第四章 結果與討論
第八節 各項水質指標
連續流試驗中，由於進行不同COD 濃度及 HRT 操作條件下，反應槽中微 生物的增殖速率及基質代謝速率將有差異，產能也隨之變化，經由監測各項水 質指標的變化情形，可了解反應槽操作的實際變化情形，進而了解各項水質指 標對微生物產能作用的影響，並可找出最有利於微生物產能作用的操作條件。
一、COD 去除率
表 4-19 為二相式反應槽連續流試驗中各濃度試程之進出流水 COD 濃度變 化與COD 去除效率情形，由表可明顯看出 COD 去除效率，不論是第一段或者 是第二段反應槽，總COD 去除率均隨著水力停留時間的增長而增加，但卻隨著 有機負荷的增加而減少，由圖4-16 更可看出此一趨勢。除此之外，由表 4-19 亦可看出，所有連續流試驗中，在厭氧醱酵產氫階段（第一段）其COD 去除效 率均遠小於甲烷化階段（第二段），由此可見得進流基質經過第一段反應槽水解 酸化其COD 去除率有限，但其水解醱酵後的產物更容易被第二段甲烷化反應槽 內甲烷菌所利用去除，因而第二段反應槽有較佳的COD 去除率。
由表4-19 可看出，COD 去除效率與水力停留時間長短有關，在第一段反 應槽（醱酵產氫反應）當進流基質COD 濃度為 10,000mg/L（污/酒＝2/3）、
20,000mg/L（污/酒＝1/4）時，HRT 為 14hrs 分別有較佳 COD 去除效率 11.43
％、10.58％。而當進流基質 COD 濃度為 30,000mg/L（污/酒＝3/2）時，HRT 操作在10hrs 時，有較佳的去除效率 11.69％。而第二段反應槽（甲烷化反應）
其COD 去除效率明顯高於第一段反應槽，當進流基質 COD 濃度為 10,000（污 /酒＝2/3）、20,000（污/酒＝1/4）、30,000mg/L（污/酒＝3/2）時， HRT 分別操 作在14、14、10hrs 時，有較佳 COD 去除效率，分別為 30.3、29.7、24.0％。
在總COD 去除率方面，其結果與第一段反應槽跟第二段反應槽 COD 去除 率結果相同，均隨著水力停留時間增長而增加。當進流基質COD 濃度為 10,000
0
（污/酒＝2/3）、20,000（污/酒＝1/4）、30,000mg/L（污/酒＝3/2）時，HRT 分別 操作在14、14、10hrs 時，有較佳 COD 去除效率，分別為 38.6、37.3、32.7％。
由上述結果顯示水力停留時間與有機負荷的確會對COD 去除率造成影響，水力 停留時間愈長，反應槽有機負荷較小，所供應的基質被微生物利用的較為完全，
相對的基質消耗較多，所以COD 去除效率較高。然而當水力停留時間縮短，反 應槽有機負荷會變大，而所供應的基質不能完全被微生物所消耗利用，因此其 COD 去除率效果不佳，因為由試驗結果便可看出，當各濃度試驗 HRT 操作在 6hrs 時，其總 COD 去除率均最低，分別為 15.9、16.0、16.8％。
表4-19 連續流各試驗之進出流水 COD 濃度及 COD 去除率 COD 濃度 10,000mg/L；污/酒＝2/3
HRT COD 濃度 20,000mg/L；污/酒＝1/4
HRT
表4-19 連續流各試驗之進出流水 COD 濃度及 COD 去除率（續）
COD 濃度 30,000mg/L；污/酒＝3/2 HRT
（hrs）
有機負荷
（g-COD/L‧
day）
第一階段進流 COD 濃度
（mg/L）
第一階段出流 COD 濃度
（mg/L）
第一階段 COD 去除率
（％）
第二階段進流 COD 濃度
（mg/L）
第二階段出流 COD 濃度
（mg/L）
第二階段 COD 去除率
（％）
總COD 去除率
（％）
10 72 29,500 26,050 11.7 26,000 19,850 24.0 32.7 8 90 30,500 28,500 6.6 28,500 23,400 17.9 23.3 6 120 31,000 29,800 3.9 29,600 25,800 12.8 16.8
二、鹼度
鹼度乃是用來量度其中和酸的能力，因此鹼度愈大，緩衝能力愈大，可防 止pH 值因酸的加入而急速下降。本研究連續流試驗以污泥與酒糟做為複合基 質並採二相式操作，為了使第一段反應槽能夠完全產氫而不產甲烷，因此將pH 控制在5.25 左右以利產氫反應進行，由於降低 pH 值的操作，使第一段反應槽 有揮發酸產生，且造成大量鹼度的消耗，所以第一段反應槽出流水總鹼度較第 二段反應槽來的少。
