第四章 結果與討論
第九節 共培養 ASBR 不同水解菌/醱酵產氫菌之菌種配比試驗
本節將利用批次所得最佳操控條件：(1)水解菌為 Bacillus subtilis(A)，(2)基質 COD 濃度為 20,000 mg/L，以共培養 ASBR 反應槽來進行不同水解菌/醱酵產氫菌 配比(1/4、1/3、1/5)之共培養厭氧產氫效率之比較試驗。
由圖4-11、4-12 及表 4-37 可看出，當總循序時間為 12hr 時；不同水解菌/
醱酵產氫菌配比為1/4，有較佳的每克進流 COD 及單位體積產氫率，分別為 1.81 mmole- H2 / g- CODin及 14.9mmole -H2 /L．day；其次為配比 1/3，每克進流 COD 及單位體積產氫率分別為1.59 mmole- H2 / g- CODin及12.3 mmole-H2 /L．day；最 差為配比為1/5，每克進流 COD 及單位體積產氫率分別為 1.31 mmole- H2 / g- CODin及10.4 mmole-H2 /L．day。
圖4-11不同水解菌/醱酵產氫菌配比之ASBR的每天單位體積產氫量比較圖
圖4-12 以稻殼為基質，COD濃度為20,000mg/L，不同水解菌/醱酵產氫菌配比之 ASBR的每克COD產氫率
表4-37 不同水解菌/醱酵產氫菌配比下，ASBR之產氣組成及累積產氫量 2135mg/L；最少為配比 1/5，揮發酸濃度的增加量為 1770mg/L。
由上述試驗可知，基質經由反應槽水解酸化所產生的溶解性COD 很快的被 反應槽內醱酵產氫菌所分解利用，因此揮發酸就會被快速分解；若水解菌比例高 時，水解菌會和醱酵產氫菌生長競爭，反而抑制醱酵產氫反應之進行，因而產氫 量減少；但當水解菌太少時，會因水解菌量太少，而不足以分解基質，所以在(水 解菌/醱酵產氫菌配比為 1/4)組，有最大揮發酸增加量。
表4-38 不同水解菌/醱酵產氫菌配比下，ASBR之COD及溶解性COD濃度變化率 水解菌/醱酵
產氫菌配比
ASBR 1/5 進流總 COD 濃度 19800
出流總 COD 濃度 16950 總COD 去除率(%) 14.4 進流溶解性COD 濃度 14500 出流溶解性COD 濃度 12400 溶解性COD 去除率(%) 14.5 1/4 進流總 COD 濃度 20700
出流總 COD 濃度 17000 總COD 去除率(%) 17.9 進流溶解性COD 濃度 14500 出流溶解性COD 濃度 11350 溶解性COD 去除率(%) 21.7 1/3 進流總 COD 濃度 19300
出流總 COD 濃度 16150 總COD 去除率(%) 16.3 進流溶解性COD 濃度 15340 出流溶解性COD 濃度 12300 溶解性COD 去除率(%) 19.8
表4-39 不同水解菌/醱酵產氫菌配比下，ASBR之鹼度與揮發酸濃度變化率
第十節 分離培養 SBR 串聯 CSTR 不同基質 COD 濃度之
12+36hr，進流基質為 30000 mg/L 時，有最佳的單位體積產氫率，為 24.7 mmole-H2/L．day；其次為進流基質 20000 mg/L，產氫率為 22.2 mmole-H2 /L．day；最差 為進流基質10000 mg/L，產氫率為 18.2mmole-H2 /L．day。
(二) 不同基質 COD 濃度產氫試驗水質變化 1.COD 濃度變化
由表4-42 可知，當進流基質 COD 濃度為 10000 mg/L 時，分別有最好的 COD 及其溶解性COD 去除率，前段 SBR 水解反應槽分別為 16.2 及 16.9%；後段 CSTR 醱酵產氫反應槽之COD 及其溶解性 COD 去除率分別為 29.5 及 28.1%。其次為進 流基質COD 濃度為 20000 mg/L 時，COD 去除效率及溶解性 COD 去除率，前段 SBR 水解反應槽分別為 13.4 及 12.9%；後段 CSTR 醱酵產氫反應槽之 COD 及其 溶解性COD 去除率分別為 23.3 及 24.3%。最差為進流基質 COD 濃度為 30000 mg/L 時，COD 去除效率及溶解性 COD 去除率，前段 SBR 水解反應槽分別為 10.9 及9.80%；後段 CSTR 醱酵產氫反應槽出流水分別為 20.0 及 19.3%。。
