不同混合菌液/基質配比之批次產氫試驗

本節將利用：水解菌 Bacillus subtilis (A)、最佳起始 pH 值為 5.25、水解菌/

醱酵產氫菌配比為 1/4，來進行不同混合菌液/基質配比 (0/6、1/5、1/4、1/3、

2/3、2/2、3/2，共 7 組)之產氫批次試驗。

一、不同混合菌液/基質配比批次產氫效率之影響

由圖 4-7 可以看出，各組初期都有產氫反應，配比 1/5、0/6 在試驗第 5 天 就停止產氫，3/2 則是在第 6 天停止產氫，其他組在產氫反應到試驗第 7 天停止 產氫，由表 4-10 可得知，產氫最佳的是混合菌液/基質配比為 1/3 有產氫量 38.4 ml，產氫率為 0.79 mmole H²/g-CODⁱⁿ；其次是 1/4，產氫量 29.5 ml，產氫率為 0.59 mmole H²/g-CODⁱⁿ；再其次是 2/3，產氫量 22.7 ml，產氫率為 0.46 mmole H²/g-CODⁱⁿ。而產氫量最差的是混配比為 0/6，只有產氫量 2.64ml，產氫率為 0.05mmole H²/g-CODⁱⁿ，因為沒有添加水解菌及產氫菌，所以產氫效果最差，不過 還是有微量的產氫量，推估應該是稻殼本身就含有微量的產氫菌種。上述結果可 發現，如菌量太多且基質比例太少，會造成菌液沒辦法充足的利用基質造成產氫 量較少，而菌量太少時，也會導致於沒辦法發揮水解菌 Bacillus subtilis (A)無法與

醱酵產氫菌作用，提升產氫效率。由試驗結果可以得知適當的混合菌液/基質配

比是有助於產氫效率的提升。

在試驗四中，反應瓶中總體積=100ml(水解菌/醱酵產氫菌=1/4)，不同混合 菌/基質配比，0/6 為(0.00ml/100ml)、1/5 為(16.6ml/83.3ml)、1/4 為

(20ml/80ml)、1/3 為(25ml/75ml)、2/3 為(40ml/60ml)、2/2 為(50ml/50ml)、3/2 為(60ml/40ml)，因此歸納出最佳混合菌液/基質配比為 1/3(總體積=100ml)，所 以混合菌液/基質配比為 25ml/75ml，混合菌要維持 25ml 以上，以混合菌液所測 得 MLSS 作為混合菌種量，以下列計算出反應瓶(100ml)中，每單位體積所需的混 合菌 MLSS，得知混合菌 MLSS 最適當的量為 250mg/L；而混和菌配比為 1/4 時，

MLSS 最適當的量為 200mg/L；配比為 2/3 時，MLSS 最適當的量為 400mg/L。由上 述可知當混合菌比例高而基質少，因基質量不足混合菌液所使用；再者當基質太 多混合菌太少，因菌量太少也會影響進行反應的起動速率因而產氫量減少。

混合菌量=混合菌原始 MLSS 濃度 1000mg/L×最佳混和菌量 0.025L=25mg (式 4-4) 註:單位體積 mg/L=25mg/0.1L=250mg/L

圖4-7 不同混合菌液/基質配比試驗之累積產氫量

二、不同混合菌液/基質配比批次產氫試驗之水質變化情形

S⁰/X⁰，在基質來源提供方面，稻殼為主要的基質，而混合菌液僅帶來了少量 溶解性基質；在菌種提供方面，主要以混合菌液(水解菌/醱酵產氫菌)所測得 MLSS 值作為菌種量，剩下的混合菌液(水解菌+醱酵產氫菌)之 SCOD 值為有殘留的培養 基質所以和稻殼基質合併列，為基質用以計算 F/M，稻殼因不同混合菌液及基質 配比所以其 F/M 不一樣， F/M 介於 0-0.58，最佳配比 1/3 其 F/M 為 0.52。

