ridm@nrct.go.th   ระบบคลังข้อมูลงานวิจัยไทย   รายการโปรดที่คุณเลือกไว้

การบำบัดไนโตรเจนและลดก๊าซไนตรัสออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจก) โดยกระบวนการบำบัดแบบ SHARON/ANAMMOX จากน้ำเสียที่ผ่านกระบวนการบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้อากาศ

หน่วยงาน สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย

รายละเอียด

ชื่อเรื่อง : การบำบัดไนโตรเจนและลดก๊าซไนตรัสออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจก) โดยกระบวนการบำบัดแบบ SHARON/ANAMMOX จากน้ำเสียที่ผ่านกระบวนการบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้อากาศ
นักวิจัย : พงศ์ศักดิ์ หนูพันธ์
คำค้น : Anammox , Madia , Nitrous oxide , partial nitrification
หน่วยงาน : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย
ผู้ร่วมงาน : -
ปีพิมพ์ : 2555
อ้างอิง : http://elibrary.trf.or.th/project_content.asp?PJID=TRG5280023 , http://research.trf.or.th/node/6933
ที่มา : -
ความเชี่ยวชาญ : -
ความสัมพันธ์ : -
ขอบเขตของเนื้อหา : -
บทคัดย่อ/คำอธิบาย :

เป็นที่ทราบกันอย่างกว้างขวางว่ากระบวนการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพเพื่อกำจัดไนโตรเจนโดยทั่วไปคือ กระบวนการไนตริฟิเคชัน (Nitrification) และกระบวนการดีไนตริฟิเคชัน (Denitrification) กระบวนการนี้อัตราส่วนระหว่างคาร์บอนต่อไนโตรเจนความสำคัญมาก ถ้าอัตราส่วนระหว่างคาร์บอนต่อไนโตรเจนมีค่าต่ำมีผลทำให้กระบวนการดีไนตริฟิเคชันเกิดได้ยากและต้องใช้ค่าใช้จ่ายที่สูง ตัวอย่างของน้ำเสียที่มีอัตราส่วนระหว่างคาร์บอนต่อไนโตรเจนมีค่าต่ำ อาทิ น้ำจากการย่อยกากตะกอนในระบบแบบไม่ใช้อากาศของระบบบำบัดน้ำเสียของชุมชน น้ำเสียจากกองขยะหรือน้ำทิ้งจากฟาร์มสุกรที่ผ่านการบำบัดแบบไม่ใช้อากาศมาแล้ว ถ้าน้ำเสียเหล่านี้ถูกบำบัดด้วยกระบวนการไนตริฟิเคชันและดีไนตริฟิเคชันมีโอกาสที่พบก๊าซไนตรัสออกไซด์ในผลิตภัณฑ์สุดท้าย ไนตรัสออกไซด์ (Nitrous Oxide, N2O) เป็นก๊าซเรือนกระจก (Green House Gas) มีผลทำให้อุณหภูมิบนพื้นผิวโลกร้อนขึ้น ถ้าเปรียบเทียบกับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์กับก๊าซไนตรัสออกไซด์ พบว่าก๊าซไนตรัสออกไซด์สามารถทำให้อุณหภูมิบนพื้นผิวโลกร้อนสูงกว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ประมาณ 300 เท่า ปัจจุบันยังไม่มีข้อมูลที่สามารถระบุอย่างชัดเจนว่ากลุ่มจุลินทรีย์กลุ่มใดที่สามารถผลิตก๊าซไนตรัสออกไซด์ มีนักวิจัยมากมายพยายามศึกษาในประเด็นนี้ นอกจากนี้กระบวนการอนาม็อกกับการผลิตก๊าซไนตรัสออกไซด์เองยังไม่มีข้อมูลมากนักว่าสามารถผลิตก๊าซไนตรัสออกไซด์มากหรือน้อยกว่ากระบวนการไนตริฟิเคชัน-ดีไนตริฟิเคชัน แต่สันนิฐานน่าจะผลิตก๊าซไนตรัสออกไซด์น้อยกว่ากระบวนการไนตริฟิเคชัน-ดีไนตริฟิเคชัน ในงานวิจัยนี้มี 3 วัตถุประสงค์หลัก หนึ่งคือการศึกษาค้นคว้าหาตัวกลางที่เหมาะสมของกลุ่มเชื่ออนาม็อกสามารถเกาะหรือแทรกเข้าไปในตัวกลางชนิดใด งานวิจัยนี้เป็นการศึกษาประสิทธิภาพของการกำจัดไนโตรเจน โดยกระบวนการอนาม็อกซ์ในถังปฏิกิริยาแบบซีเควนซิ่งแบตซ์ไบโอฟิล์ม (Sequencing Batch Biofilm Reactor, SBBR) ขนาด 200 มิลลิลิตร แบ่งเป็น 6 ชุดทดลอง ประกอบไปด้วย ชุดควบคุมที่ไม่มีตัวกลาง (R1) และชุดทดลองมีการใส่ตัวกลางชนิดต่าง ๆ จำนวน 5 ชนิด คือ ฟองน้ำสังเคราะห์ (R2), เม็ดถ่านกัมมันต์ (R3), เซรามิค (R4) ทราย (R5) และ เชือก (R6) น้ำเสียสังเคราะห์ที่ใช้มีความเข้มข้นของแอมโมเนียมและไนไตรต์เท่ากับ 210 mgN/L และ 273 mgN/L ตามลำดับ จากผลการทดลอง ประสิทธิภาพของการกำจัดไนโตรเจนใน R1, R2, R3, R4, R5, และ R6 มีค่าเท่ากับ 17.31 11.21%, 98.56 3.79%, 99.02 2.49%, 98.79 2.02%, 99.34 0.91%, และ15.44+12.49% ตามลำดับ ซึ่งพบว่าในถังปฏิกรณ์ที่มีเชือกเป็นตัวกลาง (R6) นั้นมีประสิทธิภาพในการกำจัดไนโตรเจนเฉลี่ยต่ำที่สุดสาเหตุมาจากการกวนผสมที่ไม่เหมาะสม ตัวกลางชนิดอื่นๆ ให้ผลการกำจัดไนโตรเจนเหมือนกัน วัตถุประสงค์ที่สองคือ การใช้ออกซิเจนที่ระดับความเข้มข้น 0.7±0.3 มล/ล ควบคุมกระบวนการพาร์เชี่ยลไนตริฟิเคชัน โดยใช้ถังปฏิกรณ์ขนาดห้องปฏิบัติการปริมาตร 8 ลิตร ควบคุมตัวแปรต่างๆ คือ อัตราภาระบรรทุกแอมโมเนียและอัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ โดยการทดลองได้ควบคุมความเข้มข้นของออกซิเจนละลายน้ำที่ 0.7±0.3 มก./ล จากผลการทดลองนี้พบว่าที่อัตราภาระบรรทุกแอมโมเนีย 0.05, 0.15, 0.30 และ 0.50 กก.-N/ม.3-วัน และอัตราส่วนอาหารต่อจุลินทรีย์ 0.28, 0.83, 1.67 และ 2.78 กก.N/กก.MVLSS-วัน มีประสิทธิภาพการกำจัดแอมโมเนียร้อยละ 52, 53, 51 และ 53 ตามลำดับ คิดเป็นอัตราการกำจัดแอมโมเนียจำเพาะ 0.15, 0.49, 0.94 และ 1.66 กก.-N/กก.MLVSS-วัน ตามลำดับ มีอัตราส่วนไนไตรท์ที่เกิดขึ้นต่อแอมโมเนียที่ถูกกำจัดเท่ากับ 0.80, 0.98, 1.21 และ 1.19 ตามลำดับ วัตถุประสงค์ที่สาม คือ การตรวจวัดก๊าซไนตรัสออกไซด์จากกระบวนการอนาม็อก ในการทดลองนี้ใช้ถังปฏิกรณ์แบบ sequence batch 2 ชนิด แบบตะกอนแขวนลอย และแบบมีตัวกลางที่เชื้ออนาม็อกสามารถเกาะติดและแทรกเข้าภายในตัวกลางได้ในที่นี้ใช้ฟองน้ำ พบว่าอาจมีความเป็นไปได้สูงถ้าระดับอัตราส่วนของแอมโมเนียมต่อไนไตรท์ที่ 0.5:1 พบว่าก๊าซไนตรัสออกไซด์มากกว่าปกติถึง 10 เท่าของระดับปกติที่ อัตราส่วนของแอมโมเนียมต่อไนไตรท์ที่ 1:1.32; 1:1; และ 0.75:1 และยังพบว่าที่พีเอช 6.8 พบว่าก๊าซไนตรัสออกไซด์มากกว่าพีเอช 7.3, 7.8 และ 8.3 จากการศึกษาในงานวิจัยนี้ค้นพบว่าการประยุกต์ใช้กระบวนการอนาม็อกในการใช้จริงควรมีการใช้ตัวกลางเพื่อให้เชื้ออนาม็อกสามารถเกาะและแทรกเข้าสู่ชั้นในของตัวกลางได้ ตัวกลางที่ใช้ควรเป็นตัวกลางที่สามารถหาได้ง่าย มีพื้นที่ผิวหรือรูพรุนมาก เก็บความชื้นได้ดี และราคาถูก ระบบที่มีตัวกลางสามารถทำงานได้ทั้งกระบวนการพาร์เชี่ยลไนตริฟิเคชัน/อนาม็อก รวมกันอาจเรียกว่า ระบบแคนนอน หรือ CANON พารามิเตอร์ที่สำคัญในการควบคุมกระบวนการพาร์เชี่ยลไนตริฟิเคชัน คือ ออกซิเจนต้องพยายามควบคุมระดับออกซิเจนให้ต่ำที่ 0.7±0.3 มล./ล. The worldwide standard for biological nitrogen removal is conventional nitrification-denitrification processes. Nitrification is oxidization of NH4+ to NO2- to NO3- followed by denitrification in which NO3- is converted to NO2- to N2. The carbon to nitrogen (C/N) ratio in wastewater influent is a very important factor in the conventional biological nitrogen removal process, as conventional processes may be difficult and costly to apply in wastewater with low C/N ratios. The application of nitrification-denitrification conventional processes to wastewater with