由上述結果可看出，分離式反應槽SBR 串聯 CSTR 之進流基質經過前段水 解SBR 反應槽其 COD 去除率有限，但其前段 SBR 水解後的產物更容易被後段 CSTR 醱酵產氫反應槽內醱酵產氫菌所利用，而有較多的 COD 去除率。
2.鹼度
由表4-43 鹼度變化量情形可以看出，當進流基質 COD 濃度為 30000 mg/L 時，有最多的鹼度消耗量，前段SBR 水解反應槽鹼度減少量為 13.9%；後段 CSTR 醱酵產氫反應槽鹼度減少量為23.1%。鹼度消耗量最少為進流基質 COD 濃度 10000 mg/L 時，前段 SBR 水解反應槽鹼度減少量為 10.6%；後段 CSTR 醱酵產 氫反應槽鹼度減少量為16.9 %。而在總鹼度減少量分別為 33.8 及 25.8%。
由上述可知，各組不同進流基質濃度均以後段CSTR 鹼度減少量較多，而前段 SBR 水解反應槽基質被水解後，而在後段CSTR 醱酵產氫反應槽有大量的鹼度消耗的 情形，其鹼度消耗量隨著進流基質COD 濃度增加而增加。
表4-42 不同基質COD濃度厭氧產氫試驗之分離式SBR串聯CSTR其進出流水COD濃 度、溶解性COD濃度及其去除率
3.揮發酸
由表4-43 揮發酸濃度變化情形可明顯看出，當進流基質 COD 濃度為 30000 mg/L 時，有最多的揮發酸增加量，前段 SBR 水解反應槽揮發酸增加量為
100mg/L；後段 CSTR 醱酵產氫反應槽揮發酸增加量為 2770 mg/L。揮發酸增加量 最少為進流基質COD 濃度 10000 mg/L 時，前段 SBR 水解反應槽揮發酸增加量
槽水解酸化菌水解酸化產生揮發酸就越多，其揮發酸濃度增加量越多，其總產氫 量就越好；但若以每克進流COD 產氫率，則是以低濃度 10000 mg/L 有較佳的產 氫效率，結果顯示，在低濃度時雖然可利用的基質較少，但是基質皆可被充分利 用產氫，所以雖然其揮發酸增加量較少，但有較好的每克進流COD 產氫效率。
4.總固體物、懸浮固體物
由表4-44 可看出，當進流基質 COD 濃度為 10000 mg/L 時，有最多的總固體 物及懸浮固體物之減少量，前段SBR 水解反應槽總固體物及懸浮固體物減少量，
分別為23.7 及 22.5%；後段 CSTR 醱酵產氫反應槽總固體物及懸浮固體物減少 量，分別為16.7 及 15.0%。減少量最少為進流基質 COD 濃度 30000 mg/L 時，前 段SBR 水解反應槽總固體物及懸浮固體物之減少量，分別為 18.5 及 17.6%；後 段CSTR 醱酵產氫反應槽總固體物及懸浮固體物之減少量，分別為 10.3 及
10.3%。而在總固體物及懸浮固體物減少量，分別為 36.4、34.1%及 26.9、26.1%。
由上述可知，因為稻殼為固形物，不論基質濃度高低，前段SBR 水解反應槽及 後段CSTR 醱酵產氫反應槽均有較多的總固體物及懸浮固體物減少量，且基質經 由水解菌前段SBR 反應槽水解後，很快的被後段 CSTR 醱酵產氫菌所分解利用 酸化產生揮發酸，而有效的被醱酵產氫微生物分解利用，所以前段SBR 水解反 應槽其出流水總固體物及懸浮固體物減少量均要比後段CSTR 醱酵產氫反應槽出 流水的總固體物及懸浮固體物減少量來的較多。
表4-43 不同基質COD濃度厭氧產氫試驗之分離式SBR串聯CSTR其進出流水鹼度與 30000 進流濃度 22700 15300 18500 12600 22700 15300
出流濃度 18500 12600 16600 11300 16600 11300 變化量(%) 18.5 17.6 10.3 10.3 26.9 26.1
第十一節 恆定 pH 值之稻殼產氫試驗(模擬批次試驗)
因為在先前批次試驗反應中，其pH 都是隨著反應天數下降，所以本節將利 用批次試驗之最好操作條件，模擬批次試驗，控制pH 恆定為 7.0、6.5、6.0、5.5、
5.0 共五組，探討在恆定 pH 時是否會有更佳之產氫效率。
一、不同恆定pH 產氫效率之影響
由圖4-13 及表 4-45 發現，當恆定 pH 控制在 5.0 時，可以得到最佳的產氫 率，為2.60 mmole H2/g-CODin，其次為恆定pH 5.5，產氫率為 0.895 mmole H2/g-CODin；再其次為pH 7.0，產氫率為 0.76 mmole H2/g-CODin。而當控制在 pH 6.5 時，其產氫率為 0.53 mmole H2/g-CODin最少。
