ผลของถ่านชีวภาพจากเปลือกกล้วยที่มีต่อเสถียรภาพการผลิตแก๊สมีเทนจากเศษอาหารที่อัตราภาระบรรทุกสารอินทรีย์แตกต่างกัน

Main Article Content

Chatchawin Nualsri
Sirawit Dangwongjaroenporn
Chakkrit Sreela-or
Thanwamas Kassanuk
Khongdet Phasinam

บทคัดย่อ

กระบวนการหมักแบบไร้อากาศ เป็นเทคโนโลยีที่ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลาย ในการบำบัดเศษอาหารเหลือทิ้ง ควบคู่กับการผลิตแก๊สมีเทน แต่ทั้งนี้ เศษอาหารสามารถย่อยสลายโดยจุลินทรีย์ได้อย่างรวดเร็ว และเปลี่ยนเป็นกรดไขมันระเหยง่ายสะสมอยู่ในกระบวนการหมัก นำไปสู่การเสียเสถียรภาพของกระบวนการ การเติมถ่านชีวภาพเป็นหนึ่งในวิธีที่ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของกระบวนการหมักแบบไร้อากาศได้ งานวิจัยนี้จึงศึกษาการใช้ถ่านชีวภาพจากเปลือกกล้วย เพื่อรักษาเสถียรภาพของกระบวนการหมักแบบไร้อากาศจากเศษอาหาร เดินระบบด้วยค่าอัตราภาระบรรทุกสารอินทรีย์ (organic loading rates; OLR) แตกต่างกัน ทำการทดลองในถังหมักปริมาตรทำงาน 5 ลิตร โดยการป้อนเศษอาหารผสมกับถ่านชีวภาพที่ความเข้มข้น 20 กรัมต่อลิตร เข้าสู่ถังหมัก มีการแปรผันค่า OLR ตั้งแต่ 1 – 6 กรัมของแข็งระเหยง่ายต่อลิตรถังหมักต่อวัน (g-VS/L-reactor.d) เปรียบเทียบกับถังหมักควบคุมที่เดินระบบในสภาวะเดียวกัน แต่ไม่มีการเติมถ่านชีวภาพ ผลการวิจัยพบว่า การเติมถ่านชีวภาพจากเปลือกกล้วยช่วยเพิ่มเสถียรภาพของกระบวนการหมักแบบไร้อากาศได้ โดยถังหมักที่ใช้ถ่านชีวภาพสามารถรับค่า OLR ได้ถึง 5 g-VS/L-reactor.d มีอัตราการผลิตแก๊สมีเทนสูงที่สุดเท่ากับ 888 mL/L-reactor.d และสามารถกำจัดค่าซีโอดีได้ถึง 80.77% นอกจากนี้ ถ่านชีวภาพยังช่วยดูดซับสีของน้ำทิ้งจากกระบวนการได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่ถังหมักควบคุมเกิดการเสียเสถียรภาพ เมื่อใช้ค่า OLR สูงกว่า 2 g-VS/L-reactor.d และกระบวนการหมักได้ล้มเหลวลง เนื่องจากค่า pH ได้ลดลงอย่างรวดเร็ว ดังนั้น สามารถสรุปได้ว่า การเติมถ่านชีวภาพจากเปลือกกล้วย ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของกระบวนการหมักแบบไร้อากาศจากเศษอาหาร เพิ่มอัตราการผลิตแก๊สมีเทน และเพิ่มคุณภาพของน้ำทิ้งจากกระบวนการได้

Downloads

Download data is not yet available.

Article Details

ประเภทบทความ
บทความวิจัย ด้านวิทยาศาสตร์ประยุกต์

เอกสารอ้างอิง

[1] C. Mao, Y. Feng, X. Wang, and G. Ren, “Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 45, pp. 540–555, 2015.

[2] S. Gao, Y. Huang, L. Yang, H. Wang, M. Zhao, Z. Xu, Z. Huang, and W. Ruan, “Evaluation the anaerobic digestion performance of solid residual kitchen waste by NaHCO3 buffering,” Energy Conversion and Management, vol. 93, pp. 166–174, 2015.

[3] R. M. Novais, T. Gameiro, J. Carvalheiras, M. P. Seabra, L. A. C. Tarelho, J.A. Labrincha, and I. Capela, “High pH buffer capacity biomass fly ash-based geopolymer spheres to boost methane yield in anaerobic digestion,” Journal of Cleaner Production, vol. 178, pp. 258–267, 2018.

[4] A. C. Lizama, C. C. Figueiras, A. Z. Pedreguera, and J. E. R. Espinoza, “Enhancing the per formance and stability of the anaerobic digestion of sewage sludge by zero valent iron nanoparticles dosage,” Bioresource Technology, vol. 275, pp. 352–359, 2019.

[5] S. Chen, A. E. Rotaru, P. M. Shrestha, N. S. Malvankar, F. Liu, W. Fan, K. P. Nevin, and D. R. Lovley, “Promoting interspecies electron transfer with biochar,” Scientific Reports, vol. 4, pp. 1–7, 2015.

