第四章 結果與討論
第一節 光合產氫與甲烷化反應槽之產能比較試驗
根據謝孟宏(2010)研究，厭氧批次試驗及連續流試驗-好氧循序批次反 應槽( Sequencing Batch Reactor，SBR)串聯厭氧發酵CSTR反應槽處理農業 廢棄物稻殼廢水之結果，發現稻殼經過水解、醱酵產氫後的出流水仍含有 大量的有機物質、適量的COD濃度與揮發酸，並且已把稻殼由半固體物轉 化為液體，所以十分適合厭氧光合產氫菌與甲烷菌繼續利用以產能。因此 本試驗以經水解醱酵產氫後之稻殼廢水為進流基質，比較光合產氫反應槽 (完全混合式反應槽及柱塞流式反應槽)與甲烷化反應槽(流體化床反應 槽)，何者有較佳的產能效率。
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(一)產能比較
從圖4-1及表4-1 結果顯示，光合產氫完全混合式反應槽的單位體積反 應槽每天產氫率、每克進流COD之產氫率及每克去除COD之產氫率可達 3.62 mmole / L‧day、0.74 mmole / g-CODin與10.8 mmole /g-CODre，以 每莫耳的氫氣可以轉換成68 cal的能量來換算，光合產氫完全混合式反應槽 的單位體基反應槽每天產能、每克進流COD之產能及每克去除COD之產能 可達253 cal / L‧day、51.8cal / g-CODin及756 cal /g-CODre。
光合產氫柱塞流式反應槽的單位體積反應槽每天產氫率、每克進流 COD之產氫率及每克去除COD之產氫率可達12.3 mmole / L‧day、1.87 mmole / g-CODin及22.4 mmole /g-CODre，光合產氫柱塞流式反應槽的單位 體積反應槽每天產能、每克進流COD之產能及每克去除COD之產能可達 861 cal / L‧day、131cal / g-CODin及1570 cal /g-CODre。
在光合產氫方面，不管是單位體積反應槽每天產氫率、每克進流COD 之產氫率及每克去除COD之產氫率上，光合柱塞流式反應槽的產氫率都優 於光合完全混合式反應槽，推估是因為柱塞流式反應槽長柱狀且橫躺的形 式使光合產氫菌不易流失而易於增殖，因此柱塞流式反應槽有較高的生物 污泥濃度，加上其光照度也最佳，故比光合完全混合式反應槽中有更佳的 去除每克COD產氫率及單位體積反應槽產氫率。在本實驗的過程中，實驗 環境採取開放式的，且對於基質及反應槽採取完全滅菌有一定的難度，所 以本實驗難免會遭受的空氣中的雜菌影響，導致反應槽內的光合產氫菌競 爭不過外來的雜菌，所以使得實驗在難度與維持上變得更加困難，因此經 常光合產氫反應槽操作一段時間後，就會白化掉，而明顯產氫效率降低，
最後更完全停止產氫。
從圖4-1及表4-1 結果顯示，甲烷化流體化床反應槽的單位體積反應槽
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每天甲烷產率、每克進流COD之甲烷產率及每克去除COD之甲烷產率可達 21.5mmole / L‧day、2.49mmole / g-CODin及8.72mmole /g-CODre，以每 莫耳的甲烷可以轉換成213 cal的能量來換算，甲烷化流體化床反應槽的單 位體積反應槽每天產能、每克進流COD之產能及每克去除COD之產能可達 4620cal / L‧day、535cal / g-CODin及1870cal /g-CODre。
圖4-1 不同種類反應槽，其單位體積反應槽每天產能之比較圖
