สมมนาอนามยสงแวดลอมและความปลอดภย 1 (EN 391)

เรอง

ทางเลอกของการใชระบบผลตกาซชวภาพจากขยะเปยก

โดย

นายโกศนทร อนทรเจรญ 5017610832

นายจเดจ จกรวาล 5017680124

อาจารยทปรกษา : ผชวยศาสตราจารยสวรรณ จฑามณพงษ

คณะสาธารณสขศาสตร มหาวทยาลยธรรมศาสตร

ภาคการศกษาท 2/2552

A

ค าน า

รายงานฉบบนเปนสวน หนงของวชา EN 391สมมนาอนามยสงแวดลอมและความปลอดภย 1 โดยมวตถประสงคเพอศกษา คนควาและน าเสนอในทประชมพรอมอภปราย ผลและแสดงความคดเหนรวมกนในหว ขอทเกยวกบงานอนามยสงแวดลอมและความปลอดภย โดยเนนปญหาทางดานอนามยสงแวดลอม ผลกระทบตอสขภาพอนามยของประชาชน และตดตามประเดนทางวชาการททนสมยโดยมผเชยวชาญดานอนามยสงแวดลอมและความปลอดภยรวมใหความร ค าแนะน าและแลกเปลยนประสบการณ

ผจดท าไดเลอก หวขอนในการ สมมนา เนองมาจากเปนเรองทนาสนใจ รวมถงเปนการ ใหความรเกยวกบกระบวนการเกดกาซชวภาพและสรางทางเลอกในการเลอกใชระบบผลตกาซชวภาพแกผทสนใจ ผจดท าตองขอขอบพระคณ ผศ.สวรรณ จฑามณพงษ ทใหความร ค าปรกษา และแนวทางการสมมนา และขอบคณผเขารวมสมมนาทกทาน ผจดท าหวงวารายงานสมมนาฉบบนจะใหความร และเปนประโยชนแกผอานทก ๆ ทาน

ผจดท า

สารบญ

ค าน า .....................................................................................................................A

วตถประสงค ............................................................................................................. 1

ทมาและความส าคญ ..................................................................................................... 1

สถานการณขยะมลฝอยชมชน ........................................................................................... 2

ทฤษฎเบองตนของระบบกาซชวภาพ ................................................................................... 2

ขนตอนการเปลยนสารอนทรยใหเปนกาซชวภาพ ....................................................................... 3

ขนตอนและปฏกรยาการเกดกาซชวภาพ .................................................................................. 4

องคประกอบของกาซชวภาพ ............................................................................................ 5

คณสมบตของกาซชวภาพ ............................................................................................... 5

ปจจยทมอทธพลตอการผลตแกสชวภาพ ................................................................................ 6

รปแบบการน ากาซชวภาพไปใชประโยชนเปนพลงงานทดแทน ......................................................... 7

รปแบบของการยอยสลายสารอนทรยโดยแบคทเรย .................................................................... 9

จดเดนของการยอยสลายสารอนทรยแบบไมใชออกซเจน (Anaerobic Digestion) .......................... 10

ขอควรค านงถงในการเลอกใชระบบผลตกาซชวภาพแบบตางๆ ...................................................... 11

ทางเลอกของระบบผลตกาซชวภาพ ................................................................................... 11

ระบบผลตกาซชวภาพแบบ Dry continuous anaerobic fermenter แบบ Hi-solid ............... 12

ระบบผลตกาซชวภาพแบบโดมคงท (Fixed Dome) ............................................................. 13

ระบบผลตกาซชวภาพแบบถงกวนสมบรณ (CSTR) ................................................................. 16

เอกสารอางอง ......................................................................................................... 19

1

หวขอสมมนา : ทางเลอกของการใชระบบผลตกาชชวภาพจากขยะเปยก

วตถประสงค

1. เพอใหความรเกยวกบกระบวนการเกดกาซชวภาพ 2. เพอสรางทางเลอกในการเลอกใชเทคโนโลยทเหมาะสมในการก าจดขยะ และของเสย โดยการ

น ามาแปรสภาพเปนของทมประโยชน คอ กาซชวภาพ และปย

ทมาและความส าคญ

เนองจากในปจจบนเศรษฐกจเตบโตขนและดวยจ านวนประชากรทเพมมากขนท าใหมการบรโภคเพมสงขนดวยเชนกนไมวาจะเ ปนความตองการดานปจจยพนฐานทจ าเปนในการด ารงชวต ทง อาหาร เครองนงหม ทอยอาศย และยารกษาโรค และอาหารเปนปจจยทตองใชทกวน ซงเปนสาเหตของขยะทงจากวตถดบในการปรง ภาชนะบรรจ และเศษอาหารโดยทขยะสวนมากจะเปนขยะเปยกและการก าจดโดยทวไป คอน าไปทงรวมกบขยะอนๆ หรอน าไปเปนอาหารสตวซงวธการดงกลาวเปนวธทไมถกตอง เพราะประเทศ ไทย อยในภมภาคเขตรอนชน ท าใหขยะอนทรยทเกดขนนน เนาเสยไดงาย กอให เกดปญหาตอสภาพแวดลอมหลายดาน ทงกลนเหมน , น าเสย ซงเปนภาระและปญหาท ตองก าจดทง เชน ขยะอนทรย , เศษอาหาร , เศษหญา ,วชพช , ฯลฯ อกทงผลเสยของขยะ ยงกอปญหาระดบโลกอกดวยนนคอ ขยะทน าไปเกบกองไว หรอน าไปฝงกลบ จะเกดการ ยอยสลายโดยเชอจลนทรยธรรมชาต สรางเปนกาซมเทนขน ซงกาซมเทน เปนตวการสรางสภาวะเรอนกระจกในชนบรรยากาศ รนแรงกวาแกสคารบอนไดออกไซด ถง 21 เทา แตกาซมเทน สามารถน ามาใชประโยชนไดอยางมหาศาล ถามการน าขยะมาหมกในภาชนะท เหมาะสมกาซทเกดขนเรยกวากาซชวภาพซงประกอบดวยกาซมเทนเปนหลก โดยจะม ปรมาณมเทนอยประมาณ (60-70 % ) ซงเปนพลงงานทางเลอก สามารถใชเปนพลงงาน หมนเวยนเสรมอกรปแบบหนงได ซงเปนพลงงานหมนเวยนทมนษยเปนผสรางและไมมวนหมด แลวยงสามารถชวยลดปญหาดานมลภาวะและสงแวดลอมไดเปนอยางด ซงระบบการผลตกาชชวภาพมหลายรปแบบซงการเลอกวาจะใชระบบใดตองค านงถงปจจยตางๆไมวาจะเปนปรมาณขยะทมในแตละวน พนทตดตงระบบ รวมถงงบประมาณ ซงเปนสาเหตของการจดสมมนาทางเลอกของการใชระบบผลตกาชชวภาพจากขยะเปยกขน เพอ เปนการใหค าแนะน าตอผท ตองการใชประโยชนดานพลงงานจากขยะเปยกไมวาจะเปนกลมผประกอบการรานอาหาร กลมชมชน กลมผประกอบการโรงแรม รสอรท เพอทจะเลอกใชระบบทเหมาะสมและเกดประโยชนสงสด

