ระบบบำบัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในก๊าซชีวภาพแบบ Conventional Bio Scrubber (Desulfurization on Conventional Bio Scrubber type)

ก๊าซชีวภาพ “ก๊าซที่ไม่บริสุทธิ์” ในกระบวนการย่อยสลายสารอินทรีย์ที่อาศัยแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนในการดำรงชีวิต เพื่อผลิตก๊าซชีวภาพให้เป็นพลังงานทดแทน ซึ่งก๊าซชีวภาพที่ได้นั้นโดยทั่วไปมีองค์ประกอบของก๊าซมีเทนเป็นหลักประมาณ 50 – 70 เปอร์เซ็นต์ ก๊าซคาร์บอนไดอออกไซด์ประมาณ 25 – 35 เปอร์เซ็นต์ และก๊าซอื่นๆประมาณ 5-10 เปอร์เซ็นต์ ในองค์ประกอบของก๊าซอื่นๆที่ได้กล่าวมาแล้วข้างต้น ก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟต์ (H₂S) เป็นก๊าซที่ก่อให้เกิดปัญหาอย่างยิ่งในการนำก๊าซชีวภาพไปใช้เป็นพลังงานทดแทน ทั้งนี้เนื่องจากก๊าซดังกล่าวเมื่อได้รับความชื้นและมีองค์ประกอบของแบคทีเรียประเภทที่เรียกว่า   Sulfate Reducing Bacteria    ซึ่งปรกติจะพบอยู่ในน้ำเสียโดยทั่วไปอย่างไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ จะเปลี่ยนก๊าซดังกล่าวให้เป็นกรดได้แก่ กรดซัลฟูลิก (H₂SO₄) ซึ่งมีความสามารถในการทำลายหรือกัดกร่อนโลหะได้เป็นอย่างดี ปริมาณก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟต์ในก๊าซชีวภาพมากหรือน้อยนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะสมบัติของน้ำเสีย น้ำเสียที่มีปริมาณซัลเฟตสูงมีแนวโน้มที่จะมีปริมาณก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟต์ในปริมาณสูงเช่นกัน ซึ่งโดยปรกติน้ำเสียจากโรงงานผลิตภัณฑ์จากน้ำเสียโรงงานสกัดน้ำมันปาล์ม จะมีองค์ประกอบของก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟต์ประมาณ 2,000 – 3,000 PPM (ส่วนในล้านส่วน) และในน้ำเสียที่มีองค์ประกอบของซัลเฟตสูงก๊าซชีวภาพอาจจะมีปริมาณไฮโดรเจนซัลไฟด์สูงได้ถึง 20,000 ppm 2,000 – 3,000 PPM (ส่วนในล้านส่วน)

          อุปกรณ์ระบบบำบัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ในก๊าซชีวภาพแบบ Conventional Bio Scrubber เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อกำจัดหรือลดปริมาณก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟต์ (H₂S) ซึ่งเป็นก๊าซที่เป็นองค์ประกอบในก๊าซชีวภาพบำบัดน้ำเสียแบบไร้อากาศ โดยปริมาณของไฮโดรเจนซัลไฟด์มากหรือน้อยจะขึ้นกับความเข้มข้นของซัลเฟตในน้ำเสียที่ถูกหมักย่อย  ซึ่ง Bio Scrubber มีหน้าที่ในการลดปริมาณก๊าซไฮโดนเจนซัลไฟด์ ซึ่งก๊าซดังกล่าว   มีคุณสมบัติในการกัดกร่อนสูงเมื่อได้สัมผัสกับออกซิเจนและความชื้น จะกลายเป็นกรดซัลฟูลิก (H₂SO₄) ซึ่งจะเป็นสารเคมีที่สามารถกัดกร่อนโลหะได้ โดยเฉพาะเมื่อนำไปใช้ในเครื่องยนต์ผลิตไฟฟ้าโดยใช้ก๊าซชีวภาพเป็นเชื้อเพลิง หรือใช้ประโยชน์ด้านอื่นๆ ก็ตาม ชุด Bio Scrubber เป็นอุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพในการลดปริมาณก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟต์ (H₂S) เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีอื่นๆ ในเรื่องของต้นทุนการเดินระบบ โดยจะใช้กระบวนการทางเคมีและชีววิทยาร่วมกันในการบำบัดก๊าซดังกล่าว ดังที่ได้กล่าวมาแล้วในเรื่องต้นทุนการเดินระบบ Bio Scrubber แบบ Conventional จะมีค่าใช้จ่ายที่ต่ำที่สุดเมื่อเทียบกับระบบที่ออกแบบโดยอาศัยหลักการทางเคมีหรือหลักการอื่นๆ ซึ่งการทำงานของระบบสามารถอธิบายได้ตามหลักการดังนี้

          กระบวนการลดของของแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์หรือการแตกตัวของ H₂S ขึ้นกับระดับความเข้มข้นของ OH^– หรือค่าความเป็นด่างในน้ำที่นำมาใช้สเปรย์ และ H₂S สามารถแตกตัวได้ 2 ครั้งขึ้นกับค่าความเข้มข้นของ OH^– เช่นกัน  ดังแสดงสมการการแตกตัวได้ดังสมการเคมีด้านล่าง

อย่างไรก็ตามสมการเคมีดังกล่าว สามารถเกิดการผันกลับได้ แม้ว่าจะได้ดำเนินการแตกโมเลกุลโครงสร้างของ H₂S ออกมาแล้ว เมื่อไม่ดำเนินการเปลี่ยนรูปที่มีความเสถียร โครงสร้างของโมเลกุลที่แตกออกมาแล้วจะสามารถรวมตัวกับมาเป็นไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้อีก ดังนั้น จึงต้องมีกระบวนการต่อเนื่องหรือการใช้แบคทีเรียประเภท Sulfate Oxidizing Bacteria ดำเนินการเปลี่ยนรูปของ โครงสร้างโมเลกุลที่แตกตัวมาได้แล้วของ H₂S ให้อยู่ในรูปที่เสถียรกว่าอันได้แก่ ผงซัลเฟอร์ หรือ กรดซัลฟูลิค ต่อไป ซึ่งกระบวนการนี้เกิดตามสมการเคมีด้านล่าง

จากสมการด้านบน จะเห็นได้ว่าการเปลี่ยนรูปของโมเลกุลที่แตกตัวของ H₂S แล้วอันได้แก่ HS^– นั้นจะเปลี่ยนรูปเป็นผงซัลเฟอร์ (S⁰) ตามสมการ 1 หรือ กรดซัลฟูลิค (SO₄^2-) ตามสมการ 2 นั้นขึ้นกับปริมาณออกซิเจนที่เติมเข้าไปให้แบคทีเรียสันดาป ซึ่งทั้งสองรูปของสารที่เกิดการเปลี่ยนมาเป็นนั้นเป็นองค์ประกอบที่เสถียรจะไม่มีการเปลี่ยนรูปกลับอีกถ้าไม่มีแบคทีเรียประเภท Sulfate Reducing Bacteria ซึ่งปรกตินั้นจะอยู่ในบ่อหมักแก๊สชีวภาพ ดังนั้น เมื่อดำเนินการบำบัดแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้แล้วน้ำที่ใช้ในการสเปรย์จึงไม่แนะนำให้นำกลับเข้าไม่เติมในบ่อหมักแก๊สชีวภาพ ทั้งนี้จะเป็นการทำให้มีปริมาณของแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์เพิ่มขึ้นในระบบอีกครั้ง

จากกราฟข้างต้นเมื่อนำน้ำที่มาใช้ในการสเปรย์มีค่า pH อยู่ที่ 7 อัตราการแตกตัวของ H₂S ประมาณการอยู่ที่ 37% ซึ่งจากหลักการที่กล่าวมาดังกล่าว วิศวกรสิ่งแวดล้อมจะได้นำมาออกแบบเป็นระบบ Bio Scrubber แบบ Conventional เพื่อใช้กำจัดก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ต่อไป