การทำบ่อก๊าซชีวภาพในฟาร์มเลี้ยงสัตว์ เพื่อผลิตพลังงานและลดมลพิษ ต่อสิ่งแวดล้อมนั้น ส่วนใหญ่จะอยู่ในฟาร์มขนาดใหญ่และขนาดกลางเท่านั้น เนื่องจากการลงทุนก่อสร้างระบบก๊าซชีวภาพมีราคาที่ค่อนข้างสูง หรือถ้ามีเงินลงทุน ก็ต้องใช้ระยะเวลานานกว่าจะคืนทุน ทำให้ฟาร์มขนาดเล็กที่มีสุกรหรือมีสัตว์เลี้ยงไม่มาก ไม่สามารถทำการก่อสร้างและติดตั้งระบบก๊าซชีวภาพได้ แต่ถ้าหากพูดถึงเรื่องความต้องการทางด้านพลังงานและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมแล้ว ฟาร์มขนาดเล็กก็มีปัญหาในจุดนี้เหมือนกับฟาร์มขนาดกลาง หรือขนาดใหญ่ ดังนั้น เพื่อเป็นการแก้ไขปัญหาให้กับฟาร์มขนาดเล็ก สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน กระทรวงพลังงาน และสถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงานนครพิงค์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ จึงมีการจัดตั้งโครงการส่งเสริมการผลิตก๊าซชีวภาพในฟาร์มเลี้ยงสัตว์ขนาดเล็ก ขึ้นมา เพื่อแก้ไขปัญหาดังกล่าว ฟาร์มขนาดเล็ก คือ ฟาร์มเลี้ยงสัตว์ที่มีจำนวนการเลี้ยงไม่สูงมาก ถ้าเป็นสุกร ก็ไม่เกิน 500 ตัว ไก่ไข่ ไม่เกิน 10,000 ตัว หรือ วัวนมและวัวเนื้อ ไม่เกิน 100 ตัว ซึ่งของเสียจากฟาร์มเหล่านี้ มีศักยภาพที่จะผลิตก๊าซชีวภาพได้ในปริมาณสูงสุดถึงวันละ 51 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งเพียงพอที่จะนำไปใช้กับเครื่องหมุนพัดลมโรงเรือน ทดแทนการใช้น้ำมันหรือกระแสไฟฟ้า หรือนำไปใช้กับเครื่องสูบน้ำ และนำไปใช้กับครัวเรือน ซึ่งบางฟาร์มสามารถประหยัดค่าใช้จ่ายทางด้านพลังงานไปได้ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ และยังลดปัญหาผลกระทบทางสิ่งแวดล้อมได้แก่ ปัญหาน้ำเสีย กลิ่นเน่าเหม็น และแมลงวัน นอกจากนี้ยังมีรายได้จากการขายปุ๋ยชีวภาพ ที่เป็นผลผลิตจากการนำกากตะกอนส่วนที่เหลือจากการหมักก๊าซชีวภาพและน้ำที่ผ่านการหมัก มาทำเป็นปุ๋ยอีกด้วย สถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงานนครพิงค์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ จึงได้นำเทคโนโลยีก๊าซชีวภาพระบบ CD-Junior (Channel Digester-Junior) และระบบบ่อหมักโดมคงที่ (Fixed dome) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีการหมักย่อยสลายสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำเสีย โดยอาศัยกลุ่มของจุลินทรีย์ชนิดที่ไม่ใช้อากาศ ทำหน้าที่หมักและย่อยสลายสารอินทรีย์ให้เปลี่ยนรูปไปเป็นก๊าซชีวภาพมาใช้กับฟาร์มขนาดเล็ก เพื่อบำบัดน้ำเสียภายในฟาร์มสร้างสภาพแวดล้อมที่ดี และมีผลพลอยได้คือก๊าซชีวภาพสำหรับใช้ทดแทนพลังงาน ซึ่งสามารถช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายให้กับฟาร์มเป็นอย่างมาก นอกจากนั้น