การพัฒนาระบบการกรองชีวภาพสำหรับการบำบัดสารประกอบฟีนอลในน้ำทิ้งโรงงานสกัดน้ำมันปาล์มและการผลิตมีเทนจากน้ำทิ้งที่ผ่านการบำบัด

DEVELOPMENT OF BIOFILTRATION SYSTEM FOR TREATMENT OF PHENOLIC COMPOUNDS IN PALM OIL MILL EFFLUENT AND METHANE PRODUCTION FROM THE TREATED EFFLUENT

Name: ปิยะมาศ คงแขม

ThaSH: น้ำเสีย -- การบำบัด -- การกำจัดฟีนอล

Abstract: งานวิจัยนี้มีจุดมุ่งหมายเพื่อพัฒนาวิธีการผลิตหัวเชื้อแบคทีเรียตรึงบนซิลิกาให้มีประสิทธิภาพสูง และพัฒนาระบบการกรองชีวภาพที่ใช้หัวเชื้อแบคทีเรียตรึงบนซิลิกาเพื่อบำบัดน้ำเสียปนเปื้อนสารประกอบฟีนอล รวมทั้งเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของการผลิตก๊าซมีเทนโดยใช้น้ำเสียที่ผ่านการกำจัดสารประกอบฟีนอล ทั้งนี้ใช้หัวเชื้อแบคทีเรียผสมระหว่าง Methylobacterium sp. NP3 และ Acinetobacter sp. PK1 ซึ่งพบว่ามีประสิทธิภาพในการย่อยสลายฟีนอลความเข้มข้นสูง การผลิตหัวเชื้อแบคทีเรียตรึงบนซิลิกาที่เหมาะสม ทำโดยใช้หัวเชื้อแบคทีเรียที่มีค่า OD578 เท่ากับ 3.0 และเตรียมแบคทีเรียตรึงลักษณะสี่เหลี่ยมขนาด 0.5x0.5x0.5 ลูกบาศก์เซนติเมตร แบคทีเรียตรึงที่ผลิตขึ้นมีจำนวนเซลล์เริ่มต้น ~108 CFU ต่อกรัมซิลิกา สามารถย่อยสลาย m-cresol, o-cresol, caffeic acid, ferulic acid, 4-hydroxybenzoic acid, catechol และ 3-methylcatechol รวมทั้งสามารถเก็บรักษาที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส ได้ประมาณ 30 วัน จากนั้นได้พัฒนาระบบการกรองชีวภาพขนาดเล็กแบบ Internal loop Airlift Bioreactor (ILALR) โดยใช้แบคทีเรียตรึงบนซิลิกาปริมาณ 25 กรัมต่อลิตร ที่ระยะเวลากักเก็บน้ำที่ 2.5 ชั่วโมง พบว่าแบคทีเรียตรึงในระบบบำบัดการกรองชีวภาพสามารถย่อยสลายสารประกอบฟีนอลที่ความเข้มข้นตั้งแต่ 5 - 300 มิลลิกรัมต่อลิตร ในน้ำเสียสังเคราะห์ได้ 100% ระบบการกรองชีวภาพนี้สามารถใช้งานได้อย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลาอย่างน้อย 3 เดือน ต่อมาได้ทดสอบประสิทธิภาพระบบการกรองชีวภาพในการบำบัดรสารประกอบฟีนอลในน้ำเสียจริงของบ่อบำบัดน้ำเสียแบบบ่อปรับเสถียรบ่อสุดท้ายจากโรงงานสกัดน้ำมันปาล์ม 3 โรงงาน คือ จังหวัดสงขลา (โรงงาน A) จังหวัดสตูล (โรงงาน B) และจังหวัดสุราษฎร์ธานี (โรงงาน C) ที่ระยะเวลากักเก็บน้ำ 5.0 ชั่วโมง พบว่าระบบสามารถย่อยสลายรสารประกอบฟีนอลในน้ำเสียทั้ง 3 แหล่งได้ 67-100 % และระบบการกรองชีวภาพยังสามารถลดค่า COD และสีได้บางส่วน โดยไม่จำเป็นต้องเติมสารอาหารอื่นๆ เพิ่ม ในขั้นต่อมาได้ทดลองนำระบบการกรองชีวภาพไปบำบัดน้ำเสียจากกระบวนการผลิตน้ำมันปาล์ม ซึ่งปกติใช้เป็นสารตั้งต้นของการผลิตก๊าซมีเทน แต่มีรายงานว่าสารประกอบฟีนอลเป็นอันตรายต่อแบคทีเรียกลุ่มที่สามารถผลิตก๊าซมีเทนและยับยั้งการผลิตก๊าซมีเทน โดยงานวิจัยนี้ได้เปรียบเทียบการผลิตก๊าซมีเทนระหว่างน้ำเสียที่ไม่ผ่านและผ่านการบำบัดสารประกอบฟีนอล พบว่าค่าศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทน (Biochemical Methane Potentials; BMP) ของน้ำเสียที่ไม่ผ่านการบำบัด น้ำเสียที่ผ่านการบำบัด น้ำเสียเจือจาง 4 เท่า ที่ไม่ผ่านการบำบัด และน้ำเสียเจือจาง 4 เท่า ที่ผ่านการบำบัดสารประกอบฟีนอลเท่ากับ 21, 302-534, 131, และ 347-508 mLCH4/gCOD ตามลำดับ ดังนั้นระบบการกรองชีวภาพที่บรรจุแบคทีเรียตรึงบนซิลิกาสามารถใช้เพื่อเพิ่มผลผลิตก๊าซมีเทนของโรงงานสกัดน้ำมันปาล์มได้ นอกจากนี้สามารถตรวจนับจำนวนชุดของยีนฟีนอลไฮดรอกซิเลส (LmPH gene) ซึ่งเป็นยีนที่เกี่ยวข้องกับการย่อยสลายฟีนอลของแบคทีเรียทั้ง 2 ชนิด ตลอดระยะเวลาทดลอง แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของระบบบำบัดเกิดจากการย่อยสลายโดยแบคทีเรียตรึงจริง

