第四章 結果與討論
第四節 各項水質指標
由圖 4-22 可知，醱酵產氫活性碳粒流體化床反應槽及活性碳棉 CSTR 鹼
醱酵產氫 CSTR 進出流水鹼度消耗量(mg/L)=0.981（V1）………（4-1）
p=0.019＊ ， R2=0.962
其中V2為水力停留時間（hrs）
（4-2）式：1.醱酵產氫 FBR 進出流水鹼度消耗量主要受水力停留時間影響。
2.有機負荷影響被排除。
甲烷化活性碳棉 CSTR 與甲烷化活性碳粒流體化床反應槽，當有機負荷為 20 g/L．day 時，有最高鹼度增加量，分別為 97 mg/L 及 136 mg/L；當有機負荷為 7.5 g/L．day 時，這兩種甲烷反應槽最低鹼度增加量，分別為 58 mg/L 及 67 mg/L。
由圖 4-23 可知，活性碳粒流體化床反應槽及活性碳棉 CSTR 鹼度的增加量與隨 著有機負荷的提高而上昇的趨勢。活性碳粒流體化床反應槽中鹼度的增加量較活 性碳棉 CSTR 為高。
0 50 100 150
0 5 10 15 20 25
有機負荷(g/L)
進出流水鹼度增加量(mg/L)
甲烷化 活性碳 棉 CSTR
甲烷化 活性碳 粒流體 化床反 應槽
圖 4-23 在不同有機負荷下，甲烷化活性碳棉 CSTR 與活性碳粒流體化床反應槽 進出流水鹼度增加量之變化情形
進流水中所要加入的鹼度隨有機負荷增加而增加。出流水中的鹼度，由於有 揮發酸的產生，會消耗鹼度，致使碳酸鹽鹼度降低；另外，隨著水力停留時間的 增加，出流水中鹼度也會較低，這是因為在此情況下系統產生的揮發酸及進流水 中加入的鹼度均較低之故。在進行厭氧消化時，如果反應槽的操作情況良好，由 於甲烷菌活性高可將揮發酸轉化為甲烷，使得反應槽在低有機負荷時，因耗酸性
甲烷菌將揮發酸轉化為甲烷，而使反應槽揮發酸濃度降低，被揮發酸中和的鹼度 減少。不僅產生的揮發酸少，而且還會因產生氨鹼度，使得出流水中的總鹼度會 較進流水稍高。因此在高有機負荷下，產酸量增加，故需加入較多量之鹼度，以 控制反應槽內 pH 值。厭氧反應槽內，由於微生物的代謝作用，使得 pH 值會因 此降低或升高。而厭氧醱酵產氫以水解產酸為主要反應，所以 pH 值容易降低。
為能使前段反應槽有效抑制甲烷菌生長又不至於抑制厭氧產酸菌作用所以保持 反應槽 pH 值於 5.0~5.5 之間，若反應槽 pH 值低於 5.0~5.5 之間需於進流水中加 入 NaHCO3以維持適當的 pH 值。
在以 WAS 為進流基質之二相式反應槽試程，前段反應槽由於進流基質活性 污泥本身就具有鹼度，且前段產氫反應槽之 pH 值控制在 5.25 故不需外加 NaHCO3，作為調整系統進行厭氧消化時之 pH 緩衝劑；而後段甲烷化反應槽之進 流基質為前段產氫反應槽之出流水，此出流水在進入後段甲烷化反應槽前須調整 pH 值於 7.0~7.2 之間，以利後段甲烷化反應槽之產能反應，故通常需加入 NaHCO3，使得後段甲烷化反應槽之進流基質鹼度有明顯上升之情形。
表 4-15 為利用前段醱酵產氫活性碳棉 CSTR 串聯後段甲烷化活性碳粒流體 化床反應槽組合成二相式反應槽，處理 WAS 進流基質，變換不同有機負荷之試 驗。
表 4-15 以 WAS 為基質之二相式反應槽在不同有機負荷下的進出流水鹼度比較 註：前段醱酵產氫活性碳棉 CSTR 反應槽（進流 COD=10100mg/L）
後段甲烷化活性碳粒流體化床反應槽（進流 COD=9900mg/L）
體化床反應槽有最低鹼度增加量為 54 mg/L。由圖 4-24 可知後段甲烷化反應槽中
二、揮發酸濃度
在二相式反應槽中，前段厭氧醱酵產氫反應雖需抑制甲烷菌及其他雜 菌，以使產氫反應順利進行；但仍需保持一定的 pH 值以上（大於 4.0），使 產酸反應得以繼續進行。此時反應槽需加入碳酸鹽鹼劑（NaHCO3）來維持 pH 值於 5.0~5.5 之間。而後段甲烷化反應槽亦需加入碳酸鹽鹼劑（NaHCO3）來 調整進流基質之 pH 值於 7.0~7.2 之間。
