第四章 結果與討論
第六節 不同後段 CSTR 之 HRT 對醱酵產氫反應之影響
本節將上節詴驗最佳結果列為前段控制條件，前段SBR 最佳總循序時間為9 hr為本節實驗控制條件，則變換後段完全混合式CSTR 反應槽之HRT，分別為18、
36及72 hrs 之詴驗（前段為SBR 水解反應槽々後段為CSTR 醱酵產氫反應槽）。
CSTR 之pH 值控制在5.25，以預期最佳COD 濃度20,000 mg/L為進流水濃度，並 持續循環操作，直到生物系統穩定，在進行水質、產氫量及成分的採樣分析。
（一）不同後段CSTR之HRT時間之比較詴驗
變換後段醱酵產氫反應槽不同總循序時間之比較詴驗中，其先固定前段SBR 反應槽之總循序時間為最佳水解時間9 hr，變換後段CSTR 不同HRT 時間為18、
36以及72hrs，其探討於何種HRT 有較佳醱酵產氫量。
由表 4-13 及表 4-14 可看出前段 SBR 最佳總循序時間為 9 小時，其溶解性 COD 增加率為 30.8~31.5%左右，當後段 CSTR 反應槽的 HRT 為 18 小時，總產 氫量為 3,091 mL/day，每天之產氫量為 126.2 mmole-H2/day，每克進流 COD 之產 氫量為 2.23 mmole-H2/g-CODin，單位體積之產氫量為 21.0 mmole-H2/L〄day々當 後段 CSTR 反應槽的 HRT 為 36 小時，總產氫量為 2,728 mL/day，每天之產氫量 為 111.3 mmole-H2/day，每克進流 COD 之產氫量為 2.76 mmole-H2/g-CODin，單 位體積之產氫量為 18.6 mmole-H2/L〄day々當後段反應槽的 HRT 為 72 小時，總 產氫量為 4610 mL/day，每天之產氫量為 75.8 mmole-H2/day，每克進流 COD 之 產氫量為 5.52 mmole-H2/g-CODin，單位體積之產氫量為 12.6 mmole-H2/L〄day。
由上述詴驗結果可得知，以每天產氫量及單位體積之產氫率而言，當後段 CSTR 之 HRT 為 18 hr 時，則有最佳每天的產氫量以及有較佳的單位體積反應槽 產氫率，主要原因為 HRT 時間為 18 小時，一天所進流的基質較多，所以產氫效 率也比較佳。而每克進流 COD 及每克去除 COD 之產氫率，則是隨著 CSTR 之 HRT 增加而增加，因 HRT 停留時間較長，基質能有效充分被利用醱酵產氫，所 以每克去除 COD 之產氫率較佳。本研究花生殼為基質時產氫率高於以本研究團 隊以謝孟宏（2010）利用批次詴驗及 SBR 提升稻殼產氫之可行性研究中，以稻 殼作為基質在後段 CSTR 之 HRT 時間為 18 hr 時，每天之單位體積之產氫率為 19.8 mmole-H2 /day（花生殼單位體積之產氫率為 21.0 mmole-H2 /day），若以 HRT 時間為 72 hr 時，每克進流 COD 之產氫量為 3.93 mmole-H2/g-CODin（花生殼每
克進流 COD 之產氫量為 5.52 mmole-H2/g-CODin）。由上述稻殼與花生殼之產氫
30.8 ~31.5 %。變化後段 CSTR 之 HRT，分別為 18、36 及 72 hr。當 CSTR 之 HRT 為 18 hr 時，總 COD 去除率為 11.1 %，溶解性 COD 去除率為 14.1 %々 以 CSTR 之 HRT 時間為 36 hr 時，總 COD 去除率為 13.7 %，溶解性 COD 去 除率為 19.1 %々以 CSTR 之 HRT 時間為 72 hr 時，總 COD 去除率為 16.9 %，
溶解性 COD 去除率為 22.0 %。由上述可知總 COD 去除效率以及溶解性 COD 去除率會隨 HRT 增加而增加，因而每克進流 COD 之產氫量也隨著 HRT 增加提高每克進流 COD 之產氫量，HRT 越長可以更有效的充分利用 前段水解反應過後的基質用於醱酵產氫。
2.鹼度
由表 4-15 鹼度變化情形可看出，當後段 CSTR 反應槽 HRT 為 18 hr 時，有較多的鹼度減少率，為 35.5 %々其次為後段 CSTR 之 HRT 為 36 hr，
鹼度減少率為 31.1 %々最少則是後段 CSTR 之 HRT 為 72 hr，鹼度減少率為 27.4 %。
