรีย์จาพวกที่ไม่ชอบออกซิเจน ซ่ึงจุลินทรีย์แบบไม่ชอบออกซิเจนนั้นมี 2 พวก คือ พวกที่สร้าง มีเทน (Methanogenic bacteria)และ พวกที่ไม่สร้างมีเทน (Non-methanogenic bacteria) โดย จลุ นิ ทรยี ์ประเภทสร้างมีเทนน้จี ะใช้สารอนิ ทรียท์ มี่ ีโครงสร้างไม่ซับซ้อนเป็นสารอาหาร และให้ผลผลิต เป็นก๊าซมีเทน (สูตรโมเลกุล CH4) และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (สูตรโมเลกุล CO2) เป็นหลัก โดยมี ก๊าซอ่ืนๆในปริมาณเล็กน้อยเช่น ก๊าซไข่เน่า หรือ ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (สูตรโมเลกุล H2S) วัสดุที่ นิยมใช้ในการนามาผลิตก๊าซชีวภาพเป็นวัสดุเศษเหลือทางการเกษตรท่ีมีองค์ประกอบหลักคือ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และเซลลูโลส ที่เรียกกันโดยท่ัวไปว่า ชีวมวล ก๊าซชีวภาพจะมีอากาศเบากว่า อากาศเล็กน้อย มีอุณหภูมิท่ีติดไฟประมาณ 700 ºC อุณหภูมิของเปลวไฟประมาณ 870 ºC (สานักงานพัฒนาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งชาติ, 2544) โดยประสิทธิภาพในการผลิตก๊าซ ชีวภาพท่ีได้ขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย เช่น องค์ประกอบทางเคมีของสารต้ังต้น ประสิทธิภาพในการย่อย สลายของจุลินทรีย์ อุณหภูมิ และสภาวะอื่นๆ กลไกลในการเกิดก๊าซชีวภาพ เกิดจากการย่อยสลาย สารอนิ ทรียใ์ นชีวมวลโดยอาศัยจุลนิ ทรีย์ เพอ่ื เกิดเปน็ กา๊ ซมีเทน ดงั สมการท่ัวไป ดงั น้ี นอกจากน้ันยงั รวมถงึ การยอ่ ยสลายอินทรียส์ ารในชีวมวลเพื่อเกดิ เปน็ ก๊าซมเี ทน โดยพิจารณา แยกตามประเภทหลักของอินทรยี ์สาร (Deubleinr, 2008) ดงั สมการ

P a g e | 2-2 กระบวนการย่อยสลายโดยจุลินทรีย์นั้นเกิดขึ้นภายใต้สภาวะท่ีปราศจากออกซิเจน จาก สมการข้างต้น จะเห็นว่าก๊าซชีวภาพประกอบด้วยก๊าซหลายชนิด ส่วนใหญ่เป็นก๊าซมีเทน (CH4) ประมาณ 50 – 70% และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ประมาณ 30 – 50% ส่วนท่ีเหลือเป็นก๊าซ ชนิดอนื่ ๆ เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไฮโดรเจนซัลไฟด์ ไนโตรเจน และไอน้า โดยขบวนการย่อยสลาย ประกอบด้วย 2 ขั้นตอน คือ ขั้นตอนการย่อยสลายสารอินทรีย์โมเลกุลใหญ่ เช่น ไขมัน แป้ง และ โปรตีน ซ่ึงอยู่ในรูปสารละลายจนกลายเป็นกรดอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile acids) โดยจุลินทรีย์ กลุ่มสร้างกรด (Acid producing bacteria) และขั้นตอนการเปล่ียนกรดอินทรีย์ให้เป็นก๊าซมีเทน และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ โดยจุลินทรีย์กลุ่มสร้างมีเทน (Methane producing bacteria) ระยะเวลาการเก็บจะมีผลต่อส่วนประกอบมีเทน มากถึง 50 % ถ้าส่วนประกอบมีเทนต่ากว่า 50 % ก๊าซชวี ภาพจะตดิ ไฟได้ไม่นาน ตารางที่ 2.1 ปริมาณการเกดิ ก๊าซมเี ทนชนดิ ต่างๆ ปรมิ าณกา๊ ซมีเทน (%) ชนิด 65 60 มูลววั ควาย 67 มลู สัตวป์ กี 55 มูลสุกร 59 มลู จากฟาร์มทว่ั ไป 70 ฟาง 58 หญา้ 50 ใบไม้ 63 ขยะจากครัว 52 สาหร่าย ผักตบชวา ทีม่ า: สานกั งานวทิ ยาศาสตร์และเทคโนโลยแี หง่ ชาติ (2544)

P a g e | 2-3 รปู ที่ 2.1 กระบวนการเกดิ ก๊าซชวี ภาพ ขัน้ ตอนการเกดิ กา๊ ซชวี ภาพ (Biogas) เกดิ จากระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ท่ีมีโครงสร้าง สลับซับซ้อน ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน เพ่ือใช้เป็นสารอาหารในการดารงชีพของ แบคทีเรียในกลุ่มที่ไม่ใช้อากาศ โดยสามารถแบ่งชนิดกลุ่มแบคทีเรียตามปฏิกิริยาที่เกิดข้ึนได้เป็น 3 ชนิด คอื 1. แบคทีเรียสร้างกรด (Acid Former Bacteria) แบคทีเรียกลุ่มนี้จะย่อยสลายสารอินทรีย์ ในนา้ ทงิ้ ไปเปน็ กรดอนิ ทรีย์ตา่ งๆ 2.แบคทีเรียสร้างมีเทน (Methane Former Bacteria) ทาหน้าท่ีย่อยสลายกรดอินทรีย์ไป เปน็ กา๊ ซมเี ทน และคารบ์ อนไดออกไซด์ 3. แบคทีเรยี รดี ิวซซ์ ลั เฟต (Sulfate Reducing Bacteria, SBR) ปรมิ าณของแบคทีเรียชนิดน้ี จะข้นึ อยกู่ บั ความเข้มขน้ ของซัลเฟต (SO42-) ในน้าเสีย โดยจะทาหน้าท่ีดึงออกซิเจนจากสารประกอบ ซลั เฟต ทาให้เปลี่ยนซลั ไฟตท์ ีอ่ ย่ใู นรูปของซลั เฟตเป็นกา๊ ซไข่เนา่ (H2S)

P a g e | 2-4 2.2 ทฤษฎกี ารหมัก การหมักเป็นรากศัพท์มาจาภาษาลาติน หมายถึง เดือด (Fervere) โดยในครั้งแรกใช้อธิบาย ลักษณะที่เกิดจากการกระจายตัวของยีสต์ในน้าสกัดจากผลไม้หรือข้าวมอลท์เพราะยีสต์ย่อยสลาย น้าตาลในสภาวะที่ไร้ออกซิเจน ทาให้ฟองก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ผุดข้ึนมาเหมือนน้าเดือด (วิรัตน์, 2538) 2.2.1 กระบวนการหมกั ในทางชีวเคมีการหมักหมายถึง การสร้างพลังงานจากกระบวนการย่อยสลายสารประกอบ อินทรีย์เป็นตัวให้และตัวรับอิเล็กตรอน เฉพาะกระบวนการแบบไม่ใช้ออกซิเจนในทางจุลชีววิทยา อุตสาหกรรม การหมักหมายถึง กระบวนการผลิตผลผลิตใดๆก็ตามท่ีได้จากการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ จานวนมาก โดยจะครอบคลมุ ท้งั กระบวนการแบบใชอ้ อกซิเจนและไมใ่ ชอ้ อกซิเจน 2.2.2 ชนิดของการหมัก การหมักทส่ี าคัญทางการค้า แบง่ ออกเปน็ 4 ประเภทใหญๆ่ คอื 1) การหมักท่ีให้ผลผลิตเป็นตัวเซล (Microbial cell) ได้แก่การผลิตเซลล์ยีสต์เพื่อใช้ใน อุตสาหกรรม ขนมอบ 2) การหมักท่ีให้ผลผลิตเปน็ เอนไซม์ (Microbial enzyme) การผลิตเอนไซน์สามารถผลิตได้ทั้ง จากพืช สัตว์ และ จุลินทรีย์ จุลินทรีย์จัดเป็นแหล่งผลิต เอนไซม์ ที่มีความสาคัญมากที่สุดุเน่ืองจาก สามารถผลิตไดค้ รัง้ ละมากๆ ในเวลาอันส้ันโดยใช้เทคนิค การหมัก และสามารถปรับปรุงให้ได้ผลผลติ สูงขึ้นง่ายกว่าการผลติ จากพืช หรือสัตว์ ส่วนใหญ่ใช้ในอุตสาหกรรมอาหาร และอุตสาหกรรมท่ี เกีย่ วกับอาหาร 3) การหมักท่ีให้ผลผลิตเป็นสารเมแทบอไลท์ (Microbial metabolite) สารเมแทบอไลท์แบ่ง ได้เป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือสารเมแทบอไลท์ปฐมภูมิ (Primary metabolite) และสารเมแทบอไลท์ ทุติยภูมิ (Secondary metabolite) สารเมแทบอไลท์ปฐมภูมิ ได้แก่ เอทธานอล, กรดซิริก, กรดก ลูตามิก, อะซิโตน บวิ ทานอล, ไลชีน, นวิ คลีโอไทด์, โพลีแชคคาไรด์ และวติ ามนิ สารเมแทบอไลท์ทุติย ภูมมิ คี ณุ สมบตั ิเป็นยารกั ษาโรค 4) การหมักท่ีให้เกิดการเปลี่ยนรูป ของสารประกอบที่เติมลงไป (Transformation process) ได้แก่กระบวนการผลิตน้าส้มสายชู (การเปล่ียนเอทธานอลไปเป็นกรดอะซิติก), สารปฏิชีวนะ ,สเตอรอยด์, สตาแกลนตนิ

P a g e | 2-5 2.2.3 ขน้ั ตอนในกระบวนการหมัก กระบวนการหมักโดยท่ัวไป (ยกเว้น Transformation process บางชนิด) มีขึ้นตอนสาคัญ 6 ข้ันตอน ดังนีค้ ือ 1) การเตรยี มอาหารเลยี้ งเช้อื ทใ่ี ช้ในการผลติ เชอื้ เรมิ่ ตน้ และใชใ้ นการหมัก 2) การทาใหป้ ราศจากเชื้อ อาหารเล้ยี งเชือ้ , ถงั , หมัก อุปกรณต์ ่างๆ 3) การผลติ เชอื้ เร่ิมตน้ บรสิ ุทธ์ิ และวอ่ งไว ในปริมาณทม่ี าพอสาหรับการหมกั 4) การเพาะเล้ียงจลุ ินทรีย์ในถงั หมักภายใตส้ ภาวะท่ีเหมาะสมสาหรบั ผลิต สารทต่ี อ้ งการ 5) การสกดั ผลผลิตและทาใหบ้ รสิ ทุ ธิ์ 6) การกาจัดของเสียท่เี กิดจากกระบวนการทัง้ หมดความสัมพันธ์ระหว่างขน้ั ตอนต่างๆ ใน กระบวนการหมกั 2.2.4 กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ในสภาวะปราศจากออกซิเจน (Anaerobic digestion) กา๊ ซชวี ภาพเกิดจากการหมักของสารอินทรีย์โดยมีจุลินทรีย์จาพวกแบคทีเรียเช่นจุลินทรีย์กลุ่ม สร้างมีเทน (Methane-producing bacteria) หรือเมทาโนเจน และจุลินทรีย์กลุ่มสร้างกรด (Acid- producing bacteria) มาช่วยย่อยในสภาวะไร้อากาศ ในกระบวนการย่อยในสภาวะไร้อากาศ เป็น การทจ่ี ุลนิ ทรยี ์ตา่ งๆ ทาปฏิกริ ิยาย่อยสลายสารอนิ ทรีย์ ลงจากส่ิงมีชีวิตซึ่งมีโครงสร้างท่ีซับซ้อนลงเป็น โครงสร้างทีซ่ ับซอ้ นน้อยลงเปน็ ขนั้ ๆ ไปกระบวนการหมักย่อยในสภาวะไร้อากาศแบ่งแบททีเรียในการ ยอ่ ยสลาย ที่เรียกกลุ่มผลิตกรด เป็น 3 ขนั้ ดังน้ี 1) ไฮโดรลิซิส (Hydrolysis): สารอินทรีย์(เศษพืชผัก เนื้อสัตว์) มีองค์ประกอบสาคัญคือ คาร์โบไฮเดรต ไขมัน และโปรตีน แบคทีเรียจะปล่อยเอ็นไซม์เอกซ์ตราเซลลูลาร์ (Extra cellular enzyme) มาช่วยละลายโครงสร้างโมเลกุลอันซับซ้อนให้แตกลงเป็นโมเลกุลเชิงเด่ียว (Monomer) เชน่ การยอ่ ยสลายแป้งเป็นน้าตาลกลูโคส การย่อยสลายไขมันเป็นกรดไขมัน และการย่อยโปรตีนเป็น กรดอะมโิ น 2) แอซิดิฟิเคชั่น หรือ แอซิโดเจเนซิส (Acidification/Acidogenesis) : การย่อยสลาย สารอินทรีย์เชิงเดี่ยว (Monomer) เป็นกรดระเหยง่าย (Volatile fatty acid) กรดคาร์บอน แอลกอ ฮอลล์คาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนีย และไฮโดรเจน สารประกอบอินทรีย์โครงสร้างโมเลกุลเล็กท่ี ละลายน้าซง่ึ ถกู สรา้ งโดยกระบวนการไฮโดรไลซีส จะถูกแบคทีเรียท่ีดารงชีพอยู่ได้ทั้งสภาพท่ีมีและไม่ มีอากาศ (Facultative bacteria) ใช้เป็นแหล่งอาหารและพลังงานโดยในช่วงแรกของการย่อยสลาย ขั้นตอนนี้ ผลของปฏิกิริยาจะได้กรดอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile fatty acid) ซึ่งท่ีโมเลกุลมีอะตอม ของคารบ์ อนไม่เกิน 5 ตัว เช่น กรดอะซิติก (CH3COOH) กรดโพรพิออนิก (C2H5COOH) กรดบิวทีริก

