第四章 結果與討論 結果與討論 結果與討論 結果與討論
第二節 不同 不同 不同(A)SBR 組合系統 不同 組合系統 組合系統及循環時間試驗 組合系統 及循環時間試驗 及循環時間試驗 及循環時間試驗
由試驗一的研究結果可以得知，以油菜籽粕為基質，Bacillus (A)/醱酵產氫菌 配比為 1/4，循序反應槽總循環時間為 24hr，起始進流水 pH 值為 7.25，以分離 式反應槽 ASBR+CSTR，有較佳產氫每天產氫量有 90.1 mmole-H2 /day ；較差是 共培養 ASBR 反應槽每天產氫量有 37.4 mmole-H2 /day。綜合上述所言，因此本 節將更進一步探討不同 SBR 總循序時間(24、12、6hr)，何種循序時間有最佳的 產氫效率。
本試驗在共培養 ASBR 反應槽及分離式反應槽─ASBR+CSTR 及 SBR+
CSTR 操作方面，為使完全達到分離培養 SBR 反應槽串連醱酵產氫菌反應槽有較 佳產氫(前段:水解反應槽；後段：醱酵產氫反應槽)，因為前、後段反應槽體積相 同，因此前段水解反應槽為主要總循序時間為反應水解階段，後段醱酵產氫反應 槽主要將前段水解反應過後的基質再用於醱酵產氫。
(一) 以不同(A)SBR 組合系統比較試驗
本試驗採用三種不同 SBR 循序組合，分別為：共培養 ASBR 反應槽及分離 式反應槽─ASBR+CSTR 及 SBR+CSTR，作為本試驗不同循序組合之反應槽。由 圖 4-2 及表 4-5 可以得知，在相同總循序時間狀態下，SBR+CSTR 之總循序時間 +HRT 為 12+24hr，以分離式反應槽 SBR+CSTR，有較佳的每天產氫率為 142 mmole-H2 /day 及較佳的單位體積每天產氫率為 23.7 mmole-H2 /L．day；其次為分 離式反應槽 ASBR+CSTR，每天產氫率為 127 mmole-H2 /day 及單位體積每天產氫 率為 21.1 mmole-H2 /L．day。當總循序時間為 12hr，共培養 ASBR 反應槽，每天 產氫率為 65.9 mmole-H2 /day 及單位體積每天產氫率為 13.2 mmole-H2 /L．day。
而在其它總循序時間+HRT 均是以分離式反應槽 SBR+CSTR 有較佳的每天產氫 率及單位體積每天產氫率，其次為分離式 ASBR+CSTR，最差亦為 ASBR 的產氫 率。
綜合上述可以得知，循序反應槽系統以分離式反應槽 SBR+ CSTR 系統有較 佳產氫效率，其次是以分離式反應槽 ASBR+CSTR，較差為共培養 ASBR 反應槽
系統；其主要原因為在分離式反應槽 SBR+CSTR 系統，第一階段水解反應槽有 曝氣以增加 Bacillus 水解效果，較未曝氣之分離式反應槽 ASBR +CSTR 系統及共 培養 ASBR 反應槽系統，有較佳的產氫量。而在共培養 ASBR 反應槽系統中，由 於 Bacillus 水解菌與醱酵產氫菌彼此間可能互相干擾的現象使其產氫量較低，所 以分離式反應槽─SBR+CSTR 及 ASBR+CSTR 又比共培養 ASBR 反應槽有較佳 的產氫量。
SBR+CSTR 或 ASBR+CSTR 系統，在 SBR+CSTR 系統，當總循序時間+HRT 6+24hr 時，有較佳的每天產氫率及單位體積產氫率，分別為 164 mmole-H2 /day 及 27.4 mmole-H2/L．day；次佳為總循序時間+HRT=12+24hr，每天產氫率有 142 mmole-H2 /day 及單位體積反應槽每天產氫率 23.7 mmole-H2/L．day；最差為總循
表 4-5 不同循序時間之共培養 ASBR 及分離式反應槽─ASBR+CSTR 及 SBR+ 序時間+HRT=24+24hr，每天產氫率有 100 mmole-H2 /day 及單位體積反應槽每天 產氫率有 16.7 mmole-H2/L．day。在每克進流 COD 產氫效率不論在分離式反應槽
─SBR+CSTR 或 ASBR +CSTR 系統，反而均以 SBR+CSTR 為 24+24hr 時，有較 佳每克進流 COD 產氫率為 5.09 mmole- H2 / g- CODin；次佳為 12+24hr 好，每克 進流 COD 產氫率為 3.59 mmole- H2 / g- CODin；最差為 6+24hr，每克進流 COD 產氫率 2.07 mmole- H2 / g- CODin。