2

สถานการณขยะมลฝอยชมชน

ป 2552 ทวประเทศมขยะมลฝอยเกดขนประมาณ 15 ลานตน หรอวนละ 41,240 ตน ซงใกลเคยงกบป 2551 เขต กทม. ม ขยะมลฝอยประมาณวนละ 8,900 ตน หรอ รอยละ 21 ในเขตเทศบาลเมองและเมองพทยามประมาณวนละ 15,560 ตน หรอ รอยละ 38 และในเขตองคการบรหารสวนต าบล ประมาณวนละ 16,780 ตน หรอ รอยละ 41 ขยะมลฝอยทวประเทศไดรบการก าจดอยางถกตองตามหลกวชาการประมาณ 17,645 ตนตอวน หรอรอยละ 43 ของปรมาณขยะมลฝอยทวประเทศ การใชประโยชนขยะมลฝอย ในป 2552 คาดวาจะมขยะมลฝอยน ากลบมาใชประโยชนประมาณ 3.5 ลานตน หรอคดเปนรอยละ 23 ของปรมาณขยะมลฝอยทวประเทศ (ประมาณการจากขอมลเดอนมกราคม ถง กนยายน 2552) โดยรอยละ 90 เปนเศษแกว กระดาษ เหลก อลมเนยม รอยละ 7 เปนการน าขยะอนทรย และรอยละ 3 เปนการน าขยะมลฝอยมาผลตพลงงานไฟฟาและเชอเพลงทดแทน ของเสยอนตราย ในป 2552 คาดวามของเสยอนตรายเกดขนประมาณ 3.1 ลานตน (เพมขนจากป 2551 ประมาณ 20,000 ตน) โดยมาจากภาคอตสาหกรรม ประมาณ 2.4 ลานตน (รอยละ 77) และจากชมชนประมาณ 0.7 ลานตน (รอยละ 23) (รวมซากผลตภณฑเครองใชไฟฟาและอเลกทรอนกส และมลฝอยตดเชอ ) ทงนของเสยอนตรายกวารอยละ 70 ยงคงเกดขนในเขตกรงเทพมหานคร ปรมณฑล และภาคตะวนออก

ทฤษฎเบองตนของระบบกาซชวภาพ

กาซชวภาพ (Biogas) เกดจากระบวนการยอยสลายสารอนทรยทมโครงสรางสลบซบซอน ไดแก คารโบไฮเดรต โปรตน และไขมน เพอใชเปนสารอาหารในการด ารงชพของแบคทเรยในกลมทไมใชอากาศ โดยสามารถแบงชนดกลมแบคทเรยตามปฏกรยาทเกดขนไดเปน 3 ชนด คอ

1. แบคทเรยสรางกรด (Acid Former Bacteria) 2. แบคทเรยสรางมเทน (Methane Former Bacteria) 3. แบคทเรยรดวซซลเฟต (Sulfate Reducing Bacteria, SBR) หนาทของแบคทเรยทเกยวของ

ตวสรางกรด (acid former bacteria) ไมใชออกซเจน หนาท : ยอยสลายสารอนทรยไปเปนกรดอนทรยตางๆ Psudomonas, Flavobacteria, Aerobactor และ Escherichia

ตวสรางมเทน (methane former bacteria) ไมใชออกซเจน หนาท: ยอยสลายกรดอนทรยไปเปนกาซมเทนและคารบอนไดออกไซด Methanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus Methanobacillus

ตวลดออกซเจนจากซลเฟต (sulfate reducing bacteria, SBR) ไมใชออกซเจน หนาท: เปลยนสารประกอบซลเฟตใหเปนกาซไขเนา (H2S)

3

ขนตอนการเปลยนสารอนทรยใหเปนกาซชวภาพ ขนตอนท 1 การยอย (Hydrolysis)

ในขนตอนน สารอนทรยโมเลกลใหญ ไดแก คารโบไฮเดรต โปรตน และไขมน จะถกแบคทเรยยอยสลายใหกลายสภาพเปนสารอนทรยโมเลกลเลก ความเรวของกระบวนการยอยสลายขนอยกบเอนไซมทถกปลอยออกมาจาก แบคทเรย รวมถงความเขมขนของสารอนทรย ความเขมขนของเอนไซม อณหภม และการสมผสระหวางเอนไซมกบสารอนทรย เปนตน

ขนตอนท 2 การสรางกรด (Acidogenesis)