表 4-16 是以人工合成廢水為基質，當進流水 COD 濃度為 10000 mg/l、
溫度 35℃時，醱酵產氫活性碳棉 CSTR 反應槽與活性碳粒流體化床反應槽，
各試程之進出流水揮發酸濃度。當 HRT 為 2hrs 時，醱酵產氫活性碳棉 CSTR 反應槽及活性碳粒流體化床反應槽均有最高的進出流水揮發酸增加量分別為 3220 及 3188 mg/L；當 HRT 為 6 hrs 時，兩者有最低的揮發酸增加量分別為 2596 及 2592mg/L。當 HRT 為 12hrs 時，甲烷化活性碳棉 CSTR 與甲烷化活性 碳粒流體化床反應槽均有最高的揮發酸濃度增加量分別為 1973 及 2950
mg/L；當 HRT 為 32 hrs 時，兩者有最低的揮發酸濃度分別為 418 及 417 mg/L。
表 4-16 以人工合成廢水為基質之不同型式反應槽的揮發酸濃度比較
故會產生大量揮發酸，且有機負荷增加時，生物污泥濃度會增加，醱酸速率亦會
醱酵產氫 CSTR 揮發酸濃度增加量(mg/L)=0.958（V1）………（4-3）
p=0.042＊ ， R2=0.918
2.水力停留時間影響被排除。
在不同操作條件下，甲烷化FBR各試程揮發酸濃度增加量，有機負荷量及水 力停留時間影響之關係式，以SPSS 12.0 軟體之逐步回歸法求出，說明如下：
醱酵產氫 FBR 揮發酸濃度增加量(mg/L)=0.954（V2）………（4-6）
p=0.046＊ ， R2=0.910
其中V2為水力停留時間（hrs）
（4-6）式：1.醱酵產氫 FBR 揮發酸濃度增加量主要受有機負荷影響。
2.水力停留時間影響被排除。
表 4-17 為利用前段醱酵產氫活性碳棉 CSTR 反應槽串聯後段甲烷化活性碳 粒流體化床反應槽組合成二相式反應槽，處理 WAS 進流基質，前段產氫反應槽 進流 COD 濃度為 10100mg/L、後段甲烷化活性碳粒流體化床反應槽進流 COD 濃 度為 9900mg/L 的操作條件下，變換不同有機負荷之試驗。
試驗結果發現，當有機負荷為 20g/L．day 時，前段醱酵產氫活性碳棉 CSTR 反應槽，有最高的揮發酸濃度增加量為 172 mg/L；當有機負荷為 10g/L．day 時，
有最低的揮發酸濃度增加量為 45 mg/L。當有機負荷為 3.33 g/L．day 時，後段甲 烷化活性碳粒流體化床反應槽有最高的揮發酸濃度增加量為 122 mg/L；當有機負 荷為 0.83 g/L．day 時，有最低的揮發酸濃度增加量為 44 mg/L。
表 4-17 以 WAS 為基質之二相式反應槽在不同有機負荷下的揮發酸濃度比較
0
表 4-18 以人工合成廢水為基質之不同試程總凱氏氮、氨氮及有機氮濃度
大於活性碳粒流體化床反應槽，但兩者增加量相差不大。
0 3 6 9 12 15
0 50 100 150
有機負荷(g/L.day) 進出流水氨氮濃度增加量 (mg/L)
產氫活性碳棉 CSTR
產氫活性碳粒 流體化床反應 槽
圖 4-28 不同有機負荷下，兩種型式反應槽在醱酵產氫反應之進出流水氨氮濃度 增加量之變化情形
當有基負荷為20 g/L．day時，甲烷化活性碳棉CSTR與活性碳粒流體化床反應 槽氨氮濃度增加量最高，分別為5.5 mg NH3-N/L及5.63 mg NH3-N /L；當有基負荷 為7.5 g/L．day時，氨氮濃度增加量最低，分別為3.41 mg NH3-N/L及3.37 mg NH3-N/L。由圖4-29可知，進出流水氨氮濃度的增加量，隨著有機負荷的增加而 提高的趨勢。在有機負荷20g/L．day以下，活性碳粒流體化床反應槽氨氮濃度增 加量大於活性碳棉CSTR；在有機負荷20 g/L．day以上，活性碳棉CSTR氨氮濃度 增加量大於活性碳粒流體化床反應槽。
0 1 2 3 4 5 6
0 5 10 15 20 25
有機負荷(g/L.day)
進出流氨氮濃度增加量(mg/L)
甲烷化活性碳 棉CSTR
甲烷化流體化 床反應槽