在產能方面，甲烷化流體化床反應槽的單位體積反應槽每天產能、每 克進流COD之產能及每克去除COD之產能(4620cal / L‧day、535cal / g-CODin及1870cal /g-CODre)上，都比光合產氫柱塞流式反應槽(861 cal / L‧day、131cal / g-CODin及1570 cal /g-CODre)與光合產氫完全混合式反應 槽(253 cal / L‧day、51.8cal / g-CODin及756 cal /g-CODre)為佳，表示經水 解醱酵產氫後之稻殼廢水基質後續以甲烷化流體化床反應槽有較佳的產 能。在COD去除率上，甲烷化流體化床反應槽的去除率可達28.3%，都比 光合產氫柱塞流式反應槽(8.10%)與光合產氫完全混合式反應槽(6.70 %) 為佳，因此推估甲烷化反應比光合產氫反應在基質利用上較為完全，而且
68 CH4/g-CODin
)
每克去除 COD 甲烷產
率 (mmole- CH4/g-CODre
)
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2.揮發酸
由表4-2 可發現，甲烷化流體化床反應槽之出流水的揮發酸呈現減少 的狀態，減少量可達1240 mg/L；光合產氫柱塞流式反應槽及完全混合式 反應槽則呈現增加的狀態，增加量可達 590 mg/L 及 320 mg/L。
甲烷化反應的過程，是甲烷菌將基質轉化成CH4及CO2時，主要是利 用基質中的揮發酸，所以甲烷化流體化床之出流水的揮發酸才會呈現減少 的狀態；而厭氧光合產氫菌除了利用短鏈的揮發酸加以產生氫氣之外，也 會利用大分子有機物或揮發酸加以產氫，而大分子有機物部分被用於產氫 後，仍以揮發酸的型態存在，因此當基質被用於產氫的過程，揮發酸仍會 增加，所以光合產氫柱塞流式及完全混合式反應槽之出流水的揮發酸則呈 現增加的狀態。而且因為CSTR 為完全混合式的，揮發酸較不易累積，而 柱塞流式反應槽為滯流式，揮發酸較易累積，且光合產氫菌在柱塞流式反 應槽中滯留較多，所以反應槽內的大分子有機物較多被轉為揮發酸，所以 揮發酸產量以柱塞流式反應槽較高。
3.鹼度
由表4-2 可發現，甲烷化流體化床反應槽之出流水的揮發酸呈現增加 的狀態，增加量可達96 mg-CaCO3/L；光合產氫柱塞流式反應槽及完全混 合式反應槽則呈現減少的狀態，減少量可達 87 mg-CaCO3/L 及 50 mg -CaCO3 /L。
甲烷化流體化床反槽之出流水鹼度的增加，是因為槽體內的甲烷菌利 用了基質的揮發酸，使得揮發酸減少，使得原本用於中和揮發酸的鹼度得 以呈現，因此鹼度也隨之增加；而光合產氫柱塞流式與完全混合式反應 槽，則因為光合產氫菌利用部分大分子有機物而產生了揮發酸，因此使得 出流水中的鹼度也隨之減少；而光合產氫柱塞流式反應槽因為產氫效果較
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好，且揮發酸增加量也如同上述原因較光合產氫流體化床反應槽為高，所 以鹼度的減少量也相對的較多。
4.懸浮固體物(SS)
由表4-2 可發現，甲烷化流體化床反應槽之出流水的懸浮固體物濃度 呈現減少的狀態，去除率可達30.3%；光合產氫柱塞流式反應槽及完全混 合式反應槽則呈現增加的狀態，增加量可達 180 mg/L 及 130 mg/L。
甲烷化流體化床反應槽之出流水的懸浮固體物濃度呈現減少的狀 態，是因為有機物質被槽體中的甲烷菌分解利用；而在光合產氫柱塞流式 反應槽及完全混和式反應槽方面，則因為SS 的去除率本來就不是很理想，
再加上又有生物汙泥的產生，因此出流水之懸浮固體物濃度反而增加；而 光合產氫柱塞流式反應槽因為產氫效果較佳，且反應槽內的菌量滯留較光 合產氫完全混合式反應槽多，所以懸浮固體物的增加量也相對的較高。