第四章 結果與討論
第二節 不同起始 pH 值之批次產氫試驗
由試驗一結果研究可得知，水解菌 Bacillus subtilis(A
)
有最佳的水解效果，本 節將利用水解菌種 Bacillus subtilis (A)
，以預估可能較佳混合菌液(水解菌/醱酵產 氫菌＝1/4)及混合菌液/基質配比 1/3(總體積＝100 ml)，進行不同起始 pH 為 4.5、5.0、5.25、5.5、6.0、6.5、7.0 及「5.0 有添加醱酵產氫菌，但未添加水解菌種的 控制組」共計 8 組的產氫批次試驗。
一、不同起始pH 之批次產氫效率之影響
由圖4-4及表4-1發現，當起始pH 控制在5.25 時，有最佳的產氫效率，為1.01
mmole H2/g-CODin，其次為起始pH 5.0，產氫率為0.87 mmole H2/g-CODin；再其次 為起始pH 5.5，產氫率為0.83 mmole H2/g-CODin。而當pH 4.5時，其產氫率最差，
為0.02 mmole H2/g-CODin。
由過往文獻可得知，在pH 5.0-5.5 是有利於產氫菌生長的環境，所以在起 始pH 5.0、5.25、5.5皆有不錯的產氫量，而本試驗的水解菌種最佳pH 值為7.0，
所以可能因為一開始pH 值控制在7.0 是有效加強水解菌進行水解作用，被水解 易於產氫的基質一多，就有利於產氫反應的進行，所以產氫量比起始pH 6.0及6.5 好。當起始pH值≦4.5 的時候，因為起始pH值太低，使得產氫菌無法發揮作用，
造成產氫停止。然而pH 5.0空白組雖有添加醱酵產氫菌，但因未添加水解菌，而 無法有效水解固形物稻殼，無法有效產氫，所以加入適當的水解菌種搭配醱酵產 氫菌是有利於產氫效率提升。
圖4-4 在不同起始pH值，累積產氫量之每天變化情形
表4-1不同起始pH批次試驗之氣體組成及累積產氫量
Y5.25：在pH=5.25組別時之每克進流COD產氫率（mmol-H2/g-CODin）。
θpH，每克進流COD產氫率：不同pH值下，每克進流COD產氫率之溫度校正係數。
lnYpH–lnY5.25=（5.25–pH）lnθpH，每克進流COD產氫率
各反應pH值相對於pH 5.25之θpH 每克進流COD產氫率如表4 - 2所列， 並求出θpH 每克進流COD
產氫率之總pH值校正係數，可求得pH值校正係數為0.319， 關係式如式( 4 - 1 ) 所 示：
YpH =Y5.25×0.319│pH-5.25│ (式 4-1)
表4-2 稻殼不同操作pH值下，反應瓶中YpH與pH校正係數θ
pH 4.75 5.0 5.25 5.5 pH校正係數θ
YpH 0.57 0.76 1.01 0.76 0.319
若θpH 每克進流COD產氫率值越接近1，表示該試驗受反應pH值的影響越 小，θpH 每克進流COD產氫率值距1越遠，表示該試驗受pH值的影響越大。再者，
由黃倩毓(2008)油菜籽粕試驗結果得知，油菜籽粕pH值校正係數為0.198，顯示稻 殼組在醱酵產氫過程受pH影響較小於油菜籽粕。
由圖4-5每日產氫與每日pH 反應結果反應曲線變化得知，在本研究室所購買 的水解菌Bacillus(A)以pH 7.0為最佳水解效果，隨著距離pH 7.0越遠，水解效果逐 漸變差，水解產生溶解性COD少，因而醱酵產氫的效率變差，而本研究室所馴養 醱酵產氫菌在pH 4.8-5.5有不錯的醱酵產氫率外，也有水解效率，雖在此pH(4.8-5.5) 水解菌效率降低，但整體產氫效率仍相當好，這可由單獨醱酵產氫菌+稻殼的試 驗中，約為10ml產氫可以得到證明。
圖4-5 不同pH對每天產氫變化圖 三、不同起始pH 之批次產氫試驗之水質變化
由表4-3水質變化的情形可看出，在試驗初期到中期的階段，為水解酸化的過 程，pH值均有下降的情形，試驗結束後除了pH 4.5明顯偏低，其餘各組pH值都介 於pH 4.5-5.5之間，表示各組試驗組都維持在適當的產氫的範圍內。
試驗前期階段因為水解菌水解基質的作用，所以各組在初期的溶解性COD 都是增加的，且產氫量與溶解性COD 增加量成正比，其中 pH=5.25 有 8.13％的 溶解性COD 增加率為最好產氫率為 1.01mmole H2/g-CODin，其次pH=5.0 有 6.58
％的溶解性COD 增加率，產氫率為 0.87mmole H2/g-CODin。由表4-5 揮發酸變化 情形，試驗初期到中期產酸量較多，以 pH 5.25 其揮發酸濃度增加 660 mg/L 最多，
其次為pH 5.0 的揮發酸濃度增加 600 mg/L，揮發酸濃度則隨試驗反應結束而增 加，揮發酸濃度增加介於360-660 mg/l，而鹼度隨產氫反應到後期鹼度逐漸減少，
減少量介於60-440 mg-CaCO3/L。
藉由表4-1 和表 4-3 相比較，可發現總 COD 去除率及溶解性 COD 增加率愈 佳，其產氫量就愈好，溶解性COD 減少量也相對較高。
因為稻殼為固形物，溶於水中所以差異較大，總固體物初期介於19900-23700 mg/L，試驗結束後的總固體物介於 13900-17000mg/L，在 pH5.25 時有最佳的去
除率為37.9%，其次為 pH 5.0，去除率為 36.7%。懸浮固體初期介於 9500-12950 mg/L，反應過後的懸浮固體介於 7050-10600mg/L。在 pH5.25 時有最佳的去除率 為29.2%，其次為 pH 5.0，去除率為 28.2%。各組總固體及懸浮固體減少量都隨 產氫效率增加而增加。
表4-3 不同起始pH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 (％) 第0 天 第 4 天 第 9 天 第 0 天 第 4 天 第 9 天 (％) 第0 天 第 4 天 第 7 天 第 9 天 0-4 天 第0-9 天 4.50 4.5 4.15 3.54 19850 19700 19600 1.51 10050 10240 10020 9950 1.89 0.99 5.00 5.0 4.82 4.61 19900 19700 18650 6.28 10180 10850 9830 9700 6.58 4.71 5.25 5.25 5.08 4.93 20100 19500 18600 7.46 10450 11300 10050 9900 8.13 5.26 5.50 5.5 4.94 4.68 20100 19800 19000 5.47 10600 11200 10350 10250 5.66 3.30 6.00 6.0 5.53 5.06 20000 19700 19500 2.50 10200 10600 10080 9950 3.92 2.45 6.50 6.5 5.83 5.15 20300 19990 19750 2.71 10350 10720 10290 10150 3.57 1.93 7.00 7.0 6.42 5.47 20500 19600 19400 5.36 10700 11200 10550 10400 4.67 2.80
表4-4 不同起始pH之批次產氫試驗的、總固體物、懸浮固體之水質變化情形