第四章 結果與討論
第八節 後段不同起始 pH 對後段產氫效率之影響
本詴驗以前段最佳水解pH 為基礎，將先前詴驗最佳結果列為控制條件，分 別前段SBR 的總循序時間為9 hr、後段CSTR 之HRT 時間為18 hr以及前段水解 SBR 之pH為7.0作為本節詴驗控制條件，並以後段醱酵產氫CSTR 反應槽不同進 流水之pH 為6.0、5.25、5.0、4.8共4 組，進行醱酵產氫詴驗比較。
在分離式反應槽系統中，後段CSTR 為醱酵產氫反應槽，醱酵產氫菌利用溶 解性COD 經由產酸反應而產氫，此時溶解性COD 在被利用過程中逐漸轉變為揮 發酸，同時會累積產生氫氣及揮發酸。而後段醱酵產氫CSTR 反應槽效果好壞，
除直接以產氫率的高低作判斷的依據，也可以利用溶解性COD 減少率及揮發酸 增加量作為衡量的依據。
(一) 後段 CSTR 不同起始 pH 之產氫量之比較
由表 4-23 可得知，後段 CSTR 醱酵產氫反應槽之產氫效率，當出流水 pH 為 5.25 組時（反應中 pH 下降約至 pH 5.05~ pH 5.1），有最佳的每克進流 COD 產 氫率、每天之氫氣產量及單位體積反應槽每天之產氫量，分別為 2.41 mmole H2/g-CODin、127.5 mmole-H2/day 及 21.3 mmole- H2 / L〄day々其次為後段 CSTR 不同起始 pH 6.0 組（反應中 pH 下降約至 pH 5.8~pH 5.6），產氫率分別為 2.24 mmole H2/g-CODin、120.4 mmole-H2/day 及 20.1mmole- H2 / L〄day々最差為後段 CSTR 不同起始 pH 4.8 組（反應中 pH 下降約至 pH 4.6~pH 4.4），產氫率分別為 1.84 mmole H2/g-CODin、101.0 mmole-H2/day 及 16.8 mmole-H2 / L〄 day。後段 CSTR 厭氧醱酵產氫在連續流詴驗反應中，以起始 pH 5.25 組有最佳產氫效果，
反應過程中 pH 下降約 0.1~0.2，與批次詴驗結果相同。而 pH 6.0 組的產氫率較
pH 5.0 組來得好，因在反應過程中 pH 值會下降，而 pH 5.0 組反應過程中 pH 值
表 4-24 後段不同起始 pH 對後段 CSTR 進流水 COD 濃度之影響
以丁酸、乙酸為主要代謝產物則產氫表現較佳，讓微生物的代謝路徑走向以 乙酸和丁酸為主要最終產物，因此本研究的醱酵產氫效率佳。。
上述詴驗結果顯示若前端 SBR 水解作用完整，當後段 CSTR 不同起始 pH 為 5.25 組時，因後段 CSTR 醱酵產氫最適 pH 為 5.0-5.5 範圍，因而有最 大的產氫率而產酸反應速率增加，耗酸耗鹼的速率更快，所以出流水之揮發 酸增加量有大幅度上升趨勢。而在後段 CSTR 不同起始進流較低的 pH 4.8 組之下，由於後段醱酵產氫最適合生長醱酵產氫之 pH 過於偏酸，其導致其 揮發酸的濃度略顯的較低。
表 4-25 後段不同起始 pH 對後段 CSTR 反應槽之鹼度與揮發酸濃度及變化量之 影響情形
鹼度(mg-CaCO3/L) 揮發酸(mg/L) CSTR不同起始pH SBR CSTR SBR
+CSTR
SBR CSTR SBR +CSTR 6.0 進流濃度 600 530 600 進流濃度 620 660 660
出流濃度 530 440 440 出流濃度 660 2950 2950 減少率(%) 11.6 17.0 26.7 增加量 40 2290 2330 5.25 進流濃度 580 520 580 進流濃度 620 640 640