Abstract: This research aimed to develop a technique for producing high efficiency silica-immobilized bacteria and to develop a biofiltration system containing the immobilized bacteria for treatment of phenolic compounds contaminated wastewater as well as for enhancing biomethanation of wastewater after phenolic compounds removal. The inoculum used in this study was a co-culture of Methylobacterium sp. NP3 and Acinetobacter sp. PK1, which is known to degrade high concentrations of phenol. The optimum bacterial immobilization process was to use 3.0 OD578 inoculum and to prepare the immobilized silica in square shape with 0.5x0.5x0.5 cm3 dimension, which led to the initial concentration of immobilized cells at 108 CFU/g silica. The immobilized bacteria could degrade m-cresol, o-cresol, caffeic acid, ferulic acid, 4-hydroxybenzoic acid, catechol and 3-methylcatechol. In addition, the immobilized bacteria could be stored at 4°C for 30 days. The study later developed a small biofiltration unit consisted of an Internal loop Airlift Bioreactor with 25 g/L silica-immobilized bacteria at Hydraulic Retention Time (HRT) of 2.5 h. The immobilized bacteria in biofiltration unit could degrade 100% of 5 – 300 mg/L other phenolic compounds in synthetic wastewater. This biofiltration could be applied continuously for at least 3 months. The following experiment investigated the efficiency of biofiltration system for the treatment of phenol phenolic compounds in wastewater from the final satabilization ponds of 3 factories in Songkhla (plant A), Satun provinces (plant B), and Surattani province (plant C) at HRT of 5.0 h. The biofiltration system could degrade 67-100% of phenolic compounds in wastewater from 3 factories and the biofiltration also partially reduced COD and color without further addition of nutrients. The study later used the biofiltration system for treatment of palm oil mill effluent (POME), which is normally used as substrate of biomethanation. It has been known that phenolic compounds cause harmful effects to methane-producing bacteria and inhibit methane production. This study compared biomethanation between untreated and dephenolized POME. Biochemical Methane Potentials (BMP) in systems with the undiluted untreated POME, untreated dephenolized POME, 4-folds diluted untreated POME, and 4-diluted dephenolized POME were 21, 302-534, 131, and 347-508 mLCH4/gCOD, respectively. Therefore, the developed biofiltration system could be applied to increase methane yield in palm oil mills. In addition, LmPH genes, which involved in phenol degradation of both bacteria were found in the biofiltration system throughout the operation. The results confirmed that the immobilized cells were responsible for the treatment of phenolic compounds in wastewater.

จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย. สำนักงานวิทยทรัพยากร

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: cuir@car.chula.ac.th

Name: เอกวัล ลือพร้อมชัย

Role: ที่ปรึกษา

Name: อรฤทัย ภิญญาคง

Role: ที่ปรึกษา

Name: อมราวรรณ อินทศิริ

Role: ที่ปรึกษา

Created: 2557

Modified: 2559-04-11

Issued: 2559-04-11

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต

Level: ปริญญาเอก

Descipline: จุลชีววิทยา

Grantor: จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

©copyrights จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	5373926923.pdf	6.73 MB	12	2023-06-19 12:32:07

ใช้เวลา

0.020414 วินาที