ในขนตอนน สารอนทรยโมเลกลเลกซงเปนสารผลตภณฑของการยอยในขนตอนแรก จะถกเปลยนใหเปนกรดอนทรยชนดโมเลกลเลก เชน กรดอะซตก (Acitic Acid) กรดโพรไพโอนก (Propionic Acid) กรดวาเลอรก (Valeric Acid) และกรดแลคตก (Lactic Acid) โดยแบคทเรยสรางกรด โดยกรดทเกดขนจะมกรดอะซตกสงสดในปรมาณทมากทสด และมกาซคารบอนไดออกไซด และไฮโดรเจนเกดขนในข นตอนนดวย แบคทเรยสรางกรดจะมอตราการเจรญเกบโตสงและทนทานตอการเปลยนแปลงของ สภาพแวดลอมไดดกวาแบคทเรยสรางมเทน เนองจากกระบวนการสรางม เทนสวนใหญตองการใชกรดอะซตกเปนสารตงตน แตกรดไขมนระเหยงายทไดจากกระบวนการยอยสลายสารอนทรยมหลายชนด ซงบางชนดแบคทเรยสรางมเทนไมสามารถน าไปใชในกระบวนการสรางมเทนได โดยเปนกรดไขมนระเหยงายขนาดใหญ เชน กรดโพรไพโอนก กรดบวทรก เปนตน ท าใหเกดการสะสมของกรดอนทรยประเภทนในระบบ ธรรมชาตจงไดมการสรางกระบวนการในการเปลยนกรดไขมนระเหยงายทมขนาด ใหญใหกลายเปนกรดอะซตก (Acetogenesis) ซงชวยท าใหไมเกดการสะสมของกรดอนทรยในระบบ ขนตอนท 3 การสรางมเทน (Methanogenesis) ในกระบวนการสรางกาซมเทนจะสรางจาก กรดอะซตก กาซคารบอนไดออกไซด (CO2) และกาซไฮโดรเจน (H2) ทไดจากกระบวนการสรางกรด โดยแบคทเรยสรางมเทน (Methane Former Bacteria) การสรางกาซมเทนมได 2 แบบ แบบแรกจะเกดจากการเปลยนกรดอะซตกเปนกาซมเทน โดยคดเปน 70% ของกาซมเทนทเกดขนไดในระบบ อกแบบหนงเกดจากการรวมตวกนของกาซคารบอนไดออกไซดและกาซไฮโดรเจนให กลายเปนกาซมเทน แบคทเรยทเปนตวสรางมเทนเจรญเตบโตไดชาและสภาพแวดลอมมผลตอการ เจรญเตบโตคอนขางมาก ชวงคาพเอชทเหมาะสมตอการท างานของแบคทเรยแคบ โดยสามารถเจรญเตบโตไดดในชวงพเอชประมาณ 6.8-7.2 นอกจากนอณหภมกมผลตออตราการเจรญเตบโตเชนกน อกทงแบคทเรยในกลมนตองการสารอาหารทโครงสรางไมซบซอนในการด ารง ชพ ดงนนการเตบโตของแบคทเรยทเปนตวสรางมเทนจงขนอยกบการท างาน ของแบคทเรยในขนตอนไฮโดรไลซสและการสรางกรด โดยแบคทเรยทกกลมตองท างานอยางสมพนธกน

4

ขนตอนและปฏกรยาการเกดกาซชวภาพ

5

ผลทไดจากการยอยสลายแบบไมใชออกซเจน (Anaerobic Digestion)

1. ปยหมก คอ กากทเหลอจากการยอย ไดเปนแยกหมกทมคณภาพสง เพราะ ธาตอาหารทถกยอยมาจะไมสญเสย

2. ปยน าชวภาพ คอ น าทผานการ ยอยออกมาจะอดมดวย แรธาตอาหาร และปรมาณจลนทรย

ตลอดจนวตามน และฮอรโมนมากมาย สามารถน ามาละลายน า ฉดพนทางใบหรอราดโคนตนพช

ได

3. กาซชวภาพ(กาซมเทนเปนองคประกอบหลก) คอ เปนกาซตดไฟ ใหพลงงาน ความรอนไดท งการ

ปรงอาหาร แสงสวาง และเปนเชอเพลงเครองยนต

องคประกอบของกาซชวภาพ

กาซชวภาพประกอบไปดวยกาซหลายชนด สวนใหญเป นกาซมเทน (CH4) 50-70 % และกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) 30-50 % สวนทเหลอเปนกาซอนๆ เชน แอมโมเนย (NH3), ไฮโดรเจนซลไฟด (H2S) และ ไอน า (H2O) เปนตน มเทนเปนกาซทจดตดไฟไดจงสามารถใชเปนเชอเพลงไดด และเปนสวนส าคญทท าใหเราสามารถน ากาซชวภาพไปใชเปนพลงงานหมนเวยน เพอทดแทนเชอเพลงฟอสซลได สวนกาซอนๆ คอแอมโมเนยและไฮโดรเจนซลไฟด จะมปรมาณมากหรอนอยขนอยกบสารอนทรยต งตนดวยวามสวนประกอบของ ไนโตรเจน (N) และซลเฟอร (S) มากนอยเพยงใด

C, H, O, N, S -------------------> CH4 + CO2 + NH3 + H2S + H2O

คณสมบตของกาซชวภาพ

คาความรอนประมาณ 21 MJ/m3 (ทปรมาณมเทน 60 %)

ความเรวเปลวไฟ 25 cm/s

อตรา A/F ในทางทฤษฎ 6.19 m3a/m3g

อณหภมเผาไหมในอากาศ 650 ๐C

อณหภมจดตดไฟของ CH4 600 ๐C

คาความจความรอน (Cp) 1.6 kJ/m3 - ๐C

ความหนาแนน (P) 1.15 kg/m3

6

ปจจยทมอทธพลตอการผลตแกสชวภาพ

การยอยสลายสารอนทรยและการผลตแกสมปจจยตาง ๆ เกยวของดงตอไปน

1. อณหภม (Temperature) การยอยสลายอนทรยและการผลตแกสในสภาพปราศจากออกซเจน สามารถ

เกดขนในชวงอณหภมทกวางมากตงแต 4-60 องศาเซลเซยสขนอยกบชนดของกลมจลนทรย

2. ความเปนกรด-ดาง (pH) ความเปนกรด-ดาง มความส าคญตอการหมกมาก ชวง pH ทเหมาะสมอยใน

ระดบ 6.6-7.5 ถา pH ต าเกนไปจะเปนอนตรายตอแบคทเรยทสรางแกสมเทน

3. อลคาลนต (Alkalinity) คาอลคาลนต หมายถง ความสามารถในการรกษาระดบความเปนกรด-ดาง คาอล