ผู้ที่เข้าร่วมโครงการส่งเสริมการผลิตก๊าซชีวภาพในฟาร์มเลี้ยงสัตว์ขนาดเล็ก ยังจะได้รับการสนับสนุนทั้งเรื่องการออกแบบ การให้คำปรึกษาในการก่อสร้างและติดตั้งระบบก๊าซชีวภาพ รวมถึงการฝึกอบรมให้ดูแลระบบได้อย่างยั่งยืน โดยไม่เสียค่าใช้จ่าย และยังได้เงินช่วยเหลือ ค่าก่อสร้างอีกประมาณ 20-30 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นเงินสนับสนุนจากกองทุนเพื่อส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน กระทรวงพลังงานอีกด้วย
เทคโนโลยี ก๊าซชีวภาพที่นำมาประยุกต์ใช้ อยู่บนพื้นฐานของเทคโนโลยีการหมักย่อยสลายสารอินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำเสีย โดยอาศัยกลุ่มของจุลินทรีย์ชนิดที่ไม่ใช้อากาศ ทำหน้าที่หมักและย่อยสลายสารอินทรีย์ให้เปลี่ยนรูปไปเป็นก๊าซชีวภาพ ได้แก่
ระบบ CD-Junior (Channel Digester-Junior) เป็นระบบบ่อหมักช้าแบบรางรุ่นเล็ก มีลักษณะการทำงานที่อาศัยระบบไดนามิก เช่นเดียวกับระบบแบบบ่อหมักโดมคงที่ทุกประการ แตกต่างในแง่ของการออกแบบทางวิศวกรรม โดยออกแบบระบบให้ก่อสร้างง่าย ใช้วัสดุที่หาได้ในท้องถิ่น และสามารถซ่อมแซมได้ง่าย อีกทั้งมีการใช้หลักการไหลแบบทางเดียว เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการหมักย่อยอีกด้วย
ระบบบ่อหมักโดมคงที่ (Fixed dome) มีลักษณะการทำงานที่เรียกว่า ระบบไดนามิก คือเมื่อเกิดก๊าซ ก๊าซจะมีแรงผลักดันมูลสัตว์และน้ำด้านล่างบ่อหมักให้ทะลักขึ้นไปเก็บไว้ที่ บ่อล้น เมื่อมีการเปิดก๊าซไปใช้ น้ำในบ่อก็จะไหลย้อนกลับเข้าบ่อหมักอีกครั้งและจะไปผลักดันก๊าซให้สามารถนำ ไปใช้ได้อีก โดยจะเกิดลักษณะเช่นนี้อยู่ตลอดเวลา
ระบบก๊าซชีวภาพ เพื่อบำบัดมลภาวะในฟาร์มเลี้ยงสัตว์
การย่อยสลายสารอินทรีย์ในบ่อก๊าซชีวภาพเพื่อผลิตพลังงานได้มีการพัฒนาไปพร้อม ๆ กันทั้งในยุโรป เอเซีย และอเมริกาใต้ โดยบ่อก๊าซชีวภาพขนาดครัวเรือนมีใช้กันมากที่สุดถึงกว่า 4.5 ล้านบ่อในประเทศจีน และมีจำนวนกว่า 2 แสนบ่อในประเทศอินเดีย และจำนวนมากกว่า 10,000 บ่อในประเทศบราซิล ประเทศไทยมีการส่งเสริมบ่อก๊าซชีวภาพเพื่อผลิตพลังงานทดแทนขนานใหญ่ในช่วงปี พ.ศ. 2515 ตั้งแต่เกิดวิกฤติพลังงานขาดแคลนเป็นต้นมาโดยการพลังงานแห่งชาติ แต่การส่งเสริมให้คนไทยใช้บ่อก๊าซชีวภาพในด้านสาธารณสุข หรือเป็นจุดเริ่มต้นเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมนั้นเป็นการริเริ่มของงานสาธารณสุข การสร้างระบบก๊าซชีวภาพแบบลูกผสมซึ่งออกแบบโดย Kloss(1990) ผู้เชี่ยวชาญเยอรมัน เพื่อบำบัดกลิ่นและน้ำเสียเป็นความสำคัญลำดับแรกในฟาร์มเลี้ยงสุกรในประเทศไทยนั้น ริเริ่มขึ้นครั้งแรก ที่ฟาร์มสุกรทดลองของมหาวิทยาลัยเชียง ใหม่ ณ ตำบลแม่เหียะ เมื่อปี พ.