第六節 質量平衡
第七節 不同操作條件下反應槽反應動力學之模擬
厭氧反應過程由於十分複雜，除了各類菌類對反應之影響外，廢水組成成分 及反應槽中廢水流況皆對厭氧消化反應造成影響。而上述因素會使整個模式複雜 化及影響其準確度，因此文獻上對於厭氧消化的動力模式的建立都予以簡化。在 過去的文獻中常使用的厭氧動力學模擬的生物反應動力學有 Monod equation、
Gompertz equation、Haldance equation 等三種，均可用於厭氧產氫反應動力學之 研究，但 Gompertz equation 適用於批次實驗的模擬，故不予以考慮。
一、Monod equation
表 4-26 及 4-27 為在不同有機負荷下，分別以合成廢水及黎明廢水廠 WAS 為基質的試程，以 Monod equation 對兩種型式反應槽醱酵產氫及甲烷化與二相式 反應槽的基質利用率計算值。此表是在不同有機負荷下及水力停留時間試程中，
將不同操作試程進出流水 COD 濃度(Ci、Ce)、去除係數 R 與 Ce/R 整理而成。其 中
Ci:基質進流濃度(mg/L) Ce:基質進流濃度(mg/L) Ks:半反應速率常數(mg/L)
P:體積負荷，每天反應槽單位體積之基質的最大去除量(g 基質去除 /m3‧day)
R:去除係數，每天反應槽單位體積之基質去除量（g 基質去除/m3‧day)
( )
V e C i C
R Q
−=
表 4-26 不同水力停留時間下，兩種反應槽處理合成有機廢水，以 Monod equation
表 4-27 不同水力停留時間下，二相式反應槽處理 WAS，以 Monod equation 模擬的基質利用率
試程 前段醱酵產氫 CSTR 後段甲烷化流體化床反應槽
HRT 24 hrs 12 days
L 10 0.83
Co 10072 9908
Ce 9660 4848
R 412 421
Ce/ R 23.4 11.5
HRT 16 hrs 6 days
L 15 1.66
Co 10133 9892
Ce 9855 7120
R 417 462
Ce/ R 23.6 15.4
HRT 12 hrs 3days
L 20 3.33
Co 10103 9900
Ce 9895 8563
R 416 446
Ce/ R 23.7 19.1
註：前段產氫活性碳棉 CSTR 反應槽進流 COD=10100 mg/L 後段甲烷化流體化床反應槽進流 COD=9900 mg/L
L:有機體積負荷(kg-COD/m3‧day) R:去除係數（mg/L‧day）
Co:進流水 COD 濃度（mg/L） Ce:出流水 COD 濃度（mg/L）
將本試驗在不同有機負荷中所得的結果 Ce、R、Ce /R 帶入第二章的式（2-3）
Hanes equation，式（2-3）可視為二元一次直線方程式（Y= ax＋b），其中 y = Ce /R、x = Ce ，a=1/P、b=Ks/P，求得 P 與 Ks。
由上述方法可得到以人工合成廢水反應槽之 Monod equation 迴歸式與迴歸直
8200 8400 8600 8800 9000 9200 9400 9600 Ce(mg-COD/L)
8600 8800 9000 9200 9400 9600
C
e(mg-COD/L)
y = 0.0001x + 1.09
0 2000 4000 6000 8000 10000
Ce(mg-COD/L)
0 2000 4000 6000 8000
Ce(mg-COD/L)
9600 9650 9700 9750 9800 9850 9900 9950 Ce(mg-COD/L)
Ce/R
圖 4-79 二相式反應槽前段活性碳棉 CSTR 處理 WAS 之反應動力學迴歸直線
y = 0.002x + 1.5345 R2 = 0.9873
0 5 10 15 20 25
0 2000 4000 6000 8000 10000
Ce(mg-COD/L) Ce/R
圖 4-80 二相式反應槽後段活性碳粒流體化床反應槽處理 WAS 之反應動力學迴 歸直線
表 4-28 以 Monod equation 回歸求得各反應槽之動力參數 動力參數
合成廢水 Ks（mg/L） P（mg/L．d） r2
醱酵產氫活性碳棉 CSTR 反應槽 1651 10000 0.8234
醱酵產氫活性碳粒流體化床反應槽 15248 14285 0.8574
甲烷化活性碳棉 CSTR 反應槽 10900 10000 0.7308
甲烷化活性碳粒流體化床反應槽 67570 50000 0.8662
動力參數
以 WAS 為基質二相式反應槽 Ks（mg/L） P（mg/L．d） r2 前段醱酵產氫活性碳棉 CSTR 反應
槽
9863 833 0.9701
後段甲烷化活性碳粒流體化床反應 槽
767 500 0.9873
在微生物生長動力學方面，由表 4-28 得知，在以人造合成廢水為基質之單 相式反應槽中，活性碳粒流體化床反應槽在醱酵產氫及甲烷化反應中，其 P 值皆 高於活性碳棉 CSTR，表示活性碳粒流體化床反應槽其質傳效率高於活性碳棉 CSTR；而活性碳粒流體化床反應槽在醱酵產氫及甲烷化反應中，其 Ks值皆高於 活性碳棉 CSTR，表示活性碳粒流體化床反應槽之反應速率受到殘餘基質濃度的 掌握影響高於活性碳棉 CSTR。
在以 WAS 為基質之二相式反應槽中，前段醱酵產氫活性碳棉 CSTR 反應槽 其 P 值稍高於後段甲烷化活性碳粒流體化床反應槽，但兩者 P 值相差不多，代表 兩種反應槽對於 WAS 的基質去除率皆不高。前段產氫活性碳棉 CSTR 反應槽之 Ks值為後段甲烷化活性碳粒流體化床反應槽的 12.8 倍，代表前段醱酵產氫活性碳 棉 CSTR 反應槽之反應速率受到殘餘基質濃度的掌握影響高於後段甲烷化活性碳 粒流體化床反應槽。