固定流速及基質濃度之不同染料固定化最大處理容量實驗. 76

Reactive Blue 171 (mg L-1)

0

Reactive Rad 198 (mg L-1)

0 1000 2000 3000

Reactive Yellow 84 (mg L-1)

0

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Reactive Black 5 (mg L-1)

0 1000 2000 3000

Time (hr)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

OD600nm

表 4.6 各染料於固定流速及基質濃度之固定化最大極限操作濃度及處理容 量

Isoclines of ICSs CD=(25/6)×(t-β) a(MAICa) b(MAICb)

Staircase input β=384.0 h Output response(I) β=390.3 h

Reactive Yellow 84 β=829.0~835.5 h 873.9(1828.1) 1243.9(1855.2)

Reactive Blue 171 β=1023.0~1065.0 h 873.9(2636.4) 1473.9(2811.4) Reactive Green 19 β=1055.0~1074.5 h 1173.9(2769.8) 1573.9(2851.0)

Reactive Red 198 β=1134.5~1189.5 h 1923.9(3101.0) 2373.9(3330.2) Flow rate:

60 ml hr^-1

Reactive Black 5 β=1216 h 2223.9(3440.6) - 單位：mg L^-1

如圖 4.11 及(表 4.6)所示，各染料之最大極限起始濃度(單位：mg L^-1) 依 序 為 RB5(3440.6) ＞ RR198(3101.0-3330.2) ＞ RG19(2769.8-2851.0)≈

RB171(2636.4-2811.4)＞RY84(1828.1-1855.2)；處理容量為 RB5(2223.9)＞

RR198(1923.9-2373.9) ＞ RG19(1173.9-1573.9)≈RB171 (873.9-1473.9) ＞ RY84(873.9-1243.9)，若考慮分子量大小，將各染料濃度以莫爾濃度表示之 結果為：最大極限起始濃度(單位:μM)：RB5(3469.0)≈RR198(3150.8-3383.6)

＞RG19(1952.1-2009.3)＞RB171 (1858.1-1981.4)＞RY84(1122.8- 1139.4)；處

理容量: RB5(2242.2)≈ RR198(1954.8-2412.0)＞RG19(827.3-1109.2)≈RB171 (615.9-1038.8)＞RY84(536.7-764.0)，無論是考慮濃度或莫爾濃度兩者之處 理容量差異及順序皆與先前研究之懸浮式系統之最大比脫色速率排序 (RR198＞RB5＞RB171>RY84＞RG19) 略有不同，這可能是固定化系統中 比起偶氮鍵破壞，吸脫附作用之質傳阻抑可能是速率決定步驟，其中電子 攻擊轉移之影響與在懸浮式脫色系統之影響顯然在速率決定機制上可能有 所不同。且固定化系統中菌體年齡較為老化，亦會造成脫色能力之差異，

但總體而言趨勢上相類似，皆為萘酚類之脫色效果優於非萘酚類，而由圖 4.11 中可知脫色越佳者，其出流菌體濃度較穩定(如 RR198, RB5)，而 RB171 及RG19 之菌體濃度則呈現大幅震盪現象，顯示當染料之脫色效果越差者其 固定化菌體之穩定性越差，且脫色效果亦呈現上下震盪，並不若RR198, RB5 此類脫色較佳者穩定，而唯一之非萘酚類染料RY84 由染料適應期出流之菌 體濃度即呈現較平緩之情況，而進入階梯式進料期後出流之菌體濃度則隨 著染料濃度增加而較為增加，顯示菌體對染料之忍耐能力較低，且染料之 處理效果亦較差。基於上述所列可知在不同特性染料之 ICS 脫色作用下，

染料性質對脫色及生物固定化兩者之機制上有所不同是以須更深入有效評 估已達系統操作最佳化之結果。

4.2.5 結論

於不同濃度基質之刺激下，基質濃度越營養者(如 0.5X LB)其出口菌體濃 度亦相對高於其他基質濃度(0.1-0.3X LB)，而基質濃度與出口菌體濃度亦具 有成正比關係，基質濃度越高者其出口菌體濃度亦較高，且菌體受染料毒 性影響，致使實驗末期出口菌體濃度震盪，而引起出口染料濃度累積，導 致操作失敗。而各濃度基質刺激下所得之最大處理容量為(mg L^-1)：0.5X LB (1127-1227)≈ 0.3X LB(976.4 -1126)＞0.2X LB (676.4-856.4)＞0.1X LB

