รูปแบบระบบผลิตก๊าซชีวภาพ
ระบบผลิตก๊าซชีวภาพหรือระบบบําบัดน้ําเสียแบบไม่ใช้ออกซิเจนถูกนํามาใช้ในการกําจัดตะกอนส่วน เกินจากระบบบําบัดน้ําเสียแบบใช้ออกซิเจน ทั้งนี้เพื่อลดปริมาตรและทําให้ตะกอนคงสภาพดีขึ้น ในอดีตที่ผ่านมาได้มีการนําเทคโนโลยีดังกล่าวมาใช้ในการบําบัดน้ําเสียอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลายมากขึ้นอย่างมากด้วยเหตุผลหลักสองประการ คือช่วยลดค่าใช้จ่ายในการบําบัดน้ําเสียและสามารถช่วยลดการใช้สารพลังงานของโรงงาน

1. บ่อหมัก (Anaerobic Pond) 

 ทํางานโดยอาศัยแบคทีเรียที่ลอยกระจายตัวอยู่ ในบ่อแบคทีเรียในระบบจะมีความเข้มข้นต่ําต้องใช้ ระยะเวลาในการย่อยสลายสารอินทรีย์นานอยู่ระหว่าง 5 – 45 วัน ทําให้ต้องใช้พื้นที่บ่อใหญ่มาก หากต้องการรวบรวมก๊าซชีวภาพมาใช้ต้องคลุมด้วยพลาสติก เช่น PVC, HDPE

2. ระบบบ่อปิด (Covered Lagoon)

บ่อหมักระบบปิดเป็นบ่อหมักก๊าซอีกรูปแบบหนึ่ง โครงสร้างบ่ออาจเป็นบ่อคอนกรีตหรือดินขุดก็ได้ในกรณีที่เป็นบ่อดินขุดอาจปูแผ่นยางที่ใช้ปูสระเก็บน้ํามาปูทับ เพื่อไม่ให้เกิดการรั่วซึมของเสียลงสู่ดิน ด้าน บนของบ่อคลุมด้วยผืนพลาสติกขนาดใหญ่เพื่อรวบ รวมก๊าซชีวภาพที่เกิดขึ้นในบ่อและเพื่อป้องกันไม่ให้ กลิ่นแพร่กระจาย หลักการทํางานของระบบนี้เนื่องจาก ด้านบนมีพลาสติกคลุมทําให้จุลินทรีย์สามารถย่อย สลายอินทรีย์ในน้ําเสียในสภาพไร้ออกซิเจนได้ ซึ่งก่อ ให้เกิดก๊าซชีวภาพ

3. บ่อโดมคงที่ (Fixed Dome) 

เป็นบ่อหมักก๊าซที่ส่งเสริมให้มีการใช้ในฟาร์มสุกรขนาดเล็ก โดยทั่วไปจะมีลักษณะเป็นทรงกลมฝังอยู่ใต้ดินส่วนที่เก็บก๊าซมีลักษณะเป็นโดม ซึ่งข้อดีของระบบนี้คือประหยัดพื้นที่บริเวณฟาร์มเนื่องจากถังหมักอยู่ใต้ผิวดิน จึงทําให้สามารถระบายน้ํามูลสุกรจากโรงเรือนไปสู่บ่อหมักโดยอาศัยแรงโน้มถ่วง อุณหภูมิในบ่อหมักค่อนข้างคงที่ทําให้การหมักของมูลสัตว์เป็นไปอย่างต่อเนื่อง สําหรับข้อเสียของระบบนี้คือ ในบริเวณที่ระดับน้ําใต้ดินสูงการทํางานและการสร้างบ่อหมักจะค่อนข้างลําบา และในบริเวณส่วนโค้งของถังหมักจะต้องใช้เทคนิคและความชํานาญสูง

ส่วนประกอบของบ่อโดมคงที่มีดังนี้ 

1) บ่อเติมมูลสัตว์ (Mixing Chamber) เป็นพื้นที่สําหรับการผสมมูลสัตว์กับน้ําก่อนเติมลงในบ่อหมัก 

