第四章 結果與討論
第三節 添加醋酸於 MFC 操作之情形
本試驗以 4 g COD/L 醋酸作為圓筒雙槽式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 添加醋酸對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 4-31 為第 0 天至第 5 天 MFC 添加醋酸陽極（厭氧）槽 MLSS 變化之情 形，MLSS 平均濃度為 22,840.8 ± 2,324.7 mg/L；圖 4-32 為 MFC 添加醋酸陰極
（好氧）槽 MLSS 變化之情形，圖中顯示陰極槽 MLSS 平均濃度為 4,630.7 ± 56.7 mg/L，結果顯示，MFC 陰、陽極批次反應槽之污泥狀態皆為穩定。
圖 4-31 添加醋酸之陽極槽 MLSS 趨勢圖 0
10,000 20,000 30,000 40,000 50,000
0 1 2 3 4 5
MLSS (mg/L)
Operation Time (days)
Anaerobic MLSS-Ac
圖 4-32 添加醋酸之陰極槽 MLSS 趨勢圖
揮發性懸浮固體物濃度（volatile suspended solids, VSS）
圖 4-33 為 MFC 添加醋酸 VSS 變化之情形，圖中顯示本研究第 0 天至第 5 天，批次反應槽內 VSS 濃度約為 1,952.2 ± 133 mg/L，由結果可得知，污泥狀態 相當穩定。
圖 4-33 添加醋酸之 VSS 趨勢圖 0
2,000 4,000 6,000 8,000 10,000
0 1 2 3 4 5
MLSS (mg/L)
Operation Time (days)
Oxic MLSS-Ac
0 1,000 2,000 3,000 4,000
0 1 2 3 4 5
VSS concentration (mg/L)
Operation Time (days)
VSS-Ac
酸鹼值（pH）與溫度（Temperature）
為使本研究獲得較佳產電效率，因此使溫度與 pH 維持於穩定範圍內，如圖 4-34 為 MFC 添加醋酸之陽極槽溫度與 pH 變化情形，圖中顯示第 0 天至第 5 天，批次反應槽內平均 pH 值為 6.6 ± 0.1，溫度平均為 28.9 ± 0.1 ℃；圖 4-35 為 MFC 添加醋酸之陰極槽溫度與 pH 變化情形，圖中顯示第 0 天至第 5 天，批次 反應槽內平均 pH 值為 6.6 ± 0.1，溫度平均為 28.9 ± 0.1 ℃。
圖 4-34 添加醋酸之陽極槽溫度與 pH 變化趨勢圖 0 2 4 6 8 10 12 14
0 10 20 30 40
0 1 2 3 4 5
pH Value
Temperature (℃)
Operation Time (days)
Anaerobic Temp. -Ac Anaerobic pH-Ac
圖 4-35 添加醋酸之陰極槽溫度與 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)
Oxic Temp. -Ac Oxic pH-Ac
0
Operation Time (days)
Oxic DO-Ac
氧化還原電位（Oxidation reduction potential, ORP）
透過 ORP 之監測，可瞭解批次反應槽內污泥生長之環境，並藉由數據結果 得知物質氧化還原之程度，單位以 mV 表示。本試驗添加醋酸時，MFC 陰陽極 ORP 變化情形如圖 4-37 所示，陽極槽 ORP 平均為-311.3 ± 12.4 mV；陰極槽 ORP 平均為 315.8 ± 35.7 mV。
圖 4-37 添加醋酸之 ORP 趨勢圖
溶解性化學需氧量（Soluble Chemical Oxygen Demand, SCOD）
圖 4-38 顯示添加醋酸之陽極槽 SCOD 變化情形，陽極槽 SCOD 第 1 天至 第 5 天分別為 7088.00、3632.00、3600.00、3536.00、3072.00 及 2560.00 mg/L，
SCOD 平均值為 3914.7 ± 1468.4 mg/L，去除率為 1.77 %；圖 4-39 顯示添加醋酸 之陰極槽 SCOD 變化情形，陰極槽第 1 天至第 5 天分別為 373.20、149.60、90.40、
59.20、42.40 及 26.00 mg/L，SCOD 平均值為 123.5.5 ± 118.6 mg/L，去除率為 13.35 %。
-500 -300 -100 100 300 500 700
0 1 2 3 4 5
ORP (mV)
Operation Time (days)
Anaerobic ORP-Ac Oxic ORP-Ac
圖 4-38 添加醋酸之陽極槽 SCOD 變化趨勢圖
圖 4-39 添加醋酸之陰極槽 SCOD 變化趨勢圖
二、 MFC 產電情形
（一） 電壓
由圖 4-40 結果顯示，當 MFC 系統中添加濃度 4 g COD/L 醋酸時，可獲得 最大電壓為 299.80 mV。第 0 天至第 5 天，電壓變化依序為 257.00、299.80、
174.20、123.10、95.60 和 26.00 mV，平均電壓為 170.3 ± 83.4 mV。
0 2,000 4,000 6,000 8,000
0 1 2 3 4 5
SCOD concentration (mg/L)
Operation Time (days)
Anaerobic SCOD-Ac
0 200 400 600 800
0 1 2 3 4 5
SCOD concentration (mg/L)
Operation Time (days)
Oxic SCOD-Ac
圖 4-40 添加醋酸之電壓變化趨勢圖
（二） 電流
添加醋酸之電流變化趨勢如圖 4-41 所示，電流平穩，最大電流為 7.60µA，
第 0 天至第 5 天電流變化依序為 7.00、7.60、4.60、0.30、0.20 及 0.10 µA，平均 電流為 3.3 ± 3.2 µA。
圖 4-41 添加醋酸之電流變化趨勢圖 0
100 200 300 400 500
0 1 2 3 4 5
Voltage(mV)
