ประโยชน์ของระบบผลิตก๊าซชีวภาพต่อสิ่งแวดล้อม

นอกเหนือจากประโยชน์ด้านพลังงานที่ได้รับจากก๊าซชีวภาพ ระบบผลิตก๊าซชีวภาพยังมีผลพลอยได้อื่นๆ อีกมากมาย
ได้แก่ การช่วยลดการเน่าเสียของแหล่งน้ำธรรมชาติ ลดปัญหากลิ่นเหม็นหรือแมลงวัน ซึ่งปัจจัยเหล่านี้ช่วยส่งผลให้ผู้ประกอบการต่างๆ สามารถอยู่ร่วมกับชุมชนได้อย่างราบรื่น อีกทั้งผู้ประกอบการยังได้รับประโยชน์เพิ่มเติมในรูปของการลดค่าใช้จ่ายในการบำบัดน้ำเสีย ลดพื้นบ่อเปิด ลดการใช้พลังงานในระบบเติมอากาศเป็นต้น รวมถึงได้ประโยชน์ในรูปปุ๋ยอินทรีย์ และช่วยลดการปลดปล่อยก๊าซมีเทนซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกสู่บรรยากาศ

ทฤษฎีเบื้องต้นของระบบก๊าซชีวภาพ

แบคทีเรียที่เกี่ยวข้องกับการผลิตก๊าซชีวภาพ 

ก๊าซชีวภาพ (Biogas) เกิดจากระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่มีโครงสร้างสลับซับซ้อน ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน เพื่อใช้เป็นสารอาหารในการดำรงชีพของแบคทีเรียในกลุ่มที่ไม่ใช้อากาศ โดยสามารถแบ่งชนิดกลุ่มแบคทีเรียตามปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นได้เป็น 3 ชนิด คือ

1 แบคทีเรียสร้างกรด (Acid Former Bacteria) แบคทีเรียกลุ่มนี้จะย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำทิ้งไปเป็นกรดอินทรีย์ต่างๆ
2 แบคทีเรียสร้างมีเทน (Methane Former Bacteria) ทำหน้าที่ย่อยสลายกรดอินทรีย์ไปเป็นก๊าซมีเทน และคาร์บอนไดออกไซด์
3 แบคทีเรียรีดิวซ์ซัลเฟต (Sulfate Reducing Bacteria, SBR) ปริมาณของแบคทีเรียชนิดนี้จะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของซัลเฟต (SO42-) ในน้ำเสีย โดยจะทำหน้าที่ดึงออกซิเจนจากสารประกอบซัลเฟต ทำให้เปลี่ยนซัลไฟต์ที่อยู่ในรูปของซัลเฟตเป็นก๊าซไข่เน่า (H2S)

ก๊าซชีวภาพ คืออะไร ?

ก๊าซชีวภาพ (Biogas) คือ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติจากกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ด้วยวิธีทางชีววิทยา (Biological Treatment) ในสภาวะที่ไร้อากาศ (Anaerobic Digestion)ก๊าซชีวภาพมีก๊าซมีเทน (CH4) และก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) เป็นองค์ประกอบหลัก ส่วนก๊าซอื่นๆ เช่น ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) ก๊าซแอมโมเนีย และก๊าซไฮโดรเจน จะมีปริมาณเล็กน้อย เนื่องจากก๊าซมีเทนเป็นก๊าซที่ให้ค่าพลังงานความร้อนสูง โดยสามารถให้พลังงานความร้อนได้สูงถึงประมาณ 9,000 กิโลแคลอรี/ลบม และโดยปกติก๊าซชีวภาพจะมีก๊าซมีเทนอยู่มากกว่า 60% จึงสามารถนำก๊าซชีวภาพไปใช้ประโยชน์ในรูปของพลังงานได้ เช่น เผาเพื่อใช้ประโยชน์จากความร้อนโดยตรง ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับขับเคลื่อนปั๊มน้ำหรือเครื่องยนต์ หรือเป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า เป็นต้น

ระบบผลิตก๊าซชีวภาพแบบยูเอเอสบี (UASB)

ระบบชั้นตะกอนจุลินทรีย์ไร้อากาศแบบไหลขึ้น หรือระบบยูเอเอสบี (Upflow Anaerobic Sludge Blanket: UASB) เป็นระบบหนึ่งของระบบบำบัดทางชีววิทยาที่ได้รับความสนใจและมีการพัฒนาประสิทธิภาพให้สูงขึ้น โดยอาศัยการทำงานของจุลินทรีย์เเขวนลอย ซึ่งมีการพัฒนาให้เกาะตัวกันในลักษณะเป็นเม็ดตะกอน (Granule) ระบบนี้อาศัยการกวนผสมที่เกิดจากการไหลของน้ำเสียทีป้อนเข้าถังปฏิกรณ์จากด้านล่างไหลขึ้นสู่ด้านบน เเละการกวนผสมที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของฟองก๊าซที่เกิดขึ้นจริงจากกิจกรรมการย่อยสลายเป็นสำคัญ โดยตะกอนจุลินทรีย์เหล่านี้จะถูกเเยกออกจากน้ำเสียด้วยอุปกรณ์เเยกของเเข็ง-ของเหลว-ก๊าซ (Gas-Liquid-Solid Separator หรือ 3 Phase Separator) ทำให้สามารถรักษาจุลินทรีย์ประสิทธิภาพสูงไว้ในระบบได้

ระบบผลิตก๊าซชีวภาพแบบถังกวนสมบูรณ์ (CSTR)

ระบบถังกวนสมบูรณ์เเบบไม่ใช้อากาศ (Continuous Stirred Tank Reactor) เป็นการเรียกตามลักษณะของสสารที่อยู่ภายในถังซึ่งมีความเข้มข้นของสารละลายเท่ากันทุกจุด (Completely mixed) ถังปฏิกรณ์เเบบนี้ถือเป็นถังปฏิกรณ์อุดมคติ (Ideal Reactor) เเบบหนึ่งเเละเป็นระบบบำบัดน้ำเสียเเบบไม่ใช้อากาศที่เก่าเเก่ที่สุดประเภทหนึงด้วย โดยถังกวนสมบูรณ์นี้ถูกพัฒนาขึ้นมาจากถังย่อยสลัดจ์ซึ่งเป็น Conventional Anaerobic Digester ที่มีประสิทธิภาพต่ำ เนื่องจากการกวนผสมไม่ดี ทำให้ระยะเวลาย่อยสลายยาวนาน จึงได้มีการพัฒนาเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการสัมผัสกันของสารอาหารในน้ำเสียเเละจากถังย่อยสลัดจ์ (Septic Tank) โดยมีการติดตั้งใบกวน เช่น เเบบ Paddle แบบสกรู (Screw) หรือ ใช้ Gas Diffuser ในการกวนผสม เพื่อให้จุลินทรีย์เเละสารอาหารในถังปฏิกรณ์มีการสัมผัสกันมากขึ้น ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพในการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสียดีขึน