เทคโนโลยีชีวภาพ >> เทคโนโลยีชีวภาพ

 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 ซึ่งจะทำให้ประสิทธิภาพในการย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสียดีขึ้น

ถังปฏิกรณ์เเบบนี้ระยะเวลากักเก็บของเเข็ง (Solid Retention Time) เท่ากับระยะเวลากักเก็บน้ำเสีย (Hydraulic Retention Time ) ทำให้ถังปฏิกรณ์จะมีขนาดใหญ่หากของเสียหรือน้ำเสียที่เป็นวัตถุดิบย่อยสลายได้ยาก ใช้เวลานาน ถัง CSTR นี้จึงเหมาะกับน้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูง (High Concentration) มีสารเเขวนลอยสูง หรือเเม้กระทั่งมีสารพิษปนอยู่ (Toxic Wastewater) ทั้งนี้เนื่องจากถังปฏิกรณ์มีการกวนอยู่ตลอดเวลา ทำให้เมื่อสารพิษถูกป้อนเข้าระบบจะถูกเจือจางทันที่ จึงไม่ก่อให้เกิดผลเสียต่อจุลินทรีย์เหมือนระบบอื่น

ลักษณะ CSTR Plant Layout (source: entec biogas GmbH)

 ปัญหาที่เกิดขึ้นในระหว่างการเดินระบบเเบบถังกวนสมบูรณ์ (CSTR)

ปัญหาการสูญเสียเซลล์จุลินทรีย์

เนื่องจากไม่มีความเเตกต่างของความเข้มข้นทั้งในเเง่ของสารอาหารเเละเซลล์จุลินทรีย์ ดังนั้นความเข้มข้นของเซลล์จุลินทรียืในน้ำเสียที่ออกจากระบบเท่ากับภายในถังปฏิกรณ์ จึงมักพบปัญหาเซลล์จุลินทรีย์ในระบบลดลงอย่างรวดเร็ว จึงล้มเหลวในที่สุด ดังนั้นถังปฏิกรณ์เเบบนี้จึงเหมาะกับหรือของเสีย เช่น มูลสัตว์ เนื่องจากในมูลสัตว์มีจุลินทรีย์ชนิดที่ไม่ใช้อากาศอยู่เเล้วนั่นเองนอกจากนี้ยังต้องรักษาระดับของ Hydraulic Load ไม่สูงมากนัก เเต่ให้มี HRT สูงมากพอ (ควรมากกว่า 3 วัน) เพื่อให้จุลินทรีย์ในกลุ่มสร้างมีเทน ซึ่งมีอัตราการเจริญเติบโตที่ช้า สามารถเจริญเติบโตเเละเพิ่มปริมาณได้มากพอกับที่หลุดออกจากระบบไปกับน้ำเสียขาออก (Washout) ระบบจึงจะรักษาปริมาณเซลล์จุลินทรีย์ให้คงที่ได้ นอกจากนี้ยังมีการใช้เทคนิคหรืออุปกรณ์อื่นๆ หรือร่วมใช้กับเมมเบรน (เรียกว่า CSTR Combining with Membrane Separation) เป็นต้น

ปัญหาคุณภาพน้ำเสียที่ออกจากระบบ

จากที่กล่าวมาเเล้วว่า ไม่มีความเเตกต่างของความเข้มข้นของสารอาหารภายในถัง ดังนั้นน้ำเสียที่ออกจากถังปฏิกรณ์เเบบถังกวนสมบูรณ์มักยังคงมีค่าความสกปรกสูงอยู่ ไม่สามารถปล่อยทิ้งได้โดยตรง ทำให้ยังคงต้องทำการบำบัดด้วยระบบบำบัดขั้นหลังต่อไป

ข้อดีเเละข้อจำกัดของระบบก๊าซชีวภาพเเบบ CSTR

ข้อดี	ข้อเสีย
รับน้ำเสียที่มีสารแขวนลอยสูงได้ดี มีประสิทธิภาพการย่อยสลายน้ำเสียโดยเฉพาะน้ำเสียประเภทที่มีของแข็งแขวนลอยสูงได้ดี เนื่องจากมีการกวนผสมที่ดี	ต้องการพลังงานในการกวนผสม ยังมีความเข้มข้นของสารอินทรีย์ในน้ำเสียขาออกอยู่ในเกณฑ์สูง มีการสูญเสียจุลินทรีย์ในปริมาณที่สูง

การพัฒนาและปรับปรุงระบบผลิตก๊าซชีวภาพเเบบถังกวนสมบูรณ์ (CSTR)

จากการใช้งานเทคโนโลยี CSTR เพื่อบำบัดน้ำเสียและของเสียที่มีคุณสมบัติมีสารแขวนลอยในน้ำเสียอยู่ในเกณฑ์สูงมาเป็นระยะเวลาพอสมควร ได้มีผู้ออกแบบระบบก๊าซชีวภาพหลายราย ได้นำหลักการของเทคโนโลยี CSTR ดังกล่าวมาพัฒนาและปรับปรุง และได้ตั้งชื่อเทคโนโลยีใหม่ดังกล่าวซึ่งมีรากฐานจากเทคโนโลยี CSTR แตกต่างกันดังนี้