由上述可知，由於前段 SBR 串聯後段 CSTR 時，其前段水解反應槽不 產氫，所以前段 SBR 鹼度的消耗量比後段 CSTR 醱酵產氫槽鹼度消耗量來 的較少々此乃因反應中基質經由前段 SBR 反應槽水解所產生的溶解性 COD 被後段 CSTR 醱酵產氫菌反應槽轉換為揮發酸，因而在後段 CSTR 有大量鹼 度的消耗。
3.揮發酸
由表4-15 可看出，當前段SBR 水解反應槽其揮發酸增加量約70 mg/L，
各組揮發酸增加量皆差不多。當後段CSTR 醱酵產氫反應槽之HRT 分別為 18、36及72 hr時，其揮發酸增加量分別為〆2480 mg/L、2190 mg/L及1950 mg/L々當以後段CSTR 醱酵產氫槽之HRT 為18 hr時，則有最多的揮發酸增 加量々其次多是當後段CSTR 之HRT 為36 hr時々而最差則是當後段CSTR 之 HRT 為72 hr時。另一方面隨著揮發酸的產生，而揮發酸測得丁酸、丙酸及
乙酸，乙酸約在16~19 %，丙酸約在4~6 %，丁酸約在46~53 %，以丁酸為主。
根據文獻Girbal et al.（1995）指出，代謝路徑走向生成乙酸和丁酸時，會伴 隨氫氣的產生々而當整個醱酵產氫效能以代謝產物屬於乙醇醱酵型，則不利 於醱酵產氫。當整個醱酵產氫之代謝產物以丁酸、乙酸為主，也就是屬於丁 酸、乙酸醱酵型，則產氫表現較佳。而本研究在實驗過程中沒有發現任何醇 類的產生，微生物的代謝路徑走向以乙酸和丁酸為主要最終產物，因此本研 究的醱酵產氫效率佳。
表 4-15 後段 CSTR 不同之 HRT 對前後段反應槽之鹼度與揮發酸濃度及其變化量 之影響情形
鹼度(mg-CaCO3/L) 揮發酸(mg/L) CSTR之HRT
時間(hr)
SBR CSTR SBR +CSTR
SBR CSTR SBR +CSTR 18 進流濃度 620 540 620 進流濃度 640 700 700
出流濃度 540 400 400 出流濃度 700 3120 3120 減少率(%) 12.9 25.9 35.5 增加量 60 2420 2480 36 進流濃度 640 560 640 進流濃度 620 690 690
出流濃度 560 440 440 出流濃度 690 2810 2810 減少率(%) 12.5 21.4 31.3 增加量 70 2120 2190 72 進流濃度 620 550 620 進流濃度 630 700 700
出流濃度 550 450 450 出流濃度 700 2580 2580 減少率(%) 11.3 18.2 27.4 增加量 70 1880 1950 4.總固體物、懸浮固體物
由於前段 SBR 操作條件一樣，前段 SBR 之 TS 及 SS 減少率幾乎一樣，
TS 減少率為 30.2~30.5 %及 SS 減少率為 23.6~23.9 %。由表 4-16 可得知後 段 CSTR 醱酵產氫反應槽分別於不同水力停留時間下，有不同的總固體物及 懸浮固體物濃度減少率，當後段 CSTR 之 HRT 為 18 hr 時，後段 CSTR 之 TS 減少率為 9.43 %及 SS 減少率為 8.53 %々當後段 CSTR 之 HRT 為 36hr 時，後段 CSTR 之 TS 減少率為 12.7 %及 SS 減少率為 11.1 %々當後段 CSTR 之 HRT 為 72hr 時，後段 CSTR 之 TS 減少率為 18.3 %及 SS 減少率為 16.5
%。由上述結果可知後段 CSTR 的 TS 及 SS 減少率隨著 CSTR 之 HRT 的增 加而增加，因 HRT 較長時，能讓醱酵產氫菌能更有效的利用基質以產氫。
表 4-16 後段 CSTR 不同之 HRT 對前後段反應槽之 TS 與 SS 濃度及其變化量之 影響情形
CSTR之HRT 時間(hr)
SBR CSTR 總減少量
TS SS TS SS TS SS 18 進流濃度 11400 8450 7950 6450 11400 8450
出流濃度 7950 6450 7200 5900 7200 5900 減少率(%) 30.2 23.6 9.43 8.53 36.8 30.1 36 進流濃度 11300 8250 7850 6300 11300 8250
出流濃度 7850 6300 6850 5600 6850 5600 減少率(%) 30.5 23.6 12.7 11.1 39.3 32.1 72 進流濃度 11350 8350 7900 6350 11350 8350
出流濃度 7900 6350 6450 5300 6450 5300 減少率(%) 30.4 23.9 18.3 16.5 43.1 36.5