第四章 結果與討論
第二節 兩廠 WAS 不同起始 pH 值批次試驗之產氫比較
醱酵產氫菌在接近 pH 值接近中性的情況下會有較佳的產氣效果已經被許多 文獻所證實，但此狀態下，又會有如硫酸鹽還原菌及其他雜菌的作用，導致耗氫 反應。因此本結設計不同起始 pH 值來進行試驗，以瞭解在不同 pH 值進行 反應厭氧醱酵反應的產氣表現。
一、福田水資源中心 WAS 不同起始 pH 值批次試驗
由圖 4-3 可發現，本次試驗結果與上一節所得結果相似，產氣高峰期 約在 12～36 小時間，並於 48 小時後逐漸進入產氣停滯期，當中所產出的 氣體為二氧化碳（57～66％）與氫氣（43～34％），並無甲烷氣產生，未 加入 WAS 的對照組產氫量仍是遠高於以 WAS 作為基質的試驗，有最高的累 積氫氣量約 9.95 ml（對照組 pH=6.0），其次為以 WAS 為基質，起始 pH=6.0 組有 3.69 ml 的累積產氫氣量，更其次的為 pH 值位於 6.5～7.5 的組別，
約有 2.4～2.9 ml 的累積產氫量，最差的為起始 pH 值 8.0 時，累積產氫 量僅有 1.85 ml；由此顯示，當 pH 值接近中性（pH=7.0）的組別，其耗氫 現象高於 pH 偏於弱酸性（pH=6.0）的組別，顯示硫酸鹽還原菌等的作用 所導致的不利影響較大，但以整體的結果來看，厭氧醱酵產氫反應仍是處 於耗損氫氣量大於產生氫氣量的範圍，依舊無法有效使產氫效率有大幅度 的提昇，不含 WAS 的對照組產氣量仍遠高於以 WAS 為基質的試驗，顯示 WAS 厭氧醱酵反應，無法有效回收生質能源。
0 WAS pH=6.0 原 始 未 處 理 WAS pH=6.5 原 始 未 處 理 WAS pH=7.0 原 始 未 處 理 WAS pH=7.5
圖 4-3 福田水資源中心 WAS 為基質之不同起始 pH 值累積產氫氣圖（植 ml-H2（11.6ml、12.3ml；pH=6.0、pH=7.0），高於以 WAS 為基質 pH 值接近 中性組者之產氫量為 6.0 ml-H2～6.4 ml-H2（20.5ml～21.9ml），略高於 pH 值較遠離中性 pH=5.0、5.5 組者，分別有 4.5、4.0ml 的氫氣產生。
以整體的結果來看，當 pH 值較接近中性的情況下，在短時間的觀察 中可發現有較大量的氣體產生，如 pH=7.0～8.0 間的產氣量為 14.3～
16.5ml，稍高於 pH=5.0～6.0 間的產氣量約 12.3～14.3 ml；以氫氣含率
（5.0～5.5）來抑制其他雜菌（如硫酸鹽還原菌）的生長，因此在這 pH 值範圍的組別會有較佳的氫氣含率表現。 WAS pH=5.0 原始未處理 WAS pH=5.5 原始未處理 WAS pH=6.0 原始未處理 WAS pH=6.5
圖 4-4 黎明污水處理廠 WAS 為基質之不同起始 pH 值累積產氫氣圖（植
表 4-5 福田水資源中心原始未處理 WAS 不同起始 pH 值批次試驗之氣體組成分析
WAS pH=6.0 57.9 42.1 8.79 3.69 10.2 0.9 12.2
WAS pH=6.5 60.4 39.6 7.5 2.92 8.0 0.7 9.4
WAS pH=5.0 63.7 36.3 12.5 4.50 12.3 1.1 13.7
WAS pH=5.5 66.5 33.5 12.3 4.05 11.1 1.0 13.4
WAS pH=6.0 67.0 33.0 14.3 5.54 15.2 1.4 15.4
WAS pH=6.5 67.4 32.6 15.9 5.08 13.9 1.3 16.6
WAS pH=7.0 65.8 34.2 14.3 4.86 13.3 1.2 12.7
WAS pH=7.5 69.0 31.0 16.8 4.96 13.6 1.2 12.9
WAS pH=8.0 65.6 31.4 16.5 5.61 15.4 1.4 15.7
註：本試驗之各組 CH4含率均為 0％
註 a：未加入 WAS
表 4-6 福田水資源中心原始未處理 WAS 不同起始 pH 值批次試驗之初、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（％）
6.0 5.62 5.5
399 443 456
對照組 pH=6.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 915 302 299
67.3
7.0 6.31 6.21
399 451 455
對照組 pH=7.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 915 498 395
56.8
6.0 5.89 5.52
5519 5103 5205
pH=6.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10900 10291 10110
7.33
6.5 6.52 5.99
5519 5203 5132
pH=6.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10900 10303 10092
7.41
7.0 6.7 6.73
5519 5227 5205