คาลนตท เหมาะสมตอการหมกมคาประมาณ 1,000 - 5,000 มลลกรม/ลตร ในรปของแคลเซยมคารบอรเนต

(CaCO3)

4. สารอาหาร (Nutrients) สารอนทรยซงมความเหมาะสมส าหรบการเจรญเตบโตของจลนทรย มรายงาน

การศกษาพบวา มสารอาหารในสดสวน C:N และ C:P ในอตรา 25:1 และ 20:1 ตามล าดบ

5. สารยบย งและสารพษ (Inhibiting and Toxic Materials) เชน กรดไขมนระเหยได ไฮโดรเจน หรอ

แอมโมเนย สามารถท าใหขบวนการ ยอยสลาย ในสภาพไรออกซเจนหยดชะงกได

6. สารอนทรยและลกษณะของสารอนทรยส าหรบขบวนการยอยสลาย ซงมความแตกตางกนไป ขนอยกบ

ปจจยตาง ๆ ทเขาเกยวของ

7. ชนดและแบบของบอแกสชวภาพ (Biogas Plant)

การทดแทนทางดานพลงงาน โดยเทยบจากปรมาณ Biogas 1 ลบ.ม.

พลงงานไฟฟา 1.20 กโลวตต-ชวโมง

LPG 0.46 ลตร

น ามนเตาเกรดA 0.55 ลตร

น ามนดเซล 0.60 ลตร

น ามนเบนซน 0.67 ลตร

ฟนไม 1.50 กโลกรม

7

รปแบบการน ากาซชวภาพไปใชประโยชนเปนพลงงานทดแทน มอย 3 ลกษณะ คอ

1. การน ากาซชวภาพไปใชเปนแหลงเชอเพลงเพอผลตพลงงานความรอน หรอ การใชรปของความ

รอนโดยตรง

การน ากาซชวภาพไปเผาไหมใหความรอนโดยตรงนน จะไดประสทธภาพเชงความรอนสง เชน ใช

เปนเชอเพลงส าหรบหมอตมไอน าในโรงงานผลตอาหารสตว ใชเปนเชอเพลงในการอบแหง ใชกบหวกกลก

สกร ใชในครวเรอน ฯลฯ

อยางไรกตาม การน ากาซชวภาพไปใชนน ควรค านงถงวธการสงล าเลยงกาซชวภาพดวย โดยปกต

สงล าเลยงกาซชวภาพไปตามทอโดยอาศย Blower ชวยเพมแรงดนและระยะทางไมควรไกลจนเกนไป

2. การใชกาซชวภาพในการผลตพลงงานกล/ไฟฟา

เปนรปแบบการน ากาซชวภาพไปใชประโยชนทไดรบความนยมอยางมากในฟารมเลยงสกร

เนองจากพลงงานกล/ไฟฟาสามารถใชงานไดงาย โดยเฉพาะเมอผลตเปนไฟฟาแลว สามารถน าไปใชงาน

ไดสะดวก

รปแบบการผลตพลงงานกล /ไฟฟา โดยใชกาซชวภาพเปนเชอเพลงกบเครองยนตนนมอยหลาย

รปแบบ ซงสามารถสรปไดดงน

2.1 เครองยนตดเซลดดแปลงใหใชกาซชวภาพรวมกบน ามนดเซล

สามารถทดแทนการใชน ามนดเซลไดประมาณ 60-70 % วธนจะงายตอการดดแปลงมากและ

เสยคาดดแปลงนอยทสด เพยงแตตอเชอมกาซชวภาพเขากบระบบทอไอดของเครองยนต และมวาลว

ส าหรบปรบแตงปรมาณการปอนกาซชวภาพใหเหมาะสม แตตองมการใชน ามนดเซลอยสวนหนง

2.2 เครองยนตดเซลดดแปลงใหสามารถใชกาซชภาพได 100 %

จะเปนการดดแปลงเครองยนตดเซล ใหมการท างานเหมอนเครองยนตเบนซนซงจะสามารถใช

กาซชวภาพไดทงหมด ราคาคาดดแปลงคอนขางสง แตจะเหมาะสมส าหรบเครองยนตคอนขาง ใหญ คอ

ก าลงผลตไฟฟามากกวา 30 kw ขนไป

2.3 เครองยนตเบนซนดดแปลงใหสามารถใชกาซชวภาพได 100 %

เปนการดดแปลงระบบผสมอากาศกบเชอเพลงใหสามารถใชงานกบกาซชวภาพไดทงหมด การดดแปลงจะ

เสยคาใชจายนอย เหมาะสมส าหรบเครองยนตขนาด 10-25 kw

2.4 เครองยนตทใชกาซโดยเฉพาะ (เครองน าเขาจากตางประเทศ)

จะเปนเครองยนตทสรางมาส าหรบการใชกาซชวภาพโดยเฉพาะ จะมประสทธภาพสงแตราคาจะสงมาก

สวนใหญจะเปนเครองยนตขนาดใหญ ก าลงผลตไฟฟามากกวา 200 kw ขนไปโดยตอรวมกบ ตอรวมกบ

Synchronous Generator

8

เครองยนตทง 4 แบบน สามารถตอรวมกบเครองก าเนดไฟฟา (Generator) หรอ มอเตอร

เหนยวน า (Induction Motor) ในการผลตพลงงานไฟฟา สงออกทางสายสงไฟฟาหลกเพอใชส าหรบ

กจกรรมการเลยงสตวภายในฟารมหรอใชเปนเครองยนตตนก าลงแทนเครองตนก าลงเดมของฟารม

3. การผลตพลงงานรวม (Cogeneration System)