圖 4-29 在不同有機負荷下，兩種型式反應槽在甲烷化反應之進出流水氨氮增加 量之變化情形
在不同操作條件下，甲烷化FBR各試程氨氮濃度增加量，有機負荷量及水力 停留時間影響之關係式，以SPSS 12.0 軟體之逐步回歸法求出，說明如下：
甲烷化 FBR 進出流水氨氮濃度增加量(mg NH3-N/L)=0.965（V1）………（4-7）
p=0.035＊ ， R2=0.931
其中V1為有機負荷量（g/L．day）
（4-7）式：1.甲烷化 FBR 進出流水氨氮濃度增加量主要受有機負荷影響。
2.水力停留時間影響被排除。
由表4-19發現，在以WAS為進流基質，當有基負荷為20 g/L．day時，二相式 反應槽的前段產氫活性碳棉CSTR氨氮濃度增加量最高，分別為7.5 mg NH3-N/L；
當有基負荷為10 g/L．day時，氨氮濃度增加量最低為2.3 mg NH3-N/L。當有基負 荷為3.33 g/L．day時，後段甲烷化活性碳粒流體化床反應槽氨氮濃度增加量最高 為44.8 mg NH3-N/L；當有基負荷為0.83 g/L．day時，氨氮濃度增加量最低為29.8 mg
NH3-N/L。
在有機氮濃度方面（表4-18），當有基負荷為120 g/L．day時，產氫活性碳棉 CSTR與活性碳粒流體化床反應槽有機氮濃度減少量最高，分別為37.9及37.3 mg Org-N/L；當有基負荷為40g/L．day時，有機氮濃度減少量最低，分別為19.7及22.6 mg Org-N/L。由圖4-31可知，進出流水有機氮濃度減少量，隨有機負荷的提高而 增加的趨勢。在有機負荷110 g/L．day以下，活性碳粒流體化床反應槽有機氮濃度 減少量大於活性碳棉CSTR；在有機負荷110 g/L．day以上，活性碳棉CSTR有機氮 濃度減少量大於活性碳粒流體化床反應槽，但兩者增加量相差不大。
0 5 10 15 20 25 30 35 40
0 20 40 60 80 100 120 140 有機負荷(g/L.day)
進出流水有機氮減少量(mg/L) 產氫活性碳棉
CSTR
產氫活性碳粒 流體化床反應 槽
圖 4-31 在不同有機負荷下，兩種型式反應槽在醱酵產氫反應之進出流水有機氮 減少量之變化情形
在不同操作條件下，醱酵產氫CSTR各試程有機氮濃度減少量，有機負荷量及 水力停留時間影響之關係式，以SPSS 12.0 軟體之逐步回歸法求出，說明如下：
醱酵產氫 CSTR 有機氮濃度減少量(mg Org-N/L)=0.999（V1）………（4-8）
p=0.001＊＊ ， R2=0.999
其中V1為有機負荷量（g/L．day）
（4-8）式：1.醱酵產氫 CSTR 有機氮濃度減少量主要受有機負荷影響。
2.水力停留時間影響被排除。
在不同操作條件下，醱酵產氫FBR各試程有機氮濃度減少量，有機負荷量及 水力停留時間影響之關係式，以SPSS 12.0 軟體之逐步回歸法求出，說明如下：
醱酵產氫 FBR 有機氮濃度減少量(mg Org-N/L)=0.995（V1）………（4-9）
p=0.005＊＊ ， R2=0.991
其中V1為有機負荷量（g/L．day）
（4-9）式：1.醱酵產氫 FBR 有機氮濃度減少量主要受有機負荷影響。
2.水力停留時間影響被排除。
當有基負荷為20g/L．day時，甲烷化活性碳棉CSTR與活性碳粒流體化床反應 槽有機氮濃度減少量最高，分別為31.9及34.6 mg Org-N/L；當有基負荷為7.5 g/L．
day時，有機氮濃度減少量最低，分別為9.5及13.1 mg Org-N /L。由圖4-32可知，
進出流水有機氮濃度減少量，隨有機負荷的提高而增加的趨勢。在有機負荷15 g/L．day以下，活性碳粒流體化床反應槽有機氮濃度減少量大於活性碳棉CSTR；
進出流水有機氮濃度減少量，隨有機負荷的提高而增加的趨勢。在有機負荷15 g/L．day以下，活性碳粒流體化床反應槽有機氮濃度減少量大於活性碳棉CSTR；