出流濃度 520 410 410 出流濃度 640 3350 3350 減少率(%) 10.3 21.2 29.3 增加量 20 2710 2730 5.0 進流濃度 640 570 640 進流濃度 580 600 600
出流濃度 570 490 490 出流濃度 600 2500 2500 減少率(%) 10.9 14.0 23.4 增加量 20 2050 2070 4.8 進流濃度 610 540 610 進流濃度 600 620 620
出流濃度 540 490 490 出流濃度 620 2400 2400 減少率(%) 11.4 9.31 19.7 增加量 20 1780 1800
表 4-26 後段不同起始 pH 對後段 CSTR 反應槽之 TS 與 SS 濃度及其變化量影響 情形
CSTR不同起始pH SBR CSTR 總減少量
TS SS TS SS TS SS 6.0 進流濃度 11150 8200 8050 6200 11150 8200
出流濃度 8050 6200 7200 5750 7200 5750 減少率(%) 27.8 24.3 10.5 7.26 35.4 29.8 5.25 進流濃度 11050 8150 7950 6250 11050 8150
出流濃度 7950 6250 6950 5600 6950 5600 減少率(%) 28.0 23.3 12.5 10.4 37.1 31.2 5.0 進流濃度 11200 8300 8100 6300 11200 8300
出流濃度 8100 6300 7350 5850 7350 5850 減少率(%) 27.6 24.1 9.26 7.14 34.3 29.5 4.8 進流濃度 11150 8100 7950 6200 11150 8100
出流濃度 7950 6200 7350 5800 7350 5800 減少率(%) 28.7 23.4 7.55 6.45 34.0 28.4 4.總固體物、懸浮固體物
由表4-26 可看出，當後段CSTR 不同起始pH 值為5.25 組時，有最多的 總固體物及懸浮固體物減少率，後段CSTR 反應槽出流水之總固體物及懸浮 固體物減少率，為12.5 及10.4 %々其次後段CSTR 不同起始為pH 6.0 組時，
後段CSTR 反應槽出流水之總固體物及懸浮固體物減少率，為10.5 及7.26
%々而當後段CSTR 不同起始pH 4.8 時，減少率最差，後段CSTR 反應槽出 流水之總固體物及懸浮固體物減少率，為7.55 及6.45 %。
由進流 pH 與出流 pH 詴驗中可知，在前段 SBR 起始進流 pH 7.0 時，
有最佳的水解效果，因為花生殼為固形物，當進流水 pH 接近中性 pH 7.0 時，
前段 SBR 水解反應槽有利於水解花生殼固形物成細小分子，以利後段 CSTR 醱酵產氫菌所分解而醱酵產氫過程產生揮發酸，而有效的被醱酵產氫微生物 分解利用，而在後段 CSTR 醱酵產氫反應槽出流水 pH 5.0-5.5 皆有不錯的產 氫量，不過以 pH 5.25 為最佳，因為本實驗室所馴養的醱酵產氫菌最適合生 長 pH 範圍為 5.0-5.5。
（三）產氫效率 pH 值校正係數
1.氫效率每克進流 COD 產氫率校正係數
YpH，每克進流COD產氫率〆在任何操作pH值下之每克進流COD產氫率
（mmol-H2/g-CODin）。
Y5.25，每克進流COD產氫率〆在pH=5.25 組別時之每克進流COD產氫率
（mmol-H2/g-CODin）。
θpH，每克進流COD產氫率〆不同pH值下，每克進流COD產氫率之溫度校正係數。
（1）當pH≧5.25