Operation Time (days)
Voltage-Ac
0 5 10 15 20
0 1 2 3 4 5
Current(µA)
Operation Time (days)
Current-Ac
三、 MFC 揮發酸之變化
藉由添加醋酸作為 MFC 基質之試驗，發現微生物代謝產物以乙酸為主，其 次是丁酸。乙酸於第 0 天至第 5 天濃度變化如圖 4-42，分別為 3690.09、2983.98、
2308.79、1823.98、1008.53 和 887.97 mg COD/L；僅於第 0 天發現丁酸之生成，
如圖 4-43，濃度為 121.94 mg COD/L。
HAc concentration (mg COD/L)
Operation Time (days)
HAc
HBu concentration (mg COD/L)
Operation Time (days)
HBu
四、 初步結果
於圓筒雙槽式MFC反應槽內，添加濃度4 g COD/L醋酸，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. 添加醋酸於 MFC 時，生成乙酸和丁酸兩種代謝產物。
2. 以醋酸作為 MFC 基質時，獲得較大電壓為 299.80 mV，第 0 天至第 5 天平均電壓為 170.3 ± 83.4 mV。
3. 添加濃度 4 g COD/L 醋酸時，可獲得最大電流為 7.60µA，第 0 天至第 5 天平均電流為 3.3 ± 3.2 µA。
4. 如圖 4-44 所示，乙酸之變化隨 SCOD 下降而銳減。
圖 4-44 添加醋酸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
五、 綜合比較結果
綜合上述三個小節，可獲得空白組與添加葡萄萄和醋酸結果之比較，包含陽 極槽與陰極槽的 MLSS、VSS、溫度、pH、ORP、SCOD、電壓、電流，以及添加 不同 MFC 中揮發酸與醇類之變化，彙整如下：
（一） 陽極槽 MLSS
未添加醱酵產物 MLSS 平均濃度為 23,477.1 ± 462.7 mg/L；添加葡萄糖 MLSS 平均濃度為 27,140.2 ± 1,902.4 mg/L；添加醋酸 MLSS 平均濃度為 22,840.8 ± 2,324.7 mg/L，如圖 4-45 所示。
圖 4-45 陽極槽 MLSS 趨勢綜合比較圖 0
10,000 20,000 30,000 40,000 50,000
0 1 2 3 4 5
MLSS (mg/L)
Operation Time (days)
Anaerobic MLSS-Blank Anaerobic MLSS-Glu Anaerobic MLSS-Ac
（二） 陰極槽 MLSS
Operation Time (days)
Oxic MLSS-Blank
Operation Time (days)
VSS-Blank VSS-Glu VSS-Ac
（四） 陽極槽溫度與 pH 變化
Operation Time (days)
Anaerobic Temp. -Blank Anaerobic Temp. -Glu Anaerobic Temp. -Ac Anaerobic pH-Blank Anaerobic pH-Glu Anaerobic pH-Ac
0
Operation Time (days)
Anaerobic Temp. -Blank Anaerobic Temp. -Glu Anaerobic Temp. -Ac Anaerobic pH-Blank Anaerobic pH-Glu Anaerobic pH-Ac
（六） 陰極槽 DO
Operation Time (days)
Oxic DO-Blank
Operation Time (days)
Anaerobic ORP-Blank Anaerobic ORP-Glu Anaerobic ORP-Ac Oxic ORP-Blank Oxic ORP-Glu Oxic ORP-Ac
（八） 陽極槽 SCOD
SCOD concentration (mg/L)
Operation Time (days)
Anaerobic SCOD-Blank
SCOD concentration (mg/L)
Operation Time (days)
Oxic SCOD-Blank Oxic SCOD-Glu Oxic SCOD-Ac
（十） 電壓
Operation Time (days)
Voltage-Blank
Operation Time (days)
Current-Blank Current-Glu Current-Ac
（十二） 未添加醱酵產物之揮發酸及醇類濃度
未添加醱酵產物的情況下，微生物產電進行的是乙酸與丁酸的代謝途徑；
乙酸第 0 天濃度為 264.95 mg COD/L；丁酸第 0 天與第 1 天濃度分別為 261.83 mg COD/L 與 109.52 mg COD/L，如圖 4-56 所示。
圖 4-56 未添加醱酵產物之揮發酸及醇類濃度變化趨勢綜合比較圖
（十三） 添加葡萄糖之揮發酸及醇類濃度變化
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；丁酸生成速率與乙酸相似；乙醇僅於第 1 天出現；乙酸濃度最高為 1540.98 mg COD/L；丙酸直至第 3 天和第 4 天才出現，濃度為 188.89 與 58.89 mg COD/L；
丁酸於第 1 天開始生成最大值為 1283.97 mg COD/L；乙醇僅於第 1 天出現，濃 度為 158.58 mg COD/L，如圖 4-57 所示。
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
圖 4-57 添加葡萄糖之揮發酸及醇類濃度變化趨勢綜合比較圖
Concentration (mg COD/L)
Operation Time (days)
HAc HPr HBu
HVa Ace Et
Concentration (mg COD/L)
Operation Time (days)
HAc HPr HBu
HVa Ace Et