P a g e | 2-6 (C3H7COOH) เป็นต้น และสารอื่นๆ เช่น เอทานอล (C2H5OH) ไฮโดรเจน (H2) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)เปน็ ตน้ แบคทเี รียกลุ่มนีเ้ รียกวา่ แบคทีเรียกลุ่มผลิตกรด (Acid forming bacteria) ซ่ึงชนิดของ แบคทเี รยี จะถูกเรยี กแตกตา่ งกนั ไปตามชนดิ ของสารอนิ ทรียน์ ั้นๆ ขั้นตอนต่อมากรดอินทรีย์ระเหยง่าย ทเ่ี กดิ ขึ้นดังกล่าวข้างตน้ จะถกู แบคทีเรียกลุ่มอะซิโตเจนนิค (Acetogenic bacteria) เปลี่ยนให้เป็นอะ ซิเตต ฟอร์เมต ก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งเป็นสารประกอบที่สาคัญในการผลิต ก๊าซมีเทน ปฏิกิริยาน้ีถือเป็นปฏิกิริยาสาคัญในการหลีกเล่ียงไม่ให้มีการสะสมของกรดอินทรีย์ระเหย ง่ายและก๊าซไฮโดรเจนในปริมาณท่ีสูงพอท่ีจะยับย้ังกระบวนการผลิตก๊าซมีเทน แบคทีเรียกลุ่มน้ีอาจ เรียกว่าแบคทีเรียกลุ่มผลิตก๊าซไฮโดรเจน (Hydrogen forming bacteria)เน่ืองจากแบคทีเรียกลุ่ม ผลติ ไฮโดรเจนมกั สรา้ งกรดอินทรีย์ด้วย แต่ตัวท่ผี ลติ กรดไดอ้ าจไม่สามารถผลิตก๊าซไฮโดรเจนได้ จึงถือ ว่าแบคทีเรียกลุ่มผลิตก๊าซไฮโดรเจนเปน็ ชนิดของแบคทีเรียกลุ่มผลิตกรดด้วย แบคทีเรียทั้ง 2ชนิดอาจ รวมเรยี กวา่ เปน็ แบคทเี รยี กลุ่มท่ีไมผ่ ลิตก๊าซมเี ทน (Non-methanogenic bacteria) 3) อะซโิ ตเจเนซิส (Acetogenesis) เปลย่ี นกรดระเหยง่ายเปน็ กรดอะซติ ิกหรือเกลืออะซิเทตซ่ึง เป็นสารตงั้ ต้นหลกั ในการผลติ มีเทนกระบวนการผลติ กา๊ ซมีเทน เป็นขั้นตอนสุดท้ายของการย่อยสลาย สารอินทรีย์ภายใต้สภาวะแบบไม่ใช้อากาศ ผลผลิตสุดท้ายคือ ก๊าซมีเทน (CH4) ก๊าซ คาร์บอนไดออกไซด์ น้า และก๊าซอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย เช่นก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ ก๊าซแอมโมเนีย (NH3) สารต้ังต้นของข้ันตอนน้ีเป็นผลผลิตท่ีได้มาจากข้ันตอนการผลิตกรดโดยสารตั้งต้นท่ีมีความ สาคัญมากทีส่ ดุ คือกรดอะซิติก และกา๊ ซไฮโดรเจนกบั กา๊ ซคาร์บอนไดออกไซด์ปฏกิ ิริยา แบคทีเรียที่เก่ียวข้องในข้ันตอนนี้มีความเฉพาะเจาะจงสูง คือ แบคทีเรียกลุ่มผลิตก๊าซมีเทน (Methanogenic producing bacteria) ได้แก่ กลุ่ม Acetoclastic methanogenic bacteria (Acetophilic methanogen) และ Hydrogenophilic methanogen ในระบบการย่อยสลาย สารอนิ ทรีย์ในสภาวะไมใ่ ชอ้ ากาศน้ี แบคทเี รียกลมุ่ ผลติ ก๊าซมีเทน มคี วามอ่อนไหวต่อการเปล่ียนแปลง ของสภาวะแวดลอ้ มมาก และมีอัตราการเจรญิ เติบโตต่ากว่าแบคทีเรยี กลุ่มอื่นๆ ดังน้นั การเจริญเติบโต และปริมาณของแบคทีเรียกลุ่มน้ีจึงเป็นปัจจัยสาคัญสาหรับกระบวนการผลิตก๊าซชีวภาพ ลาดับ ขนั้ ตอนการยอ่ ยสลายสารอินทรยี ์ในสภาวะไมใ่ ชอ้ ากาศ

P a g e | 2-7 4) เมทาไนเซช่ัน หรือ เมทาโนเจเนซิส (Methanization/Methanogenesis) : กรดอะซิติก และอื่นๆ จากข้ัน 2 รวมถึงคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนบางส่วน จะเข้าสู่กระบวนการ เปลี่ยนเป็นมีเทนโดยเมทาโนเจน (Methanogen) รูปที่ 2.2 กระบวนการเกิดก๊าซชีวภาพ

P a g e | 2-8 รปู ที่ 2.3 ลาดบั ข้ันตอนการยอ่ ยสลายอนิ ทรยี โ์ ดยไมใ่ ชอ้ ากาศ

P a g e | 2-9 2.2.5 แบคทเี รยี ทีเ่ กีย่ วข้อง ในกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไม่ใช้อากาศ ต้องอาศัยการทางานของแบคทีเรีย หลายชนดิ รว่ มกนั ซ่ึงแบคทเี รียท่ีมบี ทบาทตอ่ กระบวนการย่อยสลายสารอนิ ทรียใ์ นสภาวะไม่ใช้อากาศ แบ่งเป็น 2 กลมุ่ ใหญๆ่ คอื แบคทีเรียกลุ่มผลิตกรด (Acid forming bacteria) และแบคทีเรียกลุ่มผลิต กา๊ ซมเี ทน (Methane producing bacteria) 1) แบคทีเรียกลุ่มผลิตกรด (Acid forming bacteria)แบคทีเรียส่วนใหญ่ในกลุ่มน้ีคือ Facultative anaerobic bacteria ซ่ึงสามารถดารงชีวิตอยู่ได้ท้ังในสภาวะแวดล้อมที่มีและไม่มี อากาศ โดยไดร้ ับพลงั งานท่ีใช้ในการเจริญเติบโตจากการย่อยสลายสารอินทรีย์โครงสร้างโมเลกุลใหญ่ ให้เป็นกรดไขมัน กรดอินทรีย์ระเหยง่าย แอลกอฮอล์ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซไฮโดรเจน ก๊าซ แอมโมเนียและก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟต์ สภาวะที่เหมาะสมในการเจริญเติบโตได้ดีในช่วงค่าความเป็น กรด-ด่าง 4.0-6.5 และทนต่อการเปล่ียนแปลงสภาวะแวดล้อมได้ดี มีอัตราการเจริญเติบโตสูง แบคทีเรียกลุ่มผลิตกรดแบ่งไดเ้ ปน็ 2 กลุม่ ดังน้ี 1.1) อะซิโดเจนนคิ แบคทีเรยี แบคทีเรียกลุ่มนี้เป็นกลุ่มใหญ่ท่ีสุดในกระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้อากาศ เนื่องจากสามารถใช้อาหารไดห้ ลายชนิดและมีอัตราการเจริญเติบโตสูง แบคทีเรียกลุ่มน้ีทาหน้าที่ย่อย สลายสารอินทรีย์โครงสร้างโมเลกุลใหญ่ ให้เป็นสารโมเลกุลเดี่ยวที่ละลายน้าได้ ผลผลิตที่ได้จากการ ย่อยสลายเป็นกรดอินทรีย์ระเหยง่าย ได้แก่ กรดอะซิติก กรดโพรพิออนิก กรดบิวทีริก กรดฟอร์มิก เป็นต้น นอกจากนี้ยังได้สารประกอบพวกแอลกอฮอล์ คีโตน ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซ ไฮโดรเจน แบคทีเรียในกลุ่มน้ีประกอบด้วยแบคทีเรียกลุ่มที่ไม่ชอบอากาศและแบคทีเรียกลุ่มท่ีเจริญ ได้ทงั้ ทีม่ แี ละไมม่ อี ากาศ (Facultative anaerobic bacteria) 1.2) อะซโิ ตเจนนคิ แบคทเี รยี แบคทีเรียกลุ่มนี้เป็นพวกย่อยสลายสารอินทรีย์ท่ีได้จากการย่อยสลายในกระบวนการไฮโดรไลซีส และอะซิโดเจนีซีส แลว้ เปล่ียนเปน็ ใหก้ รดอะซติ กิ สามารถแบ่งไดเ้ ปน็ 2 กลุ่มย่อย คือ 1.2.1) Hydrogen producing acetogenic bacteria แบคทีเรียในกลุ่มนี้ทาหน้าที่ย่อยสลายสารอินทรีย์ที่ได้จากการย่อยสลายสารอินทรีย์ ในข้ันตอนไฮโดรไลซสี ซงึ่ ได้แก่ แอลกอฮอล์และกรดอินทรยี ท์ ีม่ อี ะตอมของคาร์บอนเป็นส่วนประกอบ หลายตัว แล้วได้เป็นกรด อะซิติกและก๊าซไฮโดรเจน หรือกรดอะซิติก ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และ กา๊ ซไฮโดรเจนเป็นผลผลิต ดงั สมการ

P a g e | 2-10 1.2.2) Homoacetogenic bacteria แบ่งออกไดเ้ ป็น 2 กลมุ่ ไดแ้ ก่ a) Autotroph ไดแ้ ก่ แบคทเี รยี ทใ่ี ช้สารประกอบท่มี คี าร์บอน 1 อะตอม เช่นกา๊ ซ คาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซไฮโดรเจน ในการเจริญเติบโต และได้ผลผลิตสุดท้ายเป็น อะซเิ ตต(หรือกรดอะซติ กิ )ดังสมการ b) Heterotroph ไดแ้ ก่ แบคทีเรยี ทใ่ี ช้สารประกอบท่ีมคี ารบ์ อนหลายอะตอมในการ เจริญเติบโต ผลผลิตที่ได้มีทั้งอะซิเตตและโพรพิออเนตซ่ึงเป็นสารตัวกลางที่สาคัญในการ ผลิตก๊าซมีเทน ดังสมการ *หมายเหตุ: การที่กรดอินทรีย์ซ่ึงเป็นกรดอ่อน เม่ือละลายน้าแล้วจะอยู่ในรูปเกลือของกรด เรียกเป็น- เอต เชน่ กรดอะซติ กิ เมอ่ื แตกตวั ได้ เป็นอะซิเตต และไฮโดรเจนไอออน 2) แบคทเี รียกลมุ่ ผลิตก๊าซมีเทน (Methane producing bacteria) แบคทเี รียกลุ่มผลติ กา๊ ซมเี ทนสามารถใช้สารอาหารได้ไมก่ ชี่ นดิ แบคทีเรยี กลุ่มนสี้ ามารถแบ่ง ตามชนดิ การใชส้ ารอาหารต้งั ตน้ ไดเ้ ป็น 2 กลมุ่ คือ 2.1) Hydrogenotrophic methanogens หรือ Hydrogen utilizing chemolithotrophs ซึ่งเปล่ียนก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซดไ์ ปเปน็ ก๊าซมีเทน ดังสมการ

P a g e | 2-11 แบคทเี รียกลุ่มนีม้ บี ทบาทสาคัญคือจะใชก้ ๊าซไฮโดรเจนทเี่ กดิ ขึ้นในขั้นตอนการย่อยสลาย สารอินทรยี ์ในสภาวะไม่ใช้อากาศข้ันตอนท่ี 2 โดยช่วยคงสภาวะให้มีปริมาณก๊าซไฮโดรเจนต่าลง ซึ่งมี ผลต่อการเกิด อะซิเตตอย่างต่อเน่อื ง 2.2) Acetotrophic methanogens หรอื Acetoclastic bacteria ซงึ่ จะเปลีย่ นอะซิเตตไปเป็นก๊าซมเี ทนและกา๊ ซคาร์บอนไดออกไซด์ ดงั สมการ ปริมาณก๊าซมีเทนท่ีเกิดข้ึนในถังปฏิกรณ์ประมาณ 2 ใน 3 เกิดจากการเปล่ียน อะซิเตต ไปเป็นก๊าซมีเทนโดยแบคทีเรียกลุ่ม Acetotrophic methanogens และที่เหลือเป็นผลของปฏิกิริยา ระหว่างก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซไฮโดรเจนโดยแบคทีเรียกลุ่ม Hydrogenotrophic methanogens ตวั อยา่ งปฏิกริ ยิ าการยอ่ ยสลายโดยจลุ นิ ทรียก์ ลุ่มตา่ งๆ ปฏกิ ิริยาการย่อยสลายกลโู คส (Fermentative reactions) : ปฏิกิรยิ าการเกดิ กรดอะซิตกิ (Syntrophic acetogenic reactions) :

P a g e | 2-12 ปฏิกิรยิ าการเกิดก๊าซมีเทน (Methanogenic reactions) : ปฏกิ ริ ยิ าการเกดิ ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (Sulfidogenic reactions) : 2.2.6 การยอ่ ยสลายสภาพแวดล้อมตา่ งๆ ทม่ี ผี ลต่อการผลิตก๊าซชีวภาพ วิรัตน์ (2538) ไดอ้ ธบิ ายการย่อยสลายสารอินทรีย์และการผลิตกา๊ ซมปี จั จัยต่าง ๆ ดงั ตอ่ ไปนี้ ระยะเวลาการกักเก็บสารอินทรีย์ในถังหมัก (Retention time) ระยะเวลาในการกักเก็บ สารอินทรีย์ในถังหมักขึ้นอยู่กับปริมาณ และประเภทของสารอินทรีย์ที่เติมเข้าไปซึ่งมีลักษณะและ คณุ สมบัตทิ แ่ี ตกตา่ งกันไป รวมถึงรปู แบบของระบบ/ถงั หมัก หากระยะเวลาในการกักเก็บสั้นไปก็จะไม่ พอสาหรับแบคทีเรียท่ีจะผลิตก๊าซชีวภาพ นอกจากน้ีแบคทีเรียยังจะถูกถ่ายออกจากระบบเร็วเกินไป ส่งผลให้จานวนแบคทีเรียลดลงไป ทาให้แบคทีเรียที่เหลืออยู่ทาการย่อยไม่ทันและอาจทาให้ค่า pH ในถังหมักลดลงข้ึน ขณะเดียวกัน การที่ระยะเวลากักเก็บนานเกินไปจะทาให้เกิดตะกอนของ สารอินทรีย์ท่ีแบคทีเรียย่อยสลายแล้วสะสมอยู่ทาให้ถังหมักมีขนาดใหญ่โดยไม่จาเป็น ระยะเวลาใน การกักเก็บส่วนใหญ่จะประมาณ 14 - 60 วัน ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ คือ ค่า TSC อุณหภูมิขนาดและ ประเภทของ Digester และปริมาณสารอินทรีย์ท่ีเติม ระยะเวลาในการกักเก็บนั้นเป็นตัวบ่งช้ีว่า แบคทีเรียจะมีชีวิตได้นานเท่าไหร่โดยไม่มีการเติมอาหาร เนื่องจากระยะเวลาการกักเก็บน้ันหมายถึง

