การผลิตพีเอชเอจากน้ำเสียความเข้มข้นสูง

Titleการผลิตพีเอชเอจากน้ำเสียความเข้มข้นสูง
Publication TypeReport
Year of Publication2005
Authorsพรรณสวัสดิ์ ธงชัย
Series Editorชินเวชกิจวานิชย์ โสภา
Series Title-
Date Published2005
Institutionจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
City-
Typeโครงการวิจัย
Report NumberBGJ4380001
ISBN NumberBGJ4380001
KeywordsActivated sludge, Nutrient limitation, Polyhydroxyalkanoate (PHA), Polyhydroxybutyrate (PHB), Temperature effect, การจำกัดธาตุอาหาร, ผลกระทบของอุณหภูมิ, แอกทิเวตเต็ดสลัดจ์, โพลีไฮดรอกซีบิวไทเรต (พีเอชบี), โพลีไฮดรอกซีอัลคาโนเอต (พีเอชเอ)
Abstract

การวิจัยนี้ศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิและการจำกัดธาตุอาหารที่มีต่อสมรรถนะการผลิตพีเอชเอ ในระบบแอโรบิกแบบเอสบีอาร์ที่มีขนาด 4 ลิตร เวลากักสลัดจ์ 10 วัน เวลากักน้ำ 10 ชั่วโมง และมีวัฏจักรเดินระบบรอบละ 6 ชั่วโมง ซึ่งในรูปบบ 2 ขั้นตอน ได้แก่ ขั้นตอนการเพิ่มจำนวนแบคทีเรียที่ผลิตพีเอชเอ แล้วตามด้วยขั้นตอนการจำกัดธาตุอาหารซึ่งเชื่อว่าสามารถกระตุ้นการผลิตพีเอชเอให้มากขึ้นได้ อุณหภูมิที่ใช้ในการทดลอง ได้แก่ 10 20 และ 30 องศาเซลเซียส โดยในแต่ละอุณหภูมิได้ทำกาลทดลองกับการจำกัดธาตุอาหาร 3 แบบ คือ 1) จำกัดเฉพาะไนโตรเจน 2) จำกัดเฉพาะฟอสฟอรัส และ 3) จำกัดทั้งไนโตรเจนและฟอสฟอรัส

ในการทดลองจำกัดเฉพาะธาตุอาหารไนโตรเจน ค่าสัดส่วนพีเอชเอต่อน้ำหนักแห้งสูงสุด คือ ร้อยละ 38, 40 และ 32 และค่าความเข้มข้นพีเอชเอในระบบ คือ 1367, 2830 และ 1326 มก./ล. ที่อุณหภูมิ 10, 20 และ 30 องศาเซลเซียส ตามลำดับ ในการทดลองนี้ อุณหภูมิมีผลต่ออัตราการผลิตพีเอชเอและยีลด์อย่างเห็นได้ชัด คือ อัตราการผลิตเป็น 342 283 และ 147 มก./ล.-วัน และค่ายีลด์คือ 0.22 0.2 และ 0.1 มก.พีเอชเอ/มก.ซีโอดีที่ถูกใช้ไป ตามลำดับ สำหรับการทดลองจำกัดเฉพาะธาตุอาหารฟอสฟอรัส การผลิตพีเอชเอที่อุณหภูมิ 10 องศาเซลเซียสมีค่าสูงกว่าที่อุณหภูมิ 20 และ 30 องศาเซลเซียส โดยเห็นได้จากค่าสัดส่วนของพีเอชเอต่อน้ำหนักแห้งสูงสุดเท่ากับ ร้อยละ 52, 45 และ 47 ส่วนค่าความเข้นข้นพีเอชเอสูงสุด คือ 1491, 1294 และ 1260 มก./ล. รวมทั้งอัตราการผลิตพีเอชเอ คือ 68, 43 และ 57 มก./ล.-วัน และมีค่ายีลด์ 0.05, 0.03 และ 0.04 มก.พีเอชเอ/มก.ซีโอดีที่ถูกใช้ไป ตามลำดับ