เปนการผลตพลงงานกล ไฟฟา และความรอนรวมซงเปนระบบทชวยเพมประสทธภาพเชงความ

รอนของการใชเชอเพลงใหมคาสงขนมากกวาการใชผลตพลงงานไฟฟา / ความรอนเพยงอยางเดยว โดย

ปกตมกจะเหนภาพการใชกาซชวภาพกบเครองยนตผลตพลงงานกล /ไฟฟา ใชในการหงตมหมอตมไอน า

เพยงอยางใดอยางหนง ซงหากมองถงปรมาณความรอนทงหมดทไดจากกาซชวภาพ การใชกาซชวภาพ

กบเครองยนตผลตพลงงานกล / ไฟฟายงมประสทธภาพเชงความรอนต า ดงนน แนวท างทจะน าเสนอน

เปนแนวทางความคดททางโครงการฯ ก าลงศกษา เพอหาเทคโนโลยทเหมาะสมในการประยกตใช ดงน

กรณท 1 : การน าความรอนทงจากเครองยนตผลตพลงงาน กล/ไฟฟา มาใชอนบอหมกในสวนของ

การผลตกาซชวภาพ เพอเพมประสทธภาพการหมกยอยสารอนทรยโดยปกตแลวเครองยนตสนดาปภายใน

จะมประสทธภาพเชงความรอนประมาณ 20 – 30 % เทานน ความรอนสวนทเหลอทงไปทสามารถน า

กลบมาใชใหมได คอ ความรอนทสญเสยไปกบไอเสยประมาณ 15 % และความรอนจากน าหลอเยนใน

เครองยนตประมาณ 35 % ซงสามารถท าใหประสทธภาพเชงความรอนรวมสงไดถง 70 %

กรณท 2 : การน าความรอนทงจากเครองยนตผลตพลงงานกล /ไฟฟา มาชวยเพมประสทธภาพ

การท างานของลานตากตะกอน คอ จะใชความรอนจากสองสวน ไดแก ความรอนทงจากไอเสย และจากน า

หลอเยนของเครองยนตกาซชวภาพ โดยความรอนทงสองสวนนจะถกสงไปยงลานตากตะกอนทไดรบการ

ออกแบบใหสามารถรบความรอนจากแสงแดดและความรอนทงจากเครองยนตนได เพอลดระยะเวลาการ

ตาก /เพมปรมาณการตากตะกอนใหมากขนได

กรณท 3 : การน าความรอนทงจากเครองยนตผลตพลงงานกล/ไฟฟา มาผลตน ารอน

กรณท 4 : การน าความรอนทงจากเครองยนตผลตพลงงานกล /ไฟฟา มาใชเปนแหลงความรอน

ใหกบระบบท าความเยนแบบดดซม (Absorption Chiller) ในการท าหองเยนเพอแชเนอ ส าหรบฟารมทม

ระบบโรงฆาดวยซงจะท าใหมการผสมผสานการใชพลงงานอยางคมคา และเกดประโยชนสงสด

9

ประโยชนของกาซชวภาพ

ดานพลงงาน

ใชเปนเชอเพลงในการหงตมอาหารไดโดยตรงเหมอน LPG หรอใชแทนถานไม ฟน

เดนเครองยนตเพอผลตไฟฟา หรอสบน า เพอทดแทนการใชน ามนเตา เบนซนหรอดเซล

ใชกบตะเกยงเพอใหแสงสวาง

ใชกบหวเผา (Burner) เพอผลตไอน า ใชในอตสาหกรรม

เผาใหความรอนในกระบวนการผลต (Direct Heating)

ดานสงแวดลอม

ลดปญหาของกลนและกาซพษ ไมกอใหเกดกลนเหมนรบกวน

ลดปญหาการเกดโรค ไมเปนแหลงเพาะพนธ หรอแพรพนธเชอโรค และสตวน าโรค

ลดการปลอยมเทนสบรรยากาศ ซงเปนกาซทกอใหเกดภาวะเรอนกระจก

ลดปญหาตอคณภาพน าในแหลงน าธรรมชาต ไมเปนตนเหตท าใหเกดแหลงน าสาธารณะเนาเสย

ใชน าทผานการยอยสลายจากระบบฯ เปนปยน า รดน าตนไม หรอน ากลบมาหมนเวยนใชใน

กระบวนกาผลตได

กากตะกอนทผานการยอยสลาย สามารถน าไปใชเปนปย ปรบปรงคณภาพดนใหดนขน

รปแบบของการยอยสลายสารอนทรยโดยแบคทเรย

1. การยอยสลายสารอนทรยแบบใชออกซเจน (Aerobic Digestion)

Organic Matter + O2 𝐴𝑒𝑟𝑜𝑏𝑖𝑐 𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 CO2 + H2O + NO3

- + SO42- + Organic matter + Energy

2. การยอยสลายสารอนทรยแบบไมใชออกซเจน (Anaerobic Digestion)

Organic Matter 𝐴𝑛𝑎𝑒𝑟𝑜𝑏𝑖𝑐 𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 CO2 + H2O + CH4

+ NH3 + H2S + Organic matter

+Energy

10

จดเดนของการยอยสลายสารอนทรยแบบไมใชออกซเจน (Anaerobic Digestion)

1. ทางดานสงแวดลอมและการจดการของเสย

- เปนเทคโนโลยการบ าบดขยะมลฝอยทเปนมตรตอสงแวดลอม

- สามารถแกปญหากลนเหมน สตวพาหะน าโรคทเกดจากการก าจดขยะมลฝอยทไมถกหลกวชาการ

- เปนการหมนเวยนขยะมลฝอยอนทรยกลบมาใชใหมในรปของสารปรบสภาพดน

- ลดการใชพนทในการก าจดขยะมลฝอย เมอเทยบกบระบบฝงกลบแบบถกหลกสขาภบาล และ

ระบบหมกปยแบบใชอากาศแบบดงเดม (Conventional Anaerobic Composting)

