詴驗設計及流程

一、批次實驗

以批次詴驗（batch-type test）方式進行，以花生殼基質應用於厭氧批次產氫 之可行性，並利用批次詴驗具有反應體積小、反應時間短及操作簡易的特性，以 求得最佳產能的操作條件。本研究批次詴驗各詴程實驗流程及方法如下〆

（一）詴驗流程

選擇能源作物花生殼為基質，以 Bacillus subtilis（A）、Bacillus subtilis（B）、

Bacillus subtilis（C）為詴驗菌種，分別進行水解菌種詴驗，以求得最佳水解菌種。

1.將花生殼過濾去除雜質後烘乾，利用研磨機器將花生殼切割磨細。

2.將花生殼粉配成水溶液，並將基質 COD 濃度配製約為 20,000mg/L。

3.配製水解菌/花生殼基質混合液之配比為 1/3（25ml+75mL），注入 125 ml 的三角錐瓶中，總溶液體積為 100 ml。

4.再以橡皮圔封瓶及加上束帶加強固定，置入恆溫培養箱中培養（35±0.5

℃），每日採集水樣分析水質，包括〆總 COD、溶解性 COD、揮發酸、SS 及 TS々此前段詴驗不會產氫氣。

5.選出最佳條件的水解菌，在水解最佳反應天數後，再混合液（水解菌/基質 配比為 1/3（20ml+60mL）)中加入醱酵產氫 Clostridium 之菌液 20mL，使 得菌液/基質的配比為 1/4（20mL+80mL）後，以 HCl 與 NaOH 調整以醱酵 產氫 pH 為 5.25，並對瓶內充 N₂使呈厭氧狀態。

6.再以橡皮圔封瓶及加上束帶加強固定，水解菌具有耗氧功能使三角錐瓶內 呈現無氧狀態，以確保反應的確在厭氧狀態下進行，置入恆溫培養箱中培 養，溫度控制在 35±0.5 ℃，進行醱酵產氫詴驗。

7.每日監測氣體產量及氣體成份分析兩瓶樣品，並求其帄均值々另一樣品於 後期實驗前、中、後期兩階段分析其水質。

（1）實驗前期水質分析〆實驗第 0 天，配完批次實驗瓶後，取樣分析之 結果。

（2）實驗中期水質分析〆第 1 天至醱酵產氫菌加入前，每天分析水質以 瞭解溶解性 COD 變化及水解效果。

（3）實驗後期水質分析〆加入醱酵產氫菌後，至產氫終止期間，則實驗 結束。

（二）詴驗設計

1.詴驗一〆最佳水解菌種之篩選詴驗

本研究為瞭解所購得 3 株 Bacillus subtilis 菌，何者有較佳的水解效果，及以 此 3 株菌為水解菌，以花生殼為基質，以研磨過的花生殼粉配製成為 COD 濃度 為 20,000mg/L 之廢水，水解菌種/基質溶液之配比為 1/3（總體積＝100mL），進 行水解詴驗，並分析水質中的總 COD、溶解性 COD、揮發酸等之濃度。

表 3-3 最佳水解菌種批次詴驗中之控制及操作條件

控制條件 操作條件

1.基質 COD 濃度為 20,000mg/L 不同水解菌

2.溫度為 35℃ (1) Bacillus subtilis(A) 3.起始 pH 為 7.0 (2) Bacillus subtilis(B) 4.水解菌及基質配比=1/3 (3) Bacillus subtilis(C) 註:反應總體積=100ml

2.詴驗二〆不同起始 pH 值之水解詴驗

以由詴驗一所篩選出最好的菌株為爾後詴驗之水解菌，將基質 COD 濃度調 為 20,000mg/L（總體積＝100 mL），進行不同起始 pH 進行水解反應詴驗，pH 分 別為 5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0 及 8.5 共計 7 組。

表 3-4 不同起始 pH 值水解詴驗之控制及操作條件

控制條件 操作條件

1.基質 COD 濃度為 20,000mg/L 不同起始 pH 值

2.溫度為 35℃ 5.5、6.0、6.5、7.0

3.最佳水解菌種 、7.5、8.0、8.5

註〆反應總體積=100mL

3.詴驗三〆不同 COD 基質濃度之水解詴驗

由詴驗二所求得最佳起始水解pH值作為爾後詴驗之水解詴驗之起始pH後，

再進行不同COD基質濃度（10,000、20,000、30,000 mg/L）之水解詴驗。

表 3-5 不同 COD 基質濃度水解詴驗之控制及操作條件

控制條件 操作條件

1.溫度為 35℃ 不同 COD 基質濃度〆 2.最佳產能起始 pH 值

10,000、20,000、30,000mg/L 3.最佳水解菌種

註〆反應總體積=100mL

4.詴驗四〆不同起始醱酵產氫 pH 之醱酵產氫詴驗

以詴驗三所求得最佳水解 COD 濃度作為後續詴驗之 COD 濃度，進行後續 的醱酵產氫反應，本詴驗待水解反應達到最佳反應天數後，加入醱酵產氫菌，

再調整不同起始醱酵產氫 pH 為 5.0、5.25、5.5、6.0、6.5、7.0 及 7.5 共計 7 組 進行後續的醱酵詴驗。

表 3-6 不同起始之醱酵產氫 pH 詴驗的控制及操作條件

控制條件 操作條件

1.溫度為 35℃ 不同起始之醱酵產氫 pH 2.最佳產能起始 pH 值、COD 濃度

5.0、5.25、5.5、

6.0、6.5、7.0、7.5 3.水解效果最佳反應天數

4.水解菌(20mL)+基質(花生殼水溶液 60mL) 配 比 為 1/3 與 醱 酵 產 氫 菌 (20mL)配比 1/4(反應總體積 100mL) 註〆反應總體積=100mL

二、連續流詴驗

本研究在連續流詴驗操作條件部分，主要前段以好氧循序批次反應槽（SBR）

串聯後段醱酵產氫 CSTR 進行花生殼的產氫詴驗，並且以批次詴驗所得最佳操作 結果為基礎進行連續流詴驗，以求出最佳不同操作程序組合操作條件。

（一）詴驗設計

5.詴驗五〆不同前段 SBR 總循序時間對水解及產氫效率之影響

本研究設計前段 SBR 反應槽循序時間分別為 11、9、8、7、5、4 小時，整 個循序反應過程從基質進流為 15 分，再固定後段 CSTR 之 HRT 時間操作條件 詴驗，在反應後，停止攪拌沈降 30 分，沈降完成後最後為反應過基質抽離階段 為 15 分，接著並重複循環操作，直到生物系統穩定，分析水質及產氫。

表 3-7 不同 SBR 程序控制及循環時間詴驗中之控制及操作條件

表 3-10 SBR 不同起始 pH 詴驗中之控制及操作條件

表 3-12 不同進流基質濃度之醱酵產氫詴驗中之控制及操作條件 SBR（水解菌）反應槽 CSTR（醱酵產氫菌）反應槽

控制條件 操作條件 控制條件

1.基質 COD 濃度為詴驗三 最佳 COD 濃度

2.溫度為 35℃

3.總循序時間為詴驗五最 佳操作條件

4.詴驗七的最佳之水解 pH

不同 COD 基質 濃度，分別為 10,000mg/L 、 20,000mg/L 、 30,000mg/L

1.溫度為 35℃

2.HRT 為詴驗六最佳操作條件 3.為詴驗八最佳之產氫 pH