由上述試驗結果可得知，在不同總循時間均以 SBR+CSTR 系統，當總循序 時間+HRT 為 6+24hr 時，有較佳的每天氫氣產率及單位體積反應槽產氫率；都 比總循序時間+ HRT 為 12+24hr、24+24hr 來的較佳，主要原因為總循序時間+ HRT 為 6+24hr 一天所吃的基質為 4L，比總循序時間+ HRT 為 12+24 hr、24+24hr 來的 多，所以產氫效率也比較佳。在產氫效率方面，每天產氫量、單位體積反應槽及 每克去除 COD 產氫效率，每天之產氫隨著總循序時間減少而增加，在總循序時 間+ HRT 為 6+24hr 時，各種循序反應槽系統均有較佳的產氫效率。而在每克進
表4-6 不同循序時間之共培養ASBR及分離式反應槽─ASBR+CSTR 及SBR+CSTR之進出流水COD濃度、溶解性COD濃度及其去除率
總循序時 間+(HRT)
(A)SBR CSTR 總COD 去除率 一、共培養 ASBR 反應槽
24hr 進流總 COD 濃度 19,950 (進流溶解性 COD) (15,900)
出流總 COD 濃度 17,900 (出流溶解性 COD) (14,010) 總 COD 去除率(%) 10.3 (溶解 COD 去除率%) (11.9) 12 進流總 COD 濃度 19,920
(進流溶解性 COD) (16,200) 出流總 COD 濃度 17,990 (出流溶解性 COD) (14,430) 總 COD 去除率(%) 9.69 (溶解 COD 去除率%) (10.9) 6 進流總 COD 濃度 19,850
(進流溶解性 COD) (15,760) 出流總 COD 濃度 18,250 (出流溶解性 COD) (14,310) 總 COD 去除率(%) 8.06 (溶解 COD 去除率%) (9.21) 二、分離式ASBR+CSTR
24+24hr 進流總 COD 濃度 20,100 18,760 20,100 (進流溶解性 COD) (17,300) (15,700) (17,300)
出流總 COD 濃度 18,760 17,200 17,200 (出流溶解性 COD) (15,700) (13,800) (13,800) 總 COD 去除率(%) 6.77 8.32 14.4 (溶解 COD 去除率%) (9.24) (12.1) (20.2)
表4-6 不同循序時間之共培養ASBR及分離式反應槽─ASBR+CSTR及 SBR+CSTR之進出流水COD濃度、溶解性COD濃度及其去除率 (續)
總循序時
流COD之產氫率隨著總循序批次時間增加而增加，且混合菌ASBR共培養狀態 下，水解菌與醱酵產氫菌彼此間可能互相干擾的現象使其產氫量較低，故分離式 反應槽─SBR+ CSTR及ASBR+CSTR每克進流COD產氫率又比共培養ASBR反應 槽來的好。
(三) 不同(A)SBR組合系統及循環時間試驗水質分析 1.COD濃度變化
由表4-6 可以明顯看出，當總循序時間+ HRT為24+24hr時，各種處理組合程 序中，以分離式反應槽─SBR +CSTR，前段SBR水解反應槽出流水分別有較佳的 COD及其溶解性COD去除率分別為7.39及12.7%；後段CSTR醱酵產氫反應槽COD 及其溶解性COD去除率分別為8.73及14.2%。其次為分離式反應槽─ASBR + CSTR，前段ASBR水解反應槽COD及其溶解性COD去除率分別為6.77及9.24%；
後段CSTR醱酵產氫反應槽之COD及其溶解性COD去除率分別為8.32及12.1%。而 在分離式反應槽─SBR+CSTR及ASBR+CSTR之總COD及其溶解性COD去除率分 別為15.5、25.1%及14.4、20.2%。總循序時間為24hr，共培養ASBR反應槽的COD 及其溶解性COD去除率分別為10.3及11.9%。
