第四章 結果與討論
第五節 不同基質 COD 濃度之批次產氫試驗
本節將利用：水解菌 Bacillus subtilis(A)、起始值為 5.25、水解菌/醱酵產氫 菌配比為 1/4、混合菌液/基質配比為 1/3，來進行不同基質 COD 濃度 (10,000、
20,000、30,000、40,000mg/L，共 4 組)之產氫批次試驗。
一、不同基質 COD 濃度批次產氫效率之影響
由圖 4-8 可得知，各組初期都有產氫反應，試驗前 2 天產氫量都差不多，
20,000 及 30,000 mg/L 在第 3 天產氫量大幅增加，4 組試驗都到第 8 天停止產 氫，因此就總產氫量而言，COD 濃度 20,000 mg/L 組有最佳總產氫量為 62.8ml，
其次是 30,000 mg/L 為 53.7ml，最差的是 40,000 mg/L 為 27.7 ml。
再由，表 4-14 可以得知，以每克進流 COD 產氫率高低來比較，以 20,000mg/L 有最佳的產氫率，產氫率為 1.01 mmole H2/g-CODin；其次是 10,000mg/L，產氫 率為 0.97 mmole H2/g-CODin；再其次是 30,000mg/L，產氫率為 0.73 mmole H2/g-CODin；最差的是 40,000mg/L，產氫率為 0.28 mmole H2/g-CODin。
由上述實驗可知，在低濃度 10000 及 20000 mg/L 時，因基質含量少，基質 較被充分利用，因而有較好的產氫效率；當基質濃度高時，雖然可利用的基質 較多，因菌量相對較少，單位基質利用率反而差，因此產氫率卻不見理想，所 以高濃度的基質 COD 是不利於稻殼之產氫反應。
二、不同基質 COD 濃度批次產氫試驗之水質變化
由表 4-15 中可以看出反應中的 pH 值會因進流基質 COD 濃度越高低而有所變 化，在基質 COD 濃度越高其 pH 降得越低，pH 值介於 4.18-4.47，產氫效率最佳 的 20,000mg/L 當反應結束時的 pH 值為 4.31。總 COD 的去除率部分，介於 2.74-3.81％，隨 COD 去除率較高者的產氫量較佳。而溶解性 COD 的增加率與每 單位進流基質的產氫量的增加率成正比，而溶解性的增加率介於 2.51-4.95％，
產氫率最好的 20,000mg/L 溶解性 COD 增加率為 4.95％，產氫率為 1.29 mmole H2/g-CODin。
圖4-8 不同基質COD濃度試驗之累積產氫量
由表 4-16、4-17 可得知鹼度的減少比例介於 53.6-78.1％，產氫越好則鹼度 濃度的減少量越多，總固體及懸浮固體的變化情形都是隨反應之進行逐漸減少，
20000mg/L 時有最好的總固體及懸浮固體去除率，為 38.9 及 13.3%；其次為 10000mg/L，去除率為 25.9 及 10.7%。揮發酸的濃度增加量介於 180-400 mg/L，
產氫效率最好的 20,000mg/L 揮發酸的濃度增加量達 400 mg/L。
綜合上述所言，由試驗結果我們可以得知稻殼不同基質 COD 濃度產氫試驗 中，最佳的進流基質 COD 濃度為 20,000mg/L，產氫率為 1.29mmole H2/g-CODin 。
表4-14 不同基質COD濃度批次試驗之氣體組成及累積產氫量
表4-15 不同基質COD濃度之批次產氫試驗的pH、COD、溶解性COD水質變化情形
組別
pH COD(mg/l) 溶解性 COD(mg/l)
前期 中期 後期 前期 中期 後期 第九天
去除率 前期 中期 中期 後期 COD 增加率 (％)
COD 減少率 (％) 0 天 4 天 9 天 0 天 4 天 10 天 (％) 0 天 4 天 7 天 9 天 0-4 天 0-10 天
10000 5.00 4.79 4.47 10450 10000 9900 5.23 8450 8700 8500 8350 2.95 2.22 20000 5.00 4.77 4.31 20500 19550 19150 6.59 10100 10600 10000 9850 4.95 4.09 30000 5.00 4.72 4.25 30200 29350 29050 3.81 14500 15150 14400 14050 4.48 4.36 40000 5.00 4.84 4.18 40100 39350 39000 2.74 15500 15890 15490 15220 2.51 2.62
COD (mg/l)
總產氣量 氣體含率(％) 產氣量(ml)
加入的 基質量 (g-COD)
每克基質之產氫量 每克去除 COD 之 產氫量
(ml) H2 CO2 H2 CO2 (mmole H2/g-CODin) (mmole H2/g-CODre) 10000 80.0 39.5 60.5 31.6 48.4 1.02 0.97 4.30 20000 126.7 49.6 50.4 62.8 77.1 1.99 1.01 3.41 30000 118.0 45.5 55.5 53.7 64.3 3.02 0.73 1.91 40000 98.5 45.0 55.0 27.7 70.8 4.01 0.28 1.03
表4-16 不同基質COD濃度之批次產氫試驗的總固體物、懸浮固體水質變化情形
組別
TS 總固體物(mg/l) SS 懸浮固體(mg/l)
