|
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
ระบบยูเอเอสบี เป็นระบบบำบัดน้ำเสียที่มีการป้อนน้ำเสียเข้าระบบจากด้านล่างของถังปฏิกรณ์ขึ้นสู่ด้านบน (Up-flow Feeding) โดยหัวใจสำคัญของระบบยูเอเอสบีอย่างหนึ่งคือ เม็ดตะกอนจุลินทรีย์ในระบบที่เจริญเติบโตอยู่ในลักษณะเเขวนลอย ซึ่งอาศัยการยึดเกาะกันเองของจุลินทรีย์ (Self-Immobilization) หรือเรียกได้ว่าเม็ดตะกอน จูลินทรีย์ (Granule)
จากคุณสมบัติและลักษณะการทำงานของถังยูเอเอสบี ทำให้สามารถแบ่งส่วนประกอบภายในถังยูเอเอสบีได้เป็น 2 ส่วนคือ ส่วนที่เป็นถังปฏิกิริยาพร้อมด้วยระบบกระจายน้ำเสียซึ่งจะอยู่ทางด้านล่างของถังและส่วนตกตะกอนและแยกก๊าซบริเวณด้านบน โดยมีกลไกและลักษณะการทำงานของส่วนต่างๆ ดังนี้
1) ส่วนที่เกิดปฏิกิริยาจะอยู่ทางด้านล่างของถังซึ่งเป็นส่วนที่เกิดการย่อยสลายสารอินทรีย์ การไหลของน้ำเสียในถังจะเป็นการไหลจากด้านล่างขึ้นด้านบน มีการป้อนน้ำเสียจะป้อนเข้าทางด้านล่างของถังยูเอเอสบีผ่านทางระบบการกระจายน้ำเสีย ซึ่งการกระจายน้ำเข้าถังจะเป็นไปอย่างสม่ำเสมอทั้งหน้าตัดของถัง การเลี้ยงเชื้อแบคทีเรียในถังยูเอเอสบีจะควบคุมให้ตะกอนสะสมเป็นชั้นตะกอนที่มีความหนาแน่น น้ำเสียที่ต้องการบำบัดจะไหลผ่านชั้นตะกอน แบคทีเรียในชั้นตะกอนซึ่งอยู่กันอย่างหนาแน่นจะเกิดการรวมกันเป็นเม็ด (Granule) โดยเม็ดตะกอนที่มีความหนาแน่นสูงจะจมตัวอยู่ด้านล่าง มีการจัดเรียงตัวจากขนาดใหญ่ขึ้นไปหาเล็กเหมือนชั้นทรายกรอง ส่วนกลุ่มที่มีความหนาแน่นต่ำ ซึ่งมีความเร็วในการจมตัวต่ำกว่าฟุ้งกระจายขึ้นมาเป็นชั้นตะกอนแขวนลอย โดยฟองก๊าซที่เกิดขึ้นและการไหลของน้ำที่เข้ามาจากด้านล่างของถังจะช่วยทำให้เกิดการผสมขึ้น
2) ส่วนตกตะกอนและแยกก๊าซ เป็นส่วนที่ทำหน้าที่ควบคุมและลดปริมาณเซลล์แบคทีเรียที่หลุดออกไปกับน้ำทิ้ง และทำหน้าที่รวบรวมก๊าซมีเทนที่เกิดขึ้นเพื่อนำไปใช้ประโยชน์ต่อไป จึงมีการติดตั้งอุปกรณ์แยกก๊าซ (GSS) น้ำเสียและแบคทีเรียในรูปตะกอนแขวนลอยไว้ด้านบนของถังซึ่งจะเรียกว่าเป็นอุปกรณ์ Gas-Solid Separator หรือ GSS โดยการออกแบบหลายลักษณะตามขนาดและรูปร่างของถังปฏิกิริยา แต่ใช้หลักการออกแบบเดียวกันคือ
แยกน้ำกับก๊าซโดยอาศัยหลักการที่ว่าน้ำสามารถไหลเลี้ยวไปมาได้ ในขณะที่ก๊าซมีการลอยตัวจากด้านล่างขึ้นสูงด้านบนเป็นเส้นตรงเท่านั้น ยกเว้นมีสิ่งกีดขวางหรือแผ่นปะทะใดๆ มาเปลี่ยนทิศทางการลอยตัวขึ้น หลังจากผ่านพ้นสิ่งกีดขวางนั้นแล้วก็จะลอยตัวเป็นเส้นตรงดังเดิม จึงออกแบบและติดตั้งแผ่นปะทะเพื่อขวางทิศทางการไหล ทำให้น้ำและก๊าซมาปะทะแล้วเบี่ยงเบนการไหลของน้ำและก๊าซออกจากกัน
