โครงการผลิตก๊าซชีวภาพจากระบบบำบัดน้ำเสียไร้อากาศแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์
Thai Biogas Plants-High Rate Anaerobic Fixed Film Technology for Agroindustrial Wastewater

โครงการดีเด่นด้านพลังงานใหม่และหมุนเวียนของประเทศไทย ปี 2546
<< Thai Version >> << English Version >>

ผู้รับผิดชอบโครงการ
ห้องปฏิบัติการด้านการจัดการและใช้ประโยชน์จากของเสียอุตสาหกรรม
ผศ.ดร.ภาวิณี ชัยประเสริฐ
สายวิชาเทคโนโลยีชีวภาพ คณะทรัพยากรและเทคโนโลยีชีวภาพ
ดร.อรรณพ นพรัตน์ นายทนงค์ ฉายาวัฒนะ นายชินพงศ์ วังใน นายวาริน รักร่วม นายประทิน กุลละวณิชย์
สถาบันพัฒนาและฝึกอบรมโรงงานต้นแบบ
รศ.ดร.ศักรินทร์ ภูมิรัตน
ภาควิชาวิศวกรรมอาหาร คณะวิศวกรรมศาสตร์
ศ.ดร.มรกต ตันติเจริญ
ศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ
โทร 0-2470-9750 โทรสาร 0-2452-3455
หลักการและเหตุผล
จากสถานการณ์วิกฤตการณ์พลังงาน ราคาน้ำมันแพง การลดน้อยลงของแหล่งน้ำมันสำรองทั่วโลก ตลอดจนการใช้พลังงานที่เพิ่มขึ้นของประเทศ นำมาซึ่งการส่งเสริมให้มีการใช้พลังงานหมุนเวียนที่มีอยู่ในประเทศทดแทนพลังงานที่ต้องนำเข้าจากต่างประเทศและที่มีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมมาก ก๊าซชีวภาพเป็นทางเลือกหนึ่งของแหล่งพลังงานหมุนเวียนในประเทศไทยที่มีศักยภาพสูง เนื่องจากมีแหล่งวัตถุดิบทั้งที่เป็นของเสียหรือของเหลือใช้จากกระบวนการผลิตของอุตสากรรมทางการเกษตรในประเทศจำนวนมาก ซึ่งมีการใช้น้ำและปล่อยน้ำเสียปริมาณสูง อาทิเช่น อุตสาหกรรมผลิตแป้งจากข้าว, มันสำปะหลัง, ถั่ว, อุตสาหกรรมอาหารกระป๋อง, อุตสาหกรรมน้ำมันปาล์มเป็นต้น
น้ำเสียของโรงงานอุตสาหกรรมเกษตรเหล่านี้ หากถูกระบายลงสู่แหล่งน้ำธรรมชาติจะก่อให้เกิดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่รุนแรงได้ โดยอดีตที่ผ่านมาจนถึงปัจจุบัน โรงงานส่วนใหญ่จะใช้ระบบบำบัดแบบบ่อเปิด (open-pond system) โดยการขุดบ่อเปิดจำนวนมากและให้น้ำไหลเข้าบ่อเป็นแบบอนุกรม โดยน้ำเสียจะถูกระบายออกสู่ภายนอกในบ่อสุดท้าย หรืออาจจะซึมลงสู่ใต้ดิน ซึ่งเป็นวิธีการที่ช่วยลดผลกระทบที่จะเกิดขึ้นต่อสิ่งแวดล้อมได้ระดับหนึ่งเท่านั้น โดยยังมีปัญหาในเรื่องของประสิทธิภาพการบำบัดที่ต่ำและกลิ่นเหม็นจากบ่อเปิด และนอกจากนี้อาจมีผลกระทบต่อน้ำใต้ดินเนื่องจากการปนเปื้อนของน้ำเสียลงสู่น้ำใต้ดิน ทั้งนี้ การที่โรงงานเลือกที่จะใช้ระบบแบบบ่อเปิด น่าจะเนื่องจากในช่วงที่ผ่านมานั้น โรงงานไม่มีความรู้/ความมั่นใจในเทคโนโลยีที่มีอยู่ ประกอบกับเทคโนโลยีที่ใช้ในการบำบัดน้ำเสียต้องเสียค่าใช้จ่ายสูงทั้งเป็นค่าลงทุนและค่าดำเนินงาน โดยได้รับผลตอบแทนกลับคืนมาช้า ซึ่งกลายเป็นต้นทุนของสินค้า ทำให้โรงงานส่วนใหญ่เลือกที่จะใช้วิธีเก็บน้ำไว้ในบ่อเปิดในบริเวณโรงงาน ที่แม้ว่าจะต้องเสียพื้นที่มาก แต่ราคาที่ดินยังคงมีราคาถูก คุ้มค่ากว่าการลงทุนสร้างระบบบำบัดที่ต้องเสียค่าใช้จ่ายตลอดระยะเวลาดำเนินงาน
อย่างไรก็ตามได้มีการพัฒนาระบบบำบัดแบบมีประสิทธิภาพสูง ซึ่งมีข้อดีเหนือกว่าระบบบ่อเปิดแบบดั้งเดิมที่โรงงานใช้กันอยู่ ดังนี้
