การหาสภาวะสำหรับการกวนผสมที่เหมาะสมด้วยระบบอากาศยกตัวในถังปฏิกรณ์ผลิตก๊าซชีวภาพจากมูลโคนม

Determination of suitable conditions for mixing by air-lift system in biogas production reactor from dairy manure

Name: พรปวีณ์ ถนอมเสียง

ThaSH: ฟาร์มโคนม

ThaSH: โคนม

ThaSH: ก๊าซชีวภาพ

ThaSH: ก๊าซมูลสัตว์

Abstract: กิจกรรมของฟาร์มโคนมมีของเสียสำคัญคือสิ่งขับถ่ายจากโคนม โดยของเสียอยู่ในรูปทั้งที่เป็นของเหลวและของแข็งซึ่งมาจากส่วนต่าง ๆของฟาร์มเช่น น้ำล้างจากคอกหรือโรงรีดนม ของเสียดังกล่าวมีความเข้มข้นของสารอินทรีย์สูงและส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมหากไม่มีการจัดการของเสียที่เกิดขึ้นอย่างเหมาะสม การบำบัดของเสียที่เกิดขึ้นด้วยกระบวนการแบบไร้ออกซิเจนเป็นรูปแบบการบำบัดที่เหมาะสมเนื่องจากเป็นการบำบัดร่วมกับการใช้ประโยชน์จากของเสียในการผลิตก๊าซชีวภาพ งานวิจัยนี้ดำเนินการเพื่อหารูปแบบที่เหมาะสมสำหรับการกวนผสมในถังปฏิกรณ์แบบบ่อหมักแบบประยุกต์ (Modified Covered Lagoon Digester, MCL) คือ อัตราการไหลของก๊าซชีวภาพและตำแหน่งติดตั้งของระบบอากาศยกตัวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบ และแก้ปัญหาการอุดตันของท่อภายในถังปฏิกรณ์ การหาสภาวะการกวนผสมที่เหมาะสม ดำเนินการด้วยวิธีการจำลองรูปแบบการกวนผสมด้วยโปรแกรม ANSYS Student 2019 และแสดงผลออกมาในรูปแบบจำลองสองมิติ ซึ่งพบว่า การใช้อัตราการไหลของก๊าซชีวภาพกับระบบอากาศยกตัวเท่ากับ 20 ล./นาที (ผ่านท่อ 2 ท่อ ที่อัตราไหลก๊าซชีวภาพเท่ากับ 10 ล./นาที-ท่อ) สามารถกวนผสมองค์ประกอบในถังปฏิกรณ์ได้อย่างสมบูรณ์ รวมถึงมีจุดหยุดนิ่งของขนาดและทิศทางของความเร็วในส่วนต้นและกลางบ่อน้อยที่สุด สำหรับตำแหน่งการติดตั้งระบบอากาศยกตัว และสมรรถนะของการเดินระบบจริงได้มีการทดลองโดยใช้บ่อขนาด 8 ลบ.ม. จำนวน 3 บ่อ คือ R1 ไม่มีการเปิดใช้ระบบอากาศยกตัว, R2 เปิดใช้ระบบอากาศยกตัวที่หัวและท้ายบ่อ และ R3 เปิดใช้ระบบอากาศยกตัวเฉพาะที่หัวบ่อ บำบัดและการผลิตก๊าซชีวภาพจากของเสียฟาร์มโคนมของ ดรุณีฟาร์ม อำเภอ ดอยหล่อ จังหวัด เชียงใหม่ ทำการเดินระบบจนถึงอัตราภาระบรรทุกสารอินทรีย์ 2.0 กก. ของแข็งระเหย/ลบ.ม.-วัน ผลการทดลองพบว่า R2 มีสมรรถนะที่ดีกว่า R1 และ R3 โดยพิจารณาจากเสถียรภาพและประสิทธิภาพของระบบในการบำบัดและผลิตก๊าซชีวภาพจากของเสียฟาร์มโคนม โดยถังปฏิกรณ์ R2 มีประสิทธิภาพการกำจัดสารอินทรีย์ในระบบเท่ากับ 51±16.5% และให้ค่าปริมาณมีเทนจำเพาะเท่ากับ 156 ±51 มล./ก. ของแข็งระเหย ซึ่งเป็นค่ามากที่สุดเมื่อเทียบกับค่าที่ได้จากถังปฏิกรณ์อื่นอย่างมีนัยสำคัญ ผลการทดลองที่ได้แสดงให้เห็นว่าการจำลองรูปแบบการกวนผสมด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ร่วมกับการทดลองโดยใช้ถังปฏิกรณ์จริงสามารถช่วยในการหารูปแบบและสภาวะที่เหมาะสมของการใช้ระบบการกวนผสมสำหรับการบำบัดและผลิตก๊าซชีวภาพจากของเสียจากฟาร์มโคนมได้ โดยสภาวะที่เหมาะสมสำหรับถังปฏิกรณ์แบบ MCL คือ การติดตั้งระบบอากาศยกตัวเฉพาะที่ส่วนหัวของบ่อที่ค่าอัตราไหลก๊าซชีวภาพรวมเท่ากับ 20 ล./นาที