แยกตะกอนออกจากน้ำโดยทำให้เกิดการตกตะกอนของตะกอนแบคทีเรียที่ไหลขึ้นมา การแยกตะกอนจะเกิดในส่วนบนสุดของถัง โดยในส่วนนี้จะไม่มีก๊าซ มีความปั่นป่วนต่ำ สามารถแยกน้ำและตะกอนได้โดยง่าย ดังนั้น GSS จึงต้องมีพื้นที่ส่วนที่เป็นน้ำนิ่งเพียงพอที่ตะกอนจะตกกลับมายังถังปฏิกิริยาได้
องค์ประกอบของระบบยูเอเอสบี
1) ส่วนของตะกอนชั้นล่าง (Sludge Bed) เป็นชั้นตะกอนจุลินทรีย์ที่มีความสามารถในการตกตะกอนสูงเเละมีความสามารถในการย่อยสลายสารอินทรีย์สูง
2) ส่วนชั้นตะกอนลอย (Sludge Blanket) เป็นชั้นที่ตะกอนจุลินทรีย์ลอยฟุ้งกระจาย เนื่องจากน้ำเสียเเละก๊าซชีวภาพที่เกิดจากการย่อยสลายสารอินทรีย์
3) ส่วนของอุปกรณ์เเยกเม็ดตะกอนเเละก๊าซชีวภาพออกจากของเหลว ที่มีชื่อเรียกเฉพาะว่า Gas-Liquid-Solid Separator (GLSS) เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เเยกก๊าซชีวภาพออกจากของผสมระหว่างก๊าซชีวภาพ น้ำเเละเม็ดตะกอนจุลินทรีย์ ซึ่งจุลินทรีย์ที่ถูกเเยกจะตกกลับเข้าสู่ถังปฏิกรณ์ น้ำเสียจะไหลออกสู่ส่วนระบายน้ำเสียด้านบน ส่วนก๊าซชีวภาพจะถูกรวบรวมเพื่อนำไปใช้ต่อไป
4) ส่วนของอุปกรณ์ในการตกตะกอน (Settlement Compartment) ในอุปกรณ์นี้เม็ดตะกอนจุลินทรีย์ซึ่งเเยกออกจากน้ำเสียจะตกลงสู่ด้านล่างของถังปฏิกรณ์ โดยอาศัยแรงโน้มถ่วงที่เกิดจากน้ำหนักของเม็ดตะกอนเอง ทั้งนี้เนื่องจากเมื่อเม็ดตะกอนคายก๊าซที่เป็นตัวพาให้เคลื่อนที่ขึ้นสู่ด้านบนของถังปฏิกรณ์ออกไปแล้ว ทำให้สูญเสียเเรงดันที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของก๊าซไป
ทำให้เเรงโน้มถ่วงที่เกิดจากเม็ดตะกอนเองมากกว่าแรงลอยตัวเม็ดตะกอนจึงตกกลับเข้าสู่ส่วนล่างของถังปฏิกรณ์ตามเดิมนั่นเอง
ระบบยูเอเอสบีเป็นระบบที่ไม่ต้องอาศัยตัวกลางสำหรับให้จุลินทรีย์ยึดเกาะทำให้ไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายสำหรับวัสดุตัวกลาง นอกจากนี้ไม่ต้องมีอุปกรณ์ในการกวนผสมถังตกตะกอนทำให้ลดค่าใช้จ่ายลงได้ อย่างไรก้ตามจุดด้อยของระบบยูเอเอสบีที่สำคัญคือความยุ่งยากเเละความซับซ้อนของการเริ่มต้นดำเนินระบบเเละการสร้างเม็ดตะกอนจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งหาไม่เหมาะสมจะส่งผลต่อประสิทธิภาพเเละเสถียรภาพของระบบได้ ซึ่งจะนำไปสู่ความล้มเหลวของระบบในที่สุด โดยปัจจัยส่งเสริมกระบวนการเกิดเม็ดตะกอนจุลินทรีย์ เช่น คุณภาพตะกอนจุลินทรีย์เริ่มต้น อุณหภูมิ องค์ประกอบของน้ำเสีย สารอาหารเเละธาตุอาหาร สารมลพิษ การกวนผสม อัตรารับภาระสารอินทรีย์
|
ระบบ UASB ในประเทศไทย
สถานเทคโนโลยีก๊าซชีวภาพ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ เป็นหน่วยงานแรกๆ ที่ได้ประยุกต์ใช้เทคโนโลยี UASB ในการบำบัดน้ำเสียแบบไร้อากาศ โดยได้ใช้ในการบำบัดน้ำเสียจากฟาร์มเสี้ยงสุกร ซึ่งมีลักษณะมีสารแขวนลอยในน้ำเสียอยู่ในเกณฑ์สูง จึงประยุกต์ใช้เทคโนโลยี UASB ควบคู่ไปกับบ่อหมักช้าแบบรางก่อน (Plug Flow) เพื่อทำหน้าที่ย่อยสลายสารอินทรีย์ขนาดใหญ่ให้มีขนาดเล็กลง แล้วจึงไหลผ่านไปยังบ่อหมักยูเอเอสบี (UASB)
