การหาค่า Volatile fatty acids (VFA) สำหรับการผลิต BIOGAS

การหาค่า Volatile fatty acids (VFA) สำหรับการผลิต BIOGAS ด้วยเครื่องไตเตรทอัตโนมัติรุ่น TitroLine^® 5000 จากประเทศเยอรมนี

พารามิเตอร์ที่สำคัญที่ถูกนำมาพิจารณาในการตรวจสอบกระบวนการผลิตแก๊สชีวภาพหรือ Biogas ที่ได้จาก Biogas plant ว่าได้แก๊สชีวภาพที่มีคุณภาพตามมาตรฐานที่กำหนดหรือไม่นั้น คือค่า Volatile fatty acids (VFA) หรือกรดไขมันระเหย เช่น กรดอะซิติก กรดโพรพิโอนิก กรดบิวทิริก และกรดวาเลริก เป็นต้น เป็นกลุ่มของสารประกอบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมเคมี ที่ผลิตได้จากสารตั้งต้นในรูปของขยะอุตสาหกรรม ถูกใช้เป็นสารตั้งต้นสำหรับการผลิตพลังงานชีวภาพ (Bioenergy) และสำหรับการสังเคราะห์ผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย เช่น โพลิเมอร์ชีวภาพ (Biopolymer) และผลิตภัณฑ์ที่ลดการใช้สารเคมีต่างๆ เนื่องจากปริมาณขยะอาหารมีจำนวนมหาศาล เกิดจากครัวเรือนและอุตสาหกรรมแปรรูป ดังนั้น ขยะจากอาหารจึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการผลิตกรดไขมันระเหย เช่น ในส่วนของน้ำเสียจากกระบวนการผลิตแป้ง เป็นต้น

โดยทั่วไปแล้วการหาปริมาณของ Volatile fatty acids (VFA) หรือกรดไขมันระเหย สามารถทำได้หลากหลายวิธี เช่น การกลั่นด้วยไอน้ำ วิธีการวัดสี วิธีโครมาโตกราฟี หรือวิธีการไตเตรท (titration) เป็นต้น ซึ่งวิธีที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย ก็คือ การการไตเตรท (titration) เนื่องจากเป็นวิธีที่สะดวกและสามารถหาค่าดังกล่าวได้อย่างรวดเร็ว เพราะในปัจจุบันมีการคิดค้นเครื่องการไตเตรทอัตโนมัติหรือ Auto titration ที่มีส่วนช่วยให้การวิเคราะห์สามารถทำได้อย่างง่ายดายมากยิ่งขึ้น พร้อมทั้งให้ผลลัพธ์ที่มีความถูกต้องแม่นยำ สามารถนำไปอภิปรายผลไม่ว่าจะเป็นในส่วนของภาคอุตสาหกรรมโรงงานหรือภาคธุรกิจรายย่อยต่างๆ ที่ต้องการวิเคราะห์ค่าดังกล่าวรวมทั้งในส่วนของงานวิจัยต่างๆ ที่ต้องการการรับรองมาตรฐาน โดยเฉพาะในส่วนของภาคอุตสาหกรรมที่ต้องการนำสารตั้งต้นที่ได้จากน้ำเสียในแหล่งต่างๆ มาทำการผลิตแก๊สชีวภาพหรือ Biogas จำเป็นที่จะต้องทราบค่าของกรดไขมันระเหย หรือ Volatile fatty acids (VFA) เนื่องจากจำเป็นที่จะต้องทำการควบคุมให้มีปริมาณกรดไขมันที่ระเหยในถังหมักไม่เกิน 2,000 มิลลิกรัม/ลิตร เพื่อการผลิต Biogas ที่มีคุณภาพ โดยที่กล่าวไปข้างต้นว่าส่วนใหญ่แล้วจะใช้วิธีในวิธีการไตเตรท (titration) สำหรับการหาค่าปริมาณดังกล่าว

ดังนั้น เราจึงควรทราบถึง method หรือวิธีการไตเตรท (titration) เพื่อหาค่าของ VFA ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเราจำเป็นที่จะต้องทราบเบื้องต้นก่อนว่าค่าความเป็นกรด-เบส หรือ pH มีค่าเป็นลักษณะใด เพราะส่งผลต่อการเลือก method ที่เหมาะสม โดยเราสามารถใช้ pH probe หรือ pH electrode เพื่อทำการตรวจสอบค่า pH ในน้ำได้

1. ในกรณีที่น้ำตัวอย่างนั้นมีความเป็นกรด เราจะต้องใช้ method ที่ใช้สารละลายเบสเป็นตัว titrant โดยเราจะใช้เป็น NaOH ที่ความเข้มข้น 0.1 mol/l และทำการไตเตรทที่มีจุดยุติอยู่ที่ค่า pH เท่ากับ 7 จึงหยุดการไตเตรท และทำการคำนวณหาค่าของ VFA หรือ Volatile fatty acids ได้

2. ในกรณีที่น้ำตัวอย่างมีความเป็นเบส เราจะต้องใช้ method ที่เรียกว่า FOS/TAC method ซึ่งเป็นวิธีที่นิยมกันอย่างแพร่หลายในหลากหลายประเทศ โดยคำว่า FOS นั้นย่อมาจาก volatile organic acid ซึ่งเป็นค่าที่เทียบเท่ากับ volatile fatty acid (VFA) ส่วนคำว่า TAC นั้นย่อมาจาก Total inorganic carbon (buffer capacity) ซึ่งเป็นพารามิเตอร์หนึ่งที่สามารถหาค่าได้ด้วยเช่นกันจาก method นี้ ดังนั้นเราจึงสามารถนำ method นี้มาใช้เพื่อหาค่าของ VFA ได้ โดยวิธีนี้จะใช้สารละลายกรดเป็นตัว titrant โดยเราจะใช้เป็น H₂SO₄ หรือ HCl ที่ความเข้มข้น 0.05 และ 0.1 mol/l ตามลำดับ และการไตเตรทที่มีจุดยุติอยู่ที่ค่า pH เท่ากับ 5 และ 4.4 จึงหยุดการไตเตรท โดยที่จุดยุติเท่ากับ 5 นั้นจะเป็นจุดยุติที่ใช้ในการคำนวณหาค่าของ Total inorganic carbon (buffer capacity) หรือ TAC ส่วนที่ pH เท่ากับ 4.4 จะเป็นจุดยุติที่ใช้คำนวณในส่วนของค่า volatile fatty acids (VFA) หรือ ค่า FOS นั่นเอง

จากทั้งสอง method ที่กล่าวมาข้างต้นนั้นสามารถทำการไตเตรทผ่านเครื่อง Auto titration ผลิตภัณฑ์ SI Analytics ประเทศเยอรมนี ที่ออกแบบมาสำหรับการไตเตรทแบบอัตโนมัติ ที่สามารถทำการไตเตรทได้หลากหลายแอพลิเคชั่นไม่ว่าจะเป็นงานทางด้านอาหาร น้ำเสีย ตัวอย่างเช่น การไทเทรตกรด-เบส ที่ใช้สำหรับการหาค่าของ Alkalinity (p+m-value) หรือ Total acidity ในไวน์ และเครื่องดื่มต่างๆ รวมทั้งในอาหาร การไตเตรทหาปริมาณของ Calcium ในนม การไตเตรทหาปริมาณของคลอไรด์ในน้ำดื่ม และน้ำเสีย การไตเตรทหาปริมาณของ COD และในแอพลิเคชั่นอื่นๆอีกมากมาย

สำหรับการใช้ FOS/TAC method (ในกรณีที่น้ำตัวอย่างมีความเป็นเบส) เราสามารถทำการเลือกจาก Default method ที่ถูกบรรจุไว้ในตัวเครื่องได้ทันที ทำให้ผู้ใช้งานไม่จำเป็นต้องมีความเชี่ยวชาญเฉพาะทางก็สามารถทำการดำเนินการใช้เครื่องได้อย่างง่ายดาย เพียงแค่ทำตามขั้นตอนที่ระบุไว้ที่คู่มือรายละเอียดสำหรับการไตเตรทในแต่ละ method และเมื่อถึงจุดยุติปฏิกิริยา เครื่องก็จะทำการหยุดการไตเตรทให้อัตโนมัติ และแสดงค่าพารามิเตอร์ต่างๆ รวมทั้งกราฟการไตเตรทขึ้นมาที่หน้าจอ และยังสามารถดาวน์โหลดข้อมูลการวัดผ่านการเชื่อมต่อ USB ออกมาในรูปของไฟล์ CSV และ PDF ได้

TAC =  ml H₂SO₄ to pH 5.0 x 250
FOS = (ml H2SO₄ from pH 5.0 to pH 4.4 x 1.66 – 0.15) x 500

และในส่วนของกรณีที่น้ำตัวอย่างนั้นมีความเป็นกรด เราก็สามารถทำการป้อนสูตรคำนวณสำหรับการหาค่า VFA ลงไปในตัวเครื่องได้ด้วยตัวเอง โดยอ้างอิงจากโครงการวิจัยของมหาวิทยาลัยที่มีชื่อเสียง รวมถึง consult จากโรงงานภายในประเทศ โดยขั้นตอนในการดำเนินการตั้งแต่การเตรียมตัวอย่างจนถึงเสร็จสิ้นการไตเตรทก็สามารถดำเนินการตามรายละเอียด method ของ Default method ที่บรรจุไว้ในตัวเครื่องได้ทันที

คำนวณหาค่า Volatile Fatty Acid ในน้ำเสีย

V.NaOH  คือ ปริมาตรสารละลายเบสมาตรฐานที่ใช้ในการไตเตรตจนถึงจุดยุติที่ pH = 7 (ml)
[NaOH]  คือ ความเข้มข้นของ NaOH ที่ใช้ในการไตเตรต (0.1 mol/l)
V (sample) คือ ปริมาตรตัวอย่างที่ใช้ (ml)

สนใจผลิตภัณฑ์ติดต่อ
หน่วยงานเอกชน คุณพณิชรัตน์ โทร. 092-282-3339
หน่วยงานราชการ คุณนันท์นภัส โทร. 092-282-3223
ลูกค้าภาคตะวันออก คุณลัดดาวัลย์ โทร. 092-248-9991
หรือ Line ID : @entech