試驗材料與設備

一、菌種來源

根據陳佑慈（2006）研究，以黎明污水處理廠終沈池污泥作為基質來源 進行植菌與不植菌產能比較之批次試驗，由試驗結果顯示，植菌與不植菌之 產能僅相差4％而已，且從研究中亦發現黎明廠的 WAS 中含有相當量的 Clostridium 之醱酵產氫菌及產甲烷菌，有鑑於此，本研究在批次試驗操作 上，各組試程均以不植菌方式來進行。

二、基質來源

本研究所需基質來源有二：

（一）台中市黎明社區污水處理廠終沈池污泥

廢棄活性污泥含有相當量的有機物質，本研究試驗複合基質所需之污 泥取自於台中市黎明社區污水處理廠終沈池底層污泥。而根據Lin et al.

（2006）研究，已證實黎明廢水廠的廢棄生物污泥無法直接用來產氫，但 可以用於產甲烷；且也證實了黎明廠的WAS 中含有相當量的 Clostridium 之醱酵產氫菌及產甲烷菌，所以以黎明廠終沈池污泥做為複合基質來源應 可得到良好的產能效果，其水質分析項目如表3-1。

（二）台中酒廠酒糟處理廠廢液

酒糟廢液是屬於高濃度有機廢水，含有大量的營養物質，如蛋白質、

糖分、碳水化合物、及微量元素等，而這些營養物質可有效被微生物利用 來促進其生長代謝，因此若以酒糟廢液做為生物厭氧產能基質來源，應有 利於微生物生化反應進行而提高產能。為了考量進行本研究便利性，本研 究酒糟廢液取至於台中酒廠酒糟處理廠廢液（米酒製程），量測其COD 值 高達80,000～120,000mg/L，而由本研究先驅試驗結果顯示，以酒糟廢液 做為產能基質，的確有助於產能效率提升。其水質分析項目如表3-1。

表3-1 黎明廢水處理廠終沉池 WAS 之成分分析表 水質項目 黎明污水廠終沈池

污泥

台中酒廠之酒糟處理廠 廢液（米酒製程廢液）

pH 7.0-7.2 3.4-4.0 COD (mg/L) 45,000-60000 80,000-120,000

SCOD (mg/L) 4,500-6,500 45,000-75,000

揮發酸(mg/L) 6,200-7,000 34,000-66,000 SS (mg/L) 34,000-55,000 28,000-45,000

TKN (mg/L) 1,400-1,500 1,200-2,500 NH3-N (mg/L) 128-150 137-200

PO43- 1,600-1,800 -

SO42- 220-250 -

二、試驗設備

（一）批次試驗

本研究批次試驗所使用設備包括三角錐瓶、N2氣、恆溫培養箱、橡皮 瓶塞、集氣工具與採樣設備等，其規格與使用說明如下：

1.三角錐瓶：體積為 125 ml，實際反應體積 100 ml。

2.橡皮瓶塞（Φ 24mm）：用於封瓶，以隔絕外界空氣使反應處於厭氧狀態。

3.束帶：加強橡皮瓶塞之固定，以避免氣體外洩。

4.N2：純度為99.9％之高純氮，使用方法為當基質加入三角錐瓶中並已封 瓶後，以一針頭插入瓶內並將N2灌入，同時再以另一針頭插入使瓶 頂空間內滯留氣體能夠排出，而使瓶內呈現無氧狀態，以確保反應 能在厭氧狀況下進行。

5.恆溫培養箱：本試驗將溫度控制在 35±0.5℃恆溫下進行。

6.集氣工具與採樣設備：

(1)針筒 (2.5ml)：每日抽取以量測三角錐瓶內每日產氣量。

(2)針筒 (5ml)：於實驗前、中、後期，抽取瓶內基質做水質分析。

(3)氣密式注射針 (100µL)：每日抽取三角錐瓶內氣體做氣體成份分析。

（二）連續流試驗

本研究連續流試驗以二相式反應槽（前段活性碳棉攪拌式反應槽+後段 活性碳粒流體化反應槽）進行試驗，其反應槽規格與操作說明如下：

一、攪拌式反應槽

傳統無攪拌式反應槽之有效體積及反應槽內污泥活性甚低，因此必須以 增加廢水在反應槽內停留時間來提高處理效率，所以為了提高處理量，反應 槽體積設計通常要較大。為了改善這項缺點而發展出反應槽內以攪拌器充分 攪拌來進行，此種反應槽除了可使有效體積及污泥活性得以改善外，反應槽 中揮發酸及還原性物質累積量也可得以減少。

