การออกแบบระบบบำบัดกลิ่นด้วยกระบวนการทางชีวภาพเบื้องต้น

หลักการออกแบบ        

           ระบบบำบัดกลิ่นแบบชีวภาพ เป็นระบบที่อาศัยจุลินทรีย์ในการย่อยสลายสารปนเปื้อน หรือสารมลพิษในอากาศให้กลายเป็นสารที่มีโมเลกุลขนาดเล็กลงและไม่ก่อให้เกิดอันตราย

          ตัวระบบจะประกอบด้วย ตัวกลางที่มีรูพรุนหรือช่องให้อากาศไหลผ่านได้ดี สามารถใช้วัสดุจากธรรมชาติ เช่น เปลือกไม้ กากมะพร้าว หรือวัสดุสังเคราะห์ เช่น พลาสติก ซึ่งต้องมีการให้แร่ธาตุหรือสารอาหารเพื่อให้จุลินทรีย์เติบโตได้ เมื่อผ่านอากาศที่มีสารปนเปื้อนเข้าสู่ระบบจุลินทรีย์ที่เกาะบนตัวกลาง จะทำหน้าที่ย่อยสลายสารปนเปื้อนให้กลายเป็นสารประกอบขนาดเล็ก ได้แก่ คาร์บอนไดออกไซด์ และน้ำ เป็นต้น

          สารปนเปื้อนที่จุลินทรีย์สามารถย่อยสลายได้ ตัวอย่างเช่น แอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์ อัลดีไฮด์ ฟีนอล โทลูอีน เป็นต้น

ข้อมูลที่ต้องพิจารณาในการออกแบบระบบตัวกรองชีวภาพ มีดังนี้

          ชั้นตัวกลาง ทำหน้าที่ให้น้ำ อาหาร และเป็นผิวของการแลกเปลี่ยนสารเคมีในอากาศกับน้ำ และรองรับของเสียที่เกิดจากแบคทีเรียอีกด้วย ดังนั้นการเลือกวัสดุที่นำมาทำชั้นตัวกลาง จึงสำคัญมาก โดยทั่วไปที่ใช้กันคือ

  • ดิน
  • ปุ๋ยหมัก ( Compost)
  • เปลือกไม้ กากมะพร้าว
  • ถ่านพีท ( Peat) คือ ถ่านไม้โบราณที่ยังไม่เป็นถ่านหิน
  • ผงคาร์บอน
  • ส่วนผสมของวัสดุต่างๆ ข้างบน

          คุณสมบัติที่ต้องพิจารณา คือ อัตราส่วนระหว่าง คาร์บอนกับไนโตรเจน (C/N Ratio) ที่เหมาะสมกับแบคทีเรียและความสามารถในการดูดซับน้ำ ควรอยู่ระหว่าง 40-60 % โดยน้ำหนัก มีรูพรุนเพื่อให้มีความดันลดน้อย และมีกระบวนการควบคุมความเป็นกรดด่าง (pH) ไม่ให้เปลี่ยนแปลงรวดเร็วเกินไป

       อุณหภูมเป็นปัจจัยสำคัญมากในระบบแบบนี้ ควรรักษาอุณหภูมิและความชื้นของชั้นตัวกลางซึ่งมีชั้นบางๆ (Biofilm) เคลือบบนผิวตัวกลาง ใช้เป็นที่แลกเปลี่ยนอากาศให้ละลายในน้ำ ให้กลิ่นที่เป็นอาหารแก่แบคทีเรียและสิ่งมีชีวิตอื่นๆ คงชีวิตและเจริญเติบโตได้

        C/N Ratio ควรอยู่ระหว่าง 1:20 ถึง 1:50 สำหรับแบคทีเรียทั่วไป (โดยส่งให้ส่วนราชการที่เกี่ยวข้องกับการเกษตรตรวจสอบได้)