- สามารถใชบ าบดขยะมลฝอยอนทรยในทซ งการฝงกลบขยะมลฝอยอนทรยในพนทฝงกลบแบบถก

หลกสขาภบาลไมเปนทยอมรบ

- สามารถลดปรมาณขยะมลฝอยทจะตองก าจดในขนตอนสดทาย

- สามารถหมกรวมกบของเสยอนทรยประเภทอน (Co-digestion) เชน เศษวสดเหลอใชทาง

การเกษตร มลสตวตางๆ และของเสยจากโรงงานอตสาหกรรม

2. ทางดานพลงงาน

- เปนเทคโนโลยในการบ าบดขยะมลฝอยซงสามารถใหพลงงานสทธ (Net Energy Producer)

- มศกยภาพในการผลตพลงงานจาก ”ขยะเปยก” ซงไมเหมาะสมส าหรบการเผาเพอผลตพลงงาน ม

ศกยภาพทจะไดรบผลตอบแทนทางการเงนและเศรษฐศาสตรสง โดยเฉพาะเมอพลงงานชนดอนมราคาสง

และรฐมมาตรการสงเสรมการผลตพลงงานจากกาซชวภาพ

ขอด-ขอจ ากดของระบบการยอยสลายสารอนทรยแบบไมใชออกซเจน

ขอด

1. ใชพลงงานไฟฟาในการยอยสลายสารอนทรยต า

2. มการเกดตะกอนสวนเกนนอยมาก

3. ตองการสารอาหารโดยเฉพาะ N, P ต า

4. สามารถเกบเชอจลนทรยไวไดนาน

5. ไดกาซชวภาพมาเปนพลงงาน

6. ไมตองการเตมออกซเจนใหกบระบบ ชวยลดคาใชจายในการก าจดสามารถยอยสลาย

xenobiotic compounds เชน hlorinated aliphatic hydrocarbons และ lignin ได

7. สามารถรบน าเสย-ของเสยทมความเขมขนของสารอนทรยสงๆ ได

11

ขอจ ากด

1. เชอจลนทรยเจรญเตบโตชา

2. การเรมตนระบบใชเวลานาน

3. เสถยรภาพของระบบต า

4. กลนและแมลงรบกวน (ถาเปนระบบเปด)

ขอควรค านงถงในการเลอกใชระบบผลตกาซชวภาพแบบตางๆ

1. การเลอกสถานท การเลอกสถานทนน ควรอยในทท มแสงสวางสองถง เพราะจะท าใหระบบการหมก

ท างานไดอยางมประสทธภาพ ควรเลอกสรางทดอน น าทวมไมถง มระดบน าใตดนลก

2. การเลอกแบบบอหมกแกสชวภาพ การพฒนาแบบการสรางบอแกสชวภาพ ใหเหมาะสมกบสภาพ

ของแตละพนท โดยยดหลก สนเปลองคาใชจายนอย งายแกการปฏบต มประสทธภาพสงเหมาะกบการใช

พลงงานประจ าวน ตองค านงถงสงตอไปน คอ

2.1 สถานททจะสรางบอกาซชวภาพชวภาพ

2.2 ขนาดของบอหมก

2.3 ลกษณะของแบบ หรอรปทรงของบอทเหมาะสม

2.4 ปรมาณของขยะเปยกทเกดขนตอวน

2.5 เงนทนทใชในการกอสราง

2.6 การใชกระแสไฟฟาภายในฟารม

2.7 วสดอปกรณทใชกอสรางบอกาซชวภาพ

2.8 หนวยงานทางราชการทใหค าปรกษาเฉพาะดานทเกยวกบเรองกาซชวภาพชวภาพ

ทางเลอกของระบบผลตกาซชวภาพ

1. ระบบผลตกาซชวภาพแบบ Dry continuous anaerobic fermenter

2. ระบบผลตกาซชวภาพแบบโดมคงท (Fixed Dome)

3. ระบบผลตกาซชวภาพแบบถงกวนสมบรณไมใชอากาศ (Continuous Stirred Tank Reactor

:CSTR)

12

ระบบผลตกาซชวภาพแบบ Dry continuous anaerobic fermenter แบบ Hi-solid

เครองหมกไรอากาศแบบแหงทท างานตอเนอง (Dry continuous anaerobic fermenter แบบ Hi-

solid ) โดยขยะอนทรยและของเสยตางๆ จะถกน ามาผสมรวมกน ถาขยะเปนชนใหญ จะตองน ามาบด สบ

ใหเปนชนเลกๆกอนทจะปอนเขาเครองหมก โดยปรมาณการปอนขยะเขาระบบจะตองมปรมาณ ไมเกน

1/30 เทา ของถงหมก ซงขยะจะสามารถน ามาปอนเขาระบบไดทกวน จนเตมถงหมก ตอไปเมอมการเตม

อก กจะตองมการถายออก สงทถายออกคอขยะทถกยอยจนเปนสงทเรยกวา “ ฮวมส” หรอปยหมกนนเอง

ปรมาณขยะทเตมแตละวน จะมปรมาณเทากบปยทถายออกในแตละว นเชนกน แตเนอปย จะม

น าหนกเหลอเพยง 60 % ของ น าหนกขยะแหงเทานน เพราะสวนหนงไดแปรสภาพเปนกาซไป

คณสมบตของกาซชวภาพ

1. มสวนผสมของกาซตางๆ ดงน

- คารบอนไดออกไซด (CO2) 30-40 %

- มเทน (CH4) 60-70 %

2. คณคาเปรยบเทยบ กาซชวภาพ 1 ลบ.ม.