pH=7.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10900 10499 10034
7.94
7.5 7.01 6.99
5519 5389 5107
pH=7.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10900 10604 10089
7.44
8.0 7.31 7.1
5519 5208 5023
pH=8.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 10900 10300 9983
8.41
表 4-8 黎明污水處理廠原始未處理 WAS 不同起始 pH 值批次試驗之初、
637 683 722
對照組 pH=5.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 1002 603 320
68.0 0.30
6.0 5.73 5.22
637 710 717
對照組 pH=6.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 1002 630 332
66.8 0.30
5.0 5.52 5.81 4847 4438 4398 pH=5.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 11020 10480 10130
8.01 0.024
5.5 5.82 5.90 4847 4539 4403 pH=5.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 11020 10528 10200
7.44 0.021
6.0 6.21 6.20 4847 4468 4294 pH=6.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 11020 10390 10020
9.07 0.032
6.5 6.62 6.32 4847 4553 4348 pH=6.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 11020 10400 10157
7.83 0.031
7.0 6.72 6.83 4847 4192 4226 pH=7.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 11020 9382 9984
9.40 0.035
7.5 7.27 7.25 4847 4397 4348 pH=7.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 11020 10590 10000
9.25 0.028
8.0 7.19 6.97 4847 4458 4204 pH=8.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 11020 10347 10038
8.91 0.032
三、結果與討論
從上述試驗結果，無論是進行前處理或是改變不同起始 pH 值進行試 驗，反應若只是進行到醱酵產氫階段，因為控制組的產氫量，始終大於以 WAS 為基質的試驗，以 WAS 為基質能無法有效回收能源，因此將反應進行 到甲烷化階段，方能有效的回收再生能源。再者黎明污水處理廠的 WAS 再 能源化潛力 0.23～0.33 mg-H2/COD（1.0～1.4 cal/g-CODin）大於福田水 資源中心 0.12～0.22 mg-H2/COD（0.5～0.9 cal/g-CODin）。
相較於鄭幸雄等（2000）以加熱方法處理活性污泥可產出 1.4mg-H2/ COD，王之仲（2003）以分離出梭狀芽胞桿菌，再經由凍融和滅菌前處理 後的污泥氫氣產量可達 3～4 mg-H2/COD，顯示經本研究前處理後之廢棄活 性污泥，無法有效達到回收氫能源的目標。
比較兩廠的產氣與產能情形可發現，黎明 WAS 在起始 pH 值接近中性 的操作條件（後期約 pH6.0～6.5）下，因其總產氣量較大，所以可獲得較 多的能源 0.31mg-H2/COD（1.32 cal/g-CODin），但此時的氫氣含率略低，
約 31～33％，若起始 pH 值為 5.0～6.0 組別（後期約 5.0～5.5）其產氣 量較低，但有較高的氫氣含率約 33～36％，約可獲得 1.0～1.1 cal/
g-CODin 的再生能源；且福田水資源中心之 WAS 則在起始 pH 值 5.0～6.0
（5.0～5.5）較偏酸性情況下會有較多的總產氣量產生與較高的氫氣含 率，可得 0.22mg-H2/COD（0.92cal/g-CODin）的再生能源。可知，起始 pH 值 5.0～6.0（真正反應 pH 值操作 5.0～5.5）之間，可得最大產氫量，故 降低 pH 值可有效抑制耗氫菌（如硫酸鹽還原菌）等之影響，雖無法有大 量的氣體產生，但可提高氫氣含率，且抑制耗氫菌之生長，可進而營造醱 酵產氫菌較佳的生長環境，提高醱酵產酸反應，有利於後段甲烷化之產能 效果。