P a g e | 2-13 ระยะเวลาท่ีแบคทีเรียต้องการเพื่อยอ่ ยอาหารให้หมด ดงั นั้นเม่อื ไหร่ก็ตามท่ีแบคทีเรียยังย่อยอาหารไม่ หมดก็หมายความว่าแบคทีเรยี จะยังไมต่ ายจากการขาดอาหาร ถังหมักที่ออกแบบสาหรับเติมสารอินทรีย์ High solid จะต้องใช้พลังงานมากกว่าในการสูบน้า ตะกอน (Slurry) แต่เนื่องจากในระบบ High solid ความเข้มข้นของน้าในถังหมักสูงกว่า พ้ืนที่ที่ใช้ก็ จะน้อยกวา่ ในทางกลบั กัน ถังหมัก Low solid สามารถใช้เครอ่ื งสูบน้าทั่วไปที่ใช้พลังงานน้อยกว่าสูบ น้าตะกอน แต่ก็ต้องใช้พ้ืนที่มากกว่าเน่ืองจากปริมาตรต่อสารอินทรีย์ที่เติมเข้าไปสูงขึ้น กระน้ันก็ดี การทน่ี า้ ตะกอนมคี วามใสกว่ากท็ าให้การหมุนเวียนและกระจายตัวของของแบคทีเรียและสารอินทรีย์ ดีขึ้นและการที่แบคทีเรียสามารถสัมผัสสารอินทรีย์อย่างทั่วถึงก็ช่วยให้การย่อยและการผลิตก๊าซเร็ว ขน้ึ การคลกุ เคลา้ (Mixing) การคลกุ เคล้าตะกอน น้า และ สารอินทรีย์ เป็นส่วนท่ีสาคัญอีกส่วนเพราะ จะทาให้แบคทีเรียสัมผัสกับสารอินทรีย์ได้อย่างท่ัวถึง ทาให้แบคทีเรียทางานได้อย่างมีประสิทธิภาพ มากข้ึนส่งผลให้การเกิดก๊าซเร็วข้ึนและมากข้ึนนอกจากน้ียังป้องกันการตกตะกอนและตะกอนลอย (Scum) ซ่ึงตะกอนอาจจะไปอุดช่องทางสาหรับระบายของเหลวจากถังสารอาหาร (Nutrient) สารอาหารทแ่ี บคทีเรยี ตอ้ งการเพ่ือการเจรญิ เติบโต นอกเหนอื ไปจากคาร์บอนและไฮโดรดเจนแล้ว ยัง มีไนโตรเจน ซัลเฟอร์ ฟอสฟอรัส โปแตสเซียม แคลเซียม นอกจากนี้ก็มีธาตุที่จาเป็นในปริมาณน้อย มากๆ เช่น เหล็ก แมงกานีส ลิบดินัม สังกะสี โคบอลต์ ซิลิเนียม ทังเสตน และนิเกิล เป็นต้น แต่ขยะ อนิ ทรีย์โดยท่ัวไปจะมีธาตุอาหารเหลา่ นใ้ี นระดบั ทสี่ มดุลพอเพยี ง เพราะฉะนัน้ ในการหมักจึงไม่จาเป็น ต้องเติมสารอาหารใดๆ ลงไปสารยับย้ังและสารพิษ (Inhibiting and Toxic Materials) เช่น กรด ไขมันระเหยได้ ไฮโดรเจน หรือแอมโมเนีย รวมถึงธาตุไอออน, สารพิษ, โลหะหนัก, สารทาความ สะอาดต่างๆ เช่น สบู่ น้ายาล้างต่างๆ และยาปฏิชีวนะ สามารถส่งผลยับย้ังการเจริญเติบโตและการ ผลติ ก๊าซของแบคทีเรยี ได้ธาตไุ อออนในปรมิ าณนอ้ ย เช่น โซเดียม โปแตสเซียม แคลเซียม แมกนีเซียม ซลั เฟอร์ แอมโมเนยี ม สามารถช่วยกระตุ้นการเติบโตของแบคทีเรียเช่นกัน แต่ถ้าหากปริมาณน้ันมาก ก็จะสง่ ผลเป็นพิษได้ ยกตวั อยา่ งเชน่ แอมโมเนยี ในปรมิ าณ 50-200 มิลิกรัมต่อลิตรจะเป็นผลดี ช่วยใน การเจรญิ เติบโตของแบคทีเรีย แต่เม่ือใดทค่ี วามเขม้ ขน้ ของแอมโมเนยี สูงกว่า 1,500 มิลิกรัมต่อลิตร ก็ จะเร่มิ ส่งผลเสยี ในทางเดียวกัน โลหะหนักบางประเภท เช่น ทองแดง นิเกิล โครเมียม สังกะสี ตะก่ัว และอ่นื ๆ ในปริมาณท่นี ้อยๆ ชว่ ยในการเจริญเตบิ โตของแบคทเี รีย แต่เม่อื ความเขม้ ข้นสงู กจ็ ะเป็นพิษ 1) ปัจจัยที่มีอิทธิพลตอ่ การผลติ แก๊สชีวภาพ การยอ่ ยสลายสารอินทรยี แ์ ละการผลติ แก๊สมปี จั จยั ต่างๆ เกีย่ วขอ้ งดังตอ่ ไปนี้ 1. อุณหภูมิ (Temperature) การย่อยสลายอินทรีย์และการผลิตก๊าซในสภาพปราศจาก ออกซิเจน สามารถเกิดข้ึนในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมากตั้งแต่ 4-60 องศาเซลเซียสขึ้นอยู่กับชนิดของ กลุ่มจุลินทรีย์อุณหภูมิมีความสาคัญต่อประสิทธิภาพของการบาบัดน้าเสียแบบไม่ใช้อากาศ อัตราการ

P a g e | 2-14 เกิดปฏิกิริยาเคมีหรือปฏิกิริยาชีวเคมีจะมีค่าสูงข้ึนเม่ือมีอุณหภูมิสูงขึ้น และอุณหภูมิที่แบคทีเรีย เจริญเติบโตได้เป็นอุณหภูมิท่ีมีผลต่อองค์ประกอบของเซลล์และกิจกรรมของเอนไซม์ภายในเซลล์ อุณหภมู ถิ ูกแบง่ เป็น 3 ช่วง คอื ก) ชว่ งไซโครฟลิ ิค (Psychrophilic) เปน็ ชว่ งอุณหภมู ทิ ่ตี า่ กว่า 20 องศาเซลเซียส ข) ชว่ งมโี ซฟลิ ิค (Mesophilic) เปน็ ช่วงอุณหภมู ริ ะหวา่ ง 20 – 45 องศาเซลเซยี ส ค) ชว่ งเทอร์โมฟิลิค (Thermophilic) เปน็ ชว่ งอุณหภูมทิ ีส่ ูงกวา่ 45 องศาเซลเซยี ส สาหรบั ระบบบาบดั น้าเสียแบบไม่ใช้อากาศจะมีช่วงอุณหภูมิท่ีเหมาะสมอยู่ 2 ช่วงท่ีทาให้ เกิดก๊าซมีเทนขึ้นในระบบได้ดี คือ ช่วง 30 – 38 องศาเซลเซียส และช่วง 48 – 57 องศาเซลเซียส อย่างไรก็ตามการเดินระบบที่ช่วงอุณหภูมิสูง มีข้อเสียที่ Thermophilic bacteria ทนทานต่อการ เปลีย่ นแปลงอุณหภูมิได้ไม่ดีเทา่ กบั Mesophilic bacteria จงึ มคี วามเสีย่ งตอ่ การล้มเหลวของระบบสูง และการเดนิ ระบบทีอ่ ุณหภมู สิ ูงยงั สิ้นเปลอื งพลงั งานในการควบคุมอุณหภูมขิ องถงั ปฏิกรณอ์ ีกด้วย 2. ความเป็นกรด-ดา่ ง (pH) ความเป็นกรด-ด่าง มคี วามสาคัญต่อการหมักมาก ช่วง pH ท่ี เหมาะสมอยใู่ นระดบั 6.6-7.5 ถ้า pH ต่าเกินไปจะเป็นอันตรายตอ่ แบคทีเรยี ท่ีสร้างก๊าซมีเทนค่าความ เป็นกรด-ด่าง เป็นปัจจัยท่ีมีความสาคัญต่อระบบบาบัดน้าเสียแบบไม่ใช้อากาศ เป็นตัวท่ีวัดค่าความ เปน็ กรดหรอื ดา่ งในระบบ สาหรับระบบบาบดั น้าเสียแบบไม่ใช้อากาศ ค่าความเป็นกรด-ด่างท่ี ซ่ึงเป็น ค่าความเป็นกรด-ด่างของระบบที่เหมาะสมต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรียกลุ่มผลิตก๊าซมีเทน ซึ่ง พบว่าแบบไม่ใช้อากาศน้ันมีการเปลี่ยนแปลงของค่าความเป็นกรด-ด่างเกิดข้ึนอยู่เป็นประจา โดย สาเหตุหลักของการเปลี่ยนแปลงค่าความเป็นกรด-ด่างภายในถังปฏิกรณ์คือ ปริมาณสารอินทรีย์ที่ ป้อนเขา้ สู่ถังปฏิกรณ์ โดยถ้ามีการป้อนสารอินทรีย์เข้าในปริมาณมากเกินไป ก็จะทาให้แบคทีเรียกลุ่ม ผลิตกรด ผลิตกรดอินทรีย์ระเหยง่ายในปริมาณมาก จนแบคทีเรียกลุ่มผลิตก๊าซมีเทนไม่สามารถใช้ได้ ทัน จึงเกิดการสะสมของกรดอินทรีย์ระเหยง่ายในระบบ ส่งผลทาให้ค่าความเป็นกรด-ด่างของระบบ ลดลงดงั นนั้ ระบบจะต้องมีความสามารถในการควบคุมการเปลี่ยนแปลงของค่าความเป็นกรด-ด่างท่ีดี เพ่ือรับมือกับกรดอินทรีย์ระเหยง่ายและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่เกิดขึ้นในระบบ หากระบบมีค่า ความเป็นด่าง (Alkalinity) ที่มากพอ ก็จะสามารถป้องกันการเปล่ียนแปลงของค่าความเป็นกรด-ด่าง ในระบบได้

P a g e | 2-15 3. อัลคาลินิต้ี ( Alkalinity) ค่าอัลคาลินิต้ี หมายถึง ความสามารถในการรักษาระดับ ความเป็นกรด-ด่าง ค่าอัลคาลินิตี้ที่เหมาะสมต่อการหมักมีค่าประมาณ 1,000-5,000 มิลลิกรัม/ลิตร ในรูปของแคลเซียมคาร์บอร์เนต (CaCO3) ค่าความเป็นด่างเป็นค่าที่บอกถึงปริมาณบัพเฟอร์ (Buffering capacity) ของระบบ ซ่ึงมคี วามสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนแปลงของค่าความเป็น กรด-ด่าง และยังเป็นตัวบ่งชี้เสถียรภาพของระบบกล่าวคือถ้าระบบมีค่าความเป็นด่างสูง แสดงว่า ระบบมีปริมาณบัพเฟอร์สูง สามารถรักษาค่าความเป็นกรด-ด่างของระบบให้คงตัวอยู่ได้นาน โดยไม่ เกิดการแปรปรวนของค่าความเป็นกรด-ด่าง ได้ง่ายเม่ือมีปริมาณกรดอินทรีย์ระเหยง่ายเพิ่มขึ้นใน ระบบ โดยพบวา่ ค่าความเป็นด่างภายในระบบควรมอี ยู่ในชว่ ง 1,000 – 3,000 มลิ ลิกรัมของ CaCO3/ ลติ ร คา่ ความเปน็ ด่างทมี่ ีในระบบบาบัดน้าเสียแบบไม่ใช้อากาศไม่ควรจะต่ากว่า 1,000 มิลลิกรัมของ CaCO3/ลิตร ท่ีจะช่วยต้านทานกับการเปลี่ยนแปลงของค่าความเป็นกรด-ด่าง ดังน้ันในการควบคุม ระบบให้ทางานเปน็ ปกติ จาเป็นตอ้ งรักษาค่าความเป็นด่างไม่ให้มีค่าต่างจนเกินไป เพ่ือรักษาระดับค่า ความเปน็ กรด-ด่างในระบบบาบัด 4. สารอาหาร ( Nutrients) สารอินทรีย์ซ่ึงมีความเหมาะสมสาหรับการเจริญเติบโตของ จุลินทรีย์ มีรายงานการศึกษาพบว่า มีสารอาหารในสัดส่วน C:N และ C:P ในอัตรา 25:1 และ 20:1 ตามลาดับอัตราภาระการรับสารอินทรีย์ มีหน่วยเป็นน้าหนักของซีโอดีท่ีอยู่ในน้าป้อนเข้าสู่ระบบต่อ ปริมาตรของบ่อต่อวัน (kg COD/m3.วัน) อัตราภาระการรับสารอินทรีย์มีความสัมพันธ์กับอัตราการ ไหลของน้าเข้าสรู่ ะบบ (Feeding rate) ซ่ึงเปน็ ปจั จัยท่ีสาคญั ทสี่ ุดในการรักษาเสถียรภาพของระบบให้ คงที่การเปลย่ี นอตั ราภาระการรับสารอินทรีย์ 5. กรดอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile fatty acids: VFA) ปริมาณกรดอินทรีย์ระเหยง่ายมี ความสาคัญในการตรวจสอบสถานะสมดุลของระบบแบบไม่ใช้อากาศ กรดอินทรีย์ระเหยง่าย ได้แก่ กรดอะซิติก กรดบิวทีริกและกรดโพรพิออนิก เป็นต้น ผลผลิตเหล่านี้เป็นสารตัวกลางส่วนใหญ่ท่ี เกิดขึ้นในกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ในสภาวะไม่ใช้อากาศของแบคทีเรียกลุ่มผลิตกรด หาก พบว่าปริมาณกรดอินทรีย์ระเหยง่ายมีมากขึ้น มักเป็นสัญญาณเตือนถึงความล้มเหลวของระบบ ใน ระบบท่ีมีการสะสมของกรดอินทรีย์ระเหยง่ายในปริมาณมาก (> 2,000 มิลลิกรัมของกรดอะซิติก/ ลิตร) ช่วงแรกจะทาให้ค่าความเป็นด่างของระบบลดลง และถ้ายังไม่มีการกาจัดปริมาณกรดอินทรีย์ ระเหยงา่ ยใหน้ อ้ ยลง ต่อมาคา่ ความเป็นกรด-ด่างของระบบก็จะลดต่าลง และถ้าค่าความเป็นกรด-ด่าง มคี า่ ตา่ กว่า 6.5 จะเป็นอนั ตรายตอ่ แบคทีเรียกลุ่มผลิตก๊าซมีเทน หากยังไม่ได้ทาการแก้ไขปล่อยให้ค่า

