添加葡萄糖於 MFC 操作之情形

醣類透過代謝途徑將雙醣（例如蔗糖、麥芽糖和乳糖）分解成單糖（例如葡 萄糖、果糖和半乳糖），以供細胞直接利用，並經過氧化釋放更大能量，以滿足 其它生命必需之物質，因此本試驗以 4 g COD/L葡萄糖作為圓筒雙槽式MFC之基 質，每批次進行 6 天，每日以三用電錶進行電壓與電流之監測，並藉由水質分析 與揮發酸之檢測，探討添加葡萄糖對MFC產電效能之影響。

一、 MFC 操作參數分析

混合液懸浮固體物濃度（Mixed liquid suspended solid, MLSS）

圖 4-15 為第 0 天至第 5 天 MFC 添加葡萄糖陽極（厭氧）槽 MLSS 變化之 情形，MLSS 平均濃度為 27,140.2 ± 1,902.4 mg/L；圖 4-16 為 MFC 添加葡萄糖 陰極（好氧）槽 MLSS 變化之情形，圖中顯示陰極槽 MLSS 平均濃度為 6,652 ± 189.6 mg/L，結果顯示，MFC 陰、陽極批次反應槽之污泥狀態皆為穩定，此結

0 2000 4000 6000 8000

0 1 2 3 4 5

Concentration (mg COD/L)

Operation Time (days)

HAc HPr HBu HVa

Ace Et SCOD

果與 Ghangrekar et al.（2010）所作之研究結果相同。

圖 4-15 添加葡萄糖之陽極槽 MLSS 趨勢圖

圖 4-16 添加葡萄糖之陰極槽 MLSS 趨勢圖

揮發性懸浮固體物濃度（volatile suspended solids, VSS）

圖 4-17 為 MFC 添加葡萄糖 VSS 變化之情形，圖中顯示本研究第 0 天至第

Operation Time (days)

Anaerobic MLSS-Glu

Operation Time (days)

Oxic MLSS-Glu

圖 4-17 添加葡萄糖之 VSS 趨勢圖

酸鹼值（pH）與溫度（Temperature）

在 pH 值 6.5 時，能產生較高的產電效率（Yan et al., 2010），本研究溫度與 pH 控制於此一操作範圍內，如圖 4-18 為 MFC 添加葡萄糖之陽極槽溫度與 pH 變化之情形，圖中顯示第 0 天至第 5 天，批次反應槽內平均 pH 值為 6.9 ± 0.1，

溫度平均為 28.9 ± 0.1 ℃；圖 4-19 為 MFC 添加葡萄糖之陰極槽溫度與 pH 變化 之情形，圖中顯示第 0 天至第 5 天，批次反應槽內平均 pH 值為 6.9 ± 0.1，溫度 平均為 28.9 ± 0.1 ℃。

0 1,000 2,000 3,000 4,000

0 1 2 3 4 5

VSS concentration (mg/L)

Operation Time (days)

VSS-Glu

圖 4-18 添加葡萄糖之陽極槽溫度與 pH 變化趨勢圖

圖 4-19 添加葡萄糖之陰極槽溫度與 pH 變化趨勢圖 溶氧量（Dissolved Oxygen）

本研究藉由曝氣設備之調整，以維持反應槽內最適合產電之溶氧狀態，從

Operation Time (days)

Anaerobic Temp. -Glu Anaerobic pH-Glu

0

Operation Time (days)

Oxic Temp. -Glu Oxic pH-Glu

圖 4-20 添加葡萄糖之 DO 趨勢圖

氧化還原電位（Oxidation reduction potential, ORP）

本研究以ORP監測批次反應槽內污泥生長環境，並藉由監測結果得知物質氧 化還原之程度，數值單位皆以mV表示。本研究添加葡萄糖時，MFC陰陽極ORP變 化情形如圖4-21所示，陽極槽ORP平均為-324 ± 8.8 mV；陰極槽ORP平均為300 ± 9.3 mV。

Operation Time (days)

Oxic DO-Glu

Operation Time (days)

Anaerobic ORP-Glu Oxic ORP-Glu

溶解性化學需氧量（Soluble Chemical Oxygen Demand, SCOD）

圖 4-22 顯示添加葡萄糖之陽極槽 SCOD 變化情形，陽極槽 SCOD 第 1 天 至第 5 天分別為 5128.00、5120.00、4916.00、3760.00、3696.00 及 3648.00 mg/L，

SCOD 平均值為 4378 ± 681 mg/L，去除率為 28.86 %；圖 4-23 顯示添加葡萄糖 之陰極槽 SCOD 變化情形，陰極槽第 1 天至第 5 天分別為 157.00、133.00、

