ระบบบำบัดน้ำเสียไร้อากาศประสิทธิภาพสูงแบบตรึงเซลล์สำหรับโรงงานอุตสาหกรรมเกษตร
High Rate Anaerobic Fixed Bed Reactor for Agro-Industrial Wastewater Treatment

รางวัลชมเชย รางวัลผลงานวิจัย : สภาวิจัย ประจำปี 2545 (สาขาวิศวกรรมศาสตร์และอุตสาหกรรมวิจัย)
<< Thai Version >> << English Version >>

ผู้รับผิดชอบโครงการ
ผศ.ดร.ภาวิณี ชัยประเสริฐ, ศ.ดร.มรกต ตันติเจริญ
สายวิชาเทคโนโลชีวภาพ คณะทรัพยากรชีวภาพและเทคโนโลยี
ดร.อรรณพ นพรัตน์, นายชินพงศ์ วังใน, นายทนงค์ ฉายาวัฒนะ, น.ส.จงกล พูนทวี, น.ส.พรพรรณ พาณิชย์นำสิน,
นายวาริน รักร่วม, นายประทิน กุลละวณิชย์ สถาบันพัฒนาและฝึกอบรมโรงงานต้นแบบ
ผศ.ดร.เฉลิมราช วันทวิน
ภาควิชาวิศวกรรมสิ่งแวดล้อม คณะวิศวกรรมศาสตร์
รศ.ดร.ศักรินทร์ ภูมิรัตน
ภาควิชาวิศวกรรมอาหาร คณะวิศวกรรมศาสตร์
โทร. 0-2470-9750 โทรสาร 0-2452-3455
หลักการและเหตุผล
แนวทางการพัฒนาประเทศไทยในปัจจุบันได้ปรับเปลี่ยนจากภาคเกษตรกรรมเข้าสู่ภาคอุตสาหกรรมทางการเกษตร ซึ่งได้แก่ อุตสาหกรรมการแปรรูปอาหาร ผักและผลไม้ อุตสาหกรรมการผลิตเยื่อและกระดาษ อุตสาหกรรมผลิตน้ำมันปาล์ม อุตสาหกรรมผลิตแอลกอฮอล์จากกากน้ำตาล อุตสาหกรรมการแปรรูปผลิตผลจากข้าวและ มันสำปะหลัง เป็นต้น การขยายตัวของอุตสาหกรรมเกษตร ส่งผลกระทบต่อทางด้านสิ่งแวดล้อมและนับวันทวีความ รุนแรงมากขึ้น น้ำเสียที่ออกจากโรงงานอุตสาหกรรมเหล่านี้มีปริมาณและความสกปรกในรูปบีโอดีที่เป็นสารอินทรีย์ในปริมาณสูง เพราะถ้ามีการปล่อยน้ำเสียนี้ลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติโดยตรงโดยไม่ได้ทำการบำบัดก่อน จะก่อให้ให้เกิดปัญหาน้ำเน่าเสีย ทำให้ระบบนิเวศน์ในแหล่งน้ำนั้นเปลี่ยนไปและเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตอื่นๆ อีกทั้งยังเป็นแหล่งเพาะพันธุ์พาหะของโรคที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์
แนวทางหนึ่งที่นิยมใช้ในการบำบัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมเกษตรที่มีปริมาณสารอินทรีย์สูง และเป็นวิธีที่มีความคุ้มค่าในตัวเอง นั่นคือระบบบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้อากาศ เนื่องจากระบบนี้มีความสามารถในการบำบัดน้ำเสียที่มีความเข้มข้นของสารอินทรีย์สูงได้ดี และสารอินทรีย์ในน้ำเสียประมาณร้อยละ 80-90 สามารถถูกย่อยสลายไปเป็นก๊าซมีเธน ที่นำมาใช้เป็นพลังงานทดแทนได้ โดยทั่วไประบบบำบัดน้ำเสียของโรงงานเป็นระบบบำบัดแบบบ่อเปิด ซึ่งเป็นบ่อดินขุดขนาดใหญ่ติดต่อกันหลายๆ บ่อ นอกจากใช้พื้นที่มากแล้ว ระบบบ่อเปิดมักประสบปัญหาเรื่องกลิ่นเหม็น ก่อให้เกิดมลภาวะทางกลิ่นกับประชาชนที่อาศัยอยู่บริเวณใกล้เคียง เนื่องจากระบบบำบัดแบบบ่อเปิดมีประสิทธิภาพในการบำบัดสารอินทรีย์ต่ำ นอกจากนั้นก๊าซมีเธนที่เกิดขึ้นไม่สามารถกักเก็บได้และปล่อยสู่บรรยากาศ ซึ่งจะตัวการทำให้เกิดปัญหาโลกร้อนได้


