(产氢、产甲烷)计画-台中教育大学.doc

林明瑞老師實驗室近年來生質能源(產氫、產甲烷)計畫內容： 本研究團隊近五年的研究成果可分為：厭氧醱酵產氫厭氧光合產氫方面厭氧醱酵產氫厭氧光合產氫生物污泥能源化利用複合基質之能源化再利用厭氧醱酵產氫方面 本研究研究中，曾以Monod equation、Haldane equation及Gompertz equation，進行四種反應槽厭氧產氫反應槽處理有機合成廢水（以牛肉汁、葡萄糖為主要基質）之厭氧產氫反應動力學之模擬研究。研究結果顯示：Monod equation 仍適合於進流基質為易分解、不含抑制性成份及連續進流式厭氧產氫反應槽之模擬研究（林明瑞、賴欣宏，2000）。 本研究以多年的廢水厭氧生物處理的經驗，設置適合厭氧產氫反應的四種反應槽，分別為傳統無攪拌式、完全攪拌式、柱塞流式及污泥迴流式等，反應槽特性及一般通用情況如下說明及表所示（林明瑞、邱毓明，2000），進行反應動力特性及程序控制模式之模擬，厭氧產氫菌群的生理特性及所需的生長環境： 傳統無攪拌反應槽(conventional reactor)—反應槽內質傳效果差，容易有揮酸酸累積，但甲烷形成菌也無法有效去除，產氫及甲烷化效果同時存在；適合光合作用生長。 完全攪拌反應槽(CSTR) —反應槽內質傳效果佳，揮發酸累積較少，於較高有機體積負荷及短停留時間下，產氫效果極佳；最適合厭氧醱酵產氫菌生長。 塞柱流式反應槽(plug flow reactor)反應槽內質傳效果差，且反應槽長，前段反應槽產氫效果還好，但仍有些甲烷化；後段反應槽容易趨向於甲烷化，產氫效果更不好。適合光合作用菌生長。 污泥迴流式反應槽(sludge recyling reactor) —反應槽內質傳效果佳，污泥累積量多，由於幾乎無法去除甲烷菌，雖然產氣效果佳，但沼氣中的氫氣含量總是很低，目前本研究小組認為不適合於厭氧醱酵產氫反應。表 四種厭氧產氫反應槽之綜合評估 考慮要素 污泥迴流式 反應槽 完全混合式 反應槽 無攪拌式 反應槽 柱塞流式 反應槽 厭氧批次式反應槽 1.總產氣量 ◎ △ △ ○ 2.高負荷時之產氫率 △ ◎ ╳ ○ 3.低負荷時之產氫率 ╳╳ ○ △ ○ 4.COD去除率 ◎ ╳ △ ◎ 5.操作容易及人力需求少 ╳╳ △ ○ △ 6.低能源之消耗率 ╳╳ ◎ ◎ △ 7.所需土地面積 ◎ △ ╳ ○ 註：◎表極佳表佳△表普通╳表差╳╳表極差 厭氧光合產氫方面 （1）本研究主要是利用中興大學環工系李季眉教授實驗室所篩出的Rhodopseudomonas palutris為主要植種菌種，於開放系統中，以連續流的方式，探討三種不同型式之厭氧光合產氫反應槽─柱塞流式、傳統無攪拌式及完全混合式反應槽，對不同進流基質種類、有機負荷、不同pH、溫度的產氫效率比較研究。試驗結果顯示當反應槽pH6.8～7.2時，有機酸+牛肉汁最適合用於馴養光合產氫反應槽當反應槽中pH4.2～4.7時，此三種反應槽以葡萄糖+牛肉汁為進流基質，其中柱塞流式可維持一個月以上的厭氧光合產氫反應，平均的產氫效率3.8 mole-H2/m3-day、7.0 mmole-H2/g-CODre，中的平均氫氧含率為50.0，產氫效率最佳。本研究發現光合產氫菌對反應槽中氨氮與硫化物均相當敏感，為避免對產氫造成抑制，宜將反應槽中氨氮、S=濃度控制在約20mg/及2mM-S=/以下。三種厭氧光合產氫反應槽在每克去除COD產氫率及單位體積反應槽產氫率，以柱塞流式反應槽的產氫效率最佳，其次為無攪拌式反應槽，而以完全混合式反應槽為最差。柱塞流式反應槽的產氫效率可高達30.46 mmole-H2/g-CODre及45.82 mole-H2/m3-day。在微生物生長動力學方面，無攪拌式及柱塞流式反應槽之P與KS皆很高，這兩種型式較適合進行厭氧光合產氫反應，其污泥濃度較高，有利於基質之利用，柱塞流式反應槽因反應槽長度無攪拌式反應槽長，對有機負荷變化之忍受力較大。 pH控制在5.0時，有最佳產氫效率，單位反應槽體積產氫率達45.72mole-H2/m3．day、氫氣含率4.90％、而每去除COD之產氫率達28.01mmole-H2/g-CODre溫度35℃時，單位體積反應槽率達45.72 mole-H2/m3．day、氫氣含率54.90，每COD之產氫率28.01mmole-H2/g-CODre。厭氧醱酵產氫厭氧光合產氫厭氧醱酵產氫菌與光合產氫菌共培養部分以批次試驗將厭氧醱酵產氫菌Clostridium分別與光合產氫菌Rhodopseudomonas palutrisWP3-5)進行共培養試驗，由試驗結果得知以WP3-5與Clostridium共培養可以得到較佳產氫效率，在瓶頂空間灌Ar、植菌比1：3、pH為5.5操作條件下