ผลของถ่านชีวภาพจากเปลือกกล้วยที่มีต่อเสถียรภาพการผลิตแก๊สมีเทนจากเศษอาหารที่อัตราภาระบรรทุกสารอินทรีย์แตกต่างกันEffect of Biochar from Banana Peel on the Stability of Methane Production from Food Waste at Different Organic Loading Rates

Abstract

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

Anaerobic digestion is widely regarded as a suitable technology for food wastes treatment along with methane production. However, high biodegradability of food wastes usually leads to the rapid accumulation of volatile fatty acids (VFAs), which causes the instability of the anaerobic digestion process. The addition of biochar is one of the methods to improve the stability of anaerobic digestion. In this study, biochar from banana peel was used as an additive to stabilize anaerobic digestion of food waste at different organic loading rates (OLR) in reactors with a working volume of 5 L. The food waste mixed with 20 g/L of banana peel biochar was fed into the reactor with different OLRs of 1 to 6 g-VS/L-reactor.d. Another reactor at the same operating conditions without the biochar was set as a control. Results showed that the addition of banana peel biochar improved the stability of anaerobic digestion. The reactor with biochar could operate at the maximum OLR of 5 g-VS/L-reactor.d with the highest methane production rate of 888 mL/L-reactor.d and 80.77% removal of chemical oxygen demand. Moreover, biochar revealed effective color adsorption from the effluent of anaerobic digestion. However, instability of the control reactor was observed at the OLR higher than 2 g-VS/L-reactor.d. Thus, the control reactor had failed to operate due to the rapid drop of pH. Therefore, the addition of biochar from banana peel into the anaerobic digestion of food waste enhanced the process stability, the methane production, and the quality of effluent.