เทากบน ามนเบนซน 0.7 ลตร

ผลตกระแสไฟฟาได 1.25 Kw.

หงตมอาหารในครอบครว 5-6 คน ได 3 มอ

เทากบแกส LPG 0.46 Kg.

3. สามารถตดไฟไดความรอนสงประมาณ 5500-6500 Kcal.

(1 Kcal. คอปรมาณความรอนทท าใหน า 1 ลตร รอนขน 1 องศา C.)

13

คณสมบตของเครองผลตป ยหมกและกาซชวภาพแบบ Dry continuous anaerobic

fermenter

หลกการท างาน : เปนการยอยของจลนทรยในสภาพไรอากาศ (Anaerobic)

ขนตอนการท างาน ผลทได Liquifaction

คอการยอยกากของแขงใหอย ในรปท ละลายน า ไดหรอเรยกวา Hydrolysis

ป ยหมก กากทเหลอจากการยอย ไดเปนแยกหมกทมคณภาพสง เพราะ ธาตอาหารทถกยอยมาจะไมสญเสย

Acidification

คอกระบวนการสราง กรดอนทรย สารอนทรย ละลายน าได จะถกยอยให เปนกรดอนทรย

ป ยน าชวภาพ น าทผานการ ยอยออกมาจะอดมดวย แรธาตอาหาร และปรมาณจลนทรย ตลอดจนวตามน และฮอรโมนมากมาย สามารถน ามาละลายน า ฉดพนทางใบหรอราดโคนตนพชได

Methanogenesis

คอข นตอนการยอย กรดอนทรยใหเปนแกสมเทน

กาซชวภาพ หรอกาซมเทน เปนกาซตดไฟ ใหพลงงาน

ความรอนไดท งการปรงอาหาร แสงสวาง

และเปนเชอเพลงเครองยนต

ระบบผลตกาซชวภาพแบบโดมคงท (Fixed Dome)

เปนระบบแรกทเขามาในเมองไทย โดยตวบอจะถกกอดวยอฐและฝงอยใตดน มชองเปดส าหรบของ

เสยเขาและออก พรอมทงมระบบการดงกากทยอยสลายแลวโดยใชแรงดนของน าและกาซชวภาพใน บอ

เปนตวดนกากออกมา สวนกาซชวภาพจะถกเกบอยดานบนของตวโดมกอนถกน าไปใชตอไป บอแบบ

fixed domed จะนยมใชในฟารมเลยงสตวเปนสวนใหญระบบกาซชวภาพ แบบโดมคงทฝงอยใตดน (Fixed

Dome) ระบบขนาดเลก จะมขนาดมาตรฐานทใชในการสงเสรม 5 ขนาด คอ 12, 16, 30, 50 และ 100

ลกบาศกเมตร ซงในระบบจะประกอบดวย

14

1. บอเตม (Mixing Chamber) ท าหนาทในการผสมของเสยกบน ากอนเตมลงในบอหมก

2. บอหมก (Digester Chamber) ท าหนาทรบ ของเสยและน าจากบอเตมมาหมกใหเกดกาซชวภาพ

บอจะตองแขงแรง ไมร วซม เนองจากสวนของโดมของบอจะเปนทเกบกาซชวภาพทเกดขนกอนจะ

มการน า ไปใช และกาซชวภาพกจะผลกดนกากของเสย ทผานการยอยสลายแลวใหไหลขนไปอย

ใน บอลน

3. บอลน (Expansion Chamber) มหนาทรบกากของเสยทลนออกจากบอหมก และเมอกาซชวภาพ

ในบอหมกมปรมาณลดลง กากของเสยในบอลนจะไหลยอนกลบสบอหมกอกครงเพอผลกใหกาซ

ชวภาพใน บอหมกไหลออกไปไดเมอมการน ากาซชวภาพไปใชประโยชน และบอลนยงเปนท

ระบายกากของเสยออก เมอมปรมาณมากเกนกวาปรมาตรของบอ ส าหรบบอทมทอดงกาก กาก

ของเสยและน าในบอลนนจะเปนตวผลกดนตะกอนกนบอใหไหลออก เมอเปดลนชกบอดงกาก

4. บอรบกากจากบอลน (Storage Tank and Sand Bed Filter) เปนทรองรบตะกอนจากบอลน ซง

ตะกอนทลนออกมาน สามารถน าไปใชเปนปย ส าหรบปรบปรงดนเพอการเกษตรหรอน าไป

จ าหนายกได

การท างานจะเปนระบบไดนามก คอ เมอกาซเกดขนภายในบอหมก กาซจะมแรงผลกดนของเสยและ

น าทอยสวนลางของบอหมกใหทะลกขนไป เกบไวในบอลน เมอมการเปดกาซไปใช น าในบอลนกจะไหล

ยอนกลบเขาในบอหมกเพอผลกดนกาซใหมความดนเพยง พอทจะสามารถน าไปใชงานได ซงระบบจะเกด

อยางตอเนองเชนนตลอดเวลา

15

รปท 1 รปแสดงสวนประกอบของระบบ Fixed dome

รปท 2 ภาพตดขวางแสดงการท างานของระบบ Fixed dome

16

ขอดของระบบ fixed Dome

- กอสรางงาย เรว ราคาไมสงมากนก

- กาซชวภาพทไดสามารถสงไปใชในระยะไกล ๆได เพราะมแรงดนทฝาบอกกกาซชวภาพไวท าใหกาซ

ชวภาพมแรงดนสง

ขอจ ากดของระบบ fixed Dome

-บ ารงรกษาคอนขางยาก หากบอมการรวซมหรอมการเสยหายเพราะตวบออยใตดน

- หากกาซชวภาพไมไดถกน าไปใชงาน จะท าใหกาซชวภาพในบอมแรงดนสง อาจท าใหบอเสยหายได

- การบ าบดน าเสยของตวระบบ ยงไมมประสทธภาพเทาทควร

- หากไมไดดงกากตะกอนออกจะเกดการสะสมตวของตะกอนเปนชนดนแขง ซงท าใหประสทธภาพของ

ระบบลดลง

ระบบผลตกาซชวภาพแบบถงกวนสมบรณ (CSTR)