故本研究於二相式 CSTRs 試驗中，將採取前段醱酵產氫反應槽之 pH 為 5.0～5.5，平均值為 5.25，以有效抑制耗氫菌之生長，提供醱酵產酸 菌較佳之生長條件。
第三節 在不同 pH 值下，先後植入兩種菌與單獨植入甲烷 菌之產能比較試驗
一、在不同起始 pH 下， WAS 先後植入兩種菌之產能批次試驗
本次試驗中發現，前段植入醱酵產氫菌進行反應的結果，仍舊以未加 入 WAS 為基質的對照組有較佳的產氣（氫）結果，顯示以 WAS 為基質，反 應進行至醱酵產氫仍不足以產生能源，本節乃參照第二節作法，於第一天 植入醱酵產氫菌，第五天開瓶再植入醱酵甲烷菌，觀察其產氣情形。
試驗結果顯示，於第五天植入甲烷菌後，未加入 WAS 的對照組至前段 產氫段結束產氣後，即使重新植入甲烷菌，一直到反應結束，只有微量的 產氣，且甲烷含率非常低(<1％)；而以 WAS 為基質的組別，經過約三～五 天的遲滯時間（本研究所植種之甲烷菌，取自於福田水資源中心甲烷槽中 的菌種，帶回培養，因此不該產生排斥現象，造成無法迅速利用基質以產 氣的問題，推斷這段遲滯期有可能是在第五天開瓶植入甲烷菌的過程中，
破壞其厭氧狀態所導致）紛紛恢復產氣，所產生的氣體為甲烷（37～39％）
與二氧化碳，且當 pH 值較接近中性的組別會較早恢復產氣，其總累積產 氣量也較高，如 pH=7.5 的組別，可累積產生甲烷氣 16.7ml（10.2 cal /g-CODin），高於 pH=5.0 組別的累積甲烷氣 14.5ml（9.0 cal/g-CODin）；
由於在 pH 接近中性情況下時有大量的甲烷氣生成，也有較佳的總產能約 10.8 cal/g-CODin。
因此推論，在前段醱酵產酸階段，在第二節的試驗中可發現，在 pH 值接近中性的情況下，經由觀察可看出有大量的氫氣被消耗，表示硝酸 鹽、硫酸鹽等還原菌強烈的作用下而耗氫；為避免此現象發生，本研究乃 將醱酵產氫反應槽操作在較低 pH 的情況下，以抑制硝酸鹽、硫酸鹽還原 菌等耗氫菌的生長，使有利醱酵產氫菌的生長，所以在反應起始的前 72 小時，在 pH 值較低的情況下，有較大的揮酸酸濃度約 1140 mg-HAc/L，表 示有較佳的水解產酸效果，有利於 WAS 的裂解，而後段甲烷化部分，則是 在 pH 值較接近中性的狀態下，有利於甲烷菌生長，有助於產生大量的甲烷。
0 酵產氫菌與甲烷菌之氣體組成分析（產氫期 0～72hrs）
試驗組別
pH=5.0 58.8 41.2 6.1 2.51 6.90
pH=5.5 59.4 40.6 5.2 2.11 5.80
pH=6.0 63.4 36.6 4.5 1.68 4.62
pH=6.5 60.8 39.2 4.7 1.84 5.07
pH=7.0 61.3 38.7 4.1 1.59 4.37
pH=7.5 64.4 35.6 3.3 1.12 3.23
pH=8.0 61.8 38.2 4.2 1.60 4.41
註：本試驗之各組 CH4含率均為 0％
註 a：未加入 WAS
表 4-10 在不同起始 pH 值下，福田水資源中心原始未處理 WAS 先後植入醱酵產氫菌與甲烷菌之氣體組成分析（甲烷期 4～
61.7 38.3 38.0 14.5 139.3 9.6 21.6
pH=5.5
61.3 38.7 38.7 14.9 143.5 9.9 22.0
pH=6.0
62.2 37.8 40.4 15.3 143.6 9.9 18.5
pH=6.5
60.9 39.1 41.4 16.2 152.3 10.5 19.6
pH=7.0
62.5 37.5 44.1 16.5 154.8 10.7 20.4
pH=7.5
62.3 37.8 44.3 16.7 157.1 10.8 19.8
pH=8.0
61.6 38.4 43.8 16.8 157.4 10.8 20.8
註：本試驗之各組 H2含率均為 0％
註 a：未加入 WAS
註 b：各試驗組為未處理之 WAS
表 4-11 在不同起始 pH 值下，福田水資源中心原始未處理 WAS 先後植入
430 572 432
對照組 pH=5.0註 a pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 936 329 184
80.3
7.0 7.02 6.89
430 522 476
對照組 pH=6.0註 a pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 936 407 269
71.2
5.0 5.37 6.24
5392 4013 4294
pH=5.0註 b
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 14150 12137 9647
44.3
5.5 5.74 6.15
5392 4296 4338
pH=5.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 14150 11143 9595
44.8
6.0 6.18 6.31
5392 4166 4253
pH=6.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 14150 12087 8136
59.2