P a g e | 2-16 ความเป็นกรด-ด่างลดต่าลงถึง 4.5 – 5.0 ก็จะทาให้ระบบเสียสมดุลเป็นผลให้ระบบล้มเหลวได้ ใน สภาวะปกตปิ ริมาณกรดอินทรีย์ระเหยง่ายภายในถังปฏิกรณ์ไม่ควรเกิน 2,000 มิลลิกรัมของกรดอะซิ ตกิ /ลิตร และวิธกี ารควบคมุ ระบบท่ดี ีท่สี ุดควรใหม้ คี ่าสดั ส่วนระหวา่ งปรมิ าณกรดอินทรยี ์ระเหยง่ายต่อ ค่าความเปน็ ดา่ งไม่ควรเกิน 0.3 – 0.4 วิธกี ารแกไ้ ขให้ระบบกลบั สู่สภาพสมดุล อาจทาได้ดงั นี้ - ตรวจสอบที่มาของการปอ้ นสารอินทรียท์ ่มี ากเกิน - การแก้ไขอาจเป็นการลดการป้อนสารอินทรีย์เข้าระบบ และควรมีบ่อเก็บน้าเสีย สารอง - กรณฉี ุกเฉนิ ถา้ ต้องการควบคุมค่าความเปน็ กรด-ดา่ งให้เหมาะสมกับระบบ อาจจะ ใช้วิธีการเติมสารเคมี เช่น โซเดียมไบคาร์บอเนต (NaHCO3) โซเดียม ไฮดรอกไซด์ (NaOH) หรือโซเดียมคาร์บอเนต (Na2CO3) เป็นต้น ไม่ควรใช้ปูนขาว Ca(OH)2 เนือ่ งจากอาจจะทาให้เกิดการอดุ ตันในระบบได้ 6. สารยับย้ังและสารพิษ ( Inhibiting and Toxic Materials) เช่น กรดไขมันระเหยได้ ไฮโดรเจน หรือแอมโมเนีย สามารถทาให้ขบวนการ ยอ่ ยสลาย ในสภาพไรอ้ อกซเิ จนหยดุ ชะงกั ได้ 7. สารอินทรีย์และลักษณะของสารอินทรีย์สาหรับขบวนการย่อยสลายซึ่งมีความ แตกตา่ งกนั ไปขึน้ อย่กู บั ปจั จัยต่าง ๆ 2.3 คณุ สมบัติของก๊าซชีวภาพ ก๊าซชีวภาพประกอบด้วย CH4 และ CO2 เป็นหลัก โดยมี CH4 ประมาณ 60-80%, CO2 ประมาณ 20-40% และ H2S 1% เนื่องจาก CO2 เป็นก๊าซท่ีไม่ติดไฟ ฉะนั้นในการติดไฟจึงข้ึนอยู่กับ CH4 กา๊ ซชีวภาพมีน้าหนักเบากว่าอากาศ (Air) และมีความดันต่า อีกทั้งยังเปลี่ยนสภาพเป็นของเหลว ได้ยาก โดยความดันท่ีทาให้ก๊าซชีวภาพกลายเป็นของเหลวหรือเปลี่ยนสถานะได้จะอยู่ท่ี 200-300 bar และอณุ หภมู กิ ลน่ั ตวั เป็นของเหลวจะอยู่ท่ี –1,610 C นอกจากนี้ยังมีคณุ สมบตั อิ ื่น ดงั นี้ 1. คา่ ความรอ้ น กา๊ ซชวี ภาพมีคา่ ความรอ้ น 23,400 kJ/m3 ทส่ี ภาวะปกติ (Normal Temperature And Pressure; NTP) คือ ที่สภาวะ 0 C และ 1.013 bar ตามลาดับ โดยค่าความร้อนของก๊าซชีวภาพข้ึนอยู่กับ ปริมาณ CH4 และความหนาแน่นของก๊าซ ดังนั้นก๊าซ ชีวภาพให้ค่าความร้อน (Calorific value) เฉล่ียประมาณ 23 MJ/m3 จะให้อุณหภูมิของเปลวไฟ (Temperature of the Flame) 870 C

P a g e | 2-17 2. ความหนาแน่น ก๊าซชีวภาพมีความหนาแน่นประมาณ 1.2 kg/m3 (CH4 60%) ท่ี สภาวะมาตรฐานโดยคา่ ความหนาแน่นของกา๊ ซชีวภาพข้ึนอยู่กับความดนั และอณุ หภูมิ 3. การลุกไหม้ ก๊าซชีวภาพลุกไหม้ท่อี ุณหภูมิ 650 - 750 C เมอื่ ปริมาตรของก๊าซชีวภาพ ผสมในอากาศ 9 - 23% (โดยเฉลย่ี 15%) ที่สภาวะปกติ 4. ความต้านทานการน๊อค (Research Octane Number, RON) กา๊ ซชีวภาพมคี ่าความ ต้านทานการน๊อคสูงมากถึงประมาณ 130 จึงเหมาะแก่การนาไปใช้เป็นเชื้อเพลิงสาหรับเคร่ืองยนต์ สันดาปภายใน เนื่องจากเชื้อเพลิงที่มีค่าความต้านทานการน๊อคสูงจะเป็นการป้องกันการจุดระเบิด ก่อนเวลาอนั เหมาะสมหรือเรียกว่า “การชงิ จุด” ในขณะเครื่องยนตท์ างานได้เปน็ อยา่ งดี ตารางที่ 2.2 แสดงองคป์ ระกอบของกา๊ ซชีวภาพ มีเทนเป็นก๊าซทใี่ ห้พลังงานหลัก ส่วนออกซิเจนและไนโตรเจนนั้น อาจจะเกิดขึ้นได้ในกรณีท่ีมี การเติมอากาศในท่อเพ่ือกาจัดไฮโดรเจนซัลไฟด์ ขณะท่ีไฮโดรเจนซัลไฟด์น้ัน แม้จะให้พลังงานแต่ก็มี ผลเสียต่อระบบการใช้งาน เพราะเม่อื ไฮโดรเจนซัลไฟด์รวมกบั น้าหรือความช้ืนก็จะมีฤทธ์ิเป็นกรด เกิด การกัดกร่อนอุปกรณ์ได้นอกจากนั้น ความช้ืนยังทาให้เกิดคราบตะกรั่น เมือกหรือตะกอนจุลินทรีย์ที่ อุปกรณ์ต่างๆ เชน่ Safety Valve ซ่งึ มผี ลต่อระบบความปลอดภัยของเคร่ืองจักรก๊าซชีวภาพที่มาจาก ขยะชมุ ชน จะมี Trace gas เชน่ ไซลอกเซน เจอื ปนอยู่บา้ ง ซึ่งไซลอกเซน ก็จะทาให้เกิดคราบตะกรั่น ซิลิกอน และเกิดการกัดกร่อนในเคร่ืองจักร เช่น ที่ลูกสูบของเคร่ืองยนต์ผลิตกระแสไฟฟ้า ทาให้ เครอื่ งจักรเกดิ ความเสียหาย และเปน็ อนั ตรายตอ่ การใช้งาน สมบัติของกา๊ ซแตล่ ะชนดิ ในก๊าซชีวภาพ

P a g e | 2-18 ตารางที่ 2.3 แสดงสมบัตขิ องก๊าซบางชนิดในกา๊ ซชีวภาพ

P a g e | 2-19 ในการระบุถึงสถานะของสารต่างๆ จะต้องระบุจากสมบัติที่วัดได้ เช่น ความดัน อุณหภูมิ ปรมิ าตรตอ่ โมล ซ่ึงสมบตั ิดังกลา่ วมคี วามสมั พันธ์กนั สมการท่แี สดงความสมั พันธร์ ะหว่างสมบัติเหล่านี เรียกวา่ สมการสถานะ 1. ก๊าซเม่ืออยู่ในสถานะท่ีความดันต่า (น้อยกว่า 4 บาร์สมบูรณ์) และอุณหภูมิสูงกว่า อุณหภมู ิวิกฤติโมเลกุลของก๊าซไมเ่ กิดแรงดึงดดู หรอื แรงผลักระหว่างกัน พฤติกรรมของก๊าซจะเป็นก๊าซ อุดมคติ (Ideal gas) ซ่งึ ความสัมพันธด์ ังกลา่ ว ถ้าเปน็ ก๊าซอดุ มคติ จะสามารถเขยี นไดด้ ังสมการ PV  nRT แตถ่ า้ ก๊าซในระบบมีความดนั สงู มาก และอุณหภมู ิต่ากว่าอุณหภูมิวิกฤติ ก๊าซจะมีพฤติกรรม ท่ีเป็นก๊าซจริง (Real gas) ซึ่งเราสามารถจัดรูปสมการสถานะให้คล้ายกับสมการสถานะของก๊าซอุดม คติ โดยจะมีคา่ แฟกเตอรก์ ารอดั ได้ (Compressibility factor, Z) มาคณู PV  ZRT แต่ในท่ีนี สภาวะการใช้งานของก๊าซชีวภาพในระบบผลิตก๊าซชีวภาพอยู่ในสภาวะความดัน ไม่เกิน 50 กิโลพาสคาล เกจ (500 มิลลิบาร์เกจ) ดังน้ันสามารถที่จะใช้สมการก๊าซอุดมคติ (Ideal gas) หรือ Z=1 มาอธิบายพฤตกิ รรมของกา๊ ซชีวภาพได้ 2. ค่าแฟกเตอร์การอัดได้ (Compressibility factor, Z) คา่ แฟกเตอรก์ ารอัดได้ (Z) จะบ่งบอกถึงการเบ่ียงเบนของพฤตกิ รรมของกา๊ ซจากสภาพของ ก๊าซอุดมคติ ถ้าคา่ Z ของก๊าซทส่ี ภาวะใดๆ มคี ่าเป็น 1 หมายถึง กา๊ ซจะมีพฤติกรรมตามกฎของก๊าซ อุดมคติ โดยทั่วไปค่า Zจะเพ่ิมข้ึนเมื่อความดนั สูงขนึ้ และอุณหภูมิลดลง ขณะทถี่ ้าความดันต่าลงกจ็ ะ ทาให้คา่ Z มคี ่าน้อยกว่า 1 และย่งิ ก๊าซอยใู่ นสภาวะใกล้จุดวิกฤตของก๊าซน้ันๆ ก็จะมคี ่า Z เบย่ี งเบน ออกไป โดยค่า Z จะมีความสัมพันธ์กบั คา่ ความดนั ลดส่วน (Reduced pressure, Pr ) และอณุ หภูมิ ลดส่วน (Reduced temperature, Tr ) Pr  P Pc Tr  T Tc

P a g e | 2-20 เม่ือ P คือ ความดัน T คอื อุณหภูมิของก๊าซในสภาวะนั้นๆ Pc คอื ความดันวกิ ฤต Tc คือ อณุ หภมู ิวกิ ฤตของก๊าซนั้นๆ รปู ที่ 2.4 ตวั อยา่ งความสัมพันธ์ระหว่างค่าแฟกเตอร์การอัดได้ (สาหรบั กา๊ ซบรสิ ทุ ธ์)ิ 3. ความเรว็ เปลวไฟ (Flame velocity) ความเรว็ เปลวไฟ คือ ความเรว็ ของโซนเปลวไฟจากการเผาไหม้ท่ีลุกลามเทียบกับความเร็วในการไหล ของส่วนผสมเช้ือเพลงิ ความเรว็ เปลวไฟเปน็ ตัวแปรทส่ี าคัญในการออกแบบระบบจุดระเบิดในห้องเผา ไหม้ของเครอ่ื งยนต์ การเผาไหม้ที่หัวเผาในห้องเผาไหม้ของหม้อน้าหรือหม้อน้ามันร้อน และ อุปกรณ์ ด้านความปลอดภัยต่างๆ ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วเปลวไฟ (Laminar-burning velocity) กับ ความเข้มขน้ ของมเี ทนในกา๊ ซชีวภาพ ดังแสดงตามกราฟ

P a g e | 2-21 รูปท่ี 2.5 กราฟแสดงผลของ CO2 ที่มีต่อความเรว็ เปลวไฟของการเผาไหม้มีเทนกับอากาศ ที่ความดนั 1 บาร์สมบูรณ์ อุณหภมู ิ 298 เคลวิน เส้นกราฟแต่ละเส้น คือ ก๊าซชีวภาพท่ีมีเปอร์เซ็นต์ของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ต่างๆ แกน แนวต้ังเป็นความเร็วของการเผาไหม้ แกนแนวนอนเป็นค่า Equivalence ratio คือ อัตราส่วนของ เช้ือเพลิงต่ออากาศที่ใช้เผาไหม้จริงเทียบกับเชื้อเพลิงต่ออากาศท่ีใช้เผาไหม้ทางทษฎี จะเห็นว่า ความเร็วเปลวไฟมีความสัมพันธ์กับความเข้มข้นของมีเทนด้วย โดยที่ความเร็วเปลวไฟจะลดลงเม่ือ ความเข้มข้นของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์สูงข้ึน ดังนั้นในทางปฏิบัติของการใช้งานก๊าซชีวภาพ เมื่อ ความเข้มข้นของมีเทนลดลง ซึ่งจะเป็นสัดส่วนกบั การเพิ่มข้ึนของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ จะส่งผลต่อ เสถียรภาพของเปลวไฟและการเผาไหม้ กรณีท่ีความเข้มข้นของมีเทนลดลง จนความเร็วเปลวไฟ ใกล้เคยี ง หรือต่ากว่าความเร็วของส่วนผสม เปลวไฟก็จะลอยหรือหลุดดับจากหัวเผาได้ การปรับปรุง และควบคุมคุณภาพก๊าซชีวภาพให้มีเทนมีความเข้มข้นสูงและสม่าเสมอและมีการตรวจวัดความ เข้มข้นของมีเทนเป็นประจา จึงจาเป็นสาหรับการควบคุมการเผาไหม้ เพ่ือน้ามาใช้ในการปรับแต่งให้ การเผาไหม้เกิดข้ึนอย่างสมบูรณ์และมีเสถียรภาพ อันส่งผลต่อความปลอดภัยโดยตรง สาหรับค่า ความเรว็ เปลวไฟ

