詴驗材料與設備

一、菌種來源

（一）水解菌種

本研究採用的水解菌種，是新竹食品工業發展研究所生物資源保存及研究中 心（BCRC）所購買3 株Bacillus subtilis 菌種，先進行培養基培養在轉入液體培 養基進行大量培養，作為水解菌種，每隔一段時間將作轉植及生物鑑定，確定原 來之菌種。由於過往根據文獻Bacillus subtilis水解菌種經過長時間之觀察，具有 分解纖維素之能力效果好。

表 3-1 水解菌種培養條件及來源

菌種 編號 pH 溫度（℃） 來源

Bacillus subtilis(A) 14715 7.0 30 醱酵大豆 Bacillus subtilis(B) 17648 7.3 37 雞肥料堆肥

Bacillus subtilis(C) 17650 7.3 37 雞肥料堆肥

（二）產氫菌種

根據葉明泰（2006）的研究中發現臺中黎明污水處理廠終沉池底泥中含有相

當量之Clostridium 醱酵產氫菌。所以本詴驗所使用污水處理廠終沈池底層污泥，

經由熱篩、酸篩將甲烷形成菌篩除或抑制，並維持適合產氫菌生長環境（pH5.25、

溫度35℃）在CSTR 反應槽中進行馴養，做為本詴驗的產氫菌來源。

表 3-2 產氫菌馴養成份

成份 濃度 廠牌藥品 等級

葡萄糖 10 g/l Roquette 99% up 牛肉汁 1.8 g/l Kento Chemical Exp.

Na₂HPO₄ 11.2 g/l Roquette 98% up MgCl₂ 62 mg/l Shimada Exp.

FeCl₂ 108 mg/l Shimada Exp.

MnCl₂ 50 mg/l Shimada Exp.

CaCl₂ 50 mg/l Shimada Exp.

CoCl₂ 25 mg/l Shimada Exp.

Na₂MoO₄ 25 mg/l Shimada Exp.

KCl 75 mg/l Shimada Exp.

FeSO₄ 27 mg/l Shimada Exp.

二、基質來源

農業廢棄物的種類很多，而本研究挑選花生殼做為能源作物基質，先搭配新 竹食品工業發展研究所生物資源保存及研究中心（BCRC）所購買3 株Bacillus 菌 種，了解最佳的水解菌種々在搭配最佳的水解菌種及本研究室CSTR 所馴養的產 氫菌了解最好的產氫基質。所以本研究先採用花生殼基質作為批次產氫詴驗的來 源。

（一）花生殼

本研究詴驗之花生殼為花生收割後經剝殼所剩之農業廢棄物花生殼作為本 研究之基質來源。而花生殼營養成份中有機物佔95 %，含有蛋白質4.8 ～7.2 %，

脂肪1.2～2.8 %，可溶性碳水化合物10.6～21.2 %（其中包含單醣、雙醣和低聚

醣），澱粉0.7 %，半纖維素10.1 %，粗纖維素65.7～79.3 %，灰分1.9～4.6 %。灰 分中主要含有氮、磷、鉀、鈣、鎂、錳、鋅等元素。因花生殼含有豐富的纖維所 以利用攪拌機器進行破碎以利實驗進行。

三、詴驗設備

（一）批次詴驗設備

1.三角錐瓶〆三角錐瓶體積125 mL，實際反應體積為100 mL。

2.橡皮瓶圔（Φ 24 mm）〆用於封瓶，以隔絕外界空氣。

3.束帶〆加強橡皮瓶圔之固定。

4.恆溫培養箱〆使本詴驗能夠將溫度控制於35±0.5 ℃恆溫下進行。

5.集氣設備〆

（1）針筒（2.5 mL）〆每日抽取量測三角錐瓶內之產氣量。

（2）針筒（5.0 mL）〆依實驗前、後期，抽取瓶內的基質作水質分析。

（3）氣密式注射針（100 μL）〆每日抽取三角錐瓶內氣體進行成份分析。

（二）循序詴驗設備

本研究以好氧循序批次反應槽SBR 進行連續流詴驗，其反應槽規格與操作 說明如下〆

1.好氧循序批次反應槽（Sequencing Batch Reactor, SBR）

本研究所採用之好氧循序批次反應槽（SBR）其主體是由壓克力所製成 雙層圓筒狀，反應槽槽體內微生物為批次詴驗挑選出最佳水解效果Bacillus 菌種，菌種附著在反應槽內活性碳棉上，外層為循環控溫水層，而從反應槽 底部中央進行曝氣，使槽內成耗氧狀態，反應槽有效體積為4公升，直徑為10 cm，高為50 cm，攪拌器動力來源為氣密式馬達，將活性碳棉剪2.5 cm ×2.5 cm

×0.5 cm大小，固定於活性碳棉攪拌支架上（如圖3-2所示），使活性碳棉擔

體均勻分布在反應槽中，提升水解效率。為維持反應槽適當攪拌效果，以轉 速控調器來控制攪拌器轉速。

2.連續攪拌反應槽（Completely Stirred Tank Reactor, CSTR）

此槽體是接續上段SBR水解反應，此反應槽植入醱酵產氫菌Clostridium 為主要菌種，利用氣體循環式泵浦抽取反應槽內氣體，在循環打入反應槽內 以攪動污泥使其完全基質混合並達到厭氧產氫的效果。反應槽底端設有內徑 2.5 公分的圓形排水開口，以作為反應槽內花生殼反應沈澱後稻殼渣的排出 口。而在反應槽頂端有pH 及ORP 的回饋控制器;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（35℃）進行詴驗。在基質進出流方 面，距反應槽頂端16 公分處，設有內徑0.8公分的基質進料口々而距反應槽 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3-2、3-3。

2.氣體收集裝置

在厭氧醱酵產能時以氣體收集裝置加以收集，本詴驗採用排水集氣法氣 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 裝有含5 %濃硫酸的飽和食鹽水溶液。每一個完全攪拌式反應槽，各有一組 氣體收集管，每支為1,000 mL。

四、其他設備

（一）進料及反應後廢液抽出定量馬達

用於抽取基質桶基質進入SBR反應槽，本研究詴驗採用Master-Flex Tubing Pumping（型號〆Cole Parmer Model 7518-00），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。而廢液抽出主要 是以反應槽內時間控制器來控制，在整個循序反應過後加以把廢液直接排出。

圖 3-1 批次詴驗儀器設備示意圖

圖 3-2 SBR 反應槽中活性碳棉攪拌架與攪拌馬達

針 筒

束帶 橡皮圔

三角錐瓶

M

P

P 恆溫水出口

恆溫水出口

進料 進料

恆溫水入口

恆溫水入口

出流水 氣體收集裝置

磁石攪拌

pH ORP

(a) SBR

(b) CSTR 曝氣

圖 3-3 水解 SBR 反應槽串聯醱酵產氫 CSTR 反應槽之示意圖

（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

（型號〆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

為使詴驗之pH 及ORP 值能穩定在欲控制之範圍內，本詴驗以酸鹼度與 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。