2) บ่อหมัก (Digester Chamber) เป็นพื้นที่สําหรับรับมูลสัตว์และน้ําจากบ่อเติมมูลสัตว์มาหมักให้เกิดก๊าซมีเทนและก๊าซอื่นๆ ซึ่งก๊าซที่เกิดขึ้นจะผลักดันให้มูลสัตว์และน้ําที่อยู่ด้านล่างของบ่อหมักไหลไปอยู่ก้นบ่อ
3) บ่อล้น (Expansion Chamber) เป็นพื้นที่สําหรับรับมูลสัตว์และน้ําที่ถูกก๊าซผลักดันจากบ่อหมักโดยการทํางานจะเป็นระบบไดนามิ คือเมื่อก๊าซเกิดขึ้นภายในบ่อหมักก๊าซจะมีแรงผลักดันมูลสัตว์และน้ําที่อยู่ส่วนด้านล่างให้ทะลักขึ้นไปเก็บไว้ในบ่อล้น เมื่อนําก๊าซไปใช้น้ําในบ่อล้นจะไหลย้อนกลับเข้าไปในบ่อหมักเพื่อผลักดันก๊าซให้มีความดันเพียงพอที่จะนําไปใช้งานได้ 

 4. ระบบหมักแบบถังกรองไร้ออกซิเจน (AF,Anaerobic Filter หรือ Anaerobic Fixed Flim)

ระบบได้ถูกพัฒนาให้มีความสามารถในการเก็บกักตะกอนจุลินทรีย์ได้ดีขึ้นจากถังหมักที่อาศัยการทํางานของตะกอนจุลินทรีย์แขวนลอยในน้ําเสีย มาเป็นแบบระบบที่อาศัยการทํางานของจุลินทรีย์ที่ยึดเกาะกับตัวกลาง ซึ่งแสดงให้เห็นถึงลักษณะทั่วไปของเครื่องกรองแบบไม่ใช้อากาศส่วนประกอบที่สําคัญคือ ถังสูงที่มีลักษณะคล้ายถังกรอง แต่บรรจุภายในด้วย หินขนาด 1.5-2 นิ้วหรืออาจใช้ตัวกลางพลาสติกแท ก็ได้ น้ําเสียจะไหลจากข้างล่างขึ้นข้างบน ลักษณะเช่นนี้จะทําให้น้ําท่วมตัวกลางอยู่ตลอดเวลา ถ้าทําให้แบคทีเรียส่วนใหญ่ถูกจับอยู่ภายในถังกรอง น้ําที่ไหลออกมาจะมีความใสโดยไม่ต้องใช้ถังตกตะกอนต่างหาก โดยปกติครื่องกรองไม่ใช้อากาศมีขนาดเล็กกว่าถังย่อยแบบธรรมดาเพราะมีอัตราบําบัดสูงกว่า (ใช้เวลากักน้ําต่ํากว่า) อย่างไรก็ตามเครื่องกรองแบบไม่ใช้อากาศมีจุดอ่อนบางอย่างที่ต้องแก้ไข คือหากความเร็วของน้ําในถังปฏิกิริยาเกิน 2 เมตร/วัน จะเกิดการชะเอา FlocSludge ออกจากระบบ ทําให้ประสิทธิภาพของระบบลดลงและหากเกิด Fixed Film มากจนควบคุมไม่ได้ก็จะเกิดการอุดตันและเกิดการไหลลัดวงจรทําให้ประสิทธิภาพลดลงจากข้อด้อยดังกล่าวทําให้ต้องใช้พื้นที่มากและมีความยุ่งยากในการบํารุงรักษาอีกทั้งตัวกลางที่มีคุณสมบัติที่ดีครบถ้วนจะมีราคาแพง (6,000 บาท/ลูกบาศก์เมตร) ถังกรองไร้ออกซิเจนจึงไม่ได้รับความนิยมนํามาใช้งานกับระบบขนาดใหญ่ แต่ก็มีการใช้งานอยู่บ้างกับระบบขนาดเล็กและขนาดกลาง
ข้อดี
1. สามารถรับปริมาณสารอินทรีย์ได้สูง 

2. ทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงของน้ําเสีย 

3. ง่ายต่อการควบคุมระบบ
ข้อเสีย 

1. ค่าก่อสร้างระบบสูงกว่าระบบอื่นๆ เนื่องจากวัสดุกรองมีราคาสูง 

2. มีปัญหาอุดตันในระยะยาว

5. ระบบหมักแบบชั้นลอยตัวแบบไม่ใช้อากาศ (AFB, Anaerobic Fluidized Bed)

ระบบนี้เป็นระบบที่ได้พัฒนามาจากระบบถังกรองไร้ออกซิเจน (Anaerobic Filter) มีการดัดแปลงระบบ โดยเปลี่ยนตัวกลางที่เป็นชนิดติดอยู่กับที่มาใช้ตัวกลางที่สามารถเคลื่อนไหวได้และมีพื้นที่ผิวมากๆ ซึ่งตัวกลางดังกล่าวจะเป็นทราย, Anthra cit , Activated Carbon หรือวัสดุอื่น ๆ ที่มีขนาดใกล้เคียงเม็ดทราย การทํางานของระบบจะทําให้ตัวกลางมีการเคลื่อนไหวตลอดเวลาจึงไม่เกิดการอุดตันและระบบยังมีพื้นที่ผิวของฟิล์มจุลชีพต่อหน่วยปริมาตรมากกว่าถังกรองไร้ออกซิเจนอีกด้วย ซึ่งทําให้ระบบ (Anaerobic Filter) สามารถรับภาระบรรทุกสารอินทรีย์ได้สูงกว่า แต่ข้อเสียของระบบนี้ คือ ต้องสิ้นเปลืองพลังงานจํานวนมากในการที่จะทําให้เกิดการขยายตัวของชั้นตัวกลาง และที่สําคัญที่สุด คือ มีการนําระบบมาใช้งานจริงในระดับ Full Scale น้อยมากในประเทศไทย
ข้อดี
1. มีประสิทธิภาพสูงมาก
ข้อเสีย
1 .มีความยุ่งยากในการออกแบบ
2 .มีค่าใช้จ่ายสูงทั้งการก่อสร้างระบบหมักและการควบคุมดูแล เนื่องจากต้องมีการหมุนเวียนอัตราน้ําไหลขึ้นที่สูงและคงที่ตลอดเวลาจึงทําให้ระบบหมักนี้ไม่นิยมใช้ในอุตสาหกรรม

6. ระบบหมักแบบถังย่อยแบบสัมผัส (AC, Anaerobic Contact) 

ถังย่อยแบบสัมผัส ใช้ในการกําจัดสารอินทรีย์ที่อยู่ในน้ําเสียสารอินทรีย์ที่ต้องการกําจัดอาจเป็นของแข็งหรือสารละลายก็ได้ ถังย่อยแบบสัมผัสนี้อาจเป็นถังปฏิกิริยาแบบมีการหมุนเวียนตะกอนหรือไม่มีก็ได้ แต่นิยมใช้แบบที่มีการหมุนเวียนตะกอน โดยถังกวนสมบูรณ์จะมีถังตกตะกอนขนาดใหญ่ทําหน้าที่แยกแบคทีเรียออกจากน้ําเสียเพื่อนําตะกอนจุลินทรีย์มาหมุนเวียนกลับเข้าถังกวนสมบูรณ์ใหม่เพื่อรักษาปริมาณจุลินทรีย์ในระบบถังกวนสมบูรณ์จะเลี้ยงแบคทีเรียชนิด Floc Sludge ให้มีความเข้มข้นสูงประมาณ 10,000 – 30,000 มิลลิกรัมต่อลิตร โดยทั่วไประบบจะสามารถรับภาระบรรทุกสารอินทรีย์ได้สูงสุด 6 กิโลกรัม COD/ลูกบาศก์เมตรต่อวัน จากการที่ระบบต้องมีถังตกตะกอนและการหมุนเวียนตะกอนกลับ ทําให้ถังหมักมีค่าก่อสร้างและค่าใช้จ่ายในการเดินระบบบําบัดใกล้เคียงกับระบบเติมอากาศซึ่งจะแพงกว่าระบบไร้ออกซิเจนประเภทอื่น ๆ อีกทั้ง มีปัญหาในการควบคุมให้ Floc Sludge ตกตะกอนระบบนี้จึงไม่เป็นที่นิยมในหมู่วิศวกรผู้ออกแบบคนไทยทําให้มีใช้กันน้อยมาก ส่วนในต่างประเทศนิยมใช้กันมากในอดีต ข้อดี
1. มีประสิทธิภาพสูงในการย่อยสลายสูงสามารถรับภาระปริมาณการเติมสารอินทรีย์สูงช่วยลดระยะเวลาในการกักเก็บน้ําเสียในถังหมัก
2. ค่าก่อสร้างระบบหมักไม่สูงมากนัก
ข้อเสีย
1. มีความยุ่งยากในการออกแบบและควบคุมดูแลระบบเนื่องจากต้องระวังในการควบคุมปริมาณแบคทีเรียในระบบให้เหมาะสม
2. ต้องมีการกวนผสมในถังหมักตลอดเวลา
3. ตะกอนแบคทีเรียมีคุณสมบัติจมตัวยากอาจจําเป็นต้องมีอุปกรณ์อื่นที่ช่วยทําให้ตะกอนแบคทีเรียนี้จมตัวดีขึ้น
4. มักใช้กับน้ําเสียปริมาณสูง ซึ่งทําให้ค่าก่อสร้างระบบต่ํากว่ามาก เมื่อเปรียบเทียบกับระบบหมัก AF