本研究所採用之攪拌式反應槽其主體是由壓克力所製成同心圓筒狀，反 應槽有效體積為三公升，攪拌器動力來源為氣密式馬達，以避免氣體外洩而 影響到研究結果，而攪拌速度以微電腦控制其轉速。為了提高產能效率，採 用生物固定化技術，其方式為將活性碳棉剪成2.5cm × 2.5cm × 0.5cm 大 小，並固定在攪拌器支架上，使活性碳棉能夠均勻分佈在反應槽中。

反應槽頂端設有內徑4.5 公分的圓形開口，以做為反應槽內生物污泥採 樣口，並以橡皮塞封住。在溫度控制方面，以恆溫水槽來控制並確保反應槽 能夠在恆溫下進行試驗。在基質進出流方面，距反應槽頂端16 公分處，設 有內徑0.8 公分的基質進料口；而距反應槽頂端 12 公分處，設有內徑 0.8 公

分的液氣排出口，並架設T 型管使氣體與出流水分流，排出之氣體與集氣設 備相連，而出流水經由U 型繞流管排出，其操作示意圖如圖 3-1。

P

P

P

恆溫水入口 恆溫水出口

進流馬達

進流基質桶

氣密式馬達

出流水 氣體收集裝置

：活性碳棉

圖3-1 活性碳棉攪拌式反應槽

二、生物流體化床反應槽

生物流體化床反應槽主體為立式壓克力管柱，槽高106公分、管徑為內 徑6公分，反應槽有效體積為三公升，而反應槽床體體積約為二公升左右，

反應槽外包覆內徑8.5公分的壓克力管，作為保溫管。反應槽上端設有內徑6 公分的圓形開口，是為生物污泥採樣口。距反應槽頂端8公分處，設有內徑1 公分的液氣排出口，並架設T型管使氣體與出流水分流，排出之氣體與集氣 設備相連，而出流水經由U型繞流管排出。而距反應槽頂端14公分處，設有 內徑一公分的基質迴流口，以迴流馬達將反應槽內基質抽離並經管線流入緩 衝槽（1,000ml三角錐瓶）內，然後在利用高速馬達使緩衝槽內基質流入循 環管線並與進流基質混合，並注入反應槽底部，以達到污泥迴流的目的，本 試驗流體化床操作其迴流速度控制在4,943 ml/min，在生物固定化技術方

面，以活性碳粒做為生物膜擔體，顆粒直徑大小約0.5～1.0 mm，擔體填充 率約為反應槽體積30％。其操作示意圖如圖3-2。

p P

p 有孔篩板

恆溫水出口

氣液排放口

循環水出口

採樣孔

循環抽取口

集氣設備

進料馬達

循環迴流馬達

出流水

進料基質桶

第一段反應 槽出流水

床體高度

圖3-2 生物流體化床反應槽 恆溫水進口

三、氣體收集裝置

在厭氧醱酵產能時，各個反應槽所產生的氣體（第一段反應槽產H2；第 二段反應槽產CH4）均以氣體收集裝置加以收集，本研究採用排水集氣法氣

體收集裝置，此集氣收集裝置是由氣體收集管與吐氣瓶所組成。吐氣瓶內填

Honeywell

Inc. No.1 Activated Carbon Pre-filter,以乙多元烯材 質纖維直接浸泡於活性碳中所構成，比重約 1.0，可懸浮於反應槽中，經剪裁後尺寸為：

2.5cm×2.5cm×0.5cm。

第二段：

經過篩後其顆粒大小約 0.5～1.0mm，材質為 椰子殼，比重約 1.34，在反應槽中經水流攪 Master-Flex Tubing Pumping(型號：Cole Parmer Model 751800)，轉速範圍 在1 ~ 100 rpm 之間，搭配 Tycon 17 號蠕動管，可將流量控制在 0.06～380 mL/min 之間。

2.循環迴流馬達

為了使循環水流能夠流入反應槽內以達到流體化的效果，本研究試 驗採用Master-Flex Tubing Pumping(型號：Cole Parmer Model 7791320)，

轉速範圍在6～600 rpm之間，搭配Tycon 17號蠕動管，流量可控制在17

～1,700 mL/min之間。

（二）恆溫水槽

主要是作為反應槽溫度控制之用，每組厭氧反應槽均有一部恆溫水槽 (型號：Tungtec Instruments Co.,Ltd; Model SF-72)，容量約 20 公升，可循環 控制水溫，控溫範圍-20～90℃，溫度精度為±0.02℃，並採用 PID 溫度控制，

操作時溫度控制於35±1℃左右。

（三）酸鹼度與氧化還原控制器

為使試驗之 pH 值能穩定在欲控制之範圍內，本試驗以酸鹼度與氧化 還原控制器（Suntex Instruments Co., Ltd; model PC-330）加以控制，其監控 範圍為pH 0～14，氧化還原電位控制範圍為-1999～＋1999mV。