由上述可知COD去除效率隨總循序時間增加而增加，而分離培養進流基質菜 籽粕經過前段SBR反應槽水解後，其水解過後的細小分子產物更容易被後段 CSTR醱酵產氫反應槽內的醱酵產氫菌所加以利用去除。而共培養ASBR反應槽主 要因為水解菌與醱酵產氫菌在共培養狀態之下，彼此間可能互相生存競爭干擾的 現象使其產氫率較低，所以去除效率較差。而分離式反應槽SBR+CSTR其COD去 除效率優於ASBR+CSTR，其主要原因為第一階段水解反應槽有曝氣以增加 Bacillus水解效果，較未曝氣之分離式反應槽ASBR +CSTR系統及共培養ASBR反 應槽系統，有較佳的去除效率。
2.鹼度
由表4-7 鹼度變化情形可看出，各種處理組合程序中以分離式反應槽SBR +CSTR，當總循序時間+HRT為6+24hr 時，前段SBR水解反應槽有較多的鹼度減
表4-7 不同循序時間之共培養ASBR及分離式反應槽─ASBR+CSTR及SBR +
少量為11.9%；後段CSTR醱酵產氫反應槽鹼度減少量為21.7%。其次為分離式反 應槽─ASBR + CSTR，前段ASBR水解反應槽鹼度減少量為11.1%；後段CSTR醱 酵產氫反應槽鹼度減少量為20.5%。而在分離式反應槽─SBR +CSTR及ASBR +CSTR的總鹼度減少量分別為31.0及29.3%。總循序時間為6hr，共培養ASBR反應 槽鹼度減少量有27.3%。
由上述可知，在分離式反應槽─SBR+CSTR及ASBR +CSTR前段由於水解槽 不產氫，所以鹼度的消耗量比後段CSTR醱酵產氫槽鹼度消耗量來的較少；而反 應中基質經由前段SBR反應槽水解所產生的溶解性COD被後段CSTR醱酵產氫菌 反應槽轉換為揮發酸，因而在後段CSTR有大量鹼度的消耗，所以分離式反應槽
─SBR+CSTR及ASBR +CSTR出流水總鹼度較共培養ASBR反應槽出流水減少量 來的多。
3.揮發酸
由表4-7 揮發酸濃度變化情形可看出，各種處理組合程序中以分離式反應槽 SBR +CSTR，當總循序時間+HRT為6+24hr時，前段SBR水解反應槽有較多的揮 發酸濃度增加量為，110 mg/L；後段CSTR醱酵產氫反應槽揮發酸濃度增加量為 3,220 mg/L。其次為分離式反應槽ASBR +CSTR，前段ASBR水解反應槽揮發酸濃 度增加量為70 mg/L；後段CSTR醱酵產氫反應槽揮發酸濃度增加量為3,210 mg/L。而在分離式反應槽─SBR +CSTR及ASBR +CSTR，其總揮發酸增加量分別 為3,330及3,280 mg/L。總循序時間為6hr，共培養ASBR反應槽揮發酸濃度的增加 量為3,200 mg/L。而以上三種循序反應槽的揮發酸增加量相差很有限。
由上述試驗結果可知，基質經由分離式反應槽─SBR+CSTR及ASBR+CSTR 前段SBR(ASBR)反應槽水解所產生的溶解性COD很快的被後段CSTR反應槽內醱 酵產氫菌轉化為揮發酸，因此後段CSTR反應槽能快速分解產生大量的揮發酸。
4.總固體物、懸浮固體物
由表 4-8 可看出，各種處理組合程序中以分離式反應槽 SBR +CSTR，當總 循序時間+HRT 為 24+24hr 時，前段 SBR 水解反應槽分別有較佳的總固體物
表4-8 不同循序時間之共培養ASBR及分離式反應槽─ASBR+CSTR及SBR+
及懸浮固體物減少量，分別為 16.5 及 15.8 %；後段 CSTR 反應槽總固體物及懸浮 固體物減少量，分別為 13.2 及 12.7 %。其次為分離式反應槽 ASBR +CSTR，前 段 ASBR 水解反應槽總固體物及懸浮固體物減少量，分別為 14.9 及 14.1 %；後 段 CSTR 反應槽總固體物及懸浮固體物減少量，分別為 11.2 及 10.3 %。而在分離 式反應槽─SBR +CSTR 及 ASBR +CSTR 總固體物及懸浮固體物減少量分別為 27.6、26.4 %及 24.4、22.9 %。總循序時間為 24hr 時，共培養 ASBR 反應槽，總 固體物及懸浮固體物減少量，分別為 20.2、17.9 %。
由上述可知，因為油菜籽粕為固形物，在前段 SBR 水解反應槽反應中達到 中性酸鹼值( pH7.0)以利水解油菜籽粕固形物成細小分子，以利後段 CSTR 醱酵 產氫菌所分解利用產生揮發酸，而有效的被 CSTR 醱酵產氫微生物分解利用，所 以前段 SBR 水解反應槽其總固體物及懸浮固體物減少量均比後段 CSTR 醱酵產 氫反應槽的總固體物及懸浮固體物減少量來的多。而分離式反應槽─SBR+CSTR 及 ASBR +CSTR 又比共培養 ASBR 反應槽，總固體物及懸浮固體物變化量來的 較大。