固定污泥濃度變化米糠濃度及固定米糠濃度變化污泥濃度對批次產

由試驗三批次試驗(不同基質 COD 濃度及不同污泥/米糠配比)之結果得 知，複合基質總產能比單一基質佳，且複合基質總能量的來源主要以甲烷氣體 為主，氫氣的能源只佔少部分。而複合基質中米糠成分的多寡或污泥成分的多 寡也會對總產能有影響；當米糠成分太多，pH 值會下降太快，對污泥中甲烷菌 的活性有抑制，使甲烷化反應受影響；而米糠成分太少，在複合基質中可供利 用的基質減少，且相對甲烷菌含量較高，基質無法有效利用，也較無法達到最 佳的產能。且將試驗三之結果以每克基質 COD 之產能等高線圖(圖 4-7)的方式 呈現，亦可看出，當複合基質總COD 濃度高達 40,000 mg/L 時，受到本身滲透 壓的影響，使得複合基質的產甲烷的情況相對降低，總產能也降低。

由圖 4-8 每克基質 COD 之產能等高線圖得知，當污泥 COD 濃度操作在 6,000 mg/L、而米糠 COD 濃度操作在 24,000 mg/L 時，複合基質能獲得最佳的 產能，其每克基質 COD 之產能為 1,546 cal/g-COD。另外，由試驗三的結果得 知，各組不同基質總 COD 濃度在 10,000、20,000 及 30,000 mg/L 時之產能分別 以＃5 污泥/米糠為 1/4 時有最佳的產能量，分別為 912、897 及 1,546 cal/g-COD；

但當基質總COD 濃度為 40,000 mg/L 時，則以＃4 污泥/米糠為 2/3 時有最佳的 產能為899 cal/g-COD，均是以米糠含量大於污泥含量之配比時，其產能較佳。

而又由圖4-8 每克基質 COD 之產能等高線圖推估，當污泥濃度介於 6,000-8,000 mg/L 且米糠濃度為 24,000 mg/L 時，有最佳產能的高峰值。

有鑑於此，為了確認試驗三之產能等高線結果，將進行本［試驗四］：(1) 固定污泥濃度，變化米糠濃度，以求出最佳米糠濃度的操作範圍；而又為了求 得最佳污泥植入量，將進行(2)固定米糠濃度，變化污泥濃度之試驗，以便進行 交叉驗證。其操作條件如下：

試驗4-1：固定污泥濃度於 6,000 mg/L，變化米糠濃度 12,000、18,000、24,000、

32,000、40,000 mg/L。

試驗4-2：固定污泥濃度於 8,000 mg/L，變化米糠濃度 12,000、18,000、24,000、

32,000、40,000 mg/L。

試驗4-3：固定米糠濃度於 24,000 mg/L，變化污泥濃度 4,000、6,000、8,000、

12,000、16,000 mg/L。

試驗4-4：固定米糠濃度於 32,000 mg/L，變化污泥濃度 4,000、6,000、8,000、

12,000、16,000 mg/L。

一、產氫反應

(一) 固定污泥濃度部分(試驗 4-1 及試驗 4-2)

從圖4-10（固定污泥濃度變化米糠濃度之 H2及CH4累積產量圖）及表4-13

（固定污泥濃度變化米糠濃度之累積氣體組成及產能表）可看出，在試驗 4-1(固 定污泥濃度為6,000 mg/L)部分，＃5 變化米糠濃度為 40,000 mg/L 時有最佳產 氫量為 1.23 mmole，其次為＃4 變化米糠濃度為 32,000 mg/L，其氫氣產量為 0.906 mmole，再其次為＃3 變化米糠濃度為 30,000 mg/L，其氫氣產量為 0.732 mmole，而以＃1 變化米糠濃度為 12,000 mg/L 時氫氣產量最差為 0.526 mmole。

由試驗4-2(固定污泥濃度為 8,000 mg/L)部分可看出，當＃5 變化米糠濃度 為 40,000 mg/L 時有最佳產氫量為 1.16 mmole，其次為＃4 變化米糠濃度為 32,000 mg/L，產氫量為 0.720 mmole，再其次為＃3 變化米糠濃度為 30,000 mg/，