ศ.2532 โดยความร่วมมือของโครงการก๊าซชีวภาพไทย-เยอรมัน ในเวลาถัดมาใกล้ๆ กันนั้น Tentscher(2535) ผู้ชำนาญการอีกคนหนึ่งของเยอรมันจาก AIT ก็ได้ออกแบบระบบก๊าซชีวภาพแบบลูกผสม(HYPHI)ให้แก่ฟาร์มสุกร ของศูนย์วิจัยสุกรแห่งชาติ ณ วิทยาเขตกำแพงแสน มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ โดยการสนับสนุนของคุณสงวน จันทรานุกูล บริษัทศรีไทยปศุสัตว์ ระบบก๊าซชีวภาพแม่เหียะจึงถือว่าเป็นต้นแบบให้เกิดการพัฒนามาเป็นระบบก๊าซชีวภาพที่ส่งเสริมในฟาร์มสุกรขนาดกลางและใหญ่ในปัจจุบัน ส่วนการส่งเสริมบ่อก๊าซชีวภาพในฟาร์มขนาดเล็กนั้นยั้งคงเป็นการผลิตพลังงานตามความต้องการของฟาร์มควบกับการผลิตปุ๋ยอินทรีย์และการลดมลภาวะบางส่วน
กระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์โดยอาศัยการหมักย่อยแบบไร้อากาศ
การย่อยสลายสารอินทรีย์ในน้ำเสียของเสียอาศัยการทำงานของกลุ่มแบคทีเรียหลายชนิดร่วมกันเป็นทอดๆ ต่อเนื่องกัน ในสภาพที่ไร้อากาศ ภายใต้อุณหภูมิที่เหมาะสมแก่แบคทีเรียส่วนใหญ่ การย่อยสลายตัวในบ่อหมักก๊าซชีวภาพมีกระบวนการคล้ายการหมักย่อยในกระเพาะหมักของสัตว์เคี้ยวเอื้อง แต่แตกต่างกันที่ไม่มีการดูดซึมสารต่างๆออกไปจากระบบในบ่อหมัก เราสามารถแบ่งกระบวนการทั้งหมดเป็นขั้นตอนที่สำคัญ 3 ขั้นตอน คือ
สภาพที่เหมาะสมของกระบวนการหมักย่อย
การหมักย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไร้อากาศต้องการอุณหภูมิของน้ำเสียที่ไม่ต่ำเกินไป อุณหภูมิที่ทำให้บ่อหมักชนิดที่ไม่ต้องให้ความร้อนเพิ่ม ทำงานได้ตั้งแต่อุณหภูมิเกิน 15ฐC ขึ้นไปและการผลิตก๊าซมีเทนชึ่งเป็นตัวบ่งชี้ว่าบ่อหมักทำงานได้ดีนั้นจะมีการผลิตเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิของอากาศหรือของน้ำเสียที่สูงขึ้น และการเติมน้ำเสียที่มีความเข้มข้น(5-10%TS)และอัตราการเติมพอเหมาะ จะไม่ทำให้ในบ่อหมักมีสภาพเป็นกรดมากเกินไป นั่นคือการหมักย่อยที่แบคทีเรียทุกกลุ่มทำงานร่วมกันได้ดีต้องการ pH ระหว่าง 6.8 – 7.5 การเป็นกรดมากเกินไปเกิดจากการเติมของเสียในอัตราสูงเกิน เช่น เกินกว่า 1.5 กก.VS/ลบม.-วัน สำหรับบ่อหมักแบบโดมซึ่งจุลินทรีย์ที่ผลิตมีเทนจะทนอยู่ไม่ได้ และการที่มีสภาพเป็นด่างมากไปก็จะทำให้ NH4+ เปลี่ยนไปเป็นแอมโมเนียได้มากขึ้น ซึ่งแอมโมเนีย(NH3)เป็นพิษต่อแบคทีเรียได้มากกว่าที่อยู่ในรูปของ NH4+ นอกจากนั้นน้ำเสียควรมีสารอินทรีย์ที่มีสัดส่วน C:N ระหว่าง 9-25:1 ซึ่งสิ่งขับถ่ายจากสัตว์เช่น สุกรหรือโคนมมีสัดส่วน C:N ในช่วงดังกล่าว ยกเว้นมูลไก่ที่มักมีสัดส่วน C:N ค่อนข้างแคบ การกวนตัวของน้ำเสียภายในส่วนหมักก็นับว่าเป็นเรื่องที่มีส่วนสนับสนุนให้การสัมผัสกันระหว่างสารอินทรีย์กับแบคทีเรียเกิดได้ดี และการรักษาเงื่อนไขอื่นๆที่ทำให้ก๊าซเกิดขึ้นได้ดี ก็มีผลช่วยให้การเคลื่อนตัวของตะกอนในการคลุกเคล้าเกิดขึ้นได้ดีด้วย ในปัจจุบันการออกแบบให้ถังหมักมีการป้อนน้ำเสียจากพื้นบ่อ และออกแบบให้ตะกอนของแบคทีเรียที่เพิ่มจำนวนช้าสะสมอยู่ในบ่อหมักในจำนวนที่มากพอดี หรือออกแบบให้แบคทีเรียมีที่พักอาศัยได้มากเพื่อเพิ่มการสัมผัสระหว่างสารอินทรีย์กับแบคทีเรียได้เต็มที่ทำให้บ่อหมักย่อยในปัจจุบันรับภาระของเสียในอัตราที่สูงขึ้นและใช้เวลาหมักย่อยได้สมบูรณ์ในเวลาสั้น ทำให้เราได้เห็นบ่อหมักย่อยเร็วแบบ UASB(Upflow anaerobic sludge blanket) หรือ บ่อหมักแบบ AF(anaerobic filter) ในปัจจุบัน(van Haandel and Lettinga 1994)
รูปแบบของบ่อหมักก๊าซชีวภาพที่ใช้ในการส่งเสริมแก่ฟาร์มเลี้ยงสัตว์
1) บ่อหมักแบบโดม (fixed dome)
บ่อหมักแบบโดม เป็นบ่อหมักที่คิดค้นขึ้นในประเทศจีน และต่อมาหน่วยงาน GTZ สนับสนุนให้ GATE(German Appropriate Technology Exchange) พัฒนาปรับปรุงโครงสร้างให้สอดคล้องกับหลักการทางวิศวกรรมยิ่งขึ้น มีการปรับโครงสร้างให้มีวงแหวนกันร้าว(weak ring) รอบบ่อในระดับที่บ่อเติมน้ำเสียผ่านเข้าตัวบ่อหมัก การก่อสร้างได้เน้นให้เว้นการใช้วัสดุโลหะ แต่ให้สามารถใช้วัสดุก่อสร้างได้แก่ อิฐดินเผา ปูนซีเมนต์ ปูนขาว ทรายและกรวดในท้องถิ่นที่หาได้ง่ายสำหรับการก่อสร้างและให้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนจากปฏิกิริยาทางเคมีของไฮโดรเจนซัลไฟด์กับความชื้นในบ่อหมักและท่อส่งก๊าซซึ่งพบกันทั่วไปว่ากัดกร่อนโลหะได้เร็ว และสามารถใช้ช่างฝีมือที่คุ้นเคยกับงานก่ออิฐฉาบปูนในทุกท้องถิ่นมาอบรมให้ความรู้และประสบการณ์เพิ่มเติมจนสามารถดำเนินการก่อสร้างได้ กรมส่งเสริมใช้รูปแบบบ่อหมักแบบโดมในการส่งเสริมในฟาร์มเลี้ยงสัตว์ขนาดเล็กดังที่กล่าวมาแล้ว โดยบางฟาร์มต้องการลานแยกกากเพื่อแยกส่วนของแข็งไว้จำหน่ายปุ๋ยอินทรีย์แห้งให้แก่ผู้ต้องการใช้ในรูปที่สะดวกต่อการขนส่ง
หน้าที่ของส่วนประกอบของบ่อหมักแบบโดม( fixed-dome) 1 ที่เติม, 2 ตัวบ่อหมัก,
3 ส่วนกักเก็บก๊าซ, 4 บ่อขยายถ่ายแรงดัน, 5 ฝาปิดและท่อจ่ายก๊าซ(ที่มา: OEKOTOP)
2) ระบบก๊าซชีวภาพของ สถานเทคโนโลยีก๊าซชีวภาพ(BTC) มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
ระบบก๊าซชีวภาพในฟาร์มเลี้ยงสัตว์ของ BTC(Biogas Technology Center) เป็นระบบที่มีส่วนประกอบหลายอย่างที่ทำงานสัมพันธ์ต่อเนื่องกัน เพื่อให้การบำบัดมลภาวะและน้ำเสียอยู่ในมาตรฐานและได้พลังงานใช้อย่างครบถ้วน สามารถแยกออกเป็นขั้นตอนการทำงานของระบบเป็นหลักใหญ่ๆ ได้ 3 ขั้นตอน คือ
เอกสาร : ก๊าซชีวภาพในฟาร์มเลี้ยงสัตว์ขนาดเล็ก
ที่มา กองทุนส่งเสริมการอนุรักษ์พลังงาน สำนักงานนโยบายและแผนพลังงาน กระทรวงพลังงาน
สถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงานนครพิงค์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ 239 ถ.ห้วยแก้ว ต.สุเทพ อ.เมือง จ.เชียงใหม่ 50202
ป้ายคำ : พลังงานทดแทน