第四章 結果與討論 結果與討論 結果與討論 結果與討論
第一節 共培養 共培養 共培養 共培養及分離培養 及分離培養 及分離培養反應槽 及分離培養 反應槽 反應槽之比較試驗 反應槽 之比較試驗 之比較試驗 之比較試驗
第四章 第四章
第四章 結果與討論 結果與討論 結果與討論 結果與討論
本研究主要是以厭氧反應槽(Anaerobic Sequencing Batch Reactor，ASBR)及好 氧反應槽( Sequencing Batch Reactor，SBR)來進行各種試驗，並依照黃倩毓(2008) 油菜籽粕之批次厭氧產氫試驗的最佳操作條件結果，包括 : 最好菌液比Bacillus (A)/醱酵產氫配比為1/4、最佳產氫起始 pH 值為5.0、最好水解菌為Bacillus (A)、
最好產氫基質為油菜籽粕作為基質，並搭配本實驗室從黎明污水處理廠終沉池底 泥馴養出的醱酵產氫菌進行一系列的厭氧產氫連續流試驗，以求出在不同COD濃 度、不同pH、不同程序組合、不同菌種組成、菌液/基質配比下，最佳的厭氧產 氫操作條件。
本研究試程內容包括:(一) 共培養及分離培養之比較試驗；(二) 不同(A)SBR 組合系統及循環時間試驗；(三) 不同起始 pH 對共培養產氫效率之影響；（四）
不同起始 pH 對分離式產氫效率之影響；(五) 固定與未固定化產氫比較試驗；(六) 不同水解菌/醱酵產氫菌配比對產氫效率之影響試驗；(七) 不同基質 COD 濃度之 產氫效率比較試驗；(八) 反應動力學之探討及模擬。
第一節 第一節 第一節
第一節 共培養 共培養 共培養 共培養及分離培養 及分離培養 及分離培養反應槽 及分離培養 反應槽 反應槽之比較試驗 反應槽 之比較試驗 之比較試驗 之比較試驗
本試驗一是將探討「共培養ASBR反應槽」及「ASBR+CSTR分離培養」，何 種組合有最佳的產氫量。「共培養ASBR反應槽」主要是以批次最佳水解菌種為 Bacillus (A)，搭配本實驗室所馴養的醱酵產氫菌，混合菌的配比為1/4；而
「ASBR+CSTR分離培養」主要是以第一階段水解菌反應槽串聯第二階段醱酵產 氫菌反應槽，來進行厭氧產氫試驗。
從圖4-1及表4-1 結果顯示由於本研究者一開始對於整個ASBR系統不了解，
所以一開始在進流基質 pH控制在 6.25 ，在ASBR全試程時間(24hr)快反應結束 時，其出流水pH 已降到 4.80以下，由 pH 的變化情形可以得知，停止產H2是由 於 pH 降的太低( pH ＜4.80以下)所導致。因此推估，若ASBR全試程時間為24hr
時，一開始反應槽內 pH為 7.25，以使得整個產氫反應在整個循環試程結束前可 以進行完整的產氫反應，因此在整個循環試程24hr反應結束後，出流水 pH 維持 在 5.0 ~ 5.25，而獲得較高的產氫效能，所以反應一開始時將 pH 提高至7.25以 控制最後 pH 落在5.0~5.25，以求得最佳的產氫效果。
這由本研究團隊黃倩毓(2008)批次的試驗結果可了解最佳產氫起始 pH值為 5.0。因此本試驗除進流水基質COD濃度為20,000 mg/L，最佳混合菌液配比Bacillus (A)/醱酵產氫菌為1/4外，厭氧循序批次反應槽(ASBR)之試程時間為24hr。
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
0 5 10 15 20 25 30 35
試驗天數(days)
mmole-H2 / L．day 共培養ASBR反應
槽
分離式反應槽 (ASBR+CSTR)
圖4-1 共培養ASBR反應槽及分離式反應槽ASBR+CSTR之每天單位體積產氫量 比較圖
