不同能源作物基質之批次產氫試驗

由試驗一至試驗二的研究結果可以得知，以油菜籽粕為基質，當水解菌 Bacillus subtilis(A)分解時有最佳的水解效果，總 COD 去除率為 47.9％、溶解性 COD 增加率為 55.7％、溶解性 COD 去除率為 86.6％、揮發酸濃度從試驗初期 600mg/L 到試驗結束為 2600mg/L，揮發酸濃度增加量為 2000 mg/L。

綜合上述所言，因此本節將利用試驗一所得之最佳操控條件：(1) 水解菌 Bacillus subtilis(A)，在以本研究推估的 pH 操控方式以起始 pH 值 5.0，水解菌/醱 酵產氫菌配比為 1/3、混合菌液/基質配比為 1/3、基質 COD 濃度 20,000mg/L、甘 蔗渣 10,000mg/L 為基礎，來探討不同能源作物(油菜籽粕、大豆、豆粕、甘蔗渣、

葵花籽粕，共 5 組)對厭氧產氫效率反應之影響。

一、不同能源作物基質批次產氫效率之影響

由圖 4-4 可以得知，各組能源作物基質從初期開始就均有產氫情況，基質為 油菜籽粕時，可以得到最佳的產氫率為 1.03 mmole H2/g-CODin，油菜籽粕含有豐 富的油份、碳水化合物及少部分蛋白質都是利於產氫的營養源。其次為豆粕，產 氫效率為 0.501 mmole H2/g-CODin，再其次為甘蔗渣、葵花籽粕。甘蔗渣因為粗 纖維較多會使水解菌種難以水解導致產氫效率不好。葵花籽粕因為纖維含量高，

而葵花籽粕中另含有高量的氯吉甯酸（chlorogenic acid），因為氯吉甯酸即不 會凝集、又不會水解，解導致產氫效果不佳。而產氫率最差的是大豆含有較多的 胺基酸會嚴重耗氫的現象，所以產氫率為 0.034 mmole H2/g-CODin。

二、不同能源作物基質之批次產氫試驗水質變化

由試驗結果可得知 S0/X0，在基質來源提供方面，油菜籽粕、大豆、豆粕、甘 蔗渣、葵花籽為主要的基質，而混合菌液僅提供少量可利用基質(SCOD)；在菌種 提供方面，主要以混合菌液所測得(水解菌/醱酵產氫菌)MLSS 作為菌種量，剩下 的混合菌液(水解菌/醱酵產氫菌)之 SCOD 值為有殘留的培養基質所以和基質合併 列，為基質用以計算 F/M，油菜籽粕、大豆、豆粕、葵花籽粕 F/M 為 0.412，甘 蔗渣 F/M 為 0.205。

0 為 20,000mg/L，不同能源基質之累積產氫量(起始 pH=5.0)

由表 4-2 水質變化的情形可以看出，各組的 pH 值變化初期為水解酸化反應

0.32-2.00％，增加率最多的是油菜籽粕有 2.00％的溶解性 COD，其產氫率為 1.03 mmole H²/g-CODⁱⁿ產氫量也是最多的；其次為豆粕有 1.00％的增加量，其產氫率 為 0.501 mmole H2/g-CODin；最少為葵花籽粕 0.32％。各組溶解性 COD 的減少率 介於 0.32-1.74％，減少率最多的是油菜籽粕為 1.74％，產氫率為 1.03 mmole H²/g-CODⁱⁿ，其次豆粕為 1.52％的減少率，最少為葵花籽粕 0.32％。

表4-2不同能源作物基質之批次試驗的氣體組成及累積產氫量 總產氣量 氣體含率(％) 產氣量(ml)

加入的 基質量 (g-COD)

每克基質之 產氫量

每克去除 COD 之 組別 基質 產氫量

(ml) H2 CO2 H2 CO2 (mmole H2/g-CODin) (mmole H2/g-CODre)