由表4-20 鹼度變化量情形可看出，第一段反應槽出流水的鹼度隨著複合基 質水解、酸化反應的進行而有大量消耗的情形，且其鹼度減少量會隨著水力停 留時間減少而增加（即隨著有機負荷的增加而增加），以及隨著進流基質COD 濃度增加而增加。當COD濃度為 10,000mg/L（污/酒＝2/3）、20,000mg/L（污/
酒＝2/3）、30,000mg/L（污/酒＝3/2）時， HRT操作在為 6hrs，鹼度減少量分 別有最大值55、65、90mg/L as CaCO3；而當HRT分別操作在 14、14、10hrs時，
鹼度減少量分別有最小值15、15、45mg/L as CaCO3。
在不同操作條件下，許多因子均會影響到第一段醱酵反應槽出流水鹼度 度，為了探討哪些因子（進流基質COD 濃度、污泥濃度、酒糟濃度、HRT、有 機負荷、酒糟/污泥比…等）會對鹼度造成影響，以 SPSS 軟體之逐步迴歸法求 出第一段反應槽出流水鹼度減少量的迴歸方程式：
鹼度減少量（mg/L）＝-2.386V1+0.248V2-3.211E-03V3+6.641V4+46.663
……...（4-3）
其中，V1為第一段反應槽水力停留時間（hrs），且為主要影響因子，由式 4-3 可知鹼度減少量會隨著水力停留時間增長而減少；V2為反應槽有機負荷量
（g-COD/L‧day）為次要影響因子，鹼度減少量隨著有機負荷的增加而增加；
再者為V3，為酒糟濃度（mg/L），鹼度減少量隨著酒糟濃度的增加而減少；V4為 酒糟/污泥比，鹼度減少量隨著酒糟/污泥比的增加而增加；R2值為0.985。
表4-20 二相式連續流反應槽各試驗之進出流水鹼度及其變化量情形 COD 濃度 10,000mg/L；污/酒＝2/3
HRT COD 濃度 20,000mg/L；污/酒＝1/4
HRT
表4-20 二相式連續流反應槽各試驗之進出流水鹼度及其變化量情形（續）
COD 濃度 30,000mg/L；污/酒＝3/2 HRT
（hrs）
有機負荷
（g-COD/L‧
day）
第一階段進流 鹼度
（mg/L as CaCO3）
第一階段出流 鹼度
（mg/L as CaCO3）
第一階段 鹼度減少量
（mg/L as CaCO3）
第二階段進流 鹼度
（mg/L as CaCO3）
第二階段出流 鹼度
（mg/L as CaCO3）
第二階段 鹼度增加量
（mg/L as CaCO3）
10 216 845 800 45 800 1720 920 8 270 835 780 55 800 1540 740 6 360 850 760 90 780 1220 440
為了使第二段甲烷化反應槽之甲烷反應可以順利進行，將第二段甲烷化反 應槽之進流基質（第一段產氫反應槽之出流水）pH調整至 7.0 左右，因此第二 段甲烷化反應槽之進流基質鹼度高於第一段產氫反應槽出流水鹼度。由表4-21 鹼度變化量情形可看出，隨著水力停留時間增長及進流基質COD濃度增加，第 二段反應槽出流水會有較大的鹼度產生。當COD濃度為 10,000（污/酒＝2/3）、
20,000mg/L（污/酒＝1/4）、30,000mg/L（污/酒＝3/2）mg/L，HRT分別操作在 14、14、10hrs時，鹼度增加量分別有最大值 375、345、920mg/L as CaCO3；而 當HRT操作在 6hrs鹼度增加量分別有最小值 180、90、440mg/L as CaCO3。
以SPSS 軟體之逐步迴歸法求出第二段反應槽出流水鹼度增加量迴歸方程 式：
鹼度增加量（mg/L）＝7.012E-02V1－2.481E-02V2＋53.713V3＋102.198
………（4-4）
其中，V1為第二段反應槽進流基質污泥濃度（mg/L），且為主要影響因子，
由式4-4 可知鹼度增加量會隨著污泥濃度增加而增加；V2為反應槽有機負荷量
（g-COD/L‧day）為次要影響因子，鹼度增加量隨著有機負荷的增加而減少；
再者為V3，為酒糟/污泥比，鹼度增加量隨著酒糟/污泥比增加而增加；R2值為 0.966。
三、揮發酸
