第四章 結果與討論
第九節 不同進流基質濃度之產氫詴驗
本節將綜合先前詴驗最佳結果列為控制條件，以前段SBR 最佳總循序時間 為9 hr、最佳水解pH 7.0々後段CSTR 最佳HRT 為18 hr以及最佳產氫效率pH 為 5.25作為本節實驗控制條件。以不同進流COD 基質濃度進行連續流詴驗，分別為 10,000、20,000、30,000 mg/L。本詴驗以分離式反應槽SBR 串聯CSTR（前段為 SBR 水解反應槽々後段為CSTR醱酵產氫反應槽），以下就各濃度詴驗來進行探 討。
(一) 不同進流 COD 基質濃度詴驗
由表 4-28 可看出，當進流 COD 濃度為 30,000 mg/L 時，有最佳的每天產氫 量及單位體積之產氫率，為 142.8 mmole-H2/day、23.8 mmole- H2 / L〄day々其次 為當進流 COD 濃度為 20,000 mg/L 時，為 127.5 mmole-H2/day、21.3 mmole- H2 / L〄day 々 最 差 則 為 不 同 COD 進 流 基 質 濃 度 為 10,000 mg/L 時 ， 為 101.2 mmole-H2/day、16.9 mmole- H2 / L〄day。
若以每克進流 COD 產氫效率來比較，當進流 COD 為 10,000 mg/L，有最佳 產氫率為 3.51 mmole- H2 / g- CODin々其次為進流 COD 為 20,000 mg/L 時，產氫 率為 2.41 mmole- H2 / g- CODin々最差為進流 COD 為 30,000 mg/L，產氫率為 1.77 mmole- H2 / g- CODin。
由上述可知，當基質濃度愈高時，可利用的基質就愈多，所獲得每天產氫量
以及單位體積之產氫率也就愈高々則每克進流COD 之產氫率則較為偏低，因進 流COD 基質濃度較高，水解菌無法有效分解基質，如基質濃度為20,000 mg/L及 30,000 mg/L，每克進流基質的產氫率反而不及10,000 mg/L來的佳。
表 4-28 不同進流 COD 基質濃度對後段 CSTR 反應槽之產氣組成及累積產氫量
由上述結果可看出，前段SBR 進流基質濃度過高時，經過前段水解SBR
加。
表 4-30 不同進流 COD 基質濃度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) 不同進流COD濃度 SBR CSTR SBR
+CSTR
SBR CSTR SBR +CSTR 10,000 進流濃度 320 290 320 進流濃度 380 400 400
出流濃度 290 250 250 出流濃度 400 2140 2140 減少率(%) 9.38 13.8 21.9 增加量 20 1740 1760 20,000 進流濃度 610 540 610 進流濃度 640 680 680
出流濃度 540 460 460 出流濃度 680 3430 3430 減少率(%) 11.4 14.8 24.6 增加量 40 2750 2790 30,000 進流濃度 890 760 890 進流濃度 880 980 980
出流濃度 760 630 630 出流濃度 980 3970 3970 減少率(%) 14.6 17.1 29.2 增加量 100 2990 3090
3.揮發酸
由表 4-30 揮發酸濃度變化情形可明顯看出，當進流基質 COD 濃度為 30,000 mg/L 時，有最多的揮發酸增加量，前段 SBR 水解反應槽揮發酸增加 量為 100mg/L々後段 CSTR 醱酵產氫反應槽揮發酸增加量為 2, 990 mg/L，總 揮發酸增加量 3,090 mg/L。揮發酸增加量最少為進流基質 COD 濃度 10,000 mg/L 時，前段 SBR 水解反應槽揮發酸增加量為 20 mg/L々後段 CSTR 醱酵 產氫反應槽揮發酸增加量為 1,740mg/L，總揮發酸增加量 1,760 mg/L。本詴 驗之揮發酸成份分別為〆乙酸約在 16~19 %，丙酸約在 4~6 %，丁酸約在 46~53
%，因此仍以丁酸、乙酸為主要代謝產物則產氫表現較佳，讓微生物的代謝 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。
