試驗設計及流程

一、批次實驗

本研究批次試驗先後共計分五個試驗來進行，分別為：不同污泥與酒糟 混合比試驗、不同起始pH 試驗、不同磷酸鹽濃度及不同 pH 操控方式批次 試驗、不同COD 濃度及不同污泥/酒糟混合比批次試驗、及固定污泥與酒糟 濃度試驗，以探討不同污泥/酒糟混合比，不同 pH 操作條件、不同磷酸鹽濃 度以及污泥與酒糟濃度對產能的影響。

（一）試驗流程

本研究批次試驗各試程實驗流程及方法如下：

(1)以粗篩將原始廢棄活性生物污泥與酒糟過濾去除大顆粒及雜質。

(2)將過濾的廢棄活性生物污泥與酒糟溶液依試驗需求，稀釋其 COD 濃度約 為10,000、20,000、30,000mg/L。

(3)將稀釋過後的廢棄活性生物污泥與酒糟溶液依不同的混合配比 (如表 3-3) 將二種基質均勻混合 (總體積＝100ml)，並注入三角錐瓶中。

(4)以HCl與NaOH將複合基質之起始pH值控制在 5.25，以利產氫反應進行，

待產H2結束後，調整至7.0，。

(5)以橡皮塞封瓶並加上束帶加強固定以防止產氣外洩，然後於三角錐瓶頂 注入N2，使三角錐瓶內呈現無氧狀態，以確保反應的確在厭氧狀態下進 行。

(6)將三角錐瓶置入恆溫培養箱中培養，並且將溫度控制在 35℃。

(7)每日監測氣體產量及氣體成份分析，並依實驗前、中、後期三階段監測 其水質分析。

表3-3 廢棄活性生物污泥 (WAS)與酒糟溶液之不同混合配比

混合配比 加入體積 (ml)

試程 (WAS/米糠水溶液) WAS 米糠水溶液

1 5/0 100 0

2 4/1 80 20

3 3/2 60 40

4 2/3 40 60

5 1/4 20 80

6 0/5 0 100

註：共同條件：反應總體積=100 ml 起始pH 值=5.25

污泥COD 濃度=10,000、20,000、30,000mg/L 酒糟COD 濃度=10,000、20,000、30,000mg/L

（二）試驗設計

1.試驗一：不同污泥與酒糟混合比試驗

批次試驗最主要目的為探討複合基質污泥與酒糟混合比對產能效率 的影響，在進行正式試驗之前，以先驅試驗大概來瞭解基質特性以利後續 試驗設計與進行。第一次的先驅實驗（未添加磷酸鹽緩衝溶液）初始 pH 控制在5.5，第一天各組均有產氣，然而從第二天開始酒糟成分含量多的 組別逐漸停止產氣（＃6、＃4、＃3）量測其 pH 值，已從 5.5 下降至 4.3 左右，因此推估可能因pH 值降的太快而影響其產氣。

有鑑於此，在第二次的先驅試驗中，添加適量磷酸鹽緩衝溶液（0.5g/L) 以避免pH 降的太快而影響產氣量，然而試驗結果與前次結果相同，推測 可能是因為磷酸鹽緩衝溶液添加量不足所導致。因此本試驗以添加磷酸鹽 緩衝溶液7.5 g/L 來控制 pH 值穩定，以求得最佳產氣效率。

本試驗設計為控制總COD濃度（10,000mg/L）及起始pH控制值

（5.25），操作污泥/酒糟混合比（5/0、4/1、3/2、2/3、1/4、0/5）以求得 最佳產能其污泥與酒糟混合比。另外，有鑑於先驅試驗結果，為了避免pH

下降太快而影響產能，添加高濃度磷酸鹽緩衝溶液 7.5g- PO43-/L來控制pH 值。

2.試驗二：不同起始 pH 試驗

以試驗一所得最佳污泥/酒糟混合比（3/2）為基礎，在COD為 10,000 mg/L、磷酸鹽緩衝溶液 7.5g-PO43-/L操作條件下，調整各組起始pH值（4.5、

5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0）以探討不同起始pH其產能變化情形。

3.試驗三：不同磷酸鹽濃度及不同 pH 操控方式批次試驗

前次試驗均添加高濃度磷酸鹽緩衝溶液，為了探討磷酸鹽濃度高低及 pH 值是否會影響產能，本試驗以國內外文獻（Lin & Lay，2004；賴奇厚，

2002）所研究磷酸鹽濃度試驗結果為參考依據，並將試驗二所得到結果

（pH5.0～5.5 產氫效率最佳；pH7.0～7.5 產甲烷效率最佳）加以設計，擬 以不同pH 操控方式以及不同磷酸鹽濃度來進行試驗，其試驗條件如表

4.試驗四：不同 COD 濃度及不同污泥/酒糟混合比批次試驗

以試驗一至試驗三所得到最佳產能操作條件為基礎（不添加磷酸鹽緩衝溶 液；pH 操控方式以二相式操作），來進行不同複合基質COD 濃度（10,000、20,000、

30,000mg/L）及不同污泥/酒糟混合比（5/0、4/1、3/2、2/3、1/4、0/5）之試驗。

並以試驗所得資料結果輸入等高線軟體以模擬求得複合基質最佳產能狀況下，其 污泥與酒糟混合比及污泥與酒糟最佳操作濃度。

5.試驗五：固定污泥與酒糟濃度試驗

由試驗四結果推估，當污泥與酒糟COD 濃度分別操作在 4,000、16,000mg/L 時，複合基質能夠獲得最佳產能。為了求得真正在最佳產能下，其污泥與酒糟濃 度操作值，參考等高線圖設計二組試驗：固定污泥濃度（4,000mg/L）變化酒糟 濃度（8,000、12,000、16,000、20,000、26,000mg/L）試驗，以及固定酒糟（16,000mg/L）

變化污泥濃度（2,000、4,000、8,000、12,000、16,000mg/L）試驗。

二、連續流試驗

　 本研究在連續流試驗操作條件部分，主要以二相式連續流反應槽（前段活性 碳棉攪拌式反應槽＋後段活性碳粒流體化反應槽）進行污泥與酒糟複合基質的產 能試驗，並且以批次試驗所得最佳操作結果為基礎進行試驗操作，以求出最佳的 HRT 操作條件。

1.反應槽操作溫度

CSTR 與流體化床反應槽均以外包保溫管及恆溫水槽循環水流控制 溫度，在試驗進行時，反應槽溫度控制在35±0.5℃。

2.複合基質污泥與酒糟混合比

以批次試驗所得操作結果，當COD 濃度為 10,000、20,000、30,000mg/L，

污泥/酒糟混合比分別為 2/3、1/4、3/2 時，複合基質有最佳產能效果，本試驗將 以此結果，分別進行不同COD 濃度及不同污泥/酒糟混合比之連續流試驗。

3.pH 值

本試驗採pH 二相式操控，第一段活性碳棉攪拌式產氫反應槽 pH 控制在 5.25

±0.05；第二段活性碳粒流體化甲烷化反應槽 pH 控制在 7.00±0.05。

4.HRT 操作方式

各濃度試驗起始HRT 均控制在 24hrs，隨著試驗進行，逐漸縮短 HRT，以促 使第一段反應槽能夠完全產氫而不產甲烷，且第二段反應槽能夠避免wash out 現象而能夠持續產甲烷。