(236.4- 376.4)，於 0.5X LB 與 0.3X LB 基質刺激下，所得之處理容量相似，

因此可推論約在0.3X LB 之基質刺激下菌體可達到最大處理容量約為 976~1126 mg L^-1，其經濟可行性較高。而將本次實驗結果與過去研究所使 用之染料脫色菌株Pseudomonas luteola(Chen et al., 2007)相比較，可發現 A.

hydrophila 較 P. luteola 具更良好之染料脫色能力及更佳之毒性容忍能力，這 與先前之研究(Chen et al., 2009b)具相符合之結果。

由此 5 種染料之固定化處理之初步結果可得一結論為，理論上染料脫色 涉及氧化還原之化學反應，而染料之化學結構之官能基位置及種類將間接 決定其脫色之難易度，無論於懸浮式或固定化系統中幾乎皆具此平行趨勢 跡象，由本研究之結果而言，萘酚類染料之脫色效果優於非萘酚類染料，

萘 酚 類 之 最 大 極 限 濃 度 ( 單 位 ： mg L^-1) 為 ： RB5(3440.6) ＞ RR198(3101.0-3330.2) ＞ RG19(2769.8-2851.0)≈RB171 (2636.4-2811.4) ＞

RY84(1828.1-1855.2) ； 處 理 容 量 分 別 為 RB5(2373.9- 2573.9) ＞ RR198(1923.9-2373.9)＞RG19 (1173.9-1573.9) ≈ RB171 (873.9-1473.9) ＞ RY84 (873.9-1243.9)，無論是最大極限濃度或處理容量皆以萘酚類脫色效果 優於非萘酚類。且脫色效果具一趨勢，於懸浮式系統中易快速脫除之染料(萘 酚類之RB5, RR198)於固定化系統中其脫色容量高，且脫色曲線及出口菌體 濃度穩定，而懸浮式系統中脫色速率中等之染料(萘酚類之 RB171)於固定化 系統中其脫色容量較低，且脫色曲線較不穩定易上下震盪，出口菌體濃度 亦較不穩定。懸浮式系統中脫色速率較低之染料(非萘酚類之 RY84)於固定 化系統中其脫色容量最低，且脫色容量異常穩定，且出口菌體濃度無明顯 變動，這應為非萘酚類染料因化學結構上之不同而造成其脫色不易，因此 脫色曲線不若其他萘酚類染料易於脫色。

總體而言，越易脫色之染料於固定化系統中脫色容量高且系統穩定，

不易脫色之染料於固定化系統中脫色容量低但系統穩定，脫色效果中等之 染料於固定化系統之脫色容量不穩定且系統穩定度不佳，由此結果可推論 雖然固定化脫色系統之電子攻擊轉移影響雖與懸浮式脫色系統有所不同，

但染料之結構亦對固定化系統有相對之影響力。而於不同流速(不同水力滯 留時間)之實驗中可知本研究之管柱操作狀態具非穩態流動之情形，以空白 實驗校正其水力滯留時間，而校正值之吸附約等於脫附，無論何種流速下 其吸附及脫附所需之時間相似，因此系統雖存在非穩態流動之情況但校正

後之系統趨近於穩定流動，而校正後之流速實驗得一結論為，依各流速之 最 大 極 限 起 始 濃 度 排 序 為 45 ml hr^-1(1873.4-1973.4) ＞ 60 ml hr^-1(1544.8-1669.8)＞30 ml hr^-1(1340.4-1444.6)，而各處理容量為：45 ml hr^-1(1514.6-1696.6)＞60 ml hr^-1(1023.9-1283.9)＞ 30 ml hr^-1(920.4-1220.4)，

因此較佳之流速應為45~60 ml hr^-1之間。

4.3 以廢水刺激微生物產生生物可分解性高分子之可行性

PHB content (wt%)

0 10 20 30 40

Lauric acid (g/L)

CDW (g/L)

PHB concentration (g/L) PHB content (wt%)

PHB concentrati o n (g/L)

0.0