  • ประสิทธิภาพในการบำบัดสูง สามารถจัดการแก้ไขปัญหาด้านสิ่งแวดล้อมได้เป็นอย่างดี ทั้งในเรื่องของ คุณภาพน้ำและเรื่องกลิ่นเหม็น
  • ต้องการพื้นที่ขนาดเล็ก
  • ที่สำคัญคือ มีผลผลิตก๊าซชีวภาพ ซึ่งสามารถใช้เป็นแหล่งพลังงานทดแทนได้ ทำให้มีความคุ้มค่าต่อการลงทุน ลดการแบกภาระของราคาเชื้อเพลิง ในสภาวะวิกฤตการณ์น้ำมันมีราคาแพง
ระยะเวลากว่า 20 ปีที่ผ่านมา มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ได้ทำการวิจัย ค้นคว้าเกี่ยวกับเทคโนโลยีในการบำบัดและใช้ประโยชน์จากของเหลือใช้ในอุตสาหกรรมการเกษตร โดยมีการวิจัยและพัฒนาระบบบำบัดน้ำเสียไร้อากาศแบบประสิทธิภาพสูง (High rate anaerobic reactor) โดยเฉพาะวิจัยถังปฏิกรณ์บำบัดน้ำเสียและผลิตก๊าซชีวภาพจากน้ำเสียที่เป็นพวกคาร์โบไฮเดรตเป็นองค์ประกอบ ได้แก่ น้ำเสียจากโรงงานผลิตแป้งมันสำปะหลังและแป้งข้าวเจ้า ซึ่งเป็นงานวิจัยหนึ่งที่ได้ดำเนินงานวิจัยพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และได้รับทุนวิจัยและพัฒนาจากศูนย์พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ ทั้งนี้รูปแบบของระบบบำบัดไร้อากาศแบบประสิทธิภาพสูงที่ได้พัฒนาขึ้น มีความเหมาะสมกับคุณสมบัติของน้ำเสียจากอุตสาหกรรมทางการเกษตร คือ ระบบบำบัดแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้อากาศ (Anaerobic Fixed Film Reactor - AFFR)
คุณสมบัติและลักษณะเด่น
ระบบบำบัดแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้อากาศ
ระบบบำบัดแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้อากาศ มีลักษณะเป็นถังปฏิกรณ์แบบปิด ที่มีการติดตั้งวัสดุตัวกลางด้านในถังปฏิกรณ์โดยมีการจัดเรียงอย่างเป็นระเบียบ ซึ่งหน้าที่ของตัวกลางที่บรรจุคือ เป็นแหล่งที่อยู่อาศัย ของกลุ่มจุลินทรีย์ โดยให้จุลินทรีย์มาเกาะบนตัวกลางในลักษณะของฟิล์มชีว รูปแบบดังกล่าวนี้มีข้อดีเมื่อเปรียบเทียบกับระบบบำบัดแบบไร้อากาศรูปแบบอื่นๆ คือ
  • มีความสามารถในการรักษาเชื้อจุลินทรีย์ให้อยู่ในระบบได้เป็นระยะเวลานาน
  • มีประสิทธิภาพสูงในการกำจัดของเสีย และผลิตก๊าซชีวภาพ
  • มีความทนทานต่อสมบัติของน้ำเสียที่มีสารแขวนลอยสูงได้ โดยไม่ต้องมีการปรับสภาพน้ำเสียก่อนเข้าระบบ (Pretreatment)
  • มีความทนทานต่อสมบัติของน้ำเสียที่มีความเป็นพิษได้สูงกว่าระบบอื่น
  • ค่าใช้จ่ายของสารเคมีที่ใช้ในการดำเนินการและการควบคุมระบบต่ำ
  • การดูแลระบบไม่ซับซ้อน หลังจาก Start-up แล้ว ไม่ต้องการผู้เชี่ยวชาญเฉพาะในการควบคุมระบบ
จากคุณลักษณะที่สำคัญของระบบแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้อากาศนี้ทำให้ระบบมีลักษณะเด่นคือ ระบบมีความง่ายในการดำเนินงาน ควบคุมและดูแลได้ง่าย โดยใช้คนดูแลไม่มากในการตรวจสอบคุณภาพน้ำเข้าออกระบบ เพื่อควบคุมระบบ และไม่ต้องมีเครื่องมือวัดที่ซับซ้อน ค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานต่ำ
การนำผลงานไปใช้ประโยชน์