ระบบ SMART Digester

มีลักษณะเป็นระบบผลิตก๊าซชีวภาพแบบบ่อกวนสมบูรณ์ (Continuoustly Stirred Lagoon Reactor, CSLR) ซึ่งผู้พัฒนาระบบได้เรียกชื่อว่า Smart Digester® มีลักษณะเป็นบ่อคอนกรีตเสริมเหล็กลักษณะ แคบ ยาว ตื้น ที่มีการแบ่งพื้นที่ภายในออกเป็ น 2 ห้อง ห้องที่หนึ่งหรือเรียกว่าห้องปฏิกิริยา เป็นห้องที่เกิดปฏิกิริยาการบำบัดจนเกิดก๊าซชีวภาพมีตำแหน่งอยู่ด้านใน และห้องที่สองหรือเรียกว่าห้องแยกตะกอน เป็นห้องที่มีตำแหน่งล้อมอยู่ภายนอกห้องปฏิกิริยาโดยรอบ

ห้องปฏิกิริยาจะประกอบด้วยผนัง 2 ด้านขนานตามความความยาวของบ่อ โดยมีผนังรูปครึ่งวงกลมตั้งอยู่ด้านหัวและด้านท้ายของห้อง และผนังตรงกลางที่แบ่งครึ่งตามความยาวของบ่อ ส่วนล่างของผนังด้านข้างของห้องปฏิกิริยาเป็นช่องเปิดตลอดแนวเพื่อให้น้ำเสียไหลจากห้องปฏิกิริยาไปสู่ห้องแยกตะกอน และให้ตะกอนที่จมตัวอยู่ที่ด้านล่างของห้องแยกตะกอนไหลกลับมาห้องปฏิกิริยาด้วยแรงไหลเวียนของน้ำเสียโดยเครื่องใบพัดมอเตอร์ใต้น้ำที่ติดตั้งโดยมีเสาเป็นที่ยึด

การพัฒนา Smart Digester® ให้มีลักษณะดังกล่าวข้างต้น ทำให้ Smart Digester® สามารถรักษาปริมาณตะกอนแบคทีเรีย ให้ดำรงอยู่ในระบบเป็นจำนวนมากด้วยการจมตัวเองตามธรรมชาติ และมีเครื่องใบพัดเป็นตัวหมุนเวียนตะกอนแบคทีเรียดังกล่าวให้กลับมาทำงานได้อีก โดยสามารถหมุนเวียนตะกอนเป็นจำนวนมากมาสัมผัสกับน้ำเสียเข้าระบบ จึงเป็นการเกิดปฏิกิริยาการบำบัดและผลิตก๊าซชีวภาพได้อย่างรวดเร็วมีประสิทธิภาพและมีความสมดุลสูงต่อความแปรปรวนที่เป็นปัจจัยลบใดๆ ต่อการทำงานของแบคทีเรีย

 ระบบ Hybrid Channel Digester

เป็นระบบก๊าซชีวภาพที่มุ่งเน้นในการแก้ปัญหาของระบบผลิตก๊าซชีวภาพในโรงงานปาล์มในประเทศไทย ซึ่งส่วนใหญ่จะเกิดปัญหาของระบบในหลายๆเรื่อง เช่น การเกิดผลึก การสะสมตัวของตะกอนที่ก้นบ่อ เเละไม่สามารถดึงออกได้ ขนาดของระบบเเละพื้นที่เก็บก๊าซ เป็นต้น จึงมีการพัฒนาเทคโนโลยีจากระบบที่มีอยู่เดิม เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน เป็นระบบ Hybrid Channel Digester ที่นำเอาข้อดีของระบบ CSTR มาสาร้างความปั่นป่วนทำให้โอกาสในการสัมผัสของสารอินทรีย์เเละเเบคทีเรียเกิดได้มาก เเละระบบ Plug Flow ช่วยในการรักษาปริมาณเชื้อให้อยู่ในระบบได้ดี นอกจากนี้ยังมีการหมุน

ระบบ A-CSTRth

เป็นระบบที่พัฒนาขึ้นเพื่อใช้งานกับน้ำเสียจากโรงงานสกัดน้ำมันปาล์ม โดยมีตัวอย่างโรงงานที่ใช้งานระบบดังกล่าวแล้ว (ระบบ A-CSTRth) ได้แก่ บริษัท ชุมพรอุตสาหกรรมน้ำมันปาล์ม จำกัด

ระบบ AC (Anaerobic contact)

ระบบบำบัดน้ำเสียแบบ Anaerobic contact เป็นระบบที่มีการดัดแปลงมาจากถังปฎิกิริยาแบบกวนสมบูรณ์ (CSTR) โดยมีการเพิ่มส่วนของถังตกตะกอนลงไป จึงทำให้ระบบมีลักษณะเหมือนกับถังปฏิกิริยาแบบตะกอนเร่ง จนบางครั้งมีผู้เรียกกันว่าเป็นระบบตะกอนเร่งแบบไม่ใช้อากาศ (Anaerobic Activated Sludge) โดยทำการหมุนเวียนตะกอนเพื่อเพิ่มเวลาเก็บกักตะกอนให้นานขึ้น ซึ่งทำให้ถังปฏิกิริยาแบบนี้ทำงานได้ดีกว่าแบบ CSTR อย่างไรก็ตามหากตะกอนภายในถังอยู่ในสภาวะที่ตกตะกอนได้ยาก อาจมีการติดตั้งอุปกรณ์หรือเติมสารเคมีเพื่อช่วยในการตกตะกอน ระบบดังกล่าวนิยมนำมาใช้เพื่อบำบัดขยะอินทรีย์ เช่น ระบบบำบัดขยะอินทรีย์ของเทศบาลระยอง เป็นต้น