7. ระบบหมักแบบ UASB (Up flow Anaerobic Sludge Blanket) 

ลักษณะการทํางานของบ่อ UASB คือน้ําเสียจะถูกสูบเข้าก้นถังตะกอนแบคทีเรียที่ก้นถังแบ่งเป็น 2 ชั้น ชั้นล่าง (Sludge Bed) เป็นตะกอนเม็ด เป็นแบคทีเรียชนิดเส้นใยยาวเกาะกันแน่นมีความหนาแน่นสูง ส่วนชั้นที่ 2 เรียกว่า Sludge Blanket เป็นแบคทีเรียตะกอนเบาช่วงบนของถังหมักจะมีอุปกรณ์แยกก๊าซชีวภาพและตะกอนแบคทีเรีย (Gas-Solid Separator) 

  ระบบ UASB เป็นระบบที่ไม่ต้องใช้สารตัวกลางมีทิศทางไหลของน้ําเสียจากด้านล่างขึ้นด้านบน โดยแบคทีเรียจะถูกเลี้ยงให้จับตัวกันเป็นเม็ดขนาดใหญ่ จนกระทั่งมีน้ําหนักมากและสามารถตกตะกอนได้ดีเม็ดสลัดจ์(กากตะกอน)ขนาดใหญ่จะจมตัวอยู่ข้างล่าง ส่วนเม็ดขนาดเล็กจะอยู่ข้างบน เม็ดเล็กที่สุดจะลอยตัวอยู่เป็นชั้นสลัดจ์ เม็ดบางส่วนอาจหลุดขึ้นถึงตอนบนของถังตอนบนของระบบยูเอเอสที่มีอุปกรณ์ที่คล้ายถังตกตะกอนมีหน้าที่แยกเม็ดตะกอนขนาดเล็กและก๊าซชีวภาพออกจากน้ําเรียกว่า Gas Solids Separator (GSS ทําหน้าที่แยกก๊าชตะกอนแบคทีเรียและน้ําทิ้งออกจากกันน้ําทิ้งจะระบายไปยังระบบ Secondary Treatment ก๊าซชีวภาพ จะถูกรวบรวมส่งไปใช้เป็นเชื้อเพลิง เนื่องจากมีมีเทน (CH) อยู่ประมาณร้อยละ 50-85 ระบบสามารถรับ COD loading ได้สูงถึง 12 กิโลกรัม COD/ ลูกบาศก์เมตรต่อวันมีผลทําให้ระยะเวลาในการบําบัด น้ําเสียของระบบสั้นลงอย่างมากเหลือเพียง 4 – 160 ชม. ระบบมีความสามารถในการส่งผ่านอาหารได้ดี เนื่องจากเม็ดตะกอนแบคทีเรียประกอบด้วยแบคทีเรียสร้างกรดและแบคทีเรียสร้างมีเทนเกาะกันอยู่เป็นเม็ด และสามารถย่อยสลายมลสารที่มีความเข้มข้นสูงได้ดีโดยสามารถบําบัดน้ําเสียที่มีความเข้มข้นถึง 100,000 มิลลิกรัมต่อลิตร
ข้อดี 