P a g e | 2-22 ตารางที่ 2.4 แสดงผลของคาร์บอนไดออกไซด์ในกา๊ ซชีวภาพต่อความเรว็ เปลวไฟ 100:0 80: 20 CH4 : CO2 50 : 50 40 : 60 38.00 12.80 67 : 33 ความเร็วเปลว 31.50 26.00 18.00 ไฟ(เซนติเมตร/ วนิ าท)ี 4. ขีดจากัดการตดิ ไฟ (Flammability limit) หรอื ขีดจากัดการระเบิด (Explosive limit) ขีดจากัดการติดไฟ หรือ ขีดจากัดการระเบิด หมายถึง ความเข้มข้นของเชื้อเพลิงในอากาศ ที่ติดไฟหรอื ระเบิดได้ ซึ่งจะอยู่ระหว่างความเข้มข้นต่าสุดของเชื้อเพลิงในอากาศท่ีติดไฟหรือระเบิดได้ (Lower Flammability Limit; LFL หรือ Lower Explosive Limit, LEL) กับความเข้มข้นสูงสุดของ เช้ือเพลิงในอากาศที่ติดไฟหรือระเบิดได้ (Upper Flammability Limit; UFL หรือ Upper Explosive Limit, UEL) สาหรับก๊าซมีเทน LFL หรือ LEL กศบ UFL หรือ UELจะอยู่ระหว่าง 5-15 % ( v/v) สาหรับก๊าซเช้ือเพลิงผสม เช่น ก๊าซชีวภาพน้ัน ขีดจากัดการติดไฟจะเป็นตัวแปรปัจจัย สาคัญ เน่ืองจากความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในก๊าซชีวภาพจะมีผลต่อขีดจากัดการติดไฟ ความสัมพันธข์ องขีดจากัดการตดิ ไฟ กบั ความเข้มข้นของก๊าซมีเทนแสดงตามกราฟรูป จากกราฟแกน แนวนอนเปน็ ความเขม้ ขน้ ของมีเทน ในก๊าซชีวภาพ และแกนแนวต้ังเป็นเปอร์เซ็นต์ของก๊าซชีวภาพใน ส่วนผสมกับอากาศ ซ่ึงจะเห็นว่า มีเทนบริสุทธิ์ขีดจากัดการระเบิดอยู่ในช่วง 5-15% ในส่วนผสมกับ อากาศ เม่ือมีกา๊ ซคารบ์ อนไดออกไซด์มากขึ้น ขดี จากัดการระเบดิ จะสูงขนึ้ รปู ท่ี 2.6 ความสัมพันธ์ของขดี จากัดการระเบิดกบั ความเข้มขน้ ของมเี ทน

P a g e | 2-23 5. การจดุ ตดิ ไฟอัตโนมัติ (Auto Ignition) การที่ก๊าซเชื้อเพลิงจะเกิดการติดไฟได้นั้นจะต้องมีองค์ประกอบร่วม 3 อย่าง คือ ก๊าซ เช้ือเพลิงอากาศ (หมายถึง ออกซิเจน) และแหล่งจุดติดไฟ (Ignition source) ในกรณีถ้ามีสภาวะที่ กา๊ ซเช้ือเพลงิ และอากาศผสมกันในระดับท่ีสามารถติดไฟได้ และอุณหภูมิบริเวนน้ันสูงถึง อุณหภูมิจุด ตดิ ไฟอตั โนมัติ (Auto Ignition Temperature) ของก๊าซ จะทาใหส้ ามารถเกิดการติดไฟไดเ้ อง 6. อุณหภมู ิเปลวไฟ (Flame temperature) อุณหภูมิเปลวไฟเป็นตัวแปรสาคัญท่ีจะช้ีให้เห็นถึงประสิทธิภาพของระบบเผาไหม้ และ คุณภาพด้านการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงซ่ึงจะมีอิทธิพลต่อความสามารถด้านการถ่ายเทความร้อนและ คณุ ภาพไอเสีย อุณหภูมิ เปลวไฟจะเพ่ิมข้ึนเมื่อก๊าซชีวภาพมีส่วนผสมของมีเทนเพิ่มข้ึน ความสัมพันธ์ ระหว่างอณุ หภูมเิ ปลวไฟ กบั ความเขม้ ขน้ ของก๊าซชีวภาพ รปู ท่ี 2.7 ความสัมพันธ์ระหวา่ งอุณหภมู ิเปลวไฟกบั ความเข้มข้นของมเี ทนและความชื้น 7. ค่าความร้อนและการเผาไหม้ (Heating Value and Combustion) ในการใชป้ ระโยชน์จากก๊าซชีวภาพทั้งในด้านการเผาไหม้ หรือการเดินเคร่ืองยนต์ จาเป็นที่ จะต้องรู้เก่ียวกับปริมาณพลังงานทีใ่ ห้ออกมาจากการสันดาป ค่าความร้อน (Heating Value) คือ ปริมาณความร้อนที่เชื้อเพลิงให้ออกมาหลังจากการ สันดาปท่ีสมบูรณ์ ในสภาวะความดัน 1.013 บาร์สมบูรณ์ และอุณหภูมิ 15.6°C ซ่ึงค่าความร้อนน้ัน สามารถทจี่ ะระบไุ ด้ 2 รูปแบบด้วยกนั ขน้ึ อยกู่ ับสถานะของนา้ ทีเ่ กิดขน้ึ หลังการสันดาป ได้แก่ - ค่าความร้อนรวม (Gross Heating Value หรือ High Heating Value, HHV) คือ ค่า ความรอ้ นที่สถานะของน้าท่ีเกิดจากการสันดาปเป็นของเหลว

P a g e | 2-24 - ค่าความร้อนสุทธิ (Net Heating Value หรือ Lower Heating Value, LHV) คือ ค่า ความร้อนท่สี ถานะของน้าท่เี กิดจากการสันดาปเป็นไอ คา่ HHV ซ่งึ ส่วนใหญจ่ ะหาได้จากการวิเคราะห์ด้วยเครื่อง Calorimeter (ซ่ึงใน Chamber จะมีอณุ หภูมิต่า ดงั นั้นน้าจะอย่ใู นสภาวะของเหลว) ดังน้ันในการคิดถึงปริมาณความร้อนหรือพลังงานที่จะใช้งาน จึงควรที่จะใช้ค่า LHV มา คานวณ เน่ืองจากในการใช้งานจริงหลังจากก๊าซชีวภาพถูกสันดาปหรือเผาไหม้แล้ว น้าที่ได้จะอยู่ใน สภาพของไอนา้ ไมไ่ ด้อยใู่ นสภาพหยดนา้ รปู ท่ี 2.8 ความสัมพันธข์ องค่าความร้อนของกา๊ ซชีวภาพท่ี เปอร์เซน็ ต์ของก๊าซมีเทนตา่ งๆ (ท่ี 15.6 oC ความดนั 101.32 kpa) 8. ความช้ืนของกา๊ ซ เน่ืองจากก๊าซชีวภาพเป็นก๊าซท่ีอิ่มตัวด้วยน้า แต่ในการวิเคราะห์ความเข้มข้นของก๊าซชนิด ต่างๆ ด้วยเครื่องมือ จะเป็นการวัดแบบที่ไม่ได้รวมน้ๆที่ปนอยู่ในก๊าซด้วย หรือเป็นการวิเคราะห์แบบ พน้ื ฐานแห้ง (Dry basis) โดยปรมิ าณน้าท่ีเจอื ปนกับกา๊ ซสามารถทจ่ี ะระบุได้สองแบบด้วยกนั คอื ความชื้นสมบูรณ์ (Absolute Humidity) หมายถษง มวลไอของน้าท่ีมีอยู่ในก๊าซหนึงหน่วย ปริมาตรก๊าซชื้น (มก.น้า/ลบ.ม.ก๊าซ) หรืออาจจะบอกเป็น ความช้ืนจาเพาะ(Specific Humidity) ซ่ึง หมายถงึ มวลไอของนา้ ตอ่ มวลของก๊าซแห้ง 1 กก (มก.น้า/กก.ก๊าซแห้ง) ซึ่งในการคานวณ จะมีความ คลาดเคลื่อนน้อยกว่าการระบุเป็นความชื้นสมบูรณ์สามารถหาความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิกับ ความชื้นสมบรู ณ์ในก๊าซชีวภาพทอ่ี ่มิ ตวั ได้ดงั รูป

P a g e | 2-25 รปู ที่ 2.9 ความสัมพันธ์ระหว่างความชื้นจาเพาะของกา๊ ซชีวภาพ กับอุณหภูมิก๊าซชีวภาพที่ความดนั ตา่ งๆ ความช้ืนสัมพัทธ์ (Relative Humidity, %RH) คือ อัตราส่วนของความดันย่อยของไอระเหย ต่อความดนั ยอ่ ยทอ่ี มิ่ ตัวท่สี ภาวะเดยี วกัน %RH  Pwater P sat water 2.4 ชนดิ และแบบของบ่อก๊าซชีวภาพ (Biogas Plant) เมื่อองค์ประกอบต่างๆครบถ้วน เช่น มีแบคทีเรีย สารอินทรีย์ อาหารเสริม และ สิ่งแวดล้อมอื่นๆที่เหมาะสมแต่ไม่มีออกซิเจน กระบวนการสร้างก๊าซชีวภาพ ก็สามารถเกิดได้ตาม ธรรมชาติทันที ดังน้ันในธรรมชาตินั้นการเกิดก๊าซชีวภาพน้ันเกิดในบ่อที่มีการหมัก ในก้นแม่น้า ทะเลสาบ ลาไส้คนและวัว ไร่นาข้าวท่ีมีน้าท่วมขัง ในเปลือกไม้ท่ีอับช้ืน ใต้ท้องทะเลลึก เป็นต้น อย่างไรก็ตามการเกิดในสภาวะท่ีกล่าวมาแล้วข้ันต้นน้ันเป็นกระบวนการที่เกิดในธรรมชาติ ซ่ึงอัตรา การสร้างกา๊ ซชวี ภาพจะเร็วหรอื ช้านัน้ ถกู กาหนดโดยธรรมชาติ แตใ่ นเชิงวิศวกรรมแล้ว วิศวกรจะสร้าง ระบบข้ึนมาเพ่ือควบคุมสิ่งแวดล้อมต่างๆให้เหมาะสม ให้แบคทีเรียสามารถทางานได้รวดเร็ว ตามท่ี ต้องการ หรืออีกนัยหนึ่งคือ วิศวกรท่ีออกแบบระบบผลิตก๊าซชีวภาพคือ ผู้ท่ีเข้าใจธรรมชาติของ สารอินทรีย์ และสภาวะการทางานที่เหมาะสมของแบกทีเรียกลุ่มไม่ชอบออกซิเจน และทาการสร้าง

P a g e | 2-26 สภาวะดังกล่าว เพ่ือเอาใจแบคทีเรียให้สามารถทางานได้ ตามท่ีมนุษย์ต้องการ ประเภทของระบบ ผลติ ก๊าซชีวภาพทนี่ ยิ มใช้ (ดรู ูปประกอบ) ไดแ้ ก่  ระบบบ่อไรอ้ ากาศ (Anaerobic Ponds) ซ่งึ เปน็ บอ่ ทีน่ ยิ มใชใ้ นโรงงานอุตสาหกรรมเนื่องจากค่าใช้จา่ ยถูกสดุ แต่มขี ้อเสียคอื เกดิ กลิน่ เหม็นรบกวน และใช้พ้ืนทม่ี าก  ระบบบ่อไรอ้ ากาศแบบคลมุ บ่อ (Anaerobic Covered Lagoons) เป็นระบบที่ ดดั แปลงมาจากระบบบ่อไรอ้ ากาศ โดยมีการคลุมคลุมบ่อเพ่ือเกบ็ กา๊ ซชีวภาพที่ เกดิ ขน้ึ และนาไปใช้ประโยชน์ ขอ้ ดีของระบบน้คี ือ ไม่มีกลิ่นเหม็นรบกวนและ สามารถใช้ประโยชนจ์ ากก๊าซชวี ภาพได้  ระบบกวนสมบรู ณ์ (CSTR) โดยทัว่ ไปมกั เปน็ ถังเหลก็ หรือถังคอนกรีตเสริมเหล็ก ภายในถังมีการกวนผสมนา้ อยา่ งทวั่ ถึงเพื่อให้สารอาหารสมั ผสั กบั แบททีเรียอย่างเต็มที่ แต่ข้อเสยี คือ นา้ ท้งิ ที่ ไหลออกจากถังจะมแี บททีเรีย ปนออกไปดว้ ย ทาให้ความสามารถของระบบต่าลง  ระบบแอนแอโรบคิ คอนแทค (Anaerobic Contact) ระบบนี้เป็นระบบที่พฒั นาจากระบบกวนสมบรู ณ์ คือมกี ารนานา้ ทไ่ี หลออกจาก ระบบกวนสมบรู ณ์ไปแยกตะกอนออกโดยใชถ้ ังตกตะกอน แลว้ สบู ตะกอนกลบั เขา้ สู่ ถังกวนสมบรู ณเ์ พื่อทาหนา้ ทีผ่ ลิตกา๊ ซชีวภาพต่อไป  ระบบถังกรองไรอ้ ากาศ (Anaerobic Filter) ระบบนจ้ี ะมกี ารใส่ตัวกลางซ่งึ มกั เปน็ พลาสติก เพื่อให้แบททเี รยี ยดึ เกาะติด ไม่ไหล ออกไปจากถงั ผลิตกา๊ ซชีวภาพเมื่อนา้ ไหลออกนอกถงั ระบบนี้จะทาให้ปริมาณของ แบททีเรยี ในระบบมีมาก สามารถผลิตก๊าซชวี ภาพได้ดี  ระบบยูเอเอสบี (UASB) ระบบน้ีเป็นที่นยิ มอย่างมากทั่วโลก แบททีเรยี ในระบบจะรวมตวั จบั กันเป็นเม็ดคลา้ ย กับเม็ดแมงลกั ขนาด 0.4 – 2 มิลลิเมตร การรวมตวั ของแบททีเรยี ปริมาณมาก (ซึง่ แตล่ ะเซลมีขนาดเพียงประมาณ 0.001 มม.) ทาใหต้ ะกอนเม็ดจมตัวและสะสมใน ระบบผลิตกา๊ ซชวี ภาพได้มาก ทาใหร้ ะบบสามารถผลิตกา๊ ซชีวภาพไดด้ ี  ระบบอจี ีเอสบี (EGSB) ระบบนพ้ี ัฒนาตอ่ เน่ืองมาจากระบบยูเอเอสบี เพ่อื ใหส้ ามารถทางานไดด้ ีขน้ึ โดยเนน้ ทก่ี ารสมั ผัสและการถ่ายเทมวลสารระหว่างแบททีเรยี และสารอาหารท่ดี ีขน้ึ แต่ ระบบนี้กต็ ้องการการออกแบบและดูแลท่ีดีข้ึนเชน่ กัน