high NH4+ but low carbon content e.g. supernatant from anaerobic sludge digester from centralized wastewater treatment plant, effluents of leachate or piggery from anaerobic treatment may produce nitrous oxide in the end of production. Nitrous oxide (N2O) is a greenhouse gas with significant potency about 300 times that of carbon dioxide. The main microorganisms responsible for N2O emission have not been definitively identified. Researchers showed that the anammox process produced less N2O than the conventional nitrification-denitrification process under low COD conditions for nitrification or low oxygen conditions. Information on N2O production in the anammox process is not available. There were three objectives to conduct through this research. One was to find appropriated supporting media for enriched anammox culture. This work investigated nitrogen removal efficiencies of anammox bacteria by using Sequencing Batch Biofilm Reactors (SBBRs) at the different media. The study was carried out in 6 different set of experiment, i.e. control experiment without supporting medium (R1), and 5 different types of supporting media. The selected supporting media for this investigation included sand (R1), synthetic sponge (R2), granular activated carbon (R3), ceramic (R4), and string (R5). The synthetic wastewater contained 210 mg N/L of ammonium (NH4+) and 273 mg N/L of nitrite (NO2-). The total nitrogen removal (both NH4+ and NO2-) efficiencies from the experiment R1, R2, R3, R4, and R5 were 17.31 11.21%, 98.56 3.79%, 99.02 2.49%, 98.79 2.02%, 99.34+0.91%, and 15.44+12.49%, respectively. The lowest nitrogen removal efficiency was found in the set of string reactor (R5). The problem was caused from the mixing (not suitable mixing). The efficiencies of nitrogen removal the other media were very similar result. Second objective was to control the partial nitrification process in lab scale. The variable parameters to control the study were ammonia loading rate and food to microorganism ratio, F/M. The dissolved oxygen in order to control partial nitrification process was control at 0.7±0.3 mg/L. The result of the experiments found that, at ammonia loading rate of 0.05, 0.15, 0.30 and 0.50 kg-N/m3-day and F/M ratio of 0.28, 0.83, 1.67 and 2.78 kg.N/kg.MVLSS-day, the ammonia removal efficiencies were 52, 53, 51 and 53 percent. Therefore, the specific ammonia utilization rates were 0.15, 0.49, 0.94, and 1.66 kg-N/kgMLVSS-day, respectively. The ratios of nitrite produced to ammonia utilization were equal to 0.80, 0.98, 1.21 and 1.19 respectively. The last objective was to measure nitrous oxide gas from anammox process. All experiments were conducted to investigate nitrogen removal efficiencies and nitrous oxide emission from sequencing batch reactors (SBRs) with suspended and attached growth of anaerobic ammonium