1. เป็นระบบที่มีประสิทธิภาพสูงและค่าก่อสร้างต่ําเมื่อเปรียบเทียบกับระบบอื่น ๆ ทั้งนี้เนื่องจากไม่ต้อง การเครื่องกวนผสมและถังตกตะกอน 

2. สามารถรับปริมาณสารอินทรีย์ได้สูง
ข้อเสีย 

มีความยุ่งยากในการเลี้ยงตะกอนเม็ดจากตะกอนเบาและไม่เหมาะสมกับน้ําเสียที่มีสารแขวนลอย

8. ระบบหมักแบบ EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) 

ระบบ EGSB ปรับปรุงมาจากระบบ UASB โดยให้มีอัตราน้ําไหลขึ้นสูงประมาณ 3-10 เมตรต่อชั่วโมง ทําให้ชั้นนอน (Sludge Bed) มีการขยายตัวมากกว่าระบบ UASB ช่วยทําให้มีการสัมผัสระหว่างน้ําเสียและเม็ดแบคทีเรียได้ทั่วถึง การบําบัดน้ําเสียจึงมีประสิทธิภาพมากกว่าระบบ UASB รูปตัดของ EGSB การย่อยสลายสารอินทรีย์ให้กลายเป็นมีเทนเกิดขึ้นภายในชั้นสลัดจ์นอน (Sludge Bed) ความสูงของชั้นสลัดจ์นอน ขึ้นอยู่กับความสูงของถังหมัก ซึ่งมักมีค่าอยู่ในช่วง 7-14 เมตร เมื่อน้ําเสียไหลขึ้นมาถึงตอนบนซึ่งเป็น GSS หรือระบบแยกก๊าซและของแข็งแขวนลอยออกจากน้ํา ก๊าซชีวภาพและของแข็งแขวนลอย(SS)ถูกแยกออกจากน้ําเสียที่บําบัดแล้วก๊าซจะลอยตัวขึ้นสู่ผิวน้ํา SS จะตกตะกอนกลับลงไปยังตอนล่างของถังหมัก น้ําเสียบําบัดแล้วจะไหลออกระบบ GSS ของถังหมักแบบ EGSB เป็นระบบที่ออกแบบพิเศษให้สามารถทํางานได้ดีกว่าจากถังหมักระบบGSS ของถัง UASB ทั่วไป กล่าวคือ ให้สามารถรับ อัตราไหลได้สูงกว่า (อัตราน้ําล้นผิวของระบบ GSS ชุดพิเศษนี้มีค่าประมาณ 1 เมตรต่อชั่วโมง)

9. ระบบหมักแบบจานหมุนชีวภาพไม่ใช้อากาศ (AnRBC หรือ Anaerobic Rotating Biological Contactor)

ระบบนําข้อดีของระบบฟิล์มตรึง (Fixed Film) และจานหมุนชีวภาพ (RBC) มาใช้ในระบบไม่ใช้อากาศลักษณะของระบบก็คล้ายคลึงกับระบบจานหมุนชีวภาพธรรมดา เพียงแต่มีฝาปิดเพื่อไม่ให้สัมผัสอากาศจากภายนอกและมีช่องระบายก๊าซออกทางตอนบน ผลปรากฏว่าแบคทีเรียที่ไม่ใช้อากาศสามารถยึดเกาะและเจริญเติบโตได้ดีบนผิวแผ่นจาน มีคําอ้างว่าระบบนี้สามารถรับภาระสารอินทรีย์และภาระทางชลศาสตร์ที่สูงขึ้นอย่างกะทันหันได้ดี