ถังปฏิกรณ์บำบัดน้ำเสียไร้อากาศแบบตรึงเซลล์

แบบจำลองระบบบำบัดน้ำเสีย

จากปัญหาที่เกิดขึ้นเหล่านี้กลุ่มวิจัยและพัฒนา (R & D Cluster) ของสถาบันพัฒนาและฝึกอบรมโรงงานต้นแบบ คณะทรัพยากรชีวภาพและเทคโนโลยี และหน่วยปฏิบัติการวิจัยและพัฒนาวิศวกรรมชีวเคมีและโรงงานต้นแบบ ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ ณ มหาวิทยาลัยเครือข่าย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี วิทยาเขตบางขุนเทียน จึงได้มีการพัฒนาระบบบำบัดน้ำเสียจากแบบดั้งเดิมที่เป็นระบบเปิดที่มีประสิทธิภาพต่ำมาเป็นระบบปิดประสิทธิภาพสูง โดยการหมักน้ำเสียภายในถังปฏิกรณ์ เพื่อบำบัดน้ำเสีย ลดปัญหาเรื่องกลิ่น รวมทั้งยังได้ก๊าซชีวภาพในกรณีที่น้ำเสียมีความสกปรกสูงและสามารถเก็บก๊าซชีวภาพมาใช้งานได้ ซึ่งนำไปใช้เป็นพลังงานไว้ใช้ภายในโรงงานได้ ทำให้การนำเทคโนโลยีบำบัดน้ำเสียนี้มาใช้กับโรงงานมีความเป็นไปได้ทางเศรษฐศาสตร์มากขึ้น
คณะผู้วิจัยจึงได้ศึกษาวิจัยและพัฒนารูปแบบของระบบบำบัดน้ำเสียไร้อากาศแบบประสิทธิภาพสูง ให้เหมาะกับน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมเกษตรที่มีความสกปรกในรูปสารอินทรีย์และสารแขวนลอยสูง นั่นคือ ระบบบำบัดแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้อากาศ ซึ่งมีข้อดี คือ มีความสามารถในการรักษาเซลล์จุลินทรีย์ไว้บนวัสดุตัวกลางที่เป็นตัวหลักในการย่อยสลายสารอินทรีย์และผลิตก๊าซชีวภาพได้ภายในถังปฏิกรณ์ ซึ่งจุลินทรีย์ถูกชะออกจากระบบได้ยาก ทำให้ระบบมีประสิทธิภาพในการทำงานสูง ลดพื้นที่ที่ใช้ในการบำบัด ไม่มีกลิ่น และได้ก๊าซชีวภาพเก็บไว้ใช้เป็นพลังงานทดแทนในโรงงาน ซึ่งไม่เหมือนกับระบบที่ไม่มีวัสดุตัวกลาง เมื่อป้อนน้ำเสียที่มีสารแขวนลอยสูงจะมีผลต่อการเกิดเม็ดตะกอนจุลินทรีย์ ทำให้จุลินทรีย์สูญเสียความสามารถ และเมื่อป้อนน้ำเสียที่มีความเร็วสูง จุลินทรีย์จะถูกชะออกจากระบบ ทำให้ประสิทธิภาพการบำบัดน้ำเสียลดลง การศึกษาวิจัยนี้เป็นการศึกษาวิจัยและพัฒนาระบบบำบัดน้ำเสียไม่ใช้อากาศแบบตรึงเซลล์ ตั้งแต่ในระดับห้องปฏิบัติการ (Laboratory scale) ระดับโรงงานต้นแบบ (Pilot scale) และการถ่ายทอดเทคโนโลยีจนถึงระดับอุตสาหกรรม (Full scale หรือ Industrial scale) ซึ่งเทคโนโลยีที่พัฒนาเป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นในประเทศ การก่อสร้างระบบใช้วัสดุภายในประเทศ ออกแบบและดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญภายในประเทศเช่นเดียวกัน เป็นการลดการสูญเสียเงินตราออกนอกประเทศ