產氫量為0.554 mmole，而以＃1 變化米糠濃度為 12,000 mg/L 時氫氣產量最差 為0.467 mmole。

綜合上述試驗4-1(固定污泥濃度為 6,000 mg/L)及試驗 4-2(固定污泥濃度為 8,000 mg/L)部分，不論污泥濃度固定於 6,000 mg/L 或 8,000 mg/L 時，兩試驗間 之產氫趨勢大致相同，均有隨著米糠濃度增加而產氫量增加的趨勢(＃5＞＃4＞

＃3＞＃2＞＃1)，再次確認米糠的確為有利於產氫的基質；但在變化米糠濃度 之各組(＃1、＃2、＃3、＃4、＃5)中，其產氫量皆以試驗 4-1 固定污泥濃度為 6,000 mg/L 之各組高於試驗 4-2 固定污泥濃度為 8,000 mg/L 之各組。

這顯示：污泥在複合基質中之角色為提供菌種之來源，且以濃度為 6,000 mg/L 時搭配米糠濃度會得到最佳的氫氣產量，有隨著米糠濃度增加而產氫量增 加的趨勢。

(二) 固定米糠濃度部分(試驗 4-3 及試驗 4-4)

從圖4-11（固定米糠濃度變化污泥濃度之 H2及CH4累積產量圖）及表4-14

（固定米糠濃度變化污泥濃度之累積氣體組成及產能表）中可看出，在試驗 4-3(固定米糠濃度為 24,000 mg/L)部分，因米糠濃度固定，因此氫氣產量則會以 污泥植入量而有差異，但無一定的規則變化，其中以＃2(變化污泥濃度為 6,000 mg/L)時氫氣產量為最好，有 0.704 mmole，其次為＃3(變化污泥濃度為 8,000 mg/L)時氫氣產量為第二，有 0.609 mmole，再其次為＃4(變化污泥濃度為 12,000 mg/L)之產氫量為 0.566 mmole；而以＃1(變化污泥濃度為 4,000 mg/L)時氫氣產 量為最差，有0.479 mmole。

由試驗 4-4(固定米糠濃度為 32,000 mg/L)部分可看出，因米糠濃度固定，

氫氣產量之趨勢也與試驗 4-3(固定米糠濃度為 24,000 mg/L)相似，氫氣產量以

＃2＞＃3＞＃4＞＃5＞＃1，其中＃2(變化污泥濃度為 6,000 mg/L)時氫氣產量為 最好，有0.910 mmole，其次以＃3(變化污泥濃度為 8,000 mg/L)時氫氣產量為第 二，有0.811 mmole，再其次＃4(變化污泥濃度為 12,000 mg/L)之產氫量為 0.740 mmole；而以＃1(變化污泥濃度為 4,000 mg/L)時氫氣產量為最差，有 0.633 mmole。

綜合試驗 4-3(固定米糠濃度為 24,000 mg/L)及試驗 4-4(固定米糠濃度為 32,000 mg/L)的結果得知，兩試驗間的產氫趨勢大致相同，當米糠濃度固定時，

mg/L)＞＃3(變化污泥濃度為 8,000 mg/L)＞＃4(變化污泥濃度為 12,000 mg/L)＞

＃5(變化污泥濃度為 16,000 mg/L)＞＃1(變化污泥濃度為 4,000 mg/L)，且以試 驗 4-4(固定米糠濃度為 32,000 mg/L)各組間之產氫量大於試驗 4-3(固定米糠濃 度為24,000 mg/L)中各組之產氫量；由此可知，當固定米糠濃度為 32,000 mg/L，

變化污泥濃度為6,000 mg/L 時可得最佳之產氫量為 0.91 mmole。

而經由兩組固定污泥濃度試驗(試驗 4-1 及 4-2)及兩組固定米糠試驗(試驗 4-3 及 4-4)中可得知，當米糠濃度太高或太低時，米糠基質對氫氣產量的確會造 成影響，當污泥濃度為 4,000 mg/L 時，對複合基質整體來說之污泥植入量不足，

不論搭配米糠濃度為何，其產氫量均是為各組(＃1、＃2、＃3、＃4、＃5)間最 低的；當污泥濃度為6,000 mg/L 以上時，污泥植入量較為足夠，可得到較佳之 產氫狀況，但也會因污泥濃度繼續增加，而複合基質中緩衝效果也增加，造成 產氫量有逐漸降低的趨勢。