ระบบถงกวนสมบรณเเบบไมใชอากาศ (Continuous Stirred Tank Reactor) เปนการเรยกตาม

ลกษณะของสสารทอยภายในถงซงมความเขมขนของสารละลาย เทากนทกจด (Completely mixed) ถง

ปฏกรณเเบบนถอเปนถงปฏกรณอดมคต (Ideal Reactor) เเบบหนงเเละเปนระบบบ าบดน าเสยเเบบไมใช

อากาศทเกาเเกทสดประเภท หนงดวย โดยถงกวนสมบรณนถกพฒนาขนมาจากถงยอยสลดจซงเปน

Conventional Anaerobic Digester ทมประสทธภาพต า เนองจากการกวนผสมไมด ท าใหระยะเวลายอย

สลายยาวนาน จงไดมการพฒนาเพอเพมประสทธภาพการสมผสกนของสารอาหารในน าเสย เเละจากถง

ยอยสลดจ (Septic Tank) โดยมการตดตงใบกวน เชน เเบบ Paddle แบบสกร (Screw) หรอ ใช Gas

Diffuser ในการกวนผสม เพอใหจลนทรยเเละสารอาหารในถงปฏกรณมการสมผ สกนมากขน ซงจะท าให

ประสทธภาพในการยอยสลายสารอนทรยในน าเสยดขน ถง ปฏกรณเเบบนระยะเวลากกเกบของเเขง

(Solid Retention Time) เทากบระยะเวลากกเกบน าเสย (Hydraulic Retention Time ) ท าใหถงปฏกรณจะ

มขนาดใหญหากของเสยหรอน าเสยทเปนวตถดบยอยสลาย ไดยาก ใชเวลานาน ถง CSTR นจงเหมาะ

กบน าเสยทมความเขมขนสง (High Concentration) มสารเเขวนลอยสง หรอเเมกระทงมสารพษปนอย

(Toxic Wastewater) ทงนเนองจากถงปฏกรณมการกวนอยตลอดเวลา ท าใหเมอสารพษถกปอนเขาระบบ

จะถกเจอจางทนท จงไมกอใหเกดผลเสยตอจลนทรยเหมอนระบบอน

17

ขอดเเละขอจ ากดของระบบผลตกาซชวภาพเเบบ CSTR

ขอด ขอจ ากด รบน าเสย,ของเสยทมสารแขวนลอยสงไดด มประสทธภาพการยอยสลายโดยเฉพาะน าเสย

ประเภททมของแขงแขวนลอยสงไดด เนองจากมการกวนผสมทด

ตองการพลงงานในการกวนผสม ยงมความเขมขนของสารอนทรย

ในน าเสยขาออกอยในเกณฑสง มการสญเสยจลนทรยในปรมาณท

สง

ตวอยางของระบบผลตกาซจากขยะเปยกแบบกวนสมบรณ (CSTR)

โรงแรม : โรงแรมค าแสด รเวอร แคว รสอรท

89 ม. 5 ต.ลาดหญา อ.เมอง จ.กาญจนบร 71190

ขนาดของโรงแรม : 120 หองพก ประชากรทเกยวของโดยรวม 400 คน/ วน

ปรมาณของเสย : ขยะเปยก เชน เศษอาหาร เศษผกทเหลอในแปลงเกษตร วนละ 220-350 กก.

18

เทคโนโลยกาซชวภาพ : แบบถงกวนสมบรณ ขนาด 80 ลบ.ม.

ความสามารถในการผลตกาซชวภาพ : ผลตกาซชวภาพ 35 ลบม./วน (ศกยภาพ 100 ลบ.ม./วน)

การน ากาซชวภาพไปใชประโยชน : จายเขาครวใชทดแทนกาซหงตม ( LPG ) จ านวน 4 ครว : จายใหอนอาหารบรเวณจดเลยง

ผลประโยชน : ทดแทนกาซหงตม 40 กก./ วน เทากบ 680 บาท/ วน ปละประมาณ 250,000 บาท , ผลตปยน า 220-350 ลตร/วน น าไปใชในรสอรท

ประโยชนดานอนๆ : ลดคาใชจายในการก าจดขยะ ลดภาระในการจดหาททงขยะ : ลดปญหาเรองกลนและแมลงรบกวน : ลดการใชปยเคมในรสอรทได 100% : ลดผลกระทบตอสงแวดลอม

เงนลงทน : 1 ลานบาท รวมระบบการกรองกาซและระบบสงกาซไปทครว

ผลตอบแทนการลงทน (ระยะเวลาคนทน) : 3-5 ป

19

เอกสารอางอง

J. Biswas, R. Chowdhury and P. Bhattacharya. (2006). Mathematical modeling for the prediction of biogas generation characteristics of an anaerobic digester based on food/vegetable residues. Biomass and Bioenergy Volume 31, Issue 1, January 2007 , Pages 80-86 สถาบนวจยและพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเชยงใหม,ทฤษฎกาซชวภาพ(online).Available:http://www.ist.cmu.ac.th/riseat/teenet/btc/introbiogas02.php [2009,December 20] ศนยประสานงานโครงการสงเสรมเทคโนโลยกาซชวภาพ พ.ศ. 2551, เทคโนโลยกาซชวภาพ(online).Available: http://www.thaibiogas.net/th/biogas [2009,December 24 ] เทคโนโลยพลงงานชมชน,แกสชวภาพ(ไบโอแกส) จากมลสตว-ขยะ(online).Available: http://www.energybase.net/biogass.html [2009,December 26] Pollution Control Department,สรปสถานการณมลพษของประเทศไทย ป2552(online).Available:http://www.pcd.go.th/Public/News/GetNewsThai.cfm?task=lt2009&id=16172 [2010,January 15]

20