        น้ำ เนื่องจากน้ำจะอยู่ด้านนอกของวัสดุ ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนสารที่อยู่ในอากาศให้เข้ามาในชั้นตัวกลาง การควบคุมให้ความชื้นอยู่ในระดับ 40-60 % เป็นเรื่องยากเพราะอากาศจะพาความชื้นออกไปตลอดเวลา และหากใช้วิธีการเติมน้ำโดยตรงก็จะทำให้ความชื้นขึ้นสูงในทันที และประสิทธิภาพก็จะเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น การออกแบบจึงมักเผื่อให้ระบบมีขนาดใหญ่กว่าที่ต้องการ เพราะต้องเผื่อว่าในบางจุดความชื้นอาจไม่ได้ตามที่ต้องการ
          วิธีการแก้ไขตรงนี้ มักเปลี่ยนจากระบบที่เคยเปิดสู่อากาศ เป็นระบบปิดแบบถังแนวตั้ง( Closed System) ซึ่งควบคุมความชื้นได้ง่ายกว่า

        แบคทีเรีย มักจะเกิดขึ้นและเจริญเติบโตขึ้นจากที่เราให้กากตะกอนน้ำเสีย หรือแบคทีเรียชุดตั้งต้น น้ำเสียมีแบคทีเรียมากมายและจะมีบางชนิดที่ชอบสารที่มีกลิ่น โดยเฉพาะหากก๊าซที่มีกลิ่นมีหลายชนิด แบคทีเรียที่เจริญเติบโตก็จะมีได้หลายชนิดเช่นกัน แต่หากก๊าซที่มีกลิ่นมีเพียงชนิดเดียว เช่น แอมโมเนีย ก็อาจใช้แบคทีเรียที่ชอบเพียงอย่างเดียวเท่านั้น โดยการเพาะเลี้ยงเชื้อไว้ เมื่อมีการเปลี่ยนชั้นตัวกลาง เมื่อใดก็สามารถให้แบคทีเรียได้ทันที ไม่ต้องรอให้เชื้อเจริญเติบโตเอง ซึ่งใช้เวลาหลายวัน

สิ่งที่สำคัญในการออกแบบ คือ

  • Gas Load ซึ่งหมายถึงอัตราการไหลหรือปริมาณก๊าซที่เข้าระบบ
  • และมีความสัมพันธ์กับเวลาที่ก๊าซอยู่ในระบบ ( Retention Time)
  • โดยปัจจัยก็คือการแพร่และการดูดซึมของก๊าซเข้าไปในชั้นตัวกลาง และปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในนั้น (Henry's Law และ Enzymatic Capacity ของน้ำและแบคทีเรียตามลำดับ)

          จะเห็นได้ว่าทั้งการแพร่และการดูดซึมของก๊าซเข้าไปในชั้นตัวกลางและปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะต้องมีความเร็วที่สมดุลกัน โดยตัวที่ช้ากว่า (เช่น การดูดซึมอาจช้ากว่าปฏิกิริยา) จะเป็นข้อจำกัด (ดังรูปที่ 35)

รูปที่ 35 ความสัมพันธ์ของอัตราการกำจัดกับเวลาหลังจากการเริ่มทำงานระบบชีวภาพ

      Gas Load = อัตราการไหลของอากาศ (ลบ.เมตร/ชั่วโมง)
                                    ปริมาตรของ Biofilter ( ลบ.เมตร/ความลึก 1 เมตร)

ตารางที่ 16 แสดงถึงค่า Gas Load ที่ใช้กันทั่วไป

ชนิดของ Biofilter

ใช้กำจัดกลิ่นทั่วไป

ใช้กำจัด VOC

ดิน

20

ไม่นิยมใช้

ปุ๋ยคอก ( Compost)

50

20

วัสดุสังเคราะห์ (ระบบปิด)

300

150

          เมื่อหาปริมาตรได้แล้วก็นำมาหาพื้นที่หน้าตัด โดยใช้ความลึก 50-100 ซม. ตามความเหมาะสมของสถานที่
          พื้นที่หน้าตัด(ตร.ม) = ปริมาตรของชั้นตัวกลาง (ลบ.ม) / ความลึก(ม)

         อุณหภูมิ แบคทีเรียจะทำงานได้ดีที่อุณหภูมิ 15-40°C โดยประสิทธิภาพขึ้นกับสมการของ Arrhenius คือ

        Ln(EC/T) = Ea/RT

          เมื่อ EC เป็นประสิทธิภาพของการกำจัด
                   T เป็นอุณหภูมิ
                 Ea เป็น Activity
                  R เป็นค่าคงที่ของก๊าซทั่วไป

