第四章 結果與討論
第十節 反應動力學之探討與模擬
本研究在開放系統中以前段連續進流接續後段分批進流反應槽進行 試驗，除了各類菌類對反應之影響外，廢水組成成分及反應槽中廢水流況 皆對厭氧消化反應造成影響。而上述因素會使整個模式複雜化及影響其準 確度，因此文獻上對於厭氧消化的動力模式的建立都予以簡化。在過去的 文獻中常使用的厭氧動力學模擬的生物反應動力學有 Monod equation、
Haldance equation 等，均可用於厭氧產氫反應動力學之研究。
一、Monod equation
表 4-38 及 4-39 為在不同有機負荷下，以黎明廢水廠 WAS 為基質的試 程，以 Monod equation 對二相式反應槽的基質利用率計算值。此表是在 不同有機負荷下及水力停留時間試程中，將不同操作試程進出流水 COD 濃 度（Ci、Ce）、去除係數 R 與 Ce/R 整理而成。其中
Ci:基質進流濃度（mg/L）
Ce:基質出流濃度（mg/L）
Ks:半反應速率常數（mg/L）
P:體積負荷，每天反應槽單位體積之基質的最大去除量（g-基質去除 /m3‧day）
R: 去 除 係 數 ， 每 天 反 應 槽 單 位 體 積 之 基 質 去 除 量 （ g- 基 質 去 除 /m3‧day）
V e C i C
R Q
表 4-38 二相式反應槽之前段醱酵產氫反應槽不同有機負荷，以 Monod equation 模擬之基質利用率計算值
試程 參數
HRT（hrs） 有機負荷（g-COD/
L．day）
Ci Ce R Ce/R 12 40 20027 19731 3946 5.00 16 30 20010 19538 4720 4.13 24 20 20010 19114 5973 3.20 表 4-39 二相式反應槽之後段甲烷化反應槽不同有機負荷，以 Monod
equation 模擬之基質利用率計算值
參數 HRT
1st 2nd
Ci Ce R Ce/R
16days 19070 9480 3996 2.59 12days 18937 12270 3789 3.32 12hrs
8days 18831 14763 3390 3.79 16days 19302 10558 3628 2.91 12days 19268 12680 3643 3.48 16hrs
8days 19204 15267 3915 3.9 16days 19639 10680 3456 3.09 12days 19530 12890 3683 3.5 24hrs
8days 19639 15809 3568 4.43
y = 0.0003x + 0.2047
0 5000 10000 15000 20000
Ce（mg-COD/L）
0 5000 10000 15000 20000
Ce（mg-COD/L）
0 5000 10000 15000 20000
Ce（mg-COD/L）
Ce/R
圖 4-29 二相式反應槽之前段 HRT=12hrs 串聯後段 HRT=8、12、16 天之反 應動力學回歸直線
將二相式反應槽前、後段在不同水力停留時間下所得的結果 Ce、R、
Ce/R 帶入 Hanes equation，可視為二元一次直線方程式（Y=aX+b），其 Y=Ce/R、X=Ce、a=1/P、b=Ks/P，可求得 P 與 Ks。
由上述方法可得到各反應槽之 Monod equation 回歸式與回歸直線如 圖 4-27～29 所示；各反應試程的 Monod equation 反應動力學參數整理於 表 4-40。
表 4-40 以 Monod equation 回歸求得二相式反應槽之動力參數 反應槽 Ks（mg/L） P（mg/L‧d） R2 前段 24hrs 串接
後段甲烷化反應
682 3333 0.980
前段 16hrs 串接 後段甲烷化反應
3621 5000 0.978
前段 12hrs 串接 後段甲烷化反應
2302 5000 0.991
由以上可以瞭解，當前段反應槽有機負荷為 30、40 g-COD/ L．day 之 試程有較高的模擬 P 值達 5000，高於前段有機負荷 20 g-COD/ L．day 之 模擬 P 值（3333），顯示有較高的總基質利用率，可獲得較大的 biomass 產生率；就 Ks（親和係數）值比較可發現，前段反應槽水力停留時間 24 小時試程之 Ks 值（682）遠小於前段反應槽水力停留時間 12 小時之試程，
Ks 值（3621）最大之試程為前段水力停留時間 16 小時之試程，Ks 越大顯 示反應易落於一階反應，則愈容易受到殘存反應基質的影響，顯示出前段 反應槽水力停留時間 16 小時，所串聯後段甲烷化反應槽之試程，較容易 受殘存反應基質影響。