P a g e | 2-27  ระบบย่อยสลัดจ์แบบราง (Plug Flow Digester) มักนยิ มใช้ในฟารม์ หมู ซึ่งมีสารแขวนลอยสูง 2.4.1 ระบบผลิตก๊าซชวี ภาพจากบก่ ๊าซชนิดต่างๆ เมื่อองค์ประกอบต่างๆครบถ้วน เช่น มีแบททีเรีย สารอินทรีย์ อาหารเสริม และส่ิงแวดล้อม อ่ืนๆท่ีเหมาะสมแต่ไม่มีออกซิเจน กระบวนการสร้างก๊าซชีวภาพ ก็สามารถเกิดได้ตามธรรมชาติทันที ดังนั้นในธรรมชาตินั้นการเกิดก๊าซชีวภาพนั้นเกิดในบ่อที่มีการหมัก ในก้นแม่น้า ทะเลสาบ ลาไส้คน และวัว ไร่นาข้าวท่ีมีน้าท่วมขัง ในเปลือกไม้ท่ีอับชื้น ใต้ท้องทะเลลึก เป็นต้น อย่างไรก็ตามการเกิดใน สภาวะท่ีกล่าวมาแล้วขั้นต้นน้ันเป็นกระบวนการท่ีเกิดในธรรมชาติ ซึ่งอัตราการสร้างก๊าซชีวภาพจะ เร็วหรือช้านน้ั ถูกกาหนดโดยธรรมชาติ แตใ่ นเชงิ วศิ วกรรมแล้ว วศิ วกรจะสร้างระบบข้ึนมาเพื่อควบคุม ส่ิงแวดล้อมต่างๆให้เหมาะสม ให้แบททีเรียสามารถทางานได้รวดเร็ว ตามท่ีต้องการ หรืออีกนัยหนึ่ง คือ วิศวกรที่ออกแบบระบบผลิตก๊าซชีวภาพคือ ผู้ท่ีเข้าใจธรรมชาติของสารอินทรีย์ และสภาวะการ ทางานที่เหมาะสมของแบกทีเรียกลุ่มไม่ชอบออกซิเจน และทาการสร้างสภาวะดังกล่าว เพ่ือเอาใจ แบททีเรียให้สามารถทางานได้ ตามที่มนุษย์ต้องการ ประเภทของระบบผลิตก๊าซชีวภาพที่นิยมใช้ ไดแ้ ก่  ระบบบ่อไร้อากาศ (Anaerobic Ponds) ซึ่งเป็นบ่อท่ีนิยมใช้ในโรงงานอุตสาหกรรม เนอื่ งจากคา่ ใชจ้ ่ายถูกสุด แต่มีขอ้ เสยี คอื เกดิ กลิน่ เหมน็ รบกวน และใชพ้ ื้นทมี่ าก รูปที่ 2.10 ระบบบ่อไรอ้ ากาศ (Anaerobic Ponds)  ระบบบ่อไร้อากาศแบบคลุมบ่อ (Anaerobic Covered Lagoons) เป็นระบบท่ี ดัดแปลงมาจากระบบบ่อไร้อากาศ โดยมีการคลุมคลุมบ่อเพ่ือเก็บก๊าซชีวภาพที่ เกิดขึ้นและนาไปใช้ประโยชน์ ข้อดีของระบบนี้คือ ไม่มีกล่ินเหม็นรบกวนและ สามารถใช้ประโยชน์จากกา๊ ซชวี ภาพได้

P a g e | 2-28 รปู ที่ 2.11 ระบบบอ่ ไรอ้ ากาศแบบคลมุ บ่อ (Anaerobic Covered Lagoons)  ระบบกวนสมบูรณ์ (CSTR) โดยทั่วไปมักเป็นถังเหล็กหรือถังคอนกรีตเสริมเหล็ก ภายในถังมีการกวนผสมน้าอย่างท่ัวถึงเพื่อให้สารอาหารสัมผัสกับแบททีเรียอย่าง เต็มท่ี แต่ข้อเสียคือ น้าทิ้งที่ไหลออกจากถังจะมีแบททีเรีย ปนออกไปด้วย ทาให้ ความสามารถของระบบตา่ ลง รูปท่ี 2.12 ระบบกวนสมบรู ณ์ (CSTR)

P a g e | 2-29  ระบบแอนแอโรบิคคอนแทค (Anaerobic Contact) ระบบน้ีเป็นระบบท่ีพัฒนาจาก ระบบกวนสมบูรณ์ คือมีการนาน้าที่ไหลออกจากระบบกวนสมบูรณ์ไปแยกตะกอน ออกโดยใช้ถังตกตะกอน แล้วสูบตะกอนกลับเข้าสู่ถังกวนสมบูรณ์เพ่ือทาหน้าที่ผลิต กา๊ ซชีวภาพต่อไป รูปที่ 2.13 ระบบแอนแอโรบิคคอนแทค (Anaerobic Contact)  ระบบถังกรองไร้อากาศ (Anaerobic Filter) ระบบน้ีจะมีการใส่ตัวกลางซ่ึงมักเป็น พลาสติก เพ่ือให้แบททีเรียยึดเกาะติด ไม่ไหลออกไปจากถังผลิตก๊าซชีวภาพเมื่อน้า ไหลออกนอกถัง ระบบน้ีจะทาให้ปริมาณของแบททีเรียในระบบมีมาก สามารถผลิต กา๊ ซชวี ภาพไดด้ ี รูปท่ี 2.14 ระบบถงั กรองไร้อากาศ (Anaerobic Filter)

P a g e | 2-30  ระบบยูเอเอสบี (UASB) ระบบน้ีเป็นท่ีนิยมอย่างมากทั่วโลก แบททีเรียในระบบจะ รวมตัวจับกนั เป็นเม็ดคล้ายกบั เมด็ แมงลกั ขนาด 0.4 – 2 มิลลิเมตร การรวมตัวของ แบททีเรียปริมาณมาก (ซ่ึงแต่ละเซลมีขนาดเพียงประมาณ 0.001 มม.) ทาให้ ตะกอนเม็ดจมตัวและสะสมในระบบผลิตก๊าซชีวภาพได้มาก ทาให้ระบบสามารถ ผลิตกา๊ ซชวี ภาพไดด้ ี รูปที่ 2.15 ระบบยเู อเอสบี (UASB)  ระบบอีจีเอสบี (EGSB) ระบบน้ีพัฒนาต่อเน่ืองมาจากระบบยูเอเอสบี เพ่ือให้ สามารถทางานได้ดีขึ้น โดยเน้นท่ีการสัมผัสและการถ่ายเทมวลสารระหว่างแบท ทเี รียและสารอาหารทด่ี ขี ้นึ แตร่ ะบบนี้กต็ ้องการการออกแบบและดแู ลทดี่ ีขึ้นเช่นกัน

P a g e | 2-31 รปู ท่ี 2.16 ระบบอีจีเอสบี (EGSB)  ระบบยอ่ ยสลัดจ์แบบราง (Plug Flow Digester) มักนิยมใช้ในฟาร์มหมู ซ่งึ มสี าร แขวนลอยสงู รูปท่ี 2.17 ระบบย่อยสลดั จ์แบบราง (Plug Flow Digester)

P a g e | 2-32 2.4.2 ปจั จยั ท่ีมีอทิ ธพิ ลต่อการผลิตแกส๊ ชวี ภาพ การยอ่ ยสลายสารอินทรีย์และการผลติ แกส๊ มีปัจจัยตา่ งๆ เกีย่ วขอ้ งดังตอ่ ไปน้ี 1. อุณหภูมิ (Temperature) การย่อยสลายอินทรีย์และการผลิตก๊าซในสภาพปราศจาก ออกซิเจน สามารถเกิดขึ้นในช่วงอุณหภูมิท่ีกว้างมากตั้งแต่ 4-60 องศาเซลเซียสข้ึนอยู่กับชนิดของ กลมุ่ จลุ ินทรีย์ 2. ความเป็นกรด-ด่าง (pH) ความเป็นกรด-ด่าง มีความสาคัญต่อการหมักมาก ช่วง pH ท่เี หมาะสมอย่ใู นระดับ 6.6-7.5 ถ้า pH ตา่ เกินไปจะเปน็ อันตรายตอ่ แบคทีเรียที่สร้างก๊าซมเี ทน 3. อัลคาลินิตี้ ( Alkalinity) ค่าอัลคาลินิต้ี หมายถึง ความสามารถในการรักษาระดับ ความเป็นกรด-ด่าง ค่าอัลคาลินิต้ีที่เหมาะสมต่อการหมักมีค่าประมาณ 1,000-5,000 มิลลิกรัม/ลิตร ในรปู ของแคลเซยี มคารบ์ อร์เนต (CaCO3) 4. สารอาหาร ( Nutrients) สารอินทรีย์ซ่ึงมีความเหมาะสมสาหรับการเจริญเติบโตของ จุลินทรีย์ มีรายงานการศึกษาพบว่า มีสารอาหารในสัดส่วน C:N และ C:P ในอัตรา 25:1 และ 20:1 ตามลาดบั 5. สารยับยั้งและสารพิษ ( Inhibiting and Toxic Materials) เช่น กรดไขมันระเหยได้ ไฮโดรเจน หรอื แอมโมเนีย สามารถทาให้ขบวนการ ย่อยสลาย ในสภาพไรอ้ อกซเิ จนหยดุ ชะงกั ได้ 6. สารอินทรีย์และลักษณะของสารอินทรีย์สาหรับขบวนการย่อยสลายซ่ึงมีความ แตกตา่ งกนั ไปข้ึนอยู่กบั ปัจจัยต่าง ๆ 2.5 การใชป้ ระโยชน์จากก๊าซชีวภาพ ประโยชน์จากก๊าซชีวภาพพบว่ามีหลายดา้ นประกอบดว้ ย 2.5.1 ด้านพลงั งาน เมื่อพิจารณาถึงด้านเศรษฐกิจแล้ว การลงทุนผลิตก๊าซชีวภาพจะลงทุนต่ากว่าการผลิต เชื้อเพลิงชนิดอ่ืน ๆ สามารถนามาใช้ทดแทนพลังงานเช้ือเพลิงจากแหล่งอ่ืน ๆ เช่น ฟืนถ่าน น้ามัน กา๊ ซหุงต้ม และไฟฟา้ กา๊ ซชีวภาพจานวน 1 ลกู บาศกเ์ มตร สามารถนาไปใช้ได้ ดงั น้ี 1. ให้ค่าความร้อน 3,000-5,000 กิโลแคลอรี่ ความร้อนน้ีจะทาให้น้า 130 กิโลกรัม ท่ี อณุ หภูมิ 20 องศาเซลเซียส เดือดได้ 2. ใชก้ บั ตะเกยี งกา๊ ซขนาด 60-100 วัตต์ ลกุ ไหมไ้ ด้ 5-6 ช่ัวโมง 3. ผลิตกระแสไฟฟ้า 1.25 กโิ ลวตั ต์ 4. ใช้กับเครื่องยนต์ 2 แรงมา้ ไดน้ าน 1 ชวั่ โมง 5. ถ้าใชก้ ับครอบครวั ขนาด 4 คน สามารถหุงตม้ ได้ 3 ม้ือ

P a g e | 2-33 2.5.2 ดา้ นสิง่ แวดลอ้ ม ด้านปรับปรุงสภาพแวดล้อมโดยการนามูลสัตว์ ปัสสาวะและน้าล้างคอกมาหมักในบ่อ ลักษณะไร้ออกซิเจน จะชว่ ยทาให้กลนิ่ เหมน็ และแมลงวนั ในบรเิ วณนน้ั ลดลง ผลจากการหมักมูลในบ่อ หรือถุงที่ปราศจากออกซิเจนเป็นเวลานานๆ ทาให้ไข่พยาธิและเช้ือโรคในมูลสัตว์ ถูกทาลายหรือตาย ด้วย ซึ่งเป็นการทาลายแหล่งเพาะเช้ือโรคบางชนิด เช่น โรคบิด อหิวาต์และพยาธิท่ีอาจแพร่กระจาย จากมลู สตั ว์ เปน็ ต้น 2.5.3 ด้านการเกษตร การทาเป็นปุ๋ย กากที่ได้จากการหมักก๊าซชีวภาพเราสามารถนาไปใช้เป็นปุ๋ยได้ดีกว่ามูล สัตว์สด ๆ และปุ๋ยคอก ท้ังนี้เนื่องจากในขณะที่มีการหมัก จะมีการเปลี่ยนแปลงสารประกอบ ไนโตรเจนในมูลสัตว์ ทาให้พืชสามารถนาไปใช้ประโยชน์ได้ และการทาเป็นอาหารสัตว์ โดยนาส่วนท่ี เหลือจากการหมัก นาไปตากแห้ง แล้วนาไปผสมเป็นอาหารสัตว์ให้โคและสุกรกินได้ แต่ทั้งนี้มี ข้อจากัด คือ ควรใส่อยู่ระหว่าง 5-10 กิโลกรัม ต่อส่วนผสมท้ังหมด 100 กิโลกรัม จะทาให้สัตว์ เจรญิ เตบิ โตตามปกตแิ ละเป็นการลดตน้ ทนุ การผลติ อกี ดว้ ย 2.6 การออกแบบและควบคมุ ระบบผลิตกา๊ ซชีวภาพ ในการบาบัดน้าเสียโรงงานอุตสาหกรรมที่มีค่าซีโอดีปานกลางและสูงนั้น ระบบไร้อากาศ มักจะถูกเลือกใช้สาหรับการบาบัดเบื้องต้นเพื่อลดปริมาณสารอินทรีย์ในน้าเสีย ให้เหลือน้อยก่อน บาบดั ดว้ ยระบบบาบัดแบบใชอ้ ากาศ วิธนี ้ีจะเป็นการประหยัด และคุณภาพน้าท้ิงได้ตามมาตรฐานน้า ทิ้งท่ีกาหนด โดยท่ัวไปน้าทิ้งหลังบาบัดด้วยระบบไร้อากาศควรมีค่าบีโอดีอยู่ในช่วง 100 – 300 มิลลิกรมั ตอ่ ลติ ร และเมือ่ บาบัดดว้ ยระบบใชอ้ ากาศค่าบีโอดจี ะเหลือน้อยกว่า 20 มิลลกิ รัมต่อลิตร ในอดีตการเลือกใช้ระบบไร้อากาศน้ันมีวัตถุประสงค์เพ่ือการลดค่าบีโอดี และซีโอดีเป็นหลักและเน้น ระบบท่ีเสียใช้จ่ายต่าสุด ทาให้ระบบไร้อากาศที่นิยมใช้ได้แก่ ระบบบ่อหมักไร้อากาศ (anaerobic pond) แต่มีข้อเสยี คือ ใช้พน้ื ที่มาก มีกลิ่นเหม็นรบกวนและก๊าซชีวภาพไม่ได้นามาใช้ประโยชน์ ต่อมา เม่ือมีการพัฒนาระบบไร้อากาศแบบอัตราสูงขึ้น เช่น ระบบยูเอเอสบี (UASB reactor) ระบบตรึง ฟลิ ม์ ไร้อากาศ (anaerobic fixed-film reactor) ทาให้ระบบมีขนาดเล็กลงและไม่มีกลิ่นเหม็นรบกวน นอกจากนั้นก๊าซชีวภาพที่เกิดข้ึน ยังสามารถนามาใช้เป็นพลังงานทดแทนได้เมื่อมีปริมาณสารอินทรีย์ ในน้าท้ิงมากพอ ดังนั้นวัตถุประสงค์อีกข้อหนึ่งก็คือ เพ่ือการผลิตพลังงานทดแทนในรูปของก๊าซ ชีวภาพ