由表 4-11 中可以看出不同混合菌液/基質配比試驗中，混合菌液/基質配比 為 1/3、 1/5、1/4、0/6 等組，其反應過程之 pH 下降幅度較多，各組的起始 pH 為 5.25，反應中 pH 值介於 4.24-4.35 之間，因為這些配比組之基質含量較多，

因此當反應前段基質被水解酸化 pH 下降稍多；而當混合菌液/基質配比 2/3、2/2

時，因菌量配比較多，反應過程之 pH 值變化較小，pH 值介於 4.54-4.63 之間。

各組之總 COD，去除率介於 1.01-9.02％之間，產氫率最好的配比為 1/3，其產氫 率 0.79 mmole H²/g-COD，有最佳去除率為 9.02％。溶解性 COD，增加率介於 0.47-7.14％之間，而在配比為 0/6 這一組因為沒有加入任何菌液也沒有水解菌 種，所以溶解性 COD 增加量只有 0.47%而已。而配比為 1/3 有最好的溶解性 COD 增加率為 7.14％，溶解性 COD 去除率為 6.25％。

表 4-12 可看出，總固體及懸浮固體的變化情形都是隨反應期間之進行而逐 漸減少，在配比為 1/3 時有最好的總固體及懸浮固體去除率，為 31.3 及 25.9%；

其次為配比 1/4，去除率為 28.4 及 19.4%；而最差則為配比 0/6，去除率為 11.5 及 4.14%。

由表 4-13 可得知，揮發酸濃度增加量介於 210mg/L-790mg/L，產氫最好的 1/3 揮發酸濃度增加量達 790 mg/L，所以在不同混合菌液/基質配比試驗中我們 可以知道揮發酸的濃度增加量與產氫量成正比，產氫越其揮發酸的濃度增加量則 越多。鹼度的減少比例介於 9.76-62.5％，鹼度的減少量與產氫量成正比，產氫 越好則鹼度濃度的減少量越多。

綜合上述所言，由試驗結果我們可以得知稻殼不同混合菌/基質配比產氫試 驗中，最佳的混合菌/基質配比為 1/3，產氫率為 0.79 mmole H²/g-CODⁱⁿ ，所以 本研究將利用不同混合菌/基質配比 1/3 作為後續試驗研究的基礎。

表4-10 不同混合菌/基質配比的批次試驗之氣體組成及累積產氫量

混合菌液/

基質配比

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-COD^re) 0/6 8.4 31.4 68.6 2.64 5.76 1.98 0.05 0.54 1/5 37.5 30.0 70.0 11.3 26.2 1.99 0.23 1.54 1/4 77.5 38.0 62.0 29.5 48.0 2.03 0.59 0.80 1/3 91.4 42.0 58.0 38.4 53.0 1.995 0.79 0.87 2/3 63.6 35.7 64.3 22.7 40.9 2.00 0.46 0.84 2/2 48.4 42.5 57.5 20.6 27.8 2.03 0.41 0.93 3/2 42.6 36.1 63.9 15.4 27.2 1.97 0.32 0.90

表4-11 不同混合菌/基質配比之批次產氫試驗的pH、COD、溶解性COD之水質變化情形

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 9 天 (％) 0 天 4 天 7 天 9 天 0-4 天 0-9 天

0/6 5.25 4.47 4.35 19800 19680 19600 1.01 10700 10750 10580 10450 0.47 2.34 1/5 5.25 4.48 4.33 19900 19700 19600 1.51 11300 11550 11250 10950 2.21 3.10 1/4 5.25 4.45 4.30 20300 19400 18800 7.39 11700 12350 11300 11000 5.56 5.98 1/3 5.25 4.42 4.24 19950 19300 18150 9.02 11200 12000 10750 10500 7.14 6.25 2/3 5.25 4.66 4.54 20000 19500 18900 5.50 10500 11030 10200 9950 5.05 5.24 2/2 5.25 4.81 4.63 20300 19700 19400 4.43 9990 10400 9800 9550 4.10 4.40 3/2 5.25 4.74 4.57 19700 19300 19000 3.55 11100 11500 10850 10700 3.60 3.60

表4-12 不同混合菌/基質配比之批次產氫試驗的總固體物、懸浮固體之水質變化情形