前期 中期 後期 去除率 前期 中期 後期 去除率
第 0 天 第 4 天 第 9 天 第九天(%) 第 0 天 第 4 天 第 9 天 第九天(%) 10000 16600 14500 12300 25.9 8850 8600 7900 10.7 20000 22100 14650 13500 38.9 11300 10400 9800 13.3 30000 29800 27400 25500 14.4 17800 17230 16400 7.87 40000 34500 32600 31850 7.68 13680 13050 12900 5.70
表4-17 不同基質COD濃度之批次產氫試驗的揮發酸、鹼度濃度變化情形
組別
揮發酸(mg/l)
增加量 (mg/l)
增加率
％
鹼度(mg-CaCO3/L)
減少量
mg-CaCO3/L ％
前期 中期 後期 前期 中期 後期
0 天 4 天 9 天 0 天 4 天 9 天
10000 1550 1615 1780 230 14.8 570 320 230 340 59.6 20000 1700 1860 2100 400 23.5 640 260 140 500 78.1 30000 2650 2830 2950 300 11.3 730 410 260 470 64.4 40000 2500 2610 2680 180 7.2 560 380 260 300 53.6
第二部分 連續流試驗
本部分研究主要是好氧循序批次反應槽( Sequencing Batch Reactor，SBR)串 聯厭氧醱酵產氫完全攪拌式反應槽(CSTR)來進行各種試驗，並依照批次產氫試驗 的最佳操作條件結果搭配本實驗室從黎明污水處理廠終沉池底泥馴養出的醱酵 產氫菌，進行一系列的產氫連續流試驗，以求出在不同COD濃度、不同pH、不同 程序組合、不同菌種組成、菌液/基質配比下，最佳的厭氧產氫操作條件。
第六節 SBR 不同循序時間對後段 CSTR 產氫量之影響
本試驗將固定後段 CSTR 反應槽之 HRT 時間為 36 hr，進行前段 SBR 總循序時 間之操作為 24、12、6、5 hr，探討前段 SBR 反應槽之水解時間對後段 CSTR 反應 槽產氫效率之影響。
(一)產氫量之比較
由表 4-18 可得知，在前段 SBR 不同循序時間中，以 6 hr 時有較佳的單位體 積及每克進流 COD 產氫率，分別為 24.5 mmole-H2 /L．day 及 3.57
mmole-H2/g-CODin；其次為 5 hr，產氫率為 22.7 mmole-H2 /L．day 及 3.42 mmole-H2/g-CODin，另外由表 4-19 可看出，在前段 SBR 水解反應槽中 6 hr 及 5 hr 其溶解性 COD 是增加的，增加率為 19.5 及 14.7%，因為稻殼被前段水解菌分解成 細小的基質，所以在反應過程試驗前期溶解性 COD 是增加的；反觀 12 及 24 hr 溶解性 COD 都是下降的，這顯示溶解性 COD 在 0-6 hr 期間是大量增加，在第 6 hr 之後溶解性 COD 便逐漸下降，所以在 6 hr 當溶解性 COD 增加量達到巔峰時，進 料到後段 CSTR 反應槽，醱酵產氫菌利用溶解性 COD 經由產酸反應而產氫，故在 6 hr 時有最佳的產氫效率。
表4-18 分離式反應槽SBR串聯CSTR之試驗反應中，SBR不同循序時間對後段CSTR 及12.9%，這顯示溶解性COD在0-6 hr期間是大量增加的，且在6 hr 時溶解性COD 增加量達到巔峰，6 hr之後溶解性COD便開始下降，因此在24 hr去除率高於12 hr；
2.鹼度
由表 4-21 鹼度變化情形可看出，當前段 SBR 水解反應槽為 24 hr 時，有較 多的鹼度減少量，為14.5%；其次為 12 hr，鹼度減少量為 12.1%。在後段 CSTR 醱酵產氫槽中則以6hr 時，有較多的鹼度減少量，為 24.5%；其次為 5 hr，鹼度 減少量為22.3%。
3.揮發酸
由表4-21 可看出，當前段 SBR 水解反應槽為 24 hr 時，其揮發酸增加量，為 40 mg/L；其餘各組揮發酸增加量皆差不多。在後段 CSTR 醱酵產氫槽中則以 6hr 時，有較多的揮發酸增加量，為2980 mg/L；其次為 5 hr，揮發酸增加量為 2720 mg/L。
4.總固體物、懸浮固體物
由表 4-22 可知，當總循序時間 24 hr 時，前段 SBR 水解反應槽分別有較佳的 總固體物及懸浮固體物減少量，分別為24.6 及 24.0%；後段 CSTR 反應槽總固體 物及懸浮固體物減少量，分別為15.6 及 15.4%。最差為總循序時間為 5 hr，前段 SBR 水解反應槽總固體物及懸浮固體物減少量，分別為 18.9 及 15.5%；後段 CSTR 反應槽總固體物及懸浮固體物減少量，分別為10.3 及 8.54 %。
表4-20 分離式反應槽SBR串聯CSTR之試驗反應中，SBR不同循序時間對後段CSTR 之產氣組成及累積產氫量之影響其COD濃度、溶解性COD濃度變化
SBR 總循 序時間(hr)
SBR CSTR SBR+CSTR 24 進流總 COD 濃度 19800 16600 19800
表4-21 分離式反應槽SBR+CSTR之試驗反應中，SBR不同循序時間對後段CSTR之產