oxidizing (anammox) cultures. Suspended growth reactor (SBR-S) and one attached growth reactor using polystyrene sponge as a media (SBR-A) were used in this experiment. After inoculation of the SBRs with an enriched anammox culture, significant removals of ammonium (NH4+) and nitrite (NO2-) were observed under NH4+:NO2- ratios ranging from 1;1.32; 1:1; 0.75:1, and 0.5:1 (SBR-S) and 1:1 to 1.32 (SBR-A) and under variable pH (6.8 to 8.3) at constant ammonium:nitrite ratio (1:1.32) in SBR-S. Nitrous oxide (N2O) production by the anammox culture was significantly higher at NH4+:NO2- ratio of 0.5:1 than 0.75:1 and 1:1; low pH conditions (6.8 and 7.3) significantly increased N2O production over pH 7.8 and 8.3. In reactors at ratios of NH4+:NO2- ratio at 1.32 and 1:1, N2O production was lower in attached growth than in suspended growth. The results from this work confirm that attached growth (using polystyrene sponge as a media) may be suitable for use in the field based on retention of the anammox culture in the media. In addition, despite oxygen interference in the system, the anammox culture in the attached growth reactor still consumed substrates more quickly than the suspended growth culture. Media which is able to use in the anammox process should be available, more surface area and porous, keeping moisture inside media, and inexpensive. Partial nitrification and anammox processes are able to combine into one reactor and called CANON process. In CANON process, media are requested to use in a reactor and using oxygen as significantly important parameter. Oxygen concentration of 0.7±0.3 mg/L was possible to use in order to control the partial nitrification process.

บรรณานุกรม :
พงศ์ศักดิ์ หนูพันธ์ . (2555). การบำบัดไนโตรเจนและลดก๊าซไนตรัสออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจก) โดยกระบวนการบำบัดแบบ SHARON/ANAMMOX จากน้ำเสียที่ผ่านกระบวนการบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้อากาศ.
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
พงศ์ศักดิ์ หนูพันธ์ . 2555. "การบำบัดไนโตรเจนและลดก๊าซไนตรัสออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจก) โดยกระบวนการบำบัดแบบ SHARON/ANAMMOX จากน้ำเสียที่ผ่านกระบวนการบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้อากาศ".
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย.
พงศ์ศักดิ์ หนูพันธ์ . "การบำบัดไนโตรเจนและลดก๊าซไนตรัสออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจก) โดยกระบวนการบำบัดแบบ SHARON/ANAMMOX จากน้ำเสียที่ผ่านกระบวนการบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้อากาศ."
    กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย, 2555. Print.
พงศ์ศักดิ์ หนูพันธ์ . การบำบัดไนโตรเจนและลดก๊าซไนตรัสออกไซด์ (ก๊าซเรือนกระจก) โดยกระบวนการบำบัดแบบ SHARON/ANAMMOX จากน้ำเสียที่ผ่านกระบวนการบำบัดทางชีวภาพแบบไม่ใช้อากาศ. กรุงเทพมหานคร : สำนักงานกองทุนสนับสนุนการวิจัย; 2555.