當基質裡所含有機物被生物分解時，各種不同種類的水解菌會將有機物水 解成較小分子量的化合物，此類低分子量化合物中，主要以揮發酸為主，當厭 氧系統中累積過多的揮發酸時，便可能影響系統的正常操作。
本研究連續流試驗採二相式操作，在第一段醱酵產氫反應槽，由於生物進 行厭氧醱酵產氫反應，因此由表 4-21 揮發酸濃度變化情形可明顯看出，第一段 反應槽出流水的揮發酸濃度比進流水高，且其揮發酸濃度會隨著有機負荷增加
（水力停留時間縮短）而有上升趨勢，在COD 濃度 10,000mg/L（污/酒＝2/3）
試驗中，當HRT 為 6hrs，第一段反應槽出流水之揮發酸濃度的增加量為最大達 200mg/L，當 HRT 為 14hrs 時，揮發酸濃度增加量為最少（82mg/L）；在 COD 濃度20,000mg/L（污/酒＝1/4）試驗中，當 HRT 為 6hrs 時，第一段反應槽出流 水之揮發酸濃度有最大增加量，272mg/L，當 HRT 為 14hrs 時，揮發酸增加量 為最少（44mg/L）；在 COD 濃度 30,000mg/L（污/酒＝3/2）試驗中，當 HRT 為 6hrs 時，第一段反應槽揮發酸濃度有最大增加量 760mg/L，當 HRT 為 14hrs 時，
揮發酸濃度增加量最少（340mg/L），由上述試驗結果，顯示在較大的有機負荷 下，有更多的基質被水解酸化菌水解酸化產生揮發酸，因此水力停留時間愈短，
揮發酸濃度愈高。
在不同操作條件下，許多因子均會影響到第一段醱酵反應槽出流水揮發酸 濃度，為了探討哪些因子（進流基質COD 濃度、污泥濃度、酒糟濃度、HRT、
有機負荷、酒糟/污泥比…等）會造成影響，以 SPSS 軟體之逐步迴歸法求出第 一段反應槽出流水揮發酸濃度增加量的迴歸方程式：
揮發酸濃度增加量（mg/L）＝2.307V1－1.580E-02V2＋49.568……（4-5）
其中，V1為第二段反應槽有機負荷量（g-COD/L‧day），且為主要影響因 子，由式4-5 可知揮發酸濃度增加量會隨著有機負荷量增加而增加；V2為酒糟 濃度（mg/L）為次要影響因子，揮發酸濃度增加量會隨著酒糟濃度的增加而減 少；R2值為0.966。
一般而言，在第二段甲烷化反應槽中，當環境狀況有利於甲烷菌生長情況 下，基質經由第一段反應槽水解酸化所產生之揮發酸很快的被第二段反應槽內 甲烷菌所分解利用，因此揮發酸就會被快速分解，不僅pH 不易下降，而且還 有回升的現象。由表4-21 揮發酸濃度變化情形可明顯看出，第二段反應槽其出 流水揮發酸濃度均比進流水低，顯示了基質經由第一段產氫反應槽酸化水解後 所產生的揮發酸，已被第二階段甲烷化反應槽內甲烷菌所分解利用。且由表4-22 揮發酸濃度變化情形亦可看出，隨著反應槽有機負荷減少（水力停留時間增
表4-21 二相式連續流反應槽各試驗之進出流水揮發酸濃度及其變化量情形 COD 濃度 10,000mg/L；污/酒＝2/3
HRT COD 濃度 20,000mg/L；污/酒＝1/4
HRT
COD
表4-21 二相式連續流反應槽各試驗之進出流水揮發酸濃度及其變化量情形（續）
濃度30,000mg/L；污/酒＝2/3 HRT
（hrs）
有機負荷
（g-COD/L‧day）
第一階段進流 揮發酸濃度
（mg/L）
第一階段出流 揮發酸濃度
（mg/L）
第一階段 揮發酸增加量
（mg/L）
第二階段進流 揮發酸濃度
（mg/L）
第二階段出流 揮發酸濃度
（mg/L）
第二階段 揮發酸減少量
（mg/L）
10 216 1,440 1,780 340 1,700 840 860
8 270 1,520 1,980 460 1,920 1,240 680
6 360 1,480 2,240 760 2,200 1,760 440
長），出流水揮發酸濃度的減少量愈多，在COD 濃度 10,000mg/L（污/酒＝2/3）
試驗中，當HRT 為 14hrs 時，第二段反應槽出流水揮發酸濃度有最大減少量 278mg/L，而當 HRT 為 6hrs 時，揮發酸濃度減少量最少（164mg/L）；在 COD
試驗中，當HRT 為 14hrs 時，第二段反應槽出流水揮發酸濃度有最大減少量 278mg/L，而當 HRT 為 6hrs 時，揮發酸濃度減少量最少（164mg/L）；在 COD