由上述可知，揮發酸濃度增加量隨進流基質 COD 濃度增加而增加，且 顯示在較高濃度的進流基質 COD 濃度下，有更多的基質被後段 CSTR 醱酵 產氫反應槽水解酸化菌水解酸化產生揮發酸就越多，其揮發酸濃度增加量越
多，其總產氫量就越好々但若以每克進流 COD 產氫率，則是以低濃度 10,000 mg/L 有較佳的產氫效率，結果顯示，在低濃度時雖然可利用的基質較少，
但是基質皆可被充分利用產氫，所以雖然其揮發酸增加量較少，但有較好的 每克進流 COD 產氫效率。
4.總固體物、懸浮固體物
由表 4-31 可看出，當進流 COD 基質濃度為 10,000 mg/L 時，有最多的 總固體物及懸浮固體物之減少率，前段 SBR 水解反應槽總固體物及懸浮固體 物減少率，為 30.8%及 27.8%々後段 CSTR 醱酵產氫反應槽總固體物及懸浮 固體物減少率，為 16.6%及 14.6%。減少率最少為進流基質 COD 濃度 30,000 mg/L 時，前段 SBR 水解反應槽總固體物及懸浮固體物之減少率，為 22.1%
及 17.6%々後段 CSTR 醱酵產氫反應槽總固體物及懸浮固體物之減少率，為 10.0%及 9.87%。
表 4-31 不同進流 COD 基質濃度對前後段反應槽之 TS 與 SS 濃度及其變化量之 影響情形
不同進流COD濃度 SBR CSTR 總減少量
TS SS TS SS TS SS 10,000 進流濃度 7450 5200 5150 3750 7450 5200
出流濃度 5150 3750 4300 3200 4300 3200 減少率(%) 30.8 27.8 16.5 14.6 42.2 38.4 20,000 進流濃度 12500 8300 8950 6350 12500 8300 出流濃度 8950 6350 7750 5600 7750 5600 減少率(%) 28.4 23.4 13.4 11.8 38.0 32.5 30,000 進流濃度 18950 13500 14950 11150 18950 13500
出流濃度 14950 11150 13450 10050 13450 10050 減少率(%) 21.1 17.4 10.0 9.87 29.0 25.5 由上述可知，因為花生殼為固形物，不論基質濃度高低，前段 SBR 水解 反應槽及後段 CSTR 醱酵產氫反應槽均有較多的總固體物及懸浮固體物減 少率，且基質經由水解菌前段 SBR 反應槽水解後，很快的被後段 CSTR 醱 酵產氫菌所分解利用酸化產生揮發酸，而有效的被醱酵產氫微生物分解利
用，所以前段 SBR 水解反應槽其出流水總固體物及懸浮固體物減少率均要比 後段 CSTR 醱酵產氫反應槽出流水的總固體物及懸浮固體物減少率來的較 多。
（三）產氫效率之有機負荷迴歸指數
表 4-32 有機負荷與產氫率之對照表 有機負荷
(kg-COD / m3 ∙ day)
單位體積產氫率
（mmole- H2 / L ∙ day）
每克進流 COD 產氫率
（mmol-H2/g-CODin）
14.4 16.9 3.51
26.4 21.3 2.41
40.3 23.8 1.77
在每克進流COD產氫率方面，以下列方式計算求出，每克進流COD產氫率迴 歸指數公式〆Y每克進流COD產氫率=有機負荷（kg-COD / m3〃day）0.298 （4-7）
有機負荷〆kg-COD / m3〄day
Y每克進流COD產氫率〆在何操作有機負荷下之每克進流 COD 產氫率（mmole- H2 / g-CODin）。
在單位體積反應槽產氫率方面，以下列方式計算求出，單位體積反應槽產氫率
公式 〆Y單位體積反應槽產氫率=有機負荷（kg-COD / m3〃day）0.951 （4-8）
有機負荷〆kg-COD / m3〄day
Y單位體積反應槽產氫率〆在何操作有機負荷下之單位體積反應槽產氫率（mmole- H2 / L ∙ day）。
表 4-33 不同進流基質產氫率之有機負荷迴歸指數 有機負荷 14.4 26.4 40.3 迴歸指數 每克進流 COD 產氫率 3.51 2.41 1.77 0.298
單位體積反應槽產氫率 16.9 21.3 23.8 0.951