121.60、52.40、34.80 及 20.40 mg/L，SCOD 平均值為 86.5 ± 52.6 mg/L，去除率 為 87.01 %。

SCOD concentration (mg/L)

Operation Time (days)

Anaerobic SCOD-Glu

SCOD concentration (mg/L)

Operation Time (days)

Oxic SCOD-Glu

二、 MFC 產電情形 電壓

由圖 4-24 結果顯示，當 MFC 系統中添加濃度 4 g COD/L 葡萄糖時，可獲得 最大電壓為 249.7 mV。批次試驗初期，電壓上升緩慢，依序為 36.00、52.00、64.50、

168.5、249.7 mV，至第 5 天略為下降至 244.40 mV，第 0 天至第 5 天平均電壓為 135.9 ± 89.4 mV。

圖 4-24 添加葡萄糖之電壓變化趨勢圖 電流

添加葡萄糖之電流變化趨勢如圖 4-25 所示，第 0 天出現最大電流，值約為 10.00 µA，由於系統運作初期較不穩定，第 1 天突降至 0.80 µA 後，於第 2 天恢 復穩定依序由 0.80、1.70、2.60 µA，上升至 5 天的 3.90 µA，第 0 天至第 5 天平 均電流為 3.8 ± 3 µA。

0 100 200 300 400 500

0 1 2 3 4 5

Voltage(mV)

Operation Time (days)

Voltage-Glu

圖 4-25 添加葡萄糖之電流變化趨勢圖

三、 MFC 揮發酸之變化

透過本研究添加葡萄糖之 MFC 試驗，發現微生物除了利用葡萄糖進行細胞 合成及維持生命外，亦同時生成有機酸和醇類。經過遲滯期，反應槽普遍於第 1 天開始出現有機酸與醇類之生成，包含乙酸、丙酸、丁酸和乙醇。其中，乙酸第 1 天至第 5 天濃度變化如圖 4-26，分別為 1308.58、1540.98、1082.533、906.62 和 1010.00 mg COD/L；丙酸直至第 3 天及第 4 天才出現如圖 4-27，濃度為 188.89 與 58.89 mg COD/L；丁酸生成速率與乙酸相似，於第 1 天開始生成第 1 天至第 5 天 濃度變化如圖 4-28，分別為 933.95、1283.97、822.97、959.04 和 1160.60 mg COD/L；

乙醇僅於第 1 天出現如圖 4-29，濃度為 158.58 mg COD/L。

0 5 10 15 20

0 1 2 3 4 5

Current(µA)

Operation Time (days)

Current-Glu

圖 4-26 添加葡萄糖之乙酸濃度變化趨勢圖

圖 4-27 添加葡萄糖之丙酸濃度變化趨勢圖 0

1000 2000 3000 4000 5000

0 1 2 3 4 5

HAc concentration (mg COD/L)

Operation Time (days)

HAc

0 1000 2000 3000 4000 5000

0 1 2 3 4 5

HPr concentration (mg COD/L)

Operation Time (days)

HPr

圖 4-28 添加葡萄糖之丁酸濃度變化趨勢圖

圖 4-29 添加葡萄糖之乙醇濃度變化趨勢圖 0

1000 2000 3000 4000 5000

0 1 2 3 4 5

HBu concentration (mg COD/L)

Operation Time (days)

HBu

0 1000 2000 3000 4000 5000

0 1 2 3 4 5

Et concentration (mg COD/L)

Operation Time (days)

Et

四、 初步結果

於圓筒雙槽式 MFC 反應槽內，添加濃度 4 g COD/L 葡萄糖，以探討醱酵產 物對於微生物產電過程與 MFC 產電效能之影響，並於每日進行 MFC 水質分析與 揮發酸檢測，獲得初步結果如下：

1. 在添加葡萄糖的情況下，出現有機酸與醇類之生成，包含乙酸、丙酸、

丁酸和乙醇。

2. 以葡萄糖作為 MFC 基質時，可獲得較大電流 10.0 µA，第 0 天至第 5 天平均電流為 3.8 ± 3 µA。

3. 添加濃度 4 g COD/L 葡萄糖時，可獲得最大電壓為 249.7 mV，第 0 天 至第 5 天平均電壓為 135.9 ± 89.4 mV。

4. 有機酸之生成隨時間增加，而逐漸遲緩。

5. 由圖 4-30 可發現，當 SCOD 不再降解時，所有產物皆停止產生，乙酸 隨著 SCOD 下降而減少。

圖 4-30 添加葡萄糖之揮發酸及醇類濃度變化趨勢圖 0

2000 4000 6000 8000

0 1 2 3 4 5

Concentration (mg COD/L)

Operation Time (days)

HAc HPr HBu HVa

Ace Et SCOD