[6] G. Kaur, D. Johnravindar, and J. W. C. Wong, “Enhanced volatile fatty acid degradation and methane production efficiency by biochar addition in food waste-sludge co-digestion: A step towards increased organic loading efficiency in co-digestion,” Bioresource Technology, vol. 308, pp. 123250, 2020.

[7] Y. Li, J. Liu, Q. Yuan, H. Tang, F. Yu, and X. Lv, “A green adsorbent derived from banana peel for highly effective removal of heavy metal ions from water,” RSC Advances, vol. 6, pp. 45041–45048, 2016.

[8] J. Anwar, U. Shafique, W. Zaman, M. Salman, A. Dar, and S. Anwar, “Removal of Pb(II) and Cd(II) from water by adsorption on peels of banana,” Bioresource Technology, vol. 101, no. 6, pp. 1752–1755, 2010.

[9] N. Zhou, H. Chen, j. Xi, D. Yao, Z. Zhou, Y. Tian, and X. Lu, “Biochars with excellent Pb(II) adsorption property produced from fresh and dehydrated banana peels via hydrothermal carbonization,” Bioresource Technology, vol. 232, pp. 204–210, 2017.

[10] A. Chaparadza and J. M. Hossenlopp, “Adsorption kinetics, isotherms and thermodynamics of atrazine removal using a banana peel based sorbent,” Water Science and Technology, vol. 65, no. 5, pp. 940–947, 2012.

[11] T. Ahmad and M. Danish, “Prospects of banana waste utilization in wastewater treatment: A review,” Journal of Environmental Management, vol. 206, pp. 330–348, 2018.

[12] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23rd ed. APHA, AWWA and WEF, Washington DC, 2017, pp. (part 2540) 66–73.

[13] L. Zhang, J. Zhang, and K. C. Loh, “Activated carbon enhanced anaerobic digestion of food waste: Laboratory-scale and pilot-scale operation,” Waste Management, vol. 75, pp. 270–279, 2018.

[14] W. Yan, N. Shen, Y. Xiao, Y. Chen, F. Sun, V.K. Tyagi, and Y. Zhou, “The role of conductive materials in the start-up period of thermophilic anaerobic system,” Bioresource Technology, vol. 239, pp. 336–344, 2017.

[15] Y. Yang, Y. Zhang, Z. Li, Z. Zhao, X. Quan, and Z. Zhao, “Adding granular activated carbon into anaerobic sludge digestion to promote methane production and sludge decomposition,” Journal of cleaner production, vol. 149, pp. 1101–1108, 2017.

[16] F. Liu, A. E. Rotaru, P. M. Shrestha, N. S. Malvankar, K. P. Nevin, and D. R. Lovley, “Promoting direct interspecies electron transfer with activated carbon,” Energy and Environmental Science, vol. 5, pp. 8982–8989, 2012.

[17] S. Pattra, S. Sangyoka, M. Boonmee, and A. Reungsang, “Bio-hydrogen production from the fermentation of sugarcane bagasse hydrolysate by clostridium butyricum,” International Journal of Hydrogen Energy, vol. 33, no. 19, pp. 5256–5265, 2008.

[18] Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 23rd ed., APHA, AWWA and WEF, Washington DC, 2017, pp. (part 5220) 17–21.

[19] D. Wang, J. Ai, F. Shen, G. Yang, Y. Zhang, S. Deng, J. Zhang, Y. Zeng, and C. Song, “Improving anaerobic digestion of easy-acidification substrates by promoting buffering capacity using biochar derived from vermicompost,” Bioresource Technology, vol. 227, pp. 286–296, 2017.

[20] A. S. Giwa, H. Xu, F. Chang, J. Wu, Y. Li, N. Ali, S. Ding, and K. Wang, “Effect of biochar on reactor performance and methane generation during the anaerobic digestion of food waste treatment at long-run operations,” Journal of Environmental Chemical Engineering, vol. 7, no. 4, pp. 103067, 2019.

[21] G. Wang, Q. Li, X. Gao, and X. C. Wang, “Synergetic promotion of syntrophic methane production from anaerobic digestion of complex organic wastes by biochar: Performance and associated mechanisms,” Bioresource Technology, vol. 250, pp. 812–820, 2018.

[22] J. Pan, J. Ma, L. Zhai, T. Luo, Z. Mei, and H. Liu, “Achievements of biochar application for enhanced anaerobic digestion: A review,” Bioresource Technology, vol. 292, pp. 122058, 2019.

[23] F. Lu, C. H. Luo, L. M. Shao, and P. J. He, “Biochar alleviates combined stress of ammonium and acids by firstly enriching Methanosaeta and then Methanosarcina,” Water Research, vol. 90, pp. 34–43, 2016.

[24] C. Luo, F. Lu, L. Shao, and P. He, “Application of eco-compatible biochar in anaerobic digestion to relieve acid stress and promote the selective colonization of functional microbes,” Water Research, vol. 68, pp. 710–718, 2015.