綜合上述研究結果，我們可以得知稻殼在不同恆定pH 試驗中以恆定 pH 5.0 有最佳的產氫效率為2.60 mmole H2/g-CODin，因為 Bacillus subtilis (A)其最適合生 長的pH 為中性 pH 7.0 左右，雖然控制 pH 在 7.0 可以有效的水解稻殼固形物，
但是pH 7.0 離醱酵產氫菌最適合的 pH 5.0-5.5 有一段距離，所以產氫量有限，而 在恆定pH 5.0 時，雖然 Bacillus subtilis (A)在此 pH 水解效果有限，但由先前試驗 可得知醱酵產氫菌在pH 4.8-5.5 也具有水解效果，所以在 pH 5.0 時有較好的產氫 效率。
再與先前批次試驗稻殼最佳產氫起始 pH 值試驗比較，在 pH 為 5.25 時，有 最佳產氫率為 1.01 mmole H2/g-CODin。其次為 pH 5.0，其產氫率為 0.87mmole H2/g-CODin。由比較結果可發現，因本研究室所馴養之醱酵產氫菌，最佳產氫 pH 範圍為 pH 5.0-5.5，恆定 pH 值在 5.0 時，其停留在最佳產氫範圍久，加上其為 攪拌式反應槽，反應速率快，因而產氫效率較批次試驗來的佳；而批次試驗在 pH 5.25 時，雖有最佳產氫效率，但其 pH 隨著反應天數下降，反應後期 pH 便落到 pH 5.0 之下，脫離最佳產氫範圍，故其產氫效率較差，所以若能有效恆定 pH 值 是可以提升其產氫效率。
圖 4-13 以稻殼基質 COD 濃度為 20000mg/L 下，不同恆定 pH 之累積產氫量 5.0有增加6.58％的溶解性COD，其產氫率最佳，為2.60mmole H2/g-CODin，其次pH 5.5，有增加6.21％溶解性COD，其產氫效率為1.27mmole H2/g-CODin；而溶解性COD
增加率最多的pH 7.0，增加率為9.16%，但其產氫率只有0.76mmole H2/g-CODin， 因為恆定pH在7.0時，是水解菌最佳的水解pH值，所以其溶解性COD增加量最多，
但離醱酵產氫菌的產氫範圍pH 5.0-5.5有段距離，其產生的溶解性COD無法有效 的給醱酵產氫菌直接利用產氫氫氣，而pH 5.0-5.5雖然溶解性COD的增加率不如 pH 7.0來的好，但其溶解性COD可馬上被醱酵產氫菌用以產氫，所以其產氫量較 佳。在總COD的去除率方面，各組去除率約介於15.6-26.7％之間。
由表 4-47 揮發酸變化情形，試驗初期到中期產酸量較多，以 pH 5.0，揮發 酸增加量達 800 mg/L 為最多其，其次為 pH 5.5 的揮發酸增加量濃度達 720 mg/L。
而鹼度在試驗初期介於 650-810 mg-CaCO3/L 到產氫反應結束後期介於 340-580 mg-CaCO3/L，隨產氫反應到後期鹼度逐漸減少，減少量介於 150-400 mg-CaCO3/L。
由表 4-48 可看出，稻殼不同恆定 pH 值產氫試驗中的初期總固體物介於 13800-15000 mg/L，試驗結束後的總固體物介於 9850-11630 mg/L，各組經產氫 反應後總固體物都是減少的。因為稻殼為固體狀，溶於水中所以差異較大，懸浮 固體初期介於 8400-9700 mg/L，反應過後的懸浮固體介於 5700-6800 mg/L，
總固體及懸浮固體都在產氫試驗後減少。
綜合上述研究結果得知 pH 恆定在 5.0 或 5.5 的產氫量都明顯的比起他各組 來的好，而由於 pH 5.0-5.5 是有利產氫菌生長的，加上醱酵產氫菌在 pH 4.8-5.5 也具有水解效果，所以有較好的產氫量，另外本試驗的水解菌種最佳 pH 值適合 在 7.0，所以可能因為 pH 值控制在 7.0 是有效加強水解菌進行水解作用，被水解 的產氫基質一多，就有利於產氫反應，所以產氫量比起始 pH 6.0 及 6.5 來得好，
但是效果還是比起始 pH 5.0 及 5.5 差。
表4-46 不同恆定pH產氫試驗的COD、溶解性COD之水質變化情形
表4-48 不同恆定pH之批次產氫試驗的總固體物、懸浮固體之水質變化情形 (g-COD/day) (g-biomass/day) (g-COD/g-biomass) 5. 每日增殖污泥之COD轉換量= 每日污泥增殖量×污泥轉換因子
表4-48 不同恆定pH之批次產氫試驗的總固體物、懸浮固體之水質變化情形 (g-COD/day) (g-biomass/day) (g-COD/g-biomass) 5. 每日增殖污泥之COD轉換量= 每日污泥增殖量×污泥轉換因子