P a g e | 2-34 2.6.1 ความเขา้ ใจเกีย่ วกับน้าเสยี และลักษณะของสารอินทรียใ์ นน้าเสยี ในการออกแบบและควบคุมระบบน้ัน ผู้ออกแบบและผู้ควบคุมระบบจะต้องเข้าใจ ธรรมชาติของน้าเสียน้ันเสียก่อน โดยมุ่งประเด็นไปท่ีว่าแบกทีเรียจะสามารถย่อยสลายสารอินทรีย์ได้ มากนอ้ ยและยากง่ายเพียงใด โดยทั่วไปสารในน้าเสียจะแยกได้ออกเป็นสารอินทรีย์และสารอนินทรีย์ ซ่ึงอาจจะอยู่ในสถานะของ ของแข็ง คอลลอยด์ หรือ สารละลาย ส่วนสารอินทรีย์น้ันสามารถแยก ออกได้เป็น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน ซึ่งประเภท และสถานะของสารอินทรีย์น้ัน เป็นปัจจัย สาคัญต่อความยากงา่ ยในการยอ่ ยสลายของแบกทีเรีย และมีผลอย่างย่ิงต่อการออกแบบ และควบคุม ระบบ ดังน้ันผู้ออกแบบและผู้ควบคุมระบบจาเป็นต้องเข้าใจธรรมชาติของน้าเสียท่ีกาลังดูแล รับผดิ ชอบ สาหรับการรายงานผลของลักษณะน้าเสียน้ัน มักรายงานในค่าของ พีเอช บีโอดี ทีเคเอ็น ฟอสฟอรัส ซลั เฟต ความเป็นด่าง สารอินทรีย์ระเหยง่าย เป็นต้น ซ่ึงข้อมูลนี้มุ่งเน้นท่ีจะให้ผู้ออกแบบ และผู้ควบคมุ ระบบเขา้ ใจในประเดน็ ต่อไปนี้ คือ 1) สารอนิ ทรียย์ ่อยสลายยากหรอื งา่ ย เร็วหรือช้า 2) สารอาหารเสรมิ เพยี งพอหรือไม่ 3) มสี ารพิษทีอ่ าจรบกวนการทางานของแบกทเี รียหรือไม่ 4) ระบบผลิตกา๊ ซชีวภาพ มเี สถยี รภาพงา่ ยหรือยาก ความเสยี่ งสงู หรือต่า 2.6.2 เสถยี รภาพของระบบผลิตกา๊ ซชีวภาพ เม่ือฝ่ายผู้ประกอบการตัดสินใจเลือกใช้ระบบบาบัดแบบไร้อากาศแล้ วน้ันย่อมต้องการ ระบบที่มีเสถียรภาพท่ีดี คุณภาพน้าทิ้งหลังบาบัด เป็นไปตามท่ีออกแบบเอาไว้ อย่างไรก็ตาม ผู้ประกอบการบางรายอาจพบว่า ระบบบาบัดแบบไร้อากาศท่ีตนมีนั้นมีเสถียรภาพไม่ดี บางช่วงเวลา น้าท้ิงหลังบาบัดมีคุณภาพต่า(ค่าบีโอดีและซีโอดีสูง) ซ่ึงอาจสูงกว่าที่ออกแบบไว้มาก อย่างไรก็ตาม ปจั จุบันวศิ วกร นกั วทิ ยาศาสตร์และผู้ประกอบการสว่ นใหญ่ยงั ยอมรับว่า ระบบไร้อากาศซึ่งเป็นระบบ ที่ประหยัดน้ันอาจมีเสถียรภาพต่าได้ เป็นเรื่องปกติ กล่าวคือ คุณภาพน้าทิ้งหลังบาบัด จะแปรปรวน เม่ือความเข้มข้นของสารอินทรีย์ในน้าเสีย อุณหภูมิ และสภาพแวดล้อมอื่นๆท่ีเปลี่ยนแปลงไป และ อาจยอมรับว่าการที่น้าท้ิงมีค่าบีโอดีหรือซีโอดีสูงในช่วง 500 – 2,000 มิลลิกรัมต่อลิตรน้ัน เป็นเร่ือง ปกติของระบบไรอ้ ากาศ ซงึ่ ในปัจจุบนั น้ีความคดิ ดังกล่าวควรเปลี่ยนไป เน่ืองจากภายใต้การออกแบบ และควบคุมอย่างเหมาะสมน้าท้ิงหลังบาบัดจากระบบไร้อากาศ สุดท้ายควรมีค่าบีโอดีอยู่ในช่วง 100 – 300 มิลลิกรัมต่อลิตร และระบบควรมีเสถียรภาพดีกล่าวคือเม่ือสิ่งแวดล้อมของระบบเปลี่ยนไป คุณภาพของน้าทงิ้ หลังการบาบดั ไม่เปล่ยี นแปลงมากนกั และอยูใ่ นช่วงทอ่ี อกแบบไว้

P a g e | 2-35 หลักการออกแบบและควบคุมท่ีถูกต้องคือ การออกแบบ และการควบคุมให้ระบบมี คา่ คงที่ความปลอดภัย (safety factor, SF) ที่เหมาะสม โดยท่ีค่าคงที่ความปลอดภัยนั้นอาจคานวณ ได้โดยนาค่าความสามารถของระบบ (reactor capacity) มาหารด้วยค่าภาระสารอินทรีย์ (organic load) โดยที่ความสามารถของระบบน้ันขึ้นอยู่กับปริมาณ และคุณภาพของแบกทีเรียที่มีในระบบ (คานวณโดยสมการ reactor capacity = biomass * bacterial activity) และภาระสารอินทรีย์นั้น ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารอินทรีย์ และอัตราไหลน้าเสีย (คานวณโดยสมการ organic Load = flow rate * biodegradable COD concentration) สาหรับปริมาณแบกทีเรียท่ีสามารถเก็บกักไว้ ในระบบ และปริมาตรของระบบที่ต้องการน้ัน จะข้ึนอยู่กับเทคนิคที่เลือกใช้ซ่ึงอาจได้แก่ การรวมตัว กันของแบกทีเรีย จนเป็นตะกอนเม็ดแบกทีเรีย ในระบบยูเอเอสบี การตรึงฟิล์มของแบกทีเรียบน ตัวกลางในระบบตรึงฟิล์ม การใช้แผ่นเมมเบรน ในการกักเซลไว้ในระบบและการหมุนเวียนตะกอน แบกทีเรีย เป็นต้น สาหรับการควบคุมให้แบกทีเรียทางานได้อย่างมีประสิทธิภาพนั้น จาเป็นต้องเฝ้า ระวงั และคอยควบคุมสภาพแวดลอ้ มให้เหมาะสมเสมอ สภาพแวดล้อมท่ีควรให้ความสาคัญได้แก่ pH อุณหภูมิ ความเข้มข้นสารอาหารและชนดิ สารอาหาร ความพอเพียงของสารอาหารเสริมหลักและรอง สารพิษ เปน็ ต้น 2.7 งานวจิ ัยทเี่ กย่ี วขอ้ ง วรรณกร กุลศรี และคณะ 2552 ศึกษาระบบหมักแบบเปียกเปรียบเทียบกับการหมัก แบบตอ่ เนอื่ ง และการหมกั แบบแหง้ ระบบหมักแบบเปยี ก โดยใช้ขวดแกว้ ปรมิ าตร 1 ลิตร มีปริมาตร ใช้งาน 0.5 ลิตร ปิดปากขวดด้วยจุกยาง พันทับด้วยพาราฟิน วัดปริมาณก๊าซชีวภาพที่เกิดข้ึนด้วย หลกั การแทนท่นี า้ โดยกา๊ ซชวี ภาพที่เกดิ ขึ้นจากขวดหมักจะผ่านสายส่งก๊าซไปยงั ขวดแทนท่ีนา้ ทาให้ น้าไหลออกจากขวดลงสขู่ วดรองรบั น้า แล้วจงึ นานา้ จากขวดรองรับน้าไปหาปรมิ าตรชั่งวัสดหุ มกั โดย ใช้น้าหนกั เปียกของเศษผกั ผลไม้ 275.63 กรัม เปลอื กกลว้ ยเล็บมือนางใช้ น้าหนักเปียก 35.92 กรัม และเติมเชอื้ ตง้ั ต้นในขวดหมัก 10% ของปริมาตรการใชง้ าน จากน้นั เตมิ นา้ จนมปี รมิ าตร 0.5 ลิตรและ มีชุดควบคุม คือ มูลสุกร 100 มิลลิลิตร ผสมกับน้าจนได้ปริมาตร 0.5 ลิตร ทาการหมักภายใต้ อุณหภูมิห้อง (28+4°C) เป็นเวลา 10 วัน โดยเขย่าขวดวันละ 1 ครั้ง วัดปริมาณก๊าซชีวภาพท่ีเกิดข้ึน ทกุ วันและวิเคราะหค์ ่า pH ระบบถงั หมกั แบบต่อเน่ืองถังหมักมีลักษณะเป็นถังพลาสติกสีขาวขุ่น มีท่อ สาหรับเติมสารอินทรีย์ด้านข้างถังหมักติดวาล์วระบายน้าเพื่อระบายของเหลวภายในถัง สาหรับชุด เก็บก๊าซ ตอ่ ท่อนากา๊ ซจากถงั หมกั เขา้ สู่ถังเก็บก๊าซ 2 ชุด โดยเจาะรูบริเวณก้นถังขนาด 150 ลิตร เพื่อ รบั กา๊ ซจากทอ่ นาก๊าซ คว่าถังลงในถังน้าขนาด 200 ลิตร ท่ีบรรจุน้าไว้เต็มถัง เม่ือก๊าซเกิดข้ึนจะดันถัง เก็บก๊าซให้ลอยขึ้น ทาการวัดปริมาณก๊าซชีวภาพโดยการอ่านค่าจากเครื่องก๊าซมิเตอร์ และคานวณ