ข้อดี 

1. การเริ่มเดินระบบ (Start Up) ไม่ยุ่งยากซึ่งใช้เวลาเพียง 1 – 2 สัปดาห์

2. การดูแลและบํารุงรักษาง่าย ทําให้ไม่จําเป็นต้องใช้บุคลากรที่มีความรู้ความชํานาญมากนัก
3. ไม่ต้องมีการควบคุมการเวียนตะกอนกลับ
4. ใช้พลังงานในการเดินระบบน้อย เนื่องจากใช้พลังงานไฟฟ้าใช้สําหรับขับเคลื่อนมอเตอร์เท่านั้น ส่งผลให้ค่าใช้จ่ายในการดําเนินการและบํารุงรักษาต่ําด้วย

ข้อเสีย
1. ราคาเครื่องจักรอุปกรณ์ที่มีราคาแพง เนื่องจากต้องใช้วัสดุอย่างดีเป็นส่วนประกอบ
2. เพลาแกนหมุนที่ต้องรับทั้งแรงอัดและแรงบิด ชํารุดบ่อยครั้ง 

3. แผ่นจานหมุนชีวภาพชํารุดเสียหายง่าย หาก สัมผัสสารพิษเป็นเวลานานอย่างต่อเนื่อง

10. ระบบหมักแบบถังปฏิกรณ์ไร้อากาศแบบแผ่นกั้น (Anaerobic Baffled Reactor)  

ระบบน้ำเสียแบบนี้มีลักษณะเป็นถังหรือบ่อดินที่มีแผ่นกั้นขวางหลายแผ่นติดตั้งไว้ การไหลของน้ําเสียเข้าสู่ระบบจะมีลักษณะไหลขึ้นลงสลับกันหลายครั้ง โดยมีความเร็วในการไหลขึ้นลงประมาณ 0.2-0.4 เมตรต่อชั่วโมง ขั้นตอนการเกิดก๊าซชีวภาพจะคล้ายกับระบบ UASB ระบบนี้สามารถใช้กับน้ําเสียที่มีสารแขวนลอยสูงแต่ระบบมีขนาดใหญ่ทําให้ต้องใช้พื้นที่มากกว่าระบบ UASB

11. ระบบการผลิตก๊าซชีวภาพแบบ CMU-CD (Chiangmai University Channel Digester )

ระบบการผลิตก๊าซชีวภาพแบบ CMU-CD เป็นระบบการผลิตก๊าซชีวภาพและบําบัดน้ําเสียแบบไม่ใช้ออกซิเจนชนิดหนึ่งที่นิยมใช้กับฟาร์มเลี้ยงสัตว์ซึ่งพัฒนาโดยสถาบันวิจัยและพัฒนาพลังงานมหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ซึ่งมีลักษณะเป็นบ่อคอนกรีตเสริมเหล็กที่มีการบังคับการไหลของน้ําเสียให้ไหลเป็นแบบตามยาว (Plug Flow) ด้านบนของบ่อจะติดตั้งแผ่นพลาสติกพีวีซีเพื่อทําหน้าที่เก็บกักก๊าซชีวภาพสําหรับนําไปใช้ประโยชน์ ส่วนด้านล่างของบ่อจะมีท่อสําหรับดึงกากตะกอนที่ไม่สามารถย่อยสลายได้หรือตะกอนส่วนเกินออกจากบ่อตลอดความยาวของบ่อ 

ข้อดี
1. ค่าก่อสร้างและดําเนินการต่ํากว่าบ่อหมักเร็วน้ําข้น
2. ประสิทธิภาพการบําบัดความสกปรกสูงและมีเสถียรภาพสูง
3. ระบบมีความแข็งแรงทนทาน มีอายุการใช้งานยาวนาน
4. ดูแลบํารุงรักษาง่าย
5. มีการใช้ประโยชน์จากตะกอนที่เกิดขึ้นอย่างสม่ําเสมอเลี่ยงปัญหาการอุดตัน
ข้อเสีย
1. ใช้พื้นที่มากกว่าระบบบ่อหมักเร็วน้ําข้น