污泥中雖然含有 Clostridium 醱酵產氫菌，當污泥濃度為 6,000 mg/L 時，

Clostridium 在產氫方面達到分解米糠的最適量，然而因米糠濃度固定，因此當 污泥濃度再增加，並不會再使米糠的產氫量增加，反而因污泥中含有耗氫菌，

會隨著耗氫菌的增加，使得總產氫量降低。

二、甲烷反應

(一) 固定污泥濃度部分(試驗 4-1 及試驗 4-2)

從圖4-10（固定污泥濃度變化米糠濃度之 H2及CH4累積產量圖）及表4-13

（固定污泥濃度變化米糠濃度之累積氣體組成及產能表）可看出，在試驗 4-1(固 定污泥濃度為6,000 mg/L)部分，＃4 變化米糠濃度為 32,000 mg/L 時有最佳產 甲烷量為30.7 mmole，其次為＃3 變化米糠濃度為 24,000 mg/L，其甲烷產量為 20.5 mmole，再其次為＃2 變化米糠濃度為 18,000 mg/L，其甲烷產量為 9.54

mmole，而以＃5 變化米糠濃度為 40,000 mg/L 時之甲烷產量最差，為 2.53 mmole。

由試驗4-2(固定污泥濃度為 8,000 mg/L)部分可看出，當＃3 變化米糠濃度 為 24,000 mg/L 時有最佳產甲烷量為 18.9mmole，其次為＃2 變化米糠濃度為 18,000 mg/L，產甲烷量為 10.6mmole，再其次為＃4 變化米糠濃度為 32,000 mg/L，產甲烷量為 8.11 mmole，而以＃5 變化米糠濃度為 40,000 mg/L 時之甲烷 產量最差為2.85 mmole。

綜合上述試驗4-1(固定污泥濃度為 6,000 mg/L)及試驗 4-2(固定污泥濃度為 8,000 mg/L)部分，在固定污泥濃度為 6,000 mg/L 時，除＃5(變化米糠濃度為 40,000 mg/L)外，其餘各組之甲烷產量有隨著米糠濃度增加而增加的趨勢(＃4＞

＃3＞＃2＞＃1)，其中以＃4(變化米糠濃度為 40,000 mg/L)之甲烷產量為最多 (30.7 mmole)。由產氫現象得知，米糠的確為有利於產氫的基質，於試驗 4-1 部 分，＃5 因固定污泥濃度為 6,000 mg/L、變化米糠濃度高達 40,000 mg/L，導致 反應後期之甲烷化現象被阻礙，而無法有效利用基質來產能，使其甲烷氣體之 生成受到影響；在試驗 4-2 部分，＃3 則因固定污泥濃度為 8,000 mg/L 相對試 驗4-1 之固定污泥濃度為 6,000 mg/L 高，但由於污泥濃度高、緩衝大，因此在 米糠濃度為 24,000 mg/L 之複合基質下有較佳的產甲烷量，一旦米糠濃度超過 24,000 mg/L，則產甲烷量有降低的趨勢。

當污泥濃度固定時，甲烷產量會隨米糠濃度增加而有增加的趨勢，但當基 質總COD 濃度高達 40,000 mg/L 時，則不再有此現象發生。原因是：

(1)當米糠濃度太高，其經水解酸化的過程中所產生之揮發酸量也較大，一些 非游離性的揮發酸對甲烷菌活性造成抑制，導致後期甲烷化反應不良，使 甲烷產量降低。

(2)複合基質總 COD 濃度大於 40,000 mg/L(污泥＋米糠)時，其滲透壓也較大，

因此，在污泥濃度為6,000 mg/L 時、搭配米糠濃度為 32,000 mg/L 之複合 基質組合，可獲得最佳之甲烷產量。

(二) 固定米糠濃度部分(試驗 4-3 及試驗 4-4)

從圖4-11（固定米糠濃度變化污泥濃度之 H2及CH4累積產量圖）及表4-14

（固定米糠濃度變化污泥濃度之累積氣體組成及產能表）中可看出，在試驗 4-3(固定米糠濃度為 24,000 mg/L)部分，因米糠濃度固定，因此甲烷產量則會以 污泥植入量而有差異，其中以＃2(變化污泥濃度為 6,000 mg/L)時甲烷產量為最 好，有 19.9 mmole，其次為＃3(變化污泥濃度為 8,000 mg/L)時甲烷產量為第二，

有19.2 mmole，再其次為＃4(變化污泥濃度為 12,000 mg/L)，其甲烷產量為 17.6 mmole，而以＃1(變化污泥濃度為 4,000 mg/L)時甲烷產量為最差，有 10.2 mmole。