Abstract: Dairy manure is an important waste generated from dairy farm activities. This waste presents both in the liquid and solid forms, which comes from different parts of the farm, such as wastewater from the stable or the milking part. Dairy manure contains high concentrations of organic substances, which can impact the environment if it is not properly managed. Anaerobic treatment of dairy manure is the appropriate approach as it can both treat and utilize the waste for biogas production. This study was conducted to determine the suitable operation, i.e. biogas flowrate and installation position, of the air-lift system used as the mixing system for the Modified Covered Lagoon Digester (MCL). This system is needed in order to improve the digester performance and prevent the clogging problem of the pipe in the digester. The suitable mixing conditions were determined via the mixing regime simulation using ANSYS Student 2019 program and results were shown in the form of 2-dimentional models. It was found that at the biogas flowrate of 20 L/min (provided through 2 pipes at the flowrate of 10 L/min-pipe), complete mixing was achieved inside the reactor. At this condition, the dead zone of velocity vector at the front and middle parts of the reactor was the least. For determination of the suitable installation position and performance of the pilot-scale reactor, three MCLs (each had the working volume of 8 m3 and named as R1, R2 and R3) were utilized. R1 was the controlled reactor, in which the air-lift system was turned off. Both air-lift systems at the front and rear parts were turned on in R2, while only that at the front part was turned on in R3. All reactors were used for the treatment and biogas production from dairy waste generated at Darunee farm, Doi Lo District, Chiang Mai, Thailand and operated up to the organic loading rate (OLR) of 2.0 kg VS/m3-d. Results showed that R2 performed better than R1 and R3, considering from the system stability and efficiency in treating and producing biogas from dairy farm. R2 had the organic substance removal efficiencies of 51±16.5% and provided the specific methane yield of 156 ±51 ml/g VS, both of which were significantly higher than those obtained from other reactors. This work showed that simulation of the mixing pattern by computer program and experiments with real reactor could help to determine the suitable operational conditions for mixing system used in the treatment and biogas production from dairy waste. The suitable conditions achieved from this approach for MCL was the installation of the air-lift system only in the front part at the biogas flowrate of 2.0 L/min.

มหาวิทยาลัยเชียงใหม่. สำนักหอสมุด

Address: เชียงใหม่

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: ปฏิรูป ผลจันทร์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษา

Created: 2566

Modified: 2566-08-25

Issued: 2566-08-25

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

tha

DegreeName: วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: วิศวกรรมสิ่งแวดล้อม

Grantor: มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

©copyrights มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	610631030.pdf	4.12 MB	17	2025-05-19 10:04:16

ใช้เวลา

0.016916 วินาที