P a g e | 2-36 ปริมาณก๊าซชีวภาพท่ีเกิดขึ้น การเดินระบบหมักแบบต่อเนื่อง จะทาการเติมเปลือกกล้วยเล็บมือนาง ทกุ วนั วันละ1 กโิ ลกรัม เป็นระยะเวลา 7 วนั แลว้ บันทกึ ปริมาณกา๊ ซชวี ภาพทีเ่ กิดขึ้น กิติยาพร สมบูรณ์ 2553 ได้ทาการศึกษาการเพิ่มประสิทธิภาพของการผลิตก๊าซชีวภาพจาก กากมนั สาปะหลังดว้ ยเอนไซม์ผสมเซลลูเลสและเพคติเนส พบว่า งานวิจัยน้ีได้แบ่งการศึกษาออกเป็น 2 ชุด ชุดที่ 1 เป็นการหาสภาวะท่ีเหมาะสมและปัจจัยที่มีผลต่อการทางานของเอนไซม์ ซ่ึงทาโดยใช้ สารละลายกากมัน 2%TS ปัจจัยท่ีเลือกศึกษาได้แก่ปริมาณเซลลูเลส ปริมาณเพคติเนส พีเอช และ ระยะเวลาในการทาปฏิกิริยา ดัชนีที่ใช้ประเมิน ได้แก่ปริมาณน้าตาลรีดิวซ์และกรดไขมันระเหย ส่วน ชุดท่ี 2 เป็นการหาผลของปริมาณน้าตาลรีดิวซ์และกรดไขมันระเหยที่มีต่อประสิทธิภาพในการผลิต ก๊าซชีวภาพ โดยเลือกสภาวะการทางานของเอนไซม์ท่ีทาให้เกิดปริมาณน้าตาลรีดิวซ์และกรดไขมัน ระเหยมากนอ้ ยตา่ งกนั 5 สภาวะจากผลการทดลองชุดแรก เพ่ือนามาใช้ในการเดินระบบหมักกากมัน ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าทุกปัจจัยท่ีศึกษามีผลต่อการทางานของเอนไซม์อย่างมีนัยสาคัญที่ระดับ ความเชื่อม่ัน 95% โดยพีเอชเป็นปัจจัยหลักที่มีผลต่อการเปล่ียนกากมันเป็นน้าตาลรีดิวซ์มากท่ีสุด สภาวะที่เหมาะสมในการไฮโดรไลซิสกากมนั คือการหมกั ยอ่ ยสารละลายกากมันที่ พีเอช 3 เป็นเวลา 6 ชว่ั โมง ด้วยเอนไซม์เซลลูเลส 5 NCU และเพคติเนส 200 PGU ต่อกรัมกากแห้ง ซึ่งให้ปริมาณน้าตาล รีดิวซ์และกรดไขมันระเหยสูงถึง 434 และ 31 มิลลิกรัมกลูโคสต่อกรัมกากแห้ง ตามลาดับ โดย สามารถเพิ่มปริมาณน้าตาลรีดิวซ์และปริมาณกรดไขมนั ระเหยมากกว่าปริมาณต้ังต้น 10 และ 15 เท่า ตามลาดับ ในส่วนของการผลิตก๊าซชีวภาพพบว่าการไฮโดรไลซิสกากมันด้วยเอนไซม์ก่อนนาไปหมัก ก๊าซสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตก๊าซได้อย่างมีนัยสาคัญ สภาวะท่ีให้อัตราเร็วในการผลิตก๊าซ สูงสุดเป็นสภาวะที่ให้ปริมาณน้าตาลรีดิวซ์และกรดไขมันระเหยสูงสุดเช่นเดียวกัน หากทาการหมัก กากมันเป็นเวลา 30 วัน ปริมาณก๊าซท่ีได้ในกรณีท่ีมีการไฮโดรไลซิสก่อนการหมักจะไม่แตกต่างกั น มากนักไม่ว่าจะใช้สภาวะใด โดยมีค่าอยู่ในช่วง 0.030 - 0.057 นอร์มัลลบ.ม./กก.กากเปียก ซ่ึง มากกวา่ กรณีของการหมกั กากมันท่ีไม่ผา่ นการไฮโดรไลซิส ประมาณสองเท่าตัว สมจินตนา ล้มิ สุข, ปุณยวี เพยี รธรรม และ อนรุ กั ษ์ ปตี ิรกั ษส์ กุล การผลิตก๊าซชวี ภาพจาก เศษอาหารรว่ มกับกลีเซอรีนดิบท่ีได้จากกระบวนการผลติ ไบโอดีเซล การศึกษาการผลิตกา๊ ซชีวภาพ จากเศษอาหารและการเพ่ิมอัตราการผลติ กา๊ ซชวี ภาพโดยการเตมิ กลเี ซอรนี ดิบท่ีไดจ้ ากการผลิตไบโอ ดีเซล โดยกระบวนการหมักแบบไร้อากาศในถังหมกั ขนาด 200 L แบบกึง่ กะ ในตอนเริม่ ต้นเดินระบบ ใช้เศษอาหารอย่างเดยี วปอ้ นทีอ่ ตั ราภาระสารอินทรยี เ์ ฉลีย่ ในช่วง 0.306-1.245 g/Lreactor-day (56.6-230.2 g/day) ให้ผลผลติ ของมีเทนเฉลี่ย 0.465 m3CH4/kg COD ท่ีอุณภมู ิห้อง และใหค้ ่า ผลผลิตของก๊าซชวี ภาพเฉลี่ย 0.789 m3biogas/kgCOD ในการปอ้ นกลเี ซอรีนดิบร่วมกับเศษอาหารท่ี อตั ราป้อนเศษอาหาร 1.245 g/Lreactor-day ปรมิ าตรกา๊ ซชีวภาพเฉล่ยี เพิ่มขนึ้ จาก 36.8 L/day เปน็ 72.2 L/day และ 90.4 L/day หลังจากเพิ่มกลเี ซอรนี 30.8 และ 46.3 mL/day ตามลาดบั

P a g e | 2-37 กฤตภาส สิงคิบุตร, วิชชากร จารุศิริและ ปฐมทัศน์ จิระเดชะ การศึกษาเทคโนโลยีที่ เหมาะส มในการผ ลิตก๊าซชีว ภ าพจ ากขยะเศษอาหารใน มห าวิทยาลั ยงานวิจัย น้ีเป็ นการศึกษ า เทคโนโลยีท่ีเหมาะสมของการผลิตก๊าซชีวภาพจากขยะเศษอาหารที่มีความแตกต่างกันของกรณี ตัวอย่าง คือ ระบบ CSTR แบบแห้ง ระบบ CSTR แบบ1--ขั้นตอน และ ระบบ CSTR แบบ AMR ซึ่ง ท้งั 3 ระบบมีขนาดการรองรบั เศษอาหารใกลเ้ คียงกันคอื ประมาณ 200 กโิ ลกรมั เศษอาหารต่อวัน โดย ศกึ ษาเทคโนโลยที ่มี ีความเหมาะสมและมีความคุ้มคา่ เพ่ือวิเคราะห์ความเป็นไปได้ทางด้านการเงินและ การลงทุน การวิเคราะห์ต้นทุนและผลตอบแทน มีเกณฑ์การตัดสินใจลงทุน คือ อัตราผลตอบแทน ค่าใช้จ่ายในการลงทุน ค่าใช้จ่ายในการดาเนินงานและบารุงรักษา ค่าเสียโอกาสที่ดิน ผลการศึกษา พบว่าระบบการผลิตก๊าซชีวภาพจากเศษอาหารในขนาด 200 กิโลกรัมเศษอาหารต่อวัน เดินระบบ 365 วนั /ปี อายุของโครงการ 15 ปี ให้แก๊สชีวภาพโดยเฉล่ีย 4,147 กิโลกรัม(แก๊ส)/ปี เทคโนโลยีที่ให้ ความคุ้มค่าทางเศรษฐศาสตร์มากท่ีสุดคือ เทคโนโลยี CSTR 1-Stage อัตราผลตอบแทน IRR เท่ากับ 47.10% และระยะเวลาคนื ทนุ เร็วที่สดุ คอื 2.12 ปี ชนกพร วงษ์วัน และ อรทัย ชวาลภาฤทธิ์ การผลิตก๊าซชีวภาพจากการหมักร่วมของต้น ข้าวโพด ที่ปรับสภาพเบื้องต้นร่วมกับของเสียกลีเซอรอลทาการศึกษาผลของการปรับสภาพเบื้องต้น ด้วยวธิ ตี ่างๆ ได้แก่ การแช่ด้วยสารละลายด่าง (NaOH) การใช้ความร้อน ซึ่งจากผลการทดลองพบว่า การใช้ของเสียกลีเซอรอลที่ได้จากกระบวนการผลิตไบโอดีเซลเป็นสารหมักร่วมกับต้นข้าวโพดที่ผ่าน การปรบั สภาพเบอื้ งตน้ ดว้ ยสารละลายด่าง (NaOH) สามารถผลิตก๊าซชีวภาพท้ังหมด 0.2 m3/kg VS removed เมื่อเทียบกับต้นข้าวโพดที่ไม่มีการปรับสภาพ สามารถผลิตก๊าซได้เพียง 0.1 m3/kg VS removed เมื่อนากลีเซอรอลที่ได้จากกระบวนการผลิตไบโอดีเซลมาหมักร่วมกับข้าวโพดที่ผ่านการ ปรับสภาพเบ้ืองต้นด้วยสารละลายด่าง (NaOH) จะช่วยเพิ่มสารอินทรีย์ในระบบ ทาให้เกิดการผลิต กา๊ ซชวี ภาพสงู ข้นึ ในงานวจิ ัยนี้ศกึ ษาสดั สว่ นที่เหมาะสมของการเติมกลีเซอรอล เพื่อเพ่ิมประสิทธิภาพ ในการผลิตก๊าซชีวภาพ ผลการทดลองพบว่า เม่ือเติมกลีเซอรอลจานวน 1% (V/V) สามารถผลิตก๊าซ ชวี ภาพได้ดีท่ีสดุ โดยสามารถผลิตก๊าซชวี ภาพไดถ้ ึง 0.24 m3/kg VS removed วรรณนา ภานุวัฒน์สุข ทาการศึกษาผลของการสร้างระบบเกบ็ กา๊ ซชวี ภาพสาหรับชุมชน และ การสร้างระบบเก็บก๊าซชีวภาพต้นแบบซึ่งเป็นการอัดก๊าซชีวภาพเข้าสู่ถังบรรจุก๊าซที่ได้มาตรฐาน ผลิตภณั ฑ์อุตสาหกรรม การออกแบบสร้างระบบเกบ็ กา๊ ซชวี ภาพ โดยการใช้ระบบบาบัดน้าเสียแบบไม่ ใช้อากาศ หลังจากนาระบบต่อเข้ากับถังปฏิกรณ์ขนาด 9.4 ลิตร ผลิตก๊าซชีวภาพได้ 0.92 ลิตรต่อวัน ตอ่ นา้ เสีย 1 ถงั เป็นแหลง่ กาเนดิ กา๊ ซหลงั จากนาระบบตอ่ เข้ากับถังปฏิกรณ์ดังกล่าว ระบบไม่สามารถ ดาเนินการได้ตามท่ีกาหนด เน่ืองจากอัตราการผลิตก๊าซค่อนข้างต่า เมื่อนาระบบต่อเข้ากับ แหล่งกาเนิดก๊าซขนาดใหญ่ ซ่ึงมีอัตราการผลิตก๊าซชีวภาพ 200 - 250 ลูกบาศก์เมตรต่อวัน ระบบ สามารถดาเนนิ การไดต้ ามการควบคุมทก่ี าหนดไว้ ปรมิ าณกา๊ ซชวี ภาพที่บรรจุในถัง 9.5 ลิตร ความดัน

P a g e | 2-38 2 บาร์ ในปรมิ าณความร้อนเหลือใช้ 111.8 กโิ ลแคลอร่ี ซึ่งสามารถเปล่ียนเป็นกระแสไฟฟ้าได้ 0.13 ยู นิตหรือค่าไฟฟ้า 38.7 สตางค์ ระบบเก็บก๊าซชีวภาพต้นแบบน้ี สามารถนามาใช้งานจริงโดยการเพ่ิม ขนาดของถงั บรรจุก๊าซและประสิทธิภาพของอุปกรณ์ควบคุมต่างๆ ทาให้ก๊าซชีวภาพสามารถนามาใช้ และทดแทนก๊าซหุงต้ม (LPG) ด้วยค่าใช้จ่ายที่น้อยกว่าการใช้ถังบรรจุก๊าซชีวภาพยังมีความสะดวก และปลอดภัยมากกวา่ การตอ่ ทอ่ สง่ ก๊าซมาจากแหล่งกาเนิดกา๊ ซโดยตรง ธงชัย พุ่มจันทร์ (2524) งานวิจัยน้ีเป็นการศึกษาผลของการผลิตและการวิเคราะห์ก๊าซ ชวี ภาพจากวัสดุเหลอื ใช้ทางการเกษตรในห้องปฏิบัติการ อินทรียวัตถุที่ใช้ผลิตก๊าซชีวภาพในงานวิจัย ได้แก่ มลู โค ต้นถวั่ ลสิ ง หญ้าและฟางข้าว นามาหมักในสภาวะ Anaerobic แบบ Semi-continuous ในขวดหมักขนาด 2.65 ลิตร โดยใช้ไม้ไผ่เป็นตัวกลาง จากการวิเคราะห์หาความเหมาะสมในการใช้ อินทรวี ัตถตุ ่างๆ เพื่อผลติ กา๊ ซชวี ภาพในช่วงอุณหภูมิของการหมัก 13-28.5 องศาเซลเซียส ปรากฏว่า มูลโคในปริมาณมากท่ีสุดต่อวัน (326.3 ลูกบาศก์เซนติเมตร/วัน) ส่วนวัสดุอื่นในปริมาณก๊าซต่อวัน น้อยกว่ามูลโคมาก และในปริมาณก๊าซที่ไม่ต่างกันมากนัก (ประมาณ 50 ลูกบาศก์เซนติเมตร/วัน) ก๊าซท่ีได้จากมูลโคและวัสดุอ่ืนๆ มีเปอร์เซ็นต์ของมีเธน (CH4) ปริมาณไล่เล่ียกัน (ประมาณ 60 เปอร์เซ็นต์) นอกจากน้ียังทาการทดลองหาปริมาณ Total Solid (TS) และ Total Volatile Solid (TVS) ทั้งของ Feed และ Effluent เพ่ือท่ีจะเปรียบเทียบประสิทธิภาพในการเกิดก๊าซจากวัสดุต่างๆ ดังกล่าว จากผลต่างระหว่าง TS และ TVS ใน Feed กับ ใน Effluent ก็แสดงให้เห็นว่ามูลโคมี ประสิทธิภาพดที ส่ี ุดในการเปน็ วสั ดุหมกั สุรพล สุวคนธ์ (2526) งานวิจัยน้ีเป็นการศึกษาผลของการปรับปรุงคุณภาพของก๊าซชีวภาพ ในหอ้ งปฏิบตั กิ าร โดยการใช้ Gas Chromatography (GC) ทาการวเิ คราะห์ก๊าซชีวภาพจากการหมัก มูลวัวแบบก่ึงต่อเน่ืองในสภาพไร้ออกซิเจน โดยใช้ไม้ไผ่เป็นตัวกลางพบว่า มีก๊าซมีเทนอยู่ประมาณ 60.30 เปอร์เซ็นต์ และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อยู่ประมาณ 36.10 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเฉล่ียในช่วง การ หมัก 50 วัน ส่วนการหมักก๊าซชีวภาพแบบเติมครั้งเดียวในสภาวะเดียวกัน พบว่า ปริมาณของก๊าซ มีเทนและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีความคงที่น้อยกว่าการหมักแบบกึ่งต่อเน่ือง คือ มีก๊าซมีเทนโดย เฉลยี่ 54.1 เปอร์เซน็ ต์ และก๊าซคารบ์ อนไดออกไซด์ 41.4 เปอรเ์ ซน็ ต์ ในช่วงการหมกั 30 วัน จรัสศรี รุ่งวิชานิวัฒน์ (2546) ได้ทาการศึกษาประสิทธิภาพการผลิตแก็สชีวภาพและ การกา จัดของแข็งจากเศษผักผลไม้ผสมมูลโค โดยใช้ถังย่อยสลายแบบไม่ใช้อากาศประเภทปริมาณของแข็ง ต่า ซึ่งกาหนดให้อัตราส่วนระหว่างปริมาณของแข็งระเหยของเศษผักและผลไม้ต่อปริมาณของแข็ง ระเหยของมูลโคเท่ากับ 100:0, 80:20, 60:40 และ 40:60 พบว่า ประสิทธิภาพการกาจัดของแข็ง ท้งั หมดอยู่ในช่วงรอ้ นละ 36.84 - 73.12 และประสิทธภิ าพในการกาจัดของแขง็ ระเหยอยู่ระหว่างร้อย ละ 43.83 - 80.63 โดยมีประสิทธิภาพการผลิตก๊าซชีวภาพอยู่ในช่วง 0.67 - 0.73 ลูกบาศก์เมตร/ ลกู บาศกเ์ มตรของปริมาตรถัง/วัน หรือ 0.12 - 0.30 ลูกบาศก์เมตร/กิโลกรัมของของแข็งระเหยที่เข้า