＃1 油菜籽粕 91.9 58.0 42.0 53.3 38.5 2.01 1.03 21.76

＃2 大豆 3.7 48.0 52.0 1.77 1.92 2.01 0.034 1.11

＃3 豆粕 53.3 48.0 52.0 25.5 27.7 1.99 0.500 26.0

＃4 甘蔗渣 21.3 46.0 54.0 9.79 11.5 1.01 0.340 19.0

＃5 葵花籽粕 25.8 46.0 54.0 11.8 13.9 2.01 0.230 8.03

在揮發酸的變化情形，因為水解產氫所以試驗初期揮發酸濃度增加，初期的 揮發酸濃度都介於 720-1030 mg/L，增加濃度最多的是油菜籽粕達 1020 mg/L，

其次是葵花籽粕增加濃度達 810 mg/L。

不同能源基質試驗中總固體物油菜籽粕為 27000 mg/L、大豆 15350mg/L、豆 粕 16050mg/L、甘蔗渣 13225mg/L、葵花籽粕 18310mg/L，初期總固體物介於 13225-27000 mg/L，試驗結束後的總固體物介於 4350-14200 mg/L，各組經產氫 反應後總固體物都是減少的。懸浮固體初期介於 2500-9900 mg/L，反應過後的懸 浮固體介於 2000-8850 mg/L。

綜合上述，由試驗二的結果可以得知，油菜籽粕搭配 Bacillus subtilis(A)有好 的產氫效果，且產氫量比次佳的組豆粕搭配 Bacillus subtilis(A)多出一倍以上，評 估出油菜籽粕是很好的產氫基質，所以本研究將利用油菜籽粕做為後續研究的基 質。

表4-3以不同能源作物為基質之批次產氫試驗的pH、COD、溶解性COD6之水質變化情形

pH COD(mg/l) 溶解性 COD(mg/l)

前 中 後 前 中 後 第十天

去除率 前 中 中 後 COD 增加率

(％)

COD 減少率 組別 (％)

0 天 4 天 10

天 0 天 4 天 10 天 (％) 0 天 4 天 7 天 10 天 0-4 天 0-10 天

＃1 油菜粕 5.00 4.90 4.31 20100 19700 19100 4.97 10300 10480 10310 10110 2.00 1.74

＃2 大豆 5.00 4.59 4.00 20100 17800 19450 3.23 12700 12780 12690 12610 0.62 0.62

＃3 豆粕 5.00 4.83 4.79 19900 19800 19500 2.01 13100 13300 13200 13000 1.52 1.52

＃4 甘蔗渣 5.00 4.91 4.83 10100 9900 9800 2.00 8430 8490 8420 8390 1.00 0.71

＃5 葵花粕 5.00 4.98 4.95 20100 19700 19500 2.73 18200 18260 18170 18130 0.32 0.32 表4-4以不同能源作物為基質之批次產氫試驗的S/X、總固體物、懸浮固體之水質變化情形

S0/X0 TS 總固體物(mg/l) SS 懸浮固體(mg/l)

前 中 後 前 中 後

組別 F/M(值)

0 天 4 天 10 天 0 天 4 天 10 天

＃1 油菜籽粕 0.412 27000 14200 14200 9900 9230 8850

＃2 大豆 0.412 15350 12050 12050 9050 5860 4200

＃3 豆粕 0.412 16050 7900 7900 8000 7530 6650

＃4 甘蔗渣 0.205 13225 4350 4350 2500 2450 2000

＃5 葵花籽粕 0.412 18310 10300 10300 7950 7670 6600

表4-5以不同能源作物為基質之批次產氫試驗的揮發酸、鹼度之濃度變化情形 揮發酸(mg/l) 鹼度(mg-CaCO3/L)

前 中 後 前 中 後

組別

0 天 4 天 10 天

增加量 (mg/l)

增加率

％

0 天 4 天 10 天

減少量

(mg-CaCO3/L) ％

＃1 油菜粕 930 1260 1950 1020 109 300 250 0 300 100

＃2 大豆 780 960 1260 480 61.5 350 350 0 350 100

＃3 豆粕 1030 1350 1440 410 39.5 300 320 450 -150 -50

＃4 甘蔗渣 744 930 1200 456 61.2 230 350 400 -170 -73

＃5 葵花粕 720 1360 1530 810 112 300 620 900 -600 -200