ศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพจากการย่อยแบบไร้ออกซิเจนของเศษอาหารร่วมกับผักตบชวาที่ผ่านการปรับสภาพด้วยเตาอบลมร้อนและอ่างน้ำควบคุมอุณหภูมิ
คำสำคัญ:
การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน, การย่อยร่วม, การปรับสภาพโดยใช้ความร้อน, เศษอาหาร, ผักตบชวาบทคัดย่อ
การศึกษาการบำบัดและการใช้ประโยชน์ของเสียอินทรีย์คือเศษอาหาร (FW) และวัชพืชหลักของแหล่งน้ำผิวดินคือผักตบชวา (WH) เพื่อการผลิตก๊าซชีวภาพจากการย่อยแบบไร้ออกซิเจน รวมถึงศึกษาผลของการปรับสภาพ WH โดยใช้ความร้อนด้วยเทคนิคอ่างน้ำร้อนควบคุมอุณหภูมิ (WHB) และเตาอบลมร้อน (WHO) สำหรับการย่อยเดี่ยวและการย่อยร่วมของวัตถุดิบทั้งสองชนิดด้วยการทดลองแบบแบทช์ในช่วงอุณหภูมิ mesophilic นาน 40 วัน พบว่า FW และ WH เป็นสารตั้งต้นในการผลิตก๊าซชีวภาพได้ดี เนื่องจากมีสารอินทรีย์ในรูปของ VS สูงถึงมากกว่า 74 %TS WHB มีแนวโน้มในการเพิ่มปริมาณสารอินทรีย์ที่พร้อมต่อการเป็นสารตั้งต้นในการผลิตก๊าซชีวภาพสูงกว่า WHO เมื่อพิจารณาจาก CODs, VFAs และ Org_N การย่อยเดี่ยวของ FW มีค่า Biogas Yield (BY) สูงสุด 189 mLbiogas/gVSadded แม้มี F/M สูงถึง 4.58 และมี Volatile Solid Destruction (VSD) 59.19 % การย่อยของ WHB มีค่า BY สูงขึ้นคิดเป็น 1.9 เท่าของการย่อย WH ขณะที่ BY ของ WHO มีค่าแตกต่างกันเพียงเล็กน้อยกับกรณีของ WH ซึ่งมีค่า 28 และ 24 mLbiogas/gVSadded ตามลำดับ ที่ F/M ใกล้เคียงกันคือ 1.3-1.4
ผลของการย่อยร่วมที่มีอัตราส่วนผสมของ FW และ WH (ที่ปรับและไม่ปรับสภาพ) ~ 80-90 %FW : 10-20 % WH ที่ส่งผลให้ F/M มีค่า ~ 3-3.6 พบว่า BY ของ WHB > WH > WHO ขณะที่อัตราส่วน ~ 60 % FW: 40 % WH (F/M ~2.3) การปรับสภาพ WH แทบจะไม่ส่งผลต่อ BY ซึ่งพบว่า BY ของ WH > WHO > WHB ทั้งนี้เนื่องจาก BY ที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการย่อย FW เป็นหลัก ซึ่งทำให้ BY ของการย่อยร่วมมีค่า 122-179 mLbiogas/gVSadded และมี VSD 61.1-74.1 %
เอกสารอ้างอิง
Ahn, D.J., Kim, S.K. and Yun, H.S. 2012. Optimization of pretreatment and saccharification for the production of bioethanol from Water Hyacinth by Saccharomyces cerevisiae. Bioprocess and Biosystems Engineering 35(1-2): 35-41.
Álvarez, C., Reyes-Sosa, F.M. and Díez, B. 2016. Enzymatic hydrolysis of biomass from wood. Microbial Biotechnology 9(2): 149-156.
APHA. 2012. Standard Methods for the Examination of Water and Waste-Water. 22nd ed. American Public Health Association/American Water Works Association/Water Environment Federation, Washington, DC.
Barua, V.B. and Kalamdhad, A.S. 2016. Water Hyacinth to biogas: A review. Pollution Research Paper 3(35): 491-501.
Barua, V.B. and Kalamdhad, A.S. 2017a. Effect of various types of thermal pretreatment techniques on the hydrolysis, compositional analysis and characterization of water hyacinth. Bioresource Technology 227: 147-154.
Barua, V.B. and Kalamdhad, A.S. 2017b. Biochemical methane potential test of untreated and hot air oven pretreated water hyacinth: A comparative study. Journal of Cleaner Production 166: 273-284.
Barua, V.B., Rathore, V. and Kalamdhad, A.S. 2018. Comparative evaluation of anaerobic co-digestion of water hyacinth and cooked food waste with and without pretreatment. Bioresource Technology Reports 4: 202-208.
Barua, V.B., Rathore, V. and Kalamdhad, A.S. 2019. Anaerobic co-digestion of water hyacinth and banana peels with and without thermal pretreatment. Renewable Energy 134: 103-112.
Campuzano, R. and Gonzalez-Martínez´, S. 2015. Extraction of soluble substances from organic solid municipal waste to increase methane production. Bioresource Technology 178: 247-253.
