第四章 結果與討論
第一節 兩廠 WAS 不同前處理方式之產氫比較
一、福田水資源中心 WAS 不同前處理方式批次試驗
WAS 為許多無機物與難分解的大分子有機物所組成，其中包含了許多 是衰老、死亡的微生物細胞，此類物質多包覆一層堅硬的細胞壁用以保護 細胞，因此造成在衰老、死亡細胞中的易分解有機物難溶出至液相中，如 何將這些細胞內物質裂解出來為植種的微生物所利用，是本試驗的重點項 目，由文獻中發現，污泥經過前處理可有效提高再能源效率，例如污泥酸 化處理（Jean et al.,2000），加熱處理（鄭幸雄、白明德，2000；黃政 賢、林信一等人，2000），超音波震盪處理（Chu et al.,2002b），凍融處 理（Chu et al.,2000a）…等，因此裂解前處理是整個污泥再能源化的關 鍵技術所在；經過物理、化學及生物等方法有效裂解之污泥，除可裂解細 胞壁外，也可以快速將大顆粒且複雜高分子形態有機質轉化為小分子溶解 態的醣類、蛋白質等物質，有利於後續的再能源化微生物迅速利用，因此 能有效提高污泥再能源化的效率。
本研究植種之醱酵產氫菌群為本實驗室長期經人工合成廢液培養且 產氣良好之 CSTR 中所取出之菌液，故植種菌液中有殘留之人工合成廢液
基質（以葡萄糖、牛肉汁為主），造成未加入 WAS 對照組也有產氣現象的 發生。
本研究選定台中市福田水資源中心之 WAS 進行試驗，所得產氣結果如 圖 4-1。由圖可發現，反應約進行 12～48 小時會有大量的氣體產生，約 48 小時之後開始停止產氣現象，所測得氣體均為氫氣（40～49％）與二氧 化碳（60～51％），無甲烷氣產生，且以不含 WAS 之對照組有最高的累積 氫氣量約 9.25ml（28.8 cal/g-CODin），其次為原始未處理 WAS 與加酸處 理組別，約可產生氫氣 3.68、3.63 ml（0.99、0.98 cal/g-CODin），更其 次的分別為鹼化、冷凍處理，約可產生氫氣 2.11、2.92 ml（0.54、0.87 cal/
g-CODin），最差的為加熱處理，約可產生氫氣 1.70ml（0.46 cal/g-CODin）。 以 WAS 為基質的試驗組別，理應在有較多有機物質的情況下，有較高 的產氫量，但不含 WAS 組別的產氣量卻明顯高於以 WAS 做為基質的組別，
顯示經前處理之 WAS 醱酵產氫反應有耗氫現象；由水質分析中也得知 WAS 中含有高濃度的 Org-N、NO3-、NO2-、SO4-等，Oremerodet al.（1961）、（Macarty
＆ Lawrence,1965）、Onodera, Miyahara＆Noike (1997)中也證實此類 物質不利於產氫，甚至引發耗氫現象的存在；且由於台中市地下水道接管 率仍偏低，造成福田水資源中心的進流污水不足，必需導引河川水入場區 以彌補處理水量不足的問題，如此一來，河川中的大量無機物進入系統 中，造成 WAS 中的有機物含量偏低，其中 VSS/SS 約為 0.28～0.41，遠低 文獻中一般 WAS 的 VSS/SS 約 0.6～0.8，導致無法提供生物反應的有利需 求。
經各種前處理方式處理過之 WAS 在累積氫氣量上均遠低於控制組的 9.25 ml，但各種前處理 WAS 試驗中，彼此產氣量差異並不太大，產氣量 約在 1.70～3.68 ml 之間，且以原始未處理組別有最高的累積氫氣量，因 此將繼續探討是何種因素導致經處理過後之 WAS 產氫效率竟低於未處理之
WAS。 生氫氣 3.4 ml（0.93 cal/g-CODin），所有組別的產氫量集中於 2.28～2.83 ml（0.59～0.77 cal/g-CODin）之間；唯一特別的是原始未處理的組別，
此組當反應進行至 60hrs 之後，並沒有發生產氣停滯現象，持續產生氣體，
但氫氣含率相當低，約佔總氣體量的 5.3％，其餘皆為二氧化碳，當反應 持續進行至 120 小時後，以無法偵測到氫氣，轉變成甲烷氣，約佔總氣體
量的 21.5％。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 50 100 150
反應時間（hrs）
累積產氫氣量（ml）
不含WAS的 對照組 原始未處理 WAS
加熱處理 WAS 加酸處理 WAS 加鹼處理 WAS 冷凍處理 WAS
過氧化氫處 理WAS
圖 4-2 黎明污水處理廠 WAS 為基質之不同前處理方式累積產氫氣圖（植 種：醱酵產氫菌）
表 4-1 福田水資源中心 WAS 不同前處理方式批次試驗之氣體組成分析
表 4-2 福田水資源中心 WAS 不同前處理方式批次試驗初、中、後期水質監測表
試驗組別 反應初期（0hr） 反應中期（60hrs） 反應後期（120hrs） COD 去除率（％）
5.25 5.02 5.21
533 545 550
對照組
pH 值變化
SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 884 422 331
62.5
5.25 5.52 5.61
7515 7390 7320
未處理 WAS
pH 值變化
SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10200 9893 9582
6.02
5.25 5.59 5.72
7515 7204 6930
加熱處理 WAS
pH 值變化
SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10200 10030 9541
6.50
5.25 4.92 5.01
7515 7337 7220
加酸處理 WAS
pH 值變化
SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10200 9902 9436
7.53
5.25 5.31 5.55
7515 7044 7200
加鹼處理 WAS
pH 值變化
SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10200 9603 9440
7.51
5.25 5.21 5.43
7515 7116 6983
冷凍處理 WAS
pH 值變化
SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10200 9306 9003
11.7
表 4-4 黎明污水處理廠 WAS 不同前處理方式批次試驗初、中、後期水質監測表
試驗組別 反應初期（0hr） 反應中期（60hrs） 反應後期（120hrs） COD 去除率（％）
5.25 5.04 5.13
468 522 532
對照組
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 931 531 443
52.4
5.25 5.67 5.88
4888 4623 4102
未處理 WAS
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10100 9503 9229
8.6
5.25 5.35 6.01
4888 4638 4201
加熱處理 WAS
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10100 9438 9338
7.5
5.25 5.13 5.19
4888 4587 4239
加酸處理 WAS
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10100 9504 9241
8.5
5.25 5.87 6.03
4888 4665 4105
加鹼處理 WAS
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10100 9430 9289
8.0
5.25 5.49 5.50
4888 4305 4048
冷凍處理 WAS
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10100 9304 9130
9.6
5.25 5.31 5.38
4888 4650 4308
過氧化氫處理 WAS pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10100 9447 9288
8.0
三、結果與討論
由上述試驗可發現，以兩廠之 WAS 為基質的產氫結果都非常不理想，
福田水資源中心約 1.7～3.6 ml-H2，黎明污水廠約可得到 2.3～2.8 ml-H2， 也可發現，各種前處理的試驗所得的氫氣量均旗鼓相當，並無特別突出的 處理效果，而所得到的氫氣量均遠低於未加入 WAS 的對照組，約有 8.9～
9.2 ml-H2，氫氣含率也是遠低於對照組，福田水資源中心的氫氣含率約為 40～49％，黎明污水處理廠的氫氣含率約為 26～36％，可明顯看出此二廠 的廢棄活性污泥均不利於產氫反應，且有耗氫現象。由每克進流 COD 產能 量可以發現，對照組有高達 28.8 cal/g-CODin 的效果，至於以 WAS 為基 質的組別分別只有約 0.5～1.0 cal/g-CODin 的產能率，故將反應進行至 甲烷化階段，使其進行完全的水解、產酸、甲烷化反應，才能夠回收足夠 的再生能源。
因此若欲以 WAS 來進行產氫反應，獲取其中再生能源，是相當困難、
不易達成的，主要原因在於污泥外圍有一層細胞壁，需利用各種前處理才 達到部分裂解的效果，且污泥中含有大量的氮源、硫酸鹽等物質於厭氧分 解的過程，會有耗氫現象，導致產氫反應無法順利進行。