ต่อมาทางสถานเทคโนโลยีก๊าซชีวภาพก็ได้ทำการศึกษา และพัฒนาระบบผลิตก๊าซชีวภาพแบบ H-UASB (High-Suspension Solid Upflow Anaerobic Sludge Blanket) สำหรับน้ำเสียฟาร์มสุกร โดยการนำน้ำเสียที่เกิดจากการล้างคอก เข้าสู่บ่อหมักยูเอเอสบีแบบ H-UASB โดยตรง ทำให้ระบบก๊าซชีวภาพแบบ H-UASB ไม่มีบ่อหมักช้าแบบราง ดังนั้นจึงส่งผลให้ประหยัดพื้นที่การติดตั้งระบบลง
สำหรับการบำบัดน้ำเสียจากโรงงานอุตสาหกรรม ระบบยูเอเอสบีเเบบสองขั้นตอน หรือ two-stage UASB เป็นระบบที่ได้รับความนิยมอย่างเเพร่หลายในกลุ่มผู้ออกแบบระบบก๊าซชีวภาพด้วยเทคโนโลยี UASB ในประเทศไทย ระบบยูเอเอสบีเเบบสองขั้นตอนนี้ เเบ่งการทำงานออกเป็น 2 ขั้นตอนคือ การผลิตกรด (จะเกิดขึ้นในบ่อหมักกรด; Acidification Unit) เเละ การผลิตมีเทน (เกิดขึ้นในถังปฏิกรณ์ ยูเอเอสบี) การทำงานของระบบอาศัยหลักการพื้นฐานที่ว่ากลุ่มเเบคทีเรียที่ไม่ใช้อากาศสามารถเเบ่งออกได้เป็น 2 กลุ่มหลักคือ เเบคทีเรียกลุ่มที่สร้างกรด เเละเเบคทีเรียกลุ่มที่สร้างมีเทน ซึ่งมีความต้องการที่เเตกต่างกันทั้งในเรื่องของสารอาหาร สภาพทางกายภาพ อัตราการเจริญเติบโต เเละความต้านทานต่อการเปลี่ยนเเปลงสภาพเเวดล้อม เป็นต้น ดังนั้นการเเยกระบบทั้งสองออกจากกันจะช่วยให้ระบบเเต่ละขั้นมีประสิทธิภาพดีขึ้น นอกจากนี้ในกรณีที่น้ำเสียมีองค์ประกอบไม่เหมาะสมที่จะเข้าสู่ระบบยูเอเอสบีโดยตรง เช่นน้ำเสียที่มีสารอินทรีย์ในน้ำเป็นสารประกอบโมเลกุลใหญ่ หรือย่อยสลายช้า การเเยกเป็น 2 ระบบเช่นนี้ทำให้ระบบยูเอเอสบี สามารถรับอัตราภาระบรรทุกสารอินทรีย์ได้เพิ่มมากขึ้นเเละมีประสิทธิภาพที่สูงขึ้นอีกด้วย
ข้อดีเเละข้อจำกัดของระบบก๊าซชีวภาพเเบบ UASB
|
ข้อดี |
ข้อจำกัด |
|
 รับภาระบรรทุกสารอินทรีย์ได้สูง
ไม่มีปัญหาการอุดตัน (Clogging) ของถังปฎิกิริยา เนื่องจากแบคทีเรียจะรวมกันเป็นเม็ดที่แน่นและตกตะกอนได้ดี
สามารถหยุดระบบได้ทันทีที่ต้องการ และพร้อมจะทำงานต่อได้อย่างมีประสิทธิภาพดังเดิม ในเวลาประมาณ 2 สัปดาห์ |
น้ำเสียป้อนเข้าระบบควรมีสารแขวนลอยต่ำ
การสร้างเม็ดตะกอนทำได้ยาก เนื่องจากต้องเลี้ยงแบคทีเรียให้จับตัวเป็นเม็ด มิฉะนั้นจะด้อยประสิทธิภาพ
ต้องการระบบป้อนน้ำเสียและ GSS ที่มีประสิทธิภาพสูง
ควบคุมดูแลยาก เนื่องจากต้องพยายามรักษาตะกอนของแบคทีเรียในระบบให้เหมาะสม และควบคุมการล้างออก (Wash Out) คือเป็นสภาวะที่ตะกอนเบาหลุดออกจากระบบอย่างมาก
ต้องการอัตราการผลิตก๊าซชีวภาพ ที่เหมาะสมเพื่อช่วยในการกวน
ต้องใช้เวลาในการเดินระบบ (Start-Up) ค่อนข้างนาน |
|
 | | 
