INFLUENCE OF PRETREATMENT WITH CALCIUM HYDROXIDE ON BIOGAS PRODUCTION FROM RICE STRAW

Abstract

In this research, the pretreatment of rice straw under the different pretreatment conditions, including the pretreatment with calcium hydroxide concentrations of 5%, 10% and 15% for 3, 6 and 12 days at room temperature, and the pretreatment with calcium hydroxide concentrations of 5%, 10% and 15% at temperature levels of 70, 80 and 90 degree Celsius for 2 hours, leading to a total number of 18 pretreatment conditions, was carried out. Then, the methane potential of the untreated rice straw and all 18 samples of the pretreated rice straws were investigated using the biochemical methane potential (BMP) test. Additionally, a modified Gompertz equation was applied to describe the kinetics of methane productions from the untreated rice straw and the individually pretreated rice straws processed by different pretreatment conditions. Based on the BMP experimental results, they indicate that both untreated and pretreated rice straws exhibited the potential to produce methane gas. However, all the pretreated rice straws processed by different pretreatment conditions acquired the cumulative methane yield, of over 30 days, ranging from 265 to 310 NmL gVS-1, which were remarkably higher than the untreated rice straw (171 NmL gVS-1) by 55.0 to 81.3%. The highest cumulative methane yield was achieved with the pretreated rice straw processed by the pretreatment condition of 5% calcium hydroxide for 12 days at room temperature. Based on the kinetic analysis results, they show that the modified Gompertz equation was an appropriate model to predict the methane yield from the anaerobic digestion of rice straw. The model could accurately describe (R2 = 0.961 – 0.990) the experimental methane yields obtained from the BMP tests. According to the kinetic parameters, it shows that the duration of the lag phase and the maximum methane production rate varied within the range of 0.3 – 1.3 days, and 11.7 – 72.4 NmL gVS-1 d-1, respectively. The highest maximum methane production rate was estimated for the pretreated rice straw processed by the pretreatment condition of 10% calcium hydroxide for 6 days at room temperature (72.4 NmL gVS-1 d-1), followed by the pretreated rice straw processed by the pretreatment condition of 5% calcium hydroxide for 12 days at room temperature (70.2 NmL gVS-1 d-1), and the lowest was for the untreated rice straw (11.7 NmL gVS-1 d-1).

งานวิจัยนี้ได้ดำเนินการปรับสภาพฟางข้าวภายใต้สภาวะการปรับสภาพที่แตกต่างกัน ได้แก่ การปรับสภาพด้วยแคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่ระดับความเข้มข้นร้อยละ 5 10 และ 15 เป็นระยะเวลา 3 6 และ 12 วัน ที่อุณหภูมิห้อง และการปรับสภาพด้วยแคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่ระดับความเข้มข้นร้อยละ 5 10 และ 15 ที่อุณหภูมิ 70 80 และ 90 องศา­เซลเซียส เป็นระยะเวลา 2 ชั่วโมง รวมทั้งหมด 18 สภาวะ จากนั้นได้นำฟางข้าวที่ไม่ผ่านการปรับสภาพ และฟาง­ข้าวที่ผ่านการปรับสภาพทั้ง 18 สภาวะ มาศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทนด้วยวิธี Biochemical Methane Potential หรือวิธีบีเอ็มพี นอกจากนี้ได้ทำการศึกษาจลนพลศาสตร์ของการผลิตก๊าซมีเทนจากฟางข้าวที่ไม่ผ่านการปรับ­สภาพและฟางข้าวที่ผ่านการปรับสภาพในแต่ละสภาวะโดยใช้สมการ Modified Gompertz เมื่อพิจารณาผลการศึกษาศักยภาพการผลิตก๊าซมีเทนด้วยวิธีบีเอ็มพี พบว่า ฟางข้าวที่ไม่ผ่านการปรับสภาพและฟางข้าวที่ผ่านการปรับสภาพมีศักยภาพในการผลิตก๊าซมีเทน อย่างไรก็ตาม พบว่า ฟางข้าวที่ผ่านการปรับสภาพด้วยแคลเซียมไฮดรอกไซด์ทั้ง 18 สภาวะ ให้ผลผลิตก๊าซมีเทนสะสม ตลอดระยะเวลา 30 วัน อยู่ระหว่าง 265 – 310 มิลลิลิตรมาตรฐานต่อกรัมของแข็งระเหย ซึ่งสูงกว่าฟางข้าวที่ไม่ผ่านการปรับสภาพอย่างเห็นได้ชัดเจน (171 มิลลิลิตรมาตรฐานต่อกรัมของแข็งระเหย) คิดเป็นร้อยละ 55.0 – 81.3 ทั้งนี้ฟางข้าวที่ให้ผลผลิตก๊าซมีเทนสะสมสูงสุดคือ ฟางข้าวที่ผ่านการปรับสภาพด้วยแคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่ระดับความเข้มข้นร้อยละ 5 เป็นระยะเวลา 12 วัน ที่อุณหภูมิห้อง และเมื่อพิจารณาผลการศึกษาเกี่ยวกับจลนพลศาสตร์การผลิตก๊าซมีเทนจากฟางข้าว พบว่า สมการ Modified Gompertz มีความเหมาะสมในการทำนายผลผลิตก๊าซมีเทนที่เกิดขึ้นจากการย่อยสลายฟางข้าวแบบไม่ใช้อากาศ กล่าวคือ สามารถอธิบายผลผลิตก๊าซมีเทนที่เกิดขึ้นจากการทดลองด้วยวิธีบีเอ็มพีได้อย่างแม่นยำ (R2 = 0.961 – 0.990) เมื่อพิจารณาพารามิเตอร์ต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องกับจลนพลศาสตร์ พบว่า ระยะพัก และอัตราการผลิตก๊าซมีเทนสูงสุด มีค่าอยู่ระหว่าง 0.3 – 1.3 วัน และ 11.7 – 72.4 มิลลิลิตรมาตรฐานต่อกรัมของแข็งระเหย-วัน ตามลำดับ ทั้งนี้ฟางข้าวที่มีอัตราการผลิตก๊าซมีเทนสูงสุดมากที่สุดคือ ฟางข้าวที่ผ่านการปรับสภาพด้วยแคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่ระดับความเข้มข้นร้อยละ 10 เป็นระยะเวลา 6 ชั่วโมง ที่อุณหภูมิห้อง (72.4 มิลลิลิตรมาตรฐานต่อกรัมของแข็งระเหย-วัน) รองลงมาคือ ฟางข้าวที่ผ่านการปรับสภาพด้วยแคลเซียมไฮดรอกไซด์ที่ระดับความเข้มข้นร้อยละ 5 เป็นระยะเวลา 12 วัน ที่อุณหภูมิห้อง (70.2 มิลลิลิตรมาตรฐานต่อกรัมของแข็งระเหย-วัน) ส่วนฟางข้าวที่ไม่ผ่านการปรับสภาพ มีอัตราการผลิตก๊าซมีเทนสูงสุดต่ำที่สุด (11.7 มิลลิลิตรมาตรฐานต่อกรัมของแข็งระเหย-วัน)