ระดับห้องปฏิบัติการ

ระดับโรงงานต้นแบบ

ระดับอุตสาหกรรม

คุณสมบัติและลักษณะเด่น
ระบบบำบัดน้ำเสียไร้อากาศแบบตรึงเซลล์ มีลักษณะเป็นระบบปิด (close-type anaerobic reactor) มีข้อดีกว่าระบบบ่อเปิดแบบดั้งเดิมที่โรงงานใช้กันอยู่ ระบบนี้เหมาะกับน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรมเกษตรที่มีค่าซีโอดีและสารแขวนลอยสูง และมีข้อดีเมื่อเปรียบเทียบกับรูปแบบอื่นๆ คือ
  • มีความสามารถในการรักษาเชื้อจุลินทรีย์ให้อยู่ในระบบได้เป็นระยะเวลานาน
  • มีประสิทธิภาพสูงในการบำบัดน้ำเสีย และผลิตก๊าซชีวภาพ
  • สามารถใช้บำบัดน้ำเสียที่มีสารแขวนลอยสูงและมีสภาพเป็นกรดได้ โดยไม่ต้องมีการปรับสภาพน้ำเสียโดยการกำจัดสารแขวนลอยและปรับ pH ก่อนเข้าระบบ
  • ค่าใช้จ่ายของสารเคมีที่ใช้ในการดำเนินการและควบคุมระบบต่ำ
  • การดูแลไม่ซับซ้อน หลัง start up แล้ว ไม่ต้องการผู้เชี่ยวชาญเฉพาะในการควบคุมดูแลระบบ
  • ระบบสามารถฟื้นตัว (recovery) ได้ในเวลาอันรวดเร็ว เมื่อระบบเกิดการล้มเหลวเนื่องจากภาระการเติม สารอินทรีย์ที่สูงเกินกว่าที่ระบบจะรับได้ (shock loading)
  • ระบบสามารถปรับตัวได้ดีและมีความยืดหยุ่น สามารถใช้กับน้ำเสียสำหรับอุตสาหกรรมเกษตรที่มีการดำเนินการผลิตเป็นฤดูกาลตามวัตถุดิบที่มีได้
การนำผลงานไปใช้ประโยชน์
เทคโนโลยีการบำบัดน้ำเสียแบบตรึงเซลล์นี้เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนาขึ้นในประเทศ การก่อสร้างระบบใช้วัสดุภายในประเทศ ออกแบบและดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญภายในประเทศเช่นเดียวกัน ซึ่งเป็นการลดการสูญเสียเงินตราออกนอกประเทศ และยังสามารถช่วยอนุรักษ์สิ่งแวดล้อมและพลังงานให้แก่ประเทศ ดังตัวอย่างโครงการผลิตก๊าซ ชีวภาพจากระบบบำบัดน้ำเสียของโรงงานอุตสาหกรรมแป้งข้าว ซึ่งมีการถ่ายทอดเทคโนโลยีนี้พบว่า ในการบำบัดน้ำเสียของโรงแป้งข้าวที่มีกำลังการผลิตแป้ง 350 ตัน/วัน เกิดน้ำเสีย 1,000 ลบ.ม./วัน ได้ก๊าซชีวภาพ 2,400-3,000 ลบ.ม./วัน ซึ่งเทียบเท่าพลังงานทดแทนในรูปกระแสไฟฟ้า 3,000-3,500 กิโลวัตต์-ชม. นอกจากนี้ยังช่วยลดปัญหาเรื่องกลิ่น ใช้พื้นที่ในการบำบัดต่ำ ลดมลพิษของน้ำเสียโดยกำจัดความสกปรกในรูปซีโอดีได้ 4,560 กก./วัน และลดการใช้สารเคมีในการปรับสภาพน้ำเสียโดยประหยัดเงินได้เดือนละกว่า 300,000 บาท เมื่อเทียบกับบ่อบำบัดน้ำเสียแบบเปิดที่มีอยู่เดิม
ระบบบำบัดน้ำเสียไร้อากาศแบบตรึงเซลล์นี้มีการถ่ายทอดเทคโนโลยีสู่โรงงานอุตสาหกรรมแปรรูปผักและผลไม้ของบริษัทดอยคำผลิตภัณฑ์ จำกัด 3 แห่ง และโรงงานผลิตแป้งข้าว 1 แห่ง และในอนาคตจะถ่ายทอดเทคโนโลยีนี้สู่โรงงานอุตสาหกรรมแป้งมันสำปะหลัง


  ทำการปรับปรุงเมื่อ : วันที่ 16 ตุลาคม 2546