ส่วนการทดลองจำกัดธาตุอาหารทั้งไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ที่อุณหภูมิ 10 และ 20 องศาเซลเซียส ปริมาณพีเอชเอที่ผลิตได้มีค่าใกล้เคียงกัน โดยพิจารณาได้จากค่าสัดส่วนพีเอชเอต่อน้ำหนักเซลแห้งสูงสุดซึ่งเท่ากับร้อยละ 45 และ 43 และ ค่าความเข้มข้นของพีเอชเอสูงสุด คือ 2133 และ 2239 มก./ล. ตามลำดับ ในขณะที่อุณหภูมิ 30 องศาเซลเซียส มีค่าสัดส่วนพีเอชเอสูงสุดเท่ากับร้อยละ 33 และความเข้มข้นพีเอชเอสูงสุดเพียง 1476 มก./ล. ตามลำดับ อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิส่งผลต่ออัตราการผลิตและยีลด์ของพีเอชเออย่างเห็นได้ชัด นั่นคือ อัตราการผลิตพีเอชเอลดลงจาก 427 และ 204 เป็น 148 มก./ล./วัน และยีลด์ลดลงจาก 0.38 และ 0.16 เหลือเพียง 0.11 มก.พีเอชเอ/มก.ซีโอดีที่ถูกใช้ไปเมื่ออุณหภูมิลดลงจาก 30 และ 20 เป็น 10 องศาเซลเซียส ตามลำดับ

กล่าวโดยสรุปคืออุณหภูมิในช่วงต่ำ (10 องศาเซลเซียส) การสะสมพีเอชเอในเซลของแบคทีเรียจะเร็วกว่าจะมีค่าสูงกว่าที่อุณหภูมิสูงกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งจะเห็นได้ชัดในการทดลองที่จำกัดทั้งไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ถึงแม้ว่าในการทดลองจำกัดเฉพาะฟอสฟอรัสจะสามารถสะสมได้ค่าสัดส่วนพีเอชเอต่อน้ำหนักเซลแห้งได้สูงกว่าการจำกัดธาตุอาหารแบบอื่น แต่ค่าอัตราการผลิตพีเอชเอและค่ายีลด์กลับมีค่าต่ำกว่ามาก ทั้งนี้เพราะการทดลองนี้ใช้เวลามากในการสะสมให้ได้ค่าสัดส่วนพีเอชเอต่ำน้ำหนักเซลแห้งสูงสุดดังกล่าวและยังมีการสูญเสียเซลแบคทีเรียจำนวนมากไปกับน้ำทิ้งของระบบเนื่องจากเกิดปัญหาสลัดจ์อืด

This study was designed to investigate the effects of temperature and nutrients limitation on PHA production. The two-stage operation approach, i.e., a growth phase followed by a nutrients limitation phase. The pre-selected temperatures of 10, 20 and 30oC were investigated under three conditions, i.e., only N or P limitations and combined N&P limitations and combined N&P limitation. The 4 I fully aerobic SBR was operated at an SRT of 10 days with cycle time and HRT of 6 h and 10 h. In the N limitation experiments, the maximum PHA contents and concentrations were 38, 40 and 32 %TSS and 1367, 2830 and 1326 mg/l for the temperature of 10, 20 and 30oC, respectively. The temperature clearly affected the PHA productivities and PHA yields; it was 342, 283 and 147 mg/l-day and 0.22, 0.2 and 0.1 mg PHA/mg CODu, respectively. During the P limitation experiments, the 10oC system showed higher PHA production than 20oC and 30oC systems, i.e., the maximum PHA contents were 52, 45 and 47 %TSS, the maximum concentrations were 1491, 1294 and 1260 mg/l, the PHA productivities were 68, 43 and 57 mg/l-day and the PHA yields were 0.05, 0.03 and 0.04 mg PHA/mg COD u, respectively. For the N&P limitation experiments, the maximum PHA contents and concentrations of 10oC and 20oC systems were not much different; it was 45 and 43%TSS and 2133 and 2239 mg/l, respectively, while the 30oC ones were 33%TSS and 1476 mg/l. The temperature apparently affected the particular PHA productivities and PHA yields, i.e., the productivities decreased from 427 and 204 to 148 mg/l-day and the yields from 0.38 and 0.16 to 0.11 mgPHA/mgCOD u with temperature increasing from 10oC and 20oC to 30oC, respectively. The low temperature (10oC) was evidently able to stimulate PHA accumulation faster than higher temperatures, especially, with N&P limitation. Although P limitation condition could induce higher%PHA, the PHA productivity and yield were incredibly low because the systems required much longer time to obtain the maximum%PHA and a lot of biomass were lost from the system.

URLhttp://elibrary.trf.or.th/project_content.asp?PJID=BGJ4380001
Alternate TitlePHA Production from High Strength Wastewaters