ระบบบำบัดน้ำเสียและผลิตก๊าซชีวภาพแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้อากาศที่มจธ.พัฒนาขึ้นนี้ ได้มีการก่อสร้างและดำเนินการจริงในระดับอุตสาหกรรมแล้ว โดยก่อสร้างถังปฏิกรณ์ขนาด 5,200 ลบ.ม. เพื่อบำบัดน้ำเสียจากโรงงานแป้งข้าว โดยออกแบบระบบให้รับน้ำเสียที่เกิดขึ้นจากกระบวนการผลิตในปริมาณวันละ 2,000 ลบ.ม. ความเข้มข้นของน้ำเสียในรูปซีโอดี 5,500 มก./ล. แต่ทั้งนี้โรงงานได้นำเทคโนโลยีสะอาดเข้ามาใช้ ทำให้สามารถลดปริมาณน้ำเสียลงเหลือประมาณ 1,200 ลบ.ม. ระบบบำบัดได้ดำเนินงานมาตั้งแต่ปลายปี พ.ศ. 2542 โดยปัจจุบันยังคงมีเสถียรภาพที่ดี ประสิทธิภาพในการกำจัดสารอินทรีย์ได้ร้อยละ 80-90 ตามที่คาดหวัง และสามารถผลิตก๊าซชีวภาพได้วันละ 2,500-3,000 ลบ.ม. ปัจจุบันได้ติดตั้งเครื่องยนต์ผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งสามารถทดแทนการใช้ไฟฟ้าของโรงงานได้วันละประมาณ 3,000 kWh ทำให้ประหยัดค่าใช้จ่ายในส่วนการใช้ไฟฟ้า
ระบบบำบัดแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้อากาศ ที่สร้างขึ้นในโรงงานแป้งข้าวนี้ เมื่อใช้ร่วมกับบ่อเปิดเดิมที่มีอยู่ สามารถบำบัดน้ำทิ้งสุดท้าย ให้มีค่าบีโอดีต่ำกว่า 20 มก./ล. ได้ตามเกณฑ์ของกรมโรงงานอุตสาหกรรมและสามารถแก้ไขปัญหาเรื่องกลิ่นเหม็นจากบ่อบำบัดเดิม ซึ่งเป็นปัญหากับโรงงานเนื่องจากส่งผลกระทบต่อชุมชนข้างเคียง นอกจากช่วยลดมลพิษ กลิ่น ลดค่าใช้จ่ายของการใช้สารเคมีในบ่อบำบัดลงได้มากกว่าร้อยละ 80 เมื่อเทียบกับระบบเดิมของโรงงาน แล้วยังได้ก๊าซชีวภาพเป็นพลังงานทดแทนในการผลิตกระแสไฟฟ้าไว้ใช้ในโรงงาน โดยระบบดังกล่าวได้รับทุนอุดหนุนเพื่อการอนุรักษ์พลังงานจากกองทุนเพื่อการส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน
เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์กับน้ำเสียของอุตสาหกรรมเกษตรทั่วไป โดยเป้าหมายต่อไปของห้องปฏิบัติการคือการส่งเสริมการนำไปใช้กับอุตสาหกรรมผลิตแป้งมันสำปะหลัง จากการศึกษาของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี ในปี พ.ศ.2540 พบว่าในการผลิตแป้งมันสำปะหลัง 1 ตัน ก่อให้เกิดน้ำเสียในปริมาณถึง 11-33 ลบ.ม. (เฉลี่ย 23 ลบ.ม./ตันผลผลิตแป้ง) แต่ในปัจจุบันมีโรงงานหลายแห่ง ที่ได้นำเทคโนโลยีสะอาด (Clean Technology, CT) เข้าใช้ในกระบวนการผลิต ทำให้ลดปริมาณแป้งสูญเสียและลดการใช้น้ำลง ทำให้ลดน้ำเสียจากกระบวนการผลิตลง เหลือประมาณ 10-15 ลบ.ม./ตันผลผลิตแป้ง ในหลายโรงงาน อย่างไรก็ตาม น้ำเสียดังกล่าวยังคงมีความเข้มข้นของสารอินทรีย์ในรูปซีโอดีสูงถึง 13,000- 20,000 มก./ล.
จากผลการวิจัยและประสบการณ์จริงในโรงงานที่ได้กล่าวมา ทำให้มีความมั่นใจในประสิทธิภาพของระบบผลิตก๊าซชีวภาพและบำบัดน้ำเสียแบบตรึงฟิล์มจุลินทรีย์ชนิดไม่ใช้อากาศ ว่ามีความเหมาะสมกับคุณลักษณะของน้ำเสียของโรงงานแป้งมันสำปะหลัง โดยในโรงงานแป้งมันสำปะหลังที่มีขนาดกำลังการผลิต 200 ตันแป้ง ปริมาณน้ำเสียที่เกิดขึ้นวันละประมาณ 3,000 ลบ.ม. ที่มีซีโอดี 16,000 มก./ล. ระบบมีประสิทธิภาพการบำบัดไม่ต่ำกว่าร้อยละ 80 ก๊าซชีวภาพที่ผลิตได้ปีละ 3.84 ล้านลบ.ม. ทดแทนน้ำมันเตาได้ปีละ 1.8 ล้านลิตร รายได้จากก๊าซชีวภาพปีละ 14.4 ล้านบาท ซึ่งระบบขนาดดังกล่าวใช้เงินลงทุนประมาณ 40 ล้านบาท ดังนั้นจะคืนทุนภายใน 3 ปี



  ทำการปรับปรุงเมื่อ : วันที่ 28 กันยายน 2547