Capson-Tojo, G., Rouez, M., Crest, M., Trably, E., Steyer, J.P., Bernet, N., Delgenes, J.P. and Escudie, R. 2017. Kinetic study of dry anaerobic co-digestion of food waste and cardboard for methane production. Waste Management 69: 470-479.
Dhamodharan, K., Kumar, V. and Kalamdhad, A.S. 2015. Effect of different livestock dungs as inoculum on food waste anaerobic digestion and its kinetics. Bioresource Technology 180: 237-241.
Ferrer, I., Palatsi, J., Campos, E. and Flotats, X. 2010. Mesophilic and thermophilic anaerobic biodegradability of water hyacinth pre-treated at 80◦C. Waste Management 30: 1763-1767.
Gaurav, G.K., Mehmood, T., Cheng, L. Klemeš, J.J. and Shrivastava, D.K. 2020. Water hyacinth as a biomass: A review. Journal of Cleaner Production 277: 122214.
Gustavsson, J., Cederberg, C., Sonesson, U., Otterdijk, R.V. and Meybeck, A. 2011. Chapter 3 Extent of food losses and waste, p. 4. In Rural Infrastructure and Agro-Industries Division (AGS). Global Food Losses and Food Waste: Extent, Causes and Prevention. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO), Rome, Italy.
Jiang, Y., Dennehy, C., Lawlor, P.G., Hu, Z., Zhan, X. and Gardiner, G.E. 2018. Inactivation of enteric indicator bacteria and system stability during dry co-digestion of food waste and pig manure. Science of The Total Environment 612: 293-302.
Koch, K., Helmreich, B. and Drewes, J.E. 2015. Co-digestion of food waste in municipal wastewater treatment plants: Effect of different mixtures on methane yield and hydrolysis rate constant. Applied Energy 137: 250-255.
Koch, K., Lippert, T. and Drewes, J.E. 2017. The role of inoculum’s origin on the methane yield of different substrates in biochemical methane potential (BMP) tests. Bioresource Technology 243: 457-463.
Kucharska, K., Hołowacz, I., Konopacka-Łyskawa, D., Rybarczyk, P. and Kamiński, M. 2018. Key issues in modeling and optimization of lignocellulosic biomass fermentative conversion to gaseous biofuels. Renewable Energy 129: 384-408.
Kumar, M., Oyedun, A.O. and Kumar, A. 2018. A review on the current status of various hydrothermal technologies on biomass feedstock. Renewable and Sustainable Energy Reviews 81: 1742-1770.
Land Development Department. 2004. Section 2 Soil Chemistry, pp. 125-140. In Office of Science for Land Development. Guide to Analyzing Soil, Water, Fertilizer, Plants, Soil Amendments and Analysis to Certify Product Standards Volume 1. W.J. Property Co., Ltd., Bangkok. (in Thai)
Lay, C.H., Sen, B., Chen, C.C., Wu, J.H., Lee, S.C. and Lin, C.Y. 2013. Co-fermentation of water hyacinth and beverage wastewater in powder and pellet form for hydrogen production. Bioresource Technology 135: 610-615.
Liu, X., Khalid, H., Amin, F.R., Ma, X., Li, X., Chen, C. and Liu, G. 2018. Effects of hydraulic retention time on anaerobic digestion performance of food waste to produce methane as a biofuel. Environmental Technology and Innovation 11: 348-357.
Lopez, V.M., De la Cruz, F.B. and Barlaz, M.A. 2016. Chemical composition and methane potential of commercial food wastes. Waste Management 56: 477-490.
Martí-Herrero, J., Soria-Castellón, G., Diaz-de-Basurto, A., Alvarez, R. and Chemisana, D. 2019. Biogas from a full scale digester operated in psychrophilic conditions and fed only with fruit and vegetable waste. Renewable Energy 133: 676-684.
Ndimele, P.E., Kumolu-Joh, C.A. and Anetekhai, M.A. 2011. The invasive aquatic macrophyte, water hyacinth {Eichhronia crassipes (Mart.) Solm-Laubach: Pontedericeae}: problems and prospects. Research Journal of Environmental Sciences 6(5): 509-520.
Office of Science for Land Development. 2013. Chapter 2 Agricultural production factor standards certified by the Department of Land Development, pp. 13-14. In Land Development Department Regulations on the Use of Agricultural Production Factor Standard Certification Marks 2013. Ministry of Agriculture and Cooperatives., Bangkok. (in Thai)
Paepatung, N., Nopharatana, A. and Songkasiri, W. 2009. Bio-methane potential of biological solid materials and agricultural wastes. Asian Journal of Energy and Environment 10: 19-27.
Phuttaro, C., Sawatdeenarunat, C., Surendra, K.C., Boonsawang, P., Chaiprapat, S. and Khanal, S.K. 2019. Anaerobic digestion of hydrothermally-pretreated lignocellulosic biomass: Influence of pretreatment temperatures, inhibitors and soluble organics on methane yield. Bioresource Technology 284: 128-138.