在反應槽達穩定狀況後產氫量取其平均值，以分離式反應槽ASBR+CSTR有 較佳產氫量，每天產氫量為90.8 mmole-H2 /day，每天單位體積反應槽的產氫率為 15.1 mmole-H2 /L．day，每克進流COD產氫率為4.57 mmole- H2 / g- CODin；而產 氫率較差為共培養ASBR反應槽，每天產氫量有37.3 mmole-H2 /day，每天單位體 積反應槽的產氫率為7.47 mmole-H2/L．day，每克進流COD產氫率為1.91 mmole-
表4-1 共培養ASBR反應槽及分離式反應槽ASBR+CSTR之產氣組成及累積產氫 表4-2 共培養ASBR反應槽及分離式反應槽ASBR+CSTR之進
出流水COD濃度、溶解性COD濃度及其去除率
性基質再由醱酵產氫菌繼續利用產氫；而油菜籽粕同為固態基質，且含有豐富的 油份、碳水化合物及少部分蛋白質，雖是利於產氫的營養源，但仍需設法先行水 解，再用於醱酵產氫，故分離式反應槽ASBR+CSTR產氫率比共培養ASBR反應槽 為佳。
(二)水質分析 1.COD濃度變化
表4-2 為共培養ASBR反應槽及分離式反應槽ASBR+CSTR組合之進出流水 COD濃度變化與COD去除率之平均值，由表可看出COD去除率，在分離式反應槽 ASBR +CSTR，前段ASBR水解反應槽分別有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%；而總COD及其溶解性COD去除率分別為14.4及20.2%。而在共培養 ASBR反應槽反的COD及其溶解性COD去除率分別為10.3及11.9%。
由此可知，進流基質菜籽粕經過前段ASBR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。
2.鹼度
由表4-3 鹼度變化情形可看出，在分離式反應槽ASBR +CSTR，前段ASBR 水解反應槽的鹼度減少量為3.41%；後段CSTR醱酵產氫反應槽鹼度減少量為5.41
%，而在總鹼度減少量為8.64%。而共培養ASBR反應槽鹼度減少量有7.3%。
由上述可知，在分離式反應槽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ASBR反應槽水解所產生的溶解性COD被後段CSTR醱酵產氫菌反應槽所利用
表4-3 共培養ASBR反應槽及分離式反應槽ASBR+CSTR各試驗進出流水之鹼度
由上述試驗結果，基質經由分離式反應槽ASBR+CSTR前段ASBR反應槽水解 後所產生的溶解性COD很快的被後段CSTR反應槽內醱酵產氫菌所分解利用，而 產生大量的揮發酸。而共培養ASBR反應槽主要水解菌與醱酵產氫菌在共培養狀 態之下，彼此可能互相競爭干擾的現象使其產氫率較低，所以揮發酸增加量較差。
4.總固體物、懸浮固體物
由表 4-4 可看出，分離式反應槽 ASBR +CSTR，前段 ASBR 水解反應槽的總 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 %，而在總固體物及懸浮固體物減少量 分別為 24.4 及 22.9%。而共培養 ASBR 反應槽，總固體物及懸浮固體物減少量，
分別為 20.2 及 17.9%。
由上述可知，因為油菜籽粕為固形物，所以在前段 ASBR 水解反應槽反應中 達到中性 pH7.0 以利水解油菜籽粕固形物，所以在分離式反應槽前段 ASBR 水解 反應槽總固體物及懸浮固體物減少量比後段 CSTR 醱酵產氫反應槽來的較少。且 水解過後的細小分子更容易被後段 CSTR 醱酵產氫菌所分解利用產生揮發酸，而 有效的被醱酵產氫微生物分解利用。而分離式反應槽 ASBR+CSTR 反應槽之總固 體物及懸浮固體物比共培養 ASBR 反應槽去除率來得大。