DEVELOPMENT OF FLOATING DRUM BIOGAS REACTOR FOR BLACK SOLDIER FLY LARVAE WASHING PROCESS

Abstract

This research aimed to develop the floating drum digester and organic mixing by biogas recirculation. The biogas digester was 200 L for the Black Soldier Fly Larvae (BSFL) washing process fed by soybean meal. The inoculum was sludge from a biogas system in a pig farm. The substrate to inoculum ratio was 3:1 by volume. Therefore, to study the biogas production potential of the developed system. The experiment was divided into 2 experimental studies: Experimental 1, studied the appropriate biogas mixing rate every 6, 12, and 24 hr for 10 min/round. The speed of mixing was 70 L/min at an organic loading rate of 1.00 kgCOD/(m3•day). After that, the most appropriate stirring rate was selected to be further tested in Experiment 2. Experimental 2, studied the Organic Loading Rate (OLR) in different 3 levels: 1.00, 2.00, and 3.00 kgCOD/(m3•day), respectively. The experiments were studied at ambient temperature with the hydraulic retention time was 20 days. The parameters were analyzed for biogas production potential such as pH, VFA/ALK, COD, TS, VS, biogas volume, and methane volume, etc. The results of the study of the appropriate stirring rate found that mixing every 6 hr was the most appropriate mixing rate. This mixing rate had the highest methane fraction about 66.93%. The cumulative biogas production was 1,346.34 L. The organic removal efficiency of COD, TS, and VS were 65.89%, 72.43%, and 82.61%, respectively. Therefore, the 6 hr mixing rate was used for study in the OLR. The result showed, that OLR of 1.00, 2.00, and 3.00 kgCOD/(m3•day) on the floating drum digester with biogas mixing produced 1,214.17, 1,716.04 and 1,714.48 L of cumulative biogas volume. The methane fraction of each OLR was 66.64%, 69.02%, and 67.22%, respectively. The OLR of 2.00 kgCOD/(m3•day) was the appropriate organic loading rate. The COD removal efficiency of this OLR was 66.29%. The TS and VS removal efficiencies were 65.95% and 81.15%, respectively. This research shows the high efficiency of the floating drum digester with biogas mixing. The system can be used for organic treatment or wastewater treatment to develop sustainable use of renewable energy.

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อพัฒนาถังปฏิกรณ์แบบฝาครอบลอยร่วมกับการกวนสารอินทรีย์ด้วยก๊าซชีวภาพขนาด 200 L สำหรับบำบัดน้ำเสียจากกระบวนการล้างหนอนแมลงวันลายที่เลี้ยงด้วยกากถั่วเหลือง โดยใช้กากตะกอนจากระบบผลิตก๊าซชีวภาพฟาร์มสุกรเป็นหัวเชื้อ ในอัตราส่วนวัตถุดิบต่อหัวเชื้อเริ่มต้น 3:1 โดยปริมาตร ดังนั้นเพื่อศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพของระบบที่พัฒนาขึ้นจึงแบ่งการทดลองออกเป็น 2 ช่วง ได้แก่ การทดลองที่ 1 ศึกษาอัตราการกวนที่เหมาะสมระหว่างการกวนด้วยก๊าซชีวภาพทุก ๆ 6, 12, และ 24 hr ด้วยความเร็วรอบ 70 L/min ครั้งละ 10 min ที่อัตราภาระบรรทุกสารอินทรีย์ 1.00 kgCOD/(m3•day) หลังจากนั้นจึงคัดเลือกอัตราการกวนที่เหมาะสมที่สุดเพื่อนำไปทดลองต่อในการทดลองที่ 2 การศึกษาหาอัตราภาระบรรทุกสารอินทรีย์ (Organic Loading Rate: OLR) ที่เหมาะสม 3 ระดับ สำหรับการเริ่มต้นระบบผลิตก๊าซชีวภาพที่อัตราการเติม 1.00, 2.00 และ 3.00 kgCOD/(m3•day) ตามลำดับ ซึ่งทั้งสองการทดลองจะศึกษาในอุณหภูมิสภาวะแวดล้อมที่ระยะเวลากักเก็บ 20 days และวิเคราะห์พารามิเตอร์ที่เกี่ยวข้องกับศักยภาพการผลิตก๊าซชีวภาพ เช่น ค่าความเป็นกรดด่าง อัตราส่วนกรดไขมันระเหยง่ายต่อสภาพความเป็นด่าง ค่าซีโอดี ปริมาณของแข็งทั้งหมด ปริมาณของแข็งระเหยง่าย ปริมาตรก๊าซชีวภาพ และ ปริมาตรก๊าซมีเทน เป็นต้น ผลการศึกษาอัตราการกวนที่เหมาะสมพบว่า อัตราการกวนผสมด้วยก๊าซชีวภาพทุก ๆ 6 hr คือ อัตราการกวนที่เหมาะสมที่สุด โดยสามารถผลิตก๊าซมีเทนได้สูงที่สุด 66.93% ปริมาณก๊าซชีวภาพสะสมเท่ากับ 1,346.34 L และมีประสิทธิภาพการกำจัดซีโอดี ของแข็งทั้งหมด ของแข็งระเหยง่าย เท่ากับ 65.89%, 72.43% และ 82.61% ตามลำดับ จึงนำอัตราการกวนดังกล่าวไปศึกษาต่อในการศึกษาอัตราภาระบรรทุกสารอินทรีย์ ผลการทดลองพบว่าอัตราภาระบรรทุกสารอินทรีย์ที่ 1.00, 2.00, และ 3.00 kgCOD/(m3•day) ของระบบผลิตก๊าซชีวภาพแบบฝาครอบลอยร่วมกับการกวนผสม สามารถสร้างก๊าซชีวภาพสะสมเฉลี่ยอยู่ที่ 1,214.17, 1,716.04 และ 1,714.48 L ตามลำดับ และสัดส่วนก๊าซมีเทนเฉลี่ย 66.64%, 69.02% และ 67.22% ตามลำดับ โดยการทดลองที่อัตราการเติม 2.00 kgCOD/(m3•day) คือ อัตราการเติมที่เหมาะสมที่สุด สามารถย่อยสลายสารอินทรีย์ได้มีประสิทธิภาพในการกำจัดค่าซีโอดีสูงถึง 66.29% นอกจากนี้ยังสามารถกำจัดของแข็งทั้งหมดและกำจัดของแข็งระเหยง่ายเท่ากับ 65.95% และ 81.15% ตามลำดับ จากงานวิจัยนี้แสดงถึงประสิทธิภาพของระบบผลิตก๊าซชีวภาพแบบฝาครอบลอยร่วมกับการกวนผสมด้วยก๊าซชีวภาพในการกำจัดสารอินทรีย์ได้สูง สามารถนำมาใช้ประโยชน์ได้ทั้งการผลิตก๊าซชีวภาพและการบำบัดเสียด้วยกัน เพื่อให้เกิดการพัฒนาการใช้พลังงานทดแทนอย่างยั่งยืน