Priya, P., Nikhitha, S.O., Anand, C., Dipin Nath, R.S. and Krishnakumar, B. 2018. Biomethanation of water hyacinth biomass. Bioresource Technology 255: 288-292.
Rodriguez, C., Alaswad, A., Benyounis, K.Y. and Olabi, A.G. 2017. Pretreatment techniques used in biogas production from grass. Renewable and Sustainable Energy Reviews 68: 1193-1204.
Romero De León, L.A., Quinto Diez, P., Tovar Gálvez, L.R., Alvarado Perea, L., López Barragán, C.A., García Rodríguez, C.A. and Reyes León, A. 2021. Biochemical methane potential of water hyacinth and the organic fraction of municipal solid waste using leachate from Mexico City’s Bordo Poniente composting plant as inoculum. Fuel 285: 119132.
Ruan, T., Zeng, R., Yin, X.Y., Zhang, S.X. and Yang, Z.H. 2016. Water hyacinth (Eichhornia crassipes) biomass as a biofuel feedstock by enzymatic hydrolysis. BioResources 11(1): 2372-2380.
Sawatdeenarunat, C., Surendra, K.C., Takara, D., Oechsner, H. and Khanal, S.K. 2015. Anaerobic digestion of lignocellulosic biomass: Challenges and opportunities. Bioresource Technology 178: 178-186.
Sawatdeenarunat, C., Nguyen, D., Surendra, K.C., Shrestha, S., Rajendran, K., Oechsner, H., Xie, L. and Khanal, S.K. 2016. Anaerobic biorefinery: Current status, challenges, and opportunities. Bioresource Technology 215: 304-313.
Sawatdeenarunat, C., Nam, H., Adhikari, S., Sung, S. and Khanal, S.K. 2018. Decentralized biorefinery for lignocellulosic biomass: Integrating anaerobic digestion with thermochemical conversion. Bioresource Technology 250: 140-147.
Shrestha, S., Fonoll, X., Khanal, S.K. and Raskin, L. 2017. Biological strategies for enhanced hydrolysis of lignocellulosic biomass during anaerobic digestion: Current status and future perspectives. Bioresource Technology 245: 1245-1257.
Slopiecka, K., Liberti, F., Massoli, M., Bartocci, P. and Fantozzi, F. 2022. Chemical and physical characterization of food waste to improve its use in anaerobic digestion plants. Energy Nexus 5: 100049.
Sriprasert, N. and Sriprasert, P. 2023. Enhancement of Biogas Production Potential from Water Hyacinth by Thermal and Waved Pre-Treatment. Rajamangala University of Technology Srivijaya Research Journal 15(3): 849-864. (in Thai)
Sukasem, N., Khanthi, K. and Prayoonkham, S. 2017. Biomethane Recovery from Fresh and Dry Water Hyacinth Anaerobic Co-Digestion with Pig Dung, Elephant Dung and Bat Dung with Different Alkali Pretreatments. Energy Procedia 138: 294-300.
Xiaofeng, L., Shuangyan, Z., Delai, Z., Jingping, Z. and Li, L. 2014. Anaerobic co-digestion of food waste and landfill leachate in single-phase batch reactors. Waste Management 34: 2278-2284.
Yang, S., Xue, W., Liu, P., Lu, X., Wu, X., Sun, L. and Zan, F. 2022. Revealing the methanogenic pathways for anaerobic digestion of key components in food waste: Performance, microbial community, and implications. Bioresource Technology 347: 126340.
Yong, Z., Dong, Y., Zhang, X. and Tan, T. 2015. Anaerobic co-digestion of food waste and straw for biogas production. Renewable Energy 78: 527-530.
Zheng, Y., Zhao, J., Xu, F. and Li, Y. 2014. Pretreatment of lignocellulosic biomass for enhanced biogas production. Progress in Energy Combustion Science 42: 35-53.
ดาวน์โหลด
เผยแพร่แล้ว
รูปแบบการอ้างอิง
ฉบับ
ประเภทบทความ
สัญญาอนุญาต
ลิขสิทธิ์ (c) 2024 วารสารวิจัย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัย
อนุญาตภายใต้เงื่อนไข Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
เนื้อหาและข้อมูลในบทความที่ลงตีพิมพ์ในวารสารวิจัยมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัย ถือเป็นข้อคิดเห็นและความรับผิดชอบของผู้เขียนบทความโดยตรง ซึ่งกองบรรณาธิการวารสารไม่จำเป็น ต้องเห็นด้วย หรือร่วมรับผิดชอบใดๆ
บทความ ข้อมูล เนื้อหา รูปภาพฯลฯ ที่ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิจัย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัย ถือเป็นลิขสิทธ์ของวารสารวิจัย มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัย หากบุคคลหรือหน่วยงานใดต้องการนำทั้งหมดหรือส่วนหนึ่งส่วนใดไปเผยแพร่ต่อหรือเพื่อการกระทำการใดๆจะต้องได้รับอนุญาตเป็นลายลักษ์อักษรจากวารสาร มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลศรีวิชัยก่อนเท่านั้น