由試驗 4-4(固定米糠濃度為 32,000 mg/L)部分可看出，因米糠濃度固定，

甲烷產量之趨勢也與試驗 4-3(固定米糠濃度為 24,000 mg/L)相似，甲烷產量以

＃2＞＃3＞＃4＞＃5＞＃1，其中＃2(變化污泥濃度為 6,000 mg/L)時甲烷產量為 最好，有29.8 mmole，其次以＃3(變化污泥濃度為 8,000 mg/L)時甲烷產量為第 二，有9.34 mmole，再其次為＃4(變化污泥濃度為 12,000 mg/L)，其甲烷產量為 8.75 mmole，而以＃1(變化污泥濃度為 4,000 mg/L)時甲烷產量為最差，有 5.74 mmole。

綜合試驗 4-3(固定米糠濃度為 24,000 mg/L)及試驗 4-4(固定米糠濃度為 32,000 mg/L)的結果得知，兩試驗間在產甲烷方面的趨勢大致相同，各組之產甲 烷量均以＃2(變化污泥濃度為 6,000 mg/L)＞＃3(變化污泥濃度為 8,000 mg/L)＞

＃4(變化污泥濃度為 12,000 mg/L)＞＃5(變化污泥濃度為 16,000 mg/L)＞＃1(變 化污泥濃度為4,000 mg/L)；又除了＃2(變化污泥濃度為 6,000 mg/L)外，以試驗 4-3(固定米糠濃度為 24,000 mg/L)各組間之產甲烷量大於試驗 4-4(固定米糠濃度 為32,000 mg/L)中各組之產甲烷量。

由此可知，當固定米糠濃度為32,000 mg/L，變化污泥濃度為 6,000 mg/L 時

可得最佳之產甲烷量為29.8 mmole。

經由兩組固定污泥濃度變化米糠濃度試驗(試驗 4-1 及 4-2)及兩組固定米糠 濃度變化污泥濃度試驗(試驗 4-3 及 4-4)中可得知，當污泥濃度固定時，甲烷產 量會隨著米糠濃度增加而有增加的趨勢，但當米糠濃度高達 40,000 mg/L 時，

則不再有此現象。而當米糠濃度固定時，由於污泥基質為提供甲烷菌之主要基 質來源，且具有污泥量多、緩衝大的特性，當污泥濃度為 4,000 mg/L 時，對複 合基質整體來說之污泥植入量不足，不論搭配米糠濃度為何，其產甲烷量均是 為各組(＃1、＃2、＃3、＃4、＃5)間最低的；當污泥濃度高於 6,000 mg/L 時，

污泥植入量較為足夠，可得到較佳之甲烷產氣狀況，但也會因污泥濃度繼續增 加，而複合基質總COD 濃度也增加，當總 COD 濃度≧40,000 mg/L 時，其滲透 壓則會對甲烷化反應造成影響，使甲烷產量有逐漸降低的趨勢。

由此四組試驗(試驗 4-1、4-2：固定污泥濃度變化米糠濃度)以及(試驗 4-3、

4-4：固定米糠濃度變化污泥濃度)的交叉驗證，當污泥濃度為 6,000mg/L、而米 糠濃度為32,000 mg/L 時，可得到最佳的甲烷產量。

三、總產能部分

(一) 固定污泥濃度部分(試驗 4-1 及試驗 4-2)

由試驗4-1(固定污泥濃度為 6,000 mg/L)的結果得知，其中以＃4 變化米糠 濃度為32,000 mg/L 之產能情形為最佳，有 1,711 cal/g-COD，其次以＃3 變化米 糠濃度為24,000 mg/L 之產能為第二，有 1,478 cal/g-COD，再其次為＃2 變化米 糠濃度為18,000 mg/L，其產能為 845 cal/g-COD，而以＃5 變化米糠濃度為 40,000 mg/L 之產能為最差，有 137 cal/g-COD。

由試驗4-1(固定污泥濃度為 6,000 mg/L)的結果得知，其中以＃4 變化米糠 濃度為32,000 mg/L 之產能情形為最佳，有 1,711 cal/g-COD，其次以＃3 變化米 糠濃度為24,000 mg/L 之產能為第二，有 1,478 cal/g-COD，再其次為＃2 變化米 糠濃度為18,000 mg/L，其產能為 845 cal/g-COD，而以＃5 變化米糠濃度為 40,000 mg/L 之產能為最差，有 137 cal/g-COD。