        รูปที่ 36 แสดงถึงประสิทธิภาพจากสมการดังกล่าวเทียบกับอุณหภูมิ จะเห็นได้ว่า อุณหภูมิ 30-35°C จะมีประสิทธิภาพสูงสุด และที่อุณหภูมิสูงกว่า 42°C แบคทีเรียจะลดประสิทธิภาพ แต่ก็มีแบคทีเรียบางชนิดที่ชอบความร้อน (Thermophilic Bacteria) แต่วิธีที่ดีที่สุดก็คือการปรับอุณหภูมิอากาศก่อนเข้าระบบให้เหมาะสม

รูปที่ 36 ผลกระทบของอุณหภูมิที่มีต่อการทำงานของแบคทีเรีย

          ความชื้น การรักษาความชื้นที่ทำทั่วไป คือ ให้อากาศเข้ามีความชื้นสูงกว่า 95 % โดยใช้การฉีดน้ำหรือผ่านระบบ สครับบิงด้วยน้ำ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความชื้นได้เป็นอย่างดี

          รูปแบบ แบบของระบบมีชนิดเปิดข้างบนแบบไม่มีปล่อง และระบบปิด (รูปที่ 37) สร้างด้วยวัสดุชนิดคอนกรีต เหล็ก ไฟเบอร์ก็ได้ ความดันลดของระบบนี้ต่ำมากและไม่เป็นปัญหา

รูปที่ 37 ระบบชีวภาพแบบระบบปิด

          ของเสียที่เกิดขึ้น ของเสียจากการย่อยสลายโดยแบคทีเรียจะละลายอยู่ในชั้นน้ำของ Biofilter และบางชนิดก็มีฤทธิ์เป็นกรด โดยเฉพาะที่เกิดจากสารพวกกำมะถัน ไนโตรเจนและคลอรีน ซึ่งหากความเป็นกรดมีมากเกินไป แบคทีเรียอาจตายหรือลดจำนวนลงได้ โดยมากจะเกิดในการบำบัดกลิ่นจากระบบบำบัดน้ำเสีย ซึ่งวิธีการแก้ไขคือการใช้แบคทีเรียที่ทนกรดได้ หรือเติมสารเคมีที่เป็นด่าง แต่กระบวนการเหล่านี้ค่อนข้างละเอียดอ่อนมาก

          ฝุ่นละออง แม้ว่า ตัวกลางจะกรองฝุ่นได้ แต่ก็ไม่มีกระบวนการกำจัดออก จึงไม่ควรมีฝุ่นละอองผ่านเข้าไปในระบบเป็นอันขาด

          อายุใช้งาน 1-3 ปี จึงจะเปลี่ยนตัวกลางครั้งหนึ่ง ซึ่งจะเห็นได้ว่า ตัวกลางจะเสื่อมโทรมลง ยุบตัวลง ประสิทธิภาพน้อยลง ในบางกรณีอาจใช้งานได้เพียง 6 เดือน ปัญหาที่มักเกิดคือการยุบตัว และมีรูรั่วของอากาศใน ตัวกลางทำให้อากาศไหลผ่านทางรูรั่วแทน

ตัวอย่างระบบ ระบบนี้ใช้มากในการบำบัดกลิ่นจากน้ำเสีย ตัวอย่าง บำบัดกลิ่นจาก Grit Chambers ขนาด 100 ตารางเมตร ด้วยอัตราการไหลของอากาศ 1,000 ลบ.เมตร/ชั่วโมง ก๊าซไข่เน่าที่เข้าระบบมีความเข้มข้น 0-10 ppm และบางครั้งอาจสูงถึง 20-40 ppm โดยระบบสามารถกำจัดได้เกือบทั้งหมด

          ระบบที่ใช้กับการบำบัดแอมโมเนีย ไม่ควรให้ความเข้มข้นแอมโมเนียสูงกว่า 25 มก./ลบ.ม. เพราะแอมโมเนียมีพิษต่อแบคทีเรีย นอกจากนั้นอุณหภูมิไม่ควรเกิน 35°C และความชื้นในอากาศควรใกล้ 100% อยู่ในที่ร่ม

 

| หน้าแรก |การบำบัดกลิ่น | เลือกวิธีการบำบัด | ระบบสาธิต | อภิธานศัพท์ | ค้นหา | Site Map | ผู้จัดทำ |
กรมควบคุมมลพิษ กระทรวงทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม