Treatment of Wastewater Contaminated with Engine Oil by Using Bio-adsorption from Napier Grass and Vetiver Grass

Abstract

The objectives of this research aimed to study the characteristics of biomass sorbents and compare the efficiency of wastewater contaminated with engine oil treatment by using sorbents made from leaves and stems of napier and vetiver grasses at the various sizes of 0.5, 1 and 2.0 mm, respectively. The engine oil-contaminated wastewater flowed at a rate of 25 ml per minute through a column with a diameter of 1.3 cm contains 2 gram of biomass absorbent material with a bed length of 10 cm. The samples of wastewater contaminated with engine oil treated by biomass sorbent were collected after 6 hours.

The results showed that the absorbent characteristics of the leaf part of both grasses were able to yield more biomass absorbent material than the stem and the vetiver grass can produce more biomass material than the napier. The vetiver leaf has the least moisture and the highest total solids, whereas the stem portion has the highest volatile solid content and the lowest ash content. The specific surface area analyzed by SEM revealed that the vetiver leaf is fibrous and the stem is porous, whereas the napier leaf is fibrous and the stem is also fibrous and non-porous. Vetiver grass is a biomass composed of cellulose, hemicellulose and lignin with the functional groups found in vetiver leaf include C-H (-CH2-, -CH3), Si-O-Si, Si-O-C, C-NH2, C=S, OCH3 and C-H (C=C, Ph-H, CH3X, CH2X), while CHO was not detected and the functional groups found in stem part are C-H (-CH2-, -CH3), CHO, Si-O-Si, Si-O-C, C-NH2, C=S, OCH3 and C-H (C=C, Ph-H, CH3X, CH2X). The functional groups found in napier leaf are C-H. (-CH2-, -CH3), Si-O-Si, Si-O-C, C-NH2, C=S and C-H (C=C, Ph-H, CH3X, CH2X), while CHO and OCH3 have not been detected, and the functional groups found in the stem part are C-H (-CH2-, -CH3), CHO, Si-O-Si, Si-O-C, C-NH2, C.=S, OCH3 and C-H (C=C, Ph-H, CH3X, CH2X).

The results on wastewater contaminated with engine oil treatment by using sorbents made from leaves and stems of napier and vetiver grasses at the various sizes of 0.5, 1 and 2.0 mm, respectively, found that the temperature was in the range of 24.25-32.15 degrees Celsius, the pH was in the range of 7.73-8.35 and no total suspended solids had been detected, indicating that all sorbents were able to treat all total suspended solids exceptionally well. The napier grass was able to remove engine oil and COD better than vetiver. The stem part of 0.5 mm napier grass can remove the highest amount of engine oil at 15.92 mg/L, with the maximum absorption of engine oil at 103.2 grams of engine oil/gram of napier stem*Day (72.53 percent). The napier leaf at the size of 0.5 mm can remove the highest amount of COD at 71.67 mg/L and the maximum amount of COD adsorption from wastewater contaminated with engine oil at 464.4 gram of COD/gram of napier leaf*day (40.95%). The 2 mm of vetiver leaf was able to eliminate engine oil as much as 9.39 mg/L, with the maximum absorbance of engine oil at 60.8 gram of engine oil/gram of vetiver leaf*day (66.60%), while the 0.5 mm. of vetiver leaf was able to remove the highest amount of COD at 68.8 mg/L, with the maximum amount of COD adsorption from wastewater contaminated with engine oil at 445.8 gram of COD/gram of vetiver leaf*day (41.75%).

The results of the study on the thermal energy value of biomass materials after wastewater contaminated with engine oil treatment found that the leaves gave more heat energy than the stems. When comparing the calorific value of the leaves and stems of vetiver and napier grasses at the sizes of 0.5, 1.0 and 2.0 mm, the biomass at the smallest size of 0.5 mm provides the highest thermal energy value, followed by 1.0 mm and 2.0 mm, respectively. It was also found that the leaf part of napier grass has a higher calorific value than vetiver, while the stem part of vetiver has a higher calorific value than the napier. The 0.5 mm of napier leaf has the highest heat energy value at 21.71 MJ/kg, while the 2.0 mm of napier stem has the lowest calorific value at 16.35 MJ/kg.

การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาคุณลักษณะวัสดุดูดซับชีวมวลและเปรียบเทียบประสิทธิภาพการบำบัดน้ำเสียที่ปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์โดยใช้วัสดุดูดซับจากหญ้าเนเปียร์และหญ้าแฝกส่วนใบและลำต้น ที่ขนาด 0.5, 1 และ 2.0 มิลลิเมตร ตามลำดับ โดยน้ำเสียที่ปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์ที่อัตราการไหล 25 มิลลิลิตรต่อนาที ผ่านคอลัมน์มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.3 เซนติเมตร ที่บรรจุวัสดุดูดซับชีวมวลขนาดต่างๆ 2 กรัม สูง 10 เซนติเมตร เก็บตัวอย่างน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์ที่ผ่านวัสดุดูดซับชีวมวลเป็นเวลา 6 ชั่วโมง

ผลการวิจัยพบว่าคุณลักษณะวัสดุดูดซับส่วนใบของหญ้าทั้งสองชนิดสามารถผลิตวัสดุดูดซับชีวมวลได้มากกว่าส่วนลำต้น โดยหญ้าแฝกสามารถผลิตวัสดุชีวมวลได้มากกว่าหญ้าเนเปียร์ หญ้าแฝกส่วนใบมีความชื้นน้อยที่สุด และมีค่าของแข็งแขวนลอยทั้งหมดมากที่สุด ในขณะที่หญ้าแฝกส่วนลำต้นมีค่าของแข็งระเหยง่ายมากที่สุดและเถ้าน้อยที่สุด พื้นที่ผิวจำเพาะเมื่อวิเคราะห์ผ่านเครื่อง Scanning Electron Microscope (SEM) พบว่า หญ้าแฝกส่วนใบมีลักษณะเป็นเส้นใยและหญ้าแฝกส่วนลำต้นมีลักษณะเป็นรูพรุน ในขณะที่หญ้าเนเปียร์ส่วนใบมีลักษณะเป็นเส้นใยและหญ้าเนเปียร์ส่วนลำต้นไม่มีรูพรุน มีลักษณะเป็นเส้นใย หญ้าแฝกเป็นชีวมวลประกอบด้วยเซลลูโลส เฮมิเซลลูโลส และลิกนิน โดยหญ้าแฝกส่วนใบจะพบ C-H (-CH2-, -CH3), Si-O-Si, Si-O-C, C-NH2, C=S, OCH3 และ C-H (C=C, Ph-H, CH3X, CH2X) ส่วนองค์ประกอบฟังก์ชันที่ไม่พบในหญ้าแฝกส่วนใบคือ CHO ในขณะที่องค์ประกอบฟังก์ชันหญ้าแฝกส่วนลำต้นจะพบ C-H (-CH2-, -CH3), CHO, Si-O-Si, Si-O-C, C-NH2, C=S, OCH3 และ C-H (C=C, Ph-H, CH3X, CH2X) องค์ประกอบฟังก์ชันที่พบในหญ้าเนเปียร์ส่วนใบจะพบ C-H (-CH2-, -CH3), Si-O-Si, Si-O-C, C-NH2, C=S และ C-H (C=C, Ph-H, CH3X, CH2X) ส่วนองค์ประกอบฟังก์ชันที่ไม่พบในหญ้าเนเปีบร์ส่วนใบ คือ CHO, OCH3 ในขณะที่องค์ประกอบฟังก์ชันหญ้าเนเปีบร์ส่วนลำต้นจะพบ C-H (-CH2-, -CH3), CHO, Si-O-Si, Si-O-C, C-NH2, C=S, OCH3 และ C-H (C=C, Ph-H, CH3X, CH2X)

ผลการวิจัยการบำบัดน้ำเสียที่ปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์โดยใช้วัสดุดูดซับจากหญ้าเนเปียร์และหญ้าแฝกส่วนใบและลำต้นที่ขนาด 0.5, 1 และ 2.0 มิลลิเมตร ตามลำดับ พบว่าอุณหภูมิอยู่ในช่วง 24.25-32.15 องศาเซลเซียส ค่าความเป็นกรด-ด่างอยู่ในช่วง 7.73-8.35 โดยไม่พบค่าของแข็งแขวนลอยทั้งหมดแสดงให้เห็นว่าวัสดุดูดซับทุกชนิดสามารถบำบัดของแข็งแขวนลอยทั้งหมดได้เป็นอย่างดี หญ้าเนเปียร์สามารถกำจัดน้ำมันเครื่องยนต์และซีโอดีได้ดีกว่าหญ้าแฝก โดยหญ้าเนเปียร์ส่วนลำต้นขนาด 0.5 มิลลิเมตร สามารถกำจัดน้ำมันเครื่องยนต์ได้สูงสุดเท่ากับ 15.92 มิลลิกรัม/ลิตร มีปริมาณการดูดซับน้ำมันเครื่องยนต์สูงสุดเท่ากับ 103.2 กรัมน้ำมันเครื่องยนต์/กรัมลำต้นหญ้าเนเปียร์*วัน (ร้อยละ 72.53) หญ้าเนเปียร์ส่วนใบขนาด 0.5 มิลลิเมตร สามารถกำจัดซีโอดีสูงสุด เท่ากับ 71.67 มิลลิกรัม/ลิตร มีปริมาณการดูดซับซีโอโอดีจากน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์สูงสุดเท่ากับ 464.4 กรัมซีโอดี/กรัมใบหญ้าเนเปียร์*วัน (ร้อยละ 40.95) ในขณะที่หญ้าแฝกส่วนใบขนาด 2 มิลลิเมตร สามารถกำจัดน้ำมันเครื่องยนต์มากที่สุดเท่ากับ 9.39 มิลลิกรัม/ลิตร มีปริมาณการดูดซับน้ำมันเครื่องยนต์สูงสุดเท่ากับ 60.8 กรัมน้ำมันเครื่องยนต์/กรัมใบหญ้าแฝก*วัน (ร้อยละ 66.60) หญ้าแฝกส่วนใบขนาด 0.5 มิลลิเมตร สามารถกำจัดซีโอดีมากที่สุดเท่ากับ 68.8 มิลลิกรัม/ลิตร มีปริมาณการดูดซับซีโอโอดีจากน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์สูงสุดเท่ากับ 445.8 กรัมซีโอดี/กรัมใบหญ้าแฝก*วัน (ร้อยละ 41.75)

ผลการวิจัยค่าพลังงานความร้อนของวัสดุชีวมวลหลังบำบัดน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์ พบว่าเมื่อผ่านน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์ พบว่าส่วนใบให้ค่าพลังงานความร้อนมากกว่าส่วนลำต้น เมื่อเปรียบเทียบค่าพลังงานความร้อนของขนาด 0.5, 1 และ 2 มิลลิเมตร ส่วนใบและลำต้นของหญ้าแฝกและหญ้าเนเปียร์ พบว่าเมื่อผ่านน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์ ขนาดชีวมวลที่มีขนาดเล็กคือที่ 0.5 มิลลิเมตร จะให้ค่าพลังงานความร้อนสูงที่สุด รองลงมาคือที่ขนาด 1.0 มิลลิเมตร และ 2.0 มิลลิเมตร ตามลำดับ เมื่อเปรียบเทียบหญ้าแฝกและหญ้าเนเปียร์ส่วนใบ พบว่าหญ้าเนเปียร์ส่วนใบให้ค่าพลังงานความร้อนสูงกว่าหญ้าแฝกส่วนใบ ในขณะที่เมื่อเปรียบเทียบหญ้าแฝกและหญ้าเนเปียร์ ส่วนลำต้น พบว่าหญ้าแฝกส่วนลำต้นให้ค่าพลังงานความร้อนสูงกว่าหญ้าเนเปียร์ส่วนลำต้น โดยพบว่าเมื่อผ่านน้ำเสียปนเปื้อนน้ำมันเครื่องยนต์หญ้าเนเปียร์ส่วนใบ ขนาด 0.5 มิลลิเมตร ให้ค่าพลังงานความร้อนสูงที่สุด เท่ากับ 21.71 เมกะจูล/กิโลกรัม ในขณะที่หญ้าเนเปียร์ส่วนลำต้น ขนาด 2.0 มิลลิเมตร ให้ค่าพลังงานความร้อนต่ำที่สุด เท่ากับ 16.35 เมกะจูล/กิโลกรัม