6.5 6.22 6.44
5392 4041 3966
pH=6.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 14150 12258 8737
53.3
7.0 6.51 6.62
5392 4545 3983
pH=7.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 14150 11194 8834
52.3
7.5 6.32 6.69
5392 4383 3991
pH=7.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 14150 12044 8633
54.3
8.0 6.67 6.75
5392 4611 3268
pH=8.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 14150 12734 8891
51.8
註：未加入 WAS 註 a：未加入 WAS
註 b：各試驗組為未處理之 WAS
二、不同起始 pH 下福田水資源中心 WAS 植入甲烷菌之累積產能批次試驗 cal（7.39 cal/g-CODin）的能源，其次為起始 p H 值位於 6.0～7.5 之間，
約可產生 79.4～83.9 cal（6.67～6.99 cal/g-CODin）的能量，高於 pH=5.0、5.5 時可產生 4.6、5.2 ml-CH4，約為產生能量 42、47 cal（3.5、
3.9 cal/g-CODin），試驗結果與文獻中得到的甲烷菌最佳生長條件在於 pH 值為中性，且有最佳的產氣量結果一樣，顯示在 pH 值接近中性的狀態下，
未加入WAS pH=6.0 未加入WAS pH=7.0 原始WAS pH=5.0 原始WAS pH=5.5
原始WAS pH=6.0
原始WAS pH=6.5 原始WAS pH=7.0 原始WAS pH=7.5 原始WAS pH=8.0
圖 4-7 在不同起始 pH 值下，福田水資源中心 WAS 植入甲烷菌之累積產氣 圖（植種：甲烷菌）
表 4-12 在不同起始 pH 值下，福田水資源中心原始未處理 WAS 植入甲烷菌之氣體組成分析
61.2 38.8 16.1 6.24 56.8 4.73 11.2
pH=6.5
62.7 37.3 24.0 8.92 81.2 6.76 13.8
pH=7.0
61.2 38.8 22.5 8.73 79.4 6.62 19.4
pH=7.5
60.4 39.6 23.3 9.22 83.9 6.99 14.5
pH=8.0
59.2 40.8 23.9 9.75 88.7 7.39 17.4
註：本試驗之各組 H2含率均為 0％
註 a：未加入 WAS
註 b：各試驗組為未處理之 WAS
表 4-13 在不同起始 pH 值下，福田水資源中心原始未處理 WAS 植入甲烷菌
2702 2263 1830
對照組 pH=5.0註 a pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 4022 3329 2184
45.7
7.0 7.02 6.89
2702 1822 1740
對照組 pH=6.0註 a pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 4022 3300 2437
39.4
5.0 5.99 6.18
3745 3614 3719
pH=5.0註 b
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 12000 9747 6585
45.1
5.5 6.03 6.11
6745 3959 3886
pH=5.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 12000 9643 6388
46.7
6.0 6.17 6.29
6745 3941 3866
pH=6.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 12000 9958 6927
42.2
6.5 6.41 6.71
7745 3458 3983
pH=6.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 12000 9294 6134
48.8
7.0 6.63 6.92
6745 3983 3991
pH=7.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 12000 9028 7931
34.0
7.5 6.91 7.01
6745 3887 4018
pH=7.5
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 12000 9405 6238
48.0
8.0 6.89 7.11
3745 3941 3866
pH=8.0
pH 值變化 SS 變化（mg/L）
COD 變化（mg/L） 12000 9958 6927
42.3
註 a：未加入 WAS
註 b：各試驗組為未處理之 WAS