以（YpH，每克進流COD產氫率/Y5.25，每克進流COD產氫率）=θpH，每克進流COD產氫率（pH-5.25）來作迴歸，
兩邊取對數可得
lnYpH，每克進流COD產氫率–lnY5.25，每克進流COD產氫率=（pH–5.25）lnθpH，每克進流COD產氫率
（2）當pH＜5.25
以（YpH，每克進流COD產氫率/Y5.25，每克進流COD產氫率）=θpH，每克進流COD產氫率（5.25-pH）來作迴歸，
兩邊取對數可得
lnYpH，每克進流COD產氫率–lnY5.25，每克進流COD產氫率=（5.25–pH）lnθpH，每克進流COD產氫率
各反應pH值相對於pH 5.25之θpH，每克進流COD產氫率，並求出θpH，每克進流COD產氫率之總pH 值校正係數，可求得pH值校正係數為0.814，關係式如式（4-5）所示〆
YpH，每克進流COD產氫率=Y5.25，每克進流COD產氫率×0.814│pH-5.25│ （4-5）
2.氫效率單位體積反應槽校正係數
在單位體積反應槽之產氫率方面，以下列方式計算求出〆 YpH，單位體積反應槽產氫率〆在任何操作pH值下之每天單位體積反應槽產氫率
（mmol-H2/L〄day）。
Y5.25，單位體積反應槽產氫率〆在pH 5.25組別時之每天單位體積反應槽產氫率
（mmol-H2/L〄day）。
θpH，單位體積反應槽產氫率〆不同pH 值下，每天單位體積反應槽產氫率之溫度校正係 數。
（1）當pH≧5.25
以（YpH，單位體積反應槽產氫率/Y5.25，單位體積反應槽產氫率）=θpH，單位體積反應槽產氫率（pH-5.25）來作迴 歸，兩邊取對數可得
lnYpH，單位體積反應槽產氫率–lnY5.25，單位體積反應槽產氫率=（pH–5.25）lnθpH，單位體積反應槽產氫率
（2）當pH＜5.25
以（YpH，單位體積反應槽產氫率/Y5.25，單位體積反應槽產氫率）=θpH，單位體積反應槽產氫率（5.25-pH）來作迴 歸，兩邊取對數可得
lnYpH，單位體積反應槽產氫率–lnY5.25，單位體積反應槽產氫率=（5.25–pH）lnθpH，單位體積反應槽產氫率
各反應pH值相對於pH 5.25 之θpH，單位體積反應槽產氫率，並求出θpH，單位體積反應槽產氫率之總 pH值校正係數，可求得pH值校正係數為0.779，關係式如式（4-6）所示〆
YpH，單位體積反應槽產氫率=Y5.25，單位體積反應槽產氫率×0.779│pH-5.25│ （4-6）
表 4-27 後段不同操作起始 pH 值下，反應中 YpH校正係數θ 組別 4.8 5.0 5.25 6.0 校正係數θ 每克進流COD產氫率 1.84 2.20 2.41 2.24 0.814 每天單位體積反應槽產氫率 16.8 19.8 21.3 20.1 0.779
若每克進流COD 產氫率及每天單位體積反應槽產氫率θpH 值越接近1，表示 該詴驗受反應pH 值的影響越小々當每克進流COD 產氫率及每天單位體積反應槽 產氫率θpH 值距1越遠。而本研究產氫率θpH值為0.814及0.779，表示詴驗產氫率較 為不受pH 值影響，再者，由謝孟宏（2010）稻殼詴驗結果得知，稻殼產氫率θpH
值為0.568々吳宜曄（2011）甘蔗渣詴驗結果得知，甘蔗渣產氫率θpH值為0.552及 0.665，顯示花生殼組在醱酵產氫過程受pH影響較小於稻殼組與甘蔗渣組。由表 4-25 可看出，在本研究結果得知醱酵產氫菌Clostridium 以pH 5.25 為最佳產氫效 果，隨著偏離pH 5.25 越遠，產氫效果逐漸變差，而本研究室所馴養醱酵產氫菌 在pH 5.0-5.5 有不錯的醱酵產氫效果。