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農業機械學刊 19 2 2010 6 33 應用固定化細胞於豬糞尿水之厭氧消化 劉安琪 1 ,周楚洋 2 1. 國立台灣大學生物產業機電工程學系碩士ˉˉˉˉˉˉˉˉ 2. 國立台灣大學生物產業機電工程學系副教授,本文通訊作者 本研究以纖維醋酸三酯(cellulose triacetate)為固定化材質,包覆厭氧污泥製成 固定化細胞(immobilized cells) ,以做為處理豬糞尿水之上流式流體化床(up-flow fluidized bed)的介質,同時評估其氮、磷之去除效率。 操作過程中,厭氧槽溫度控制在攝氏 37±1°C,進流 COD 濃度皆維持在 7,500 mg/L,以水力停留時間(HRT) 20 天起動,然後漸漸增加進流的有機負荷量,實驗 共分為 7 個試程,由 0.33 逐漸升高至 7.5 g COD/L/d,期間觀察產氣量、有機物、 氮化物及磷化物的變化情形。 結果顯示 BODCOD、總有機氮(TKN)、總氮化物(TN,為 TKN, NO 3 - -N NO 2 - -N 之總和) 及正磷酸鹽(PO 4 -3 -P) 之平均去除率分別為 64-84%62-82%6- 48%6-47% 0.4-28%;另觀察產氣部份發現,實驗全程產氣中甲烷(methane, CH 4 ) 的百分比皆高於 70%,甲烷產率(methane production rate, MPR) 亦可達 0.09-0.90 L CH 4 /L/day。與其他研究比較,本實驗在最適情況下,甲烷在產氣 中的百分率及甲烷產率高於其他試驗之處理結果,且對有機物 (COD) 的去除 率亦可達 80%以上,因此應用本系統於豬糞尿水的處理相當可行。 關鍵詞:固定化細胞、生物膜、豬糞尿水、氮磷處理、厭氧消化 APPLYING THE IMMOBILIZED CELLS IN ANAEROBIC DIGESTION OF SWINE WASTEWATER An-Chi Liu 1 , Chu-Yang Chou 2 1. Former Graduate Student, Department of Bio-Industrial Mechatronics Engineering, National Taiwan University. 2. Associate Professor, Department of Bio-Industrial Mechatronics Engineering, National Taiwan University, Corresponding Author. ABSTRACT Immobilized cells produced by entrapping anaerobic sludge with cellulose

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農業機械學刊 第 19 卷 第 2 期 2010 年 6 月 33

應用固定化細胞於豬糞尿水之厭氧消化

劉安琪1,周楚洋2

1. 國立台灣大學生物產業機電工程學系碩士ˉˉˉˉˉˉˉˉ

2. 國立台灣大學生物產業機電工程學系副教授,本文通訊作者

摘 要

本研究以纖維醋酸三酯(cellulose triacetate)為固定化材質,包覆厭氧污泥製成

固定化細胞 (immobilized cells),以做為處理豬糞尿水之上流式流體化床(up-flow

fluidized bed)的介質,同時評估其氮、磷之去除效率。

操作過程中,厭氧槽溫度控制在攝氏 37±1°C,進流 COD 濃度皆維持在 7,500

mg/L,以水力停留時間(HRT) 20 天起動,然後漸漸增加進流的有機負荷量,實驗

共分為 7 個試程,由 0.33 逐漸升高至 7.5 g COD/L/d,期間觀察產氣量、有機物、

氮化物及磷化物的變化情形。

結果顯示 BOD、COD、總有機氮(TKN)、總氮化物(TN,為 TKN, NO3

--N 及

NO2

--N 之總和)及正磷酸鹽(PO4

-3-P)之平均去除率分別為 64-84%、 62-82%、 6-

48%、 6-47% 及 0.4-28%;另觀察產氣部份發現,實驗全程產氣中甲烷(methane,

CH4)的百分比皆高於 70%,甲烷產率(methane production rate, MPR) 亦可達

0.09-0.90 L CH4/L/day。與 其 他 研 究 比 較 , 本 實 驗 在 最 適 情 況 下 , 甲 烷 在 產 氣

中 的 百 分 率 及 甲 烷 產 率 高 於 其 他 試 驗 之 處 理 結 果 , 且 對 有 機 物 (COD)的 去 除

率 亦 可 達 80%以 上 , 因 此 應 用 本 系 統 於 豬 糞 尿 水 的 處 理 相 當 可 行 。

關鍵詞:固定化細胞、生物膜、豬糞尿水、氮磷處理、厭氧消化

APPLYING THE IMMOBILIZED CELLS IN

ANAEROBIC DIGESTION OF SWINE WASTEWATER

An-Chi Liu1, Chu-Yang Chou2

1. Former Graduate Student, Department of Bio-Industrial Mechatronics

Engineering, National Taiwan University.

2. Associate Professor, Department of Bio-Industrial Mechatronics Engineering,

National Taiwan University, Corresponding Author.

ABSTRACT

Immobilized cells produced by entrapping anaerobic sludge with cellulose

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34 農業機械學刊 第 19 卷 第 2 期 2010 年 6 月

triacetate, were used in this study as the media of packed-bed reactor. The

objective of this study is to investigate the feasibility of using these immobilized

cells in the treatment of concentrated swine wastewater. A modified up-flow

fluidized anaerobic system was installed and operated at 37±1 °C. The system was

started up with the loading of 0.25 g COD/L/d and stood for the 20-day hydraulic

retention time (HRT). Influent was maintained at a constant concentration of 7.5 g

COD/L. With the increasing of the organic loading rate (OLR), totally 7

experiments were conducted. They were 0.33, 0.625, 0.75, 1, 1.5, 2.5 and 7.5 g

COD/L/d. Gas production, organic components and nutrients (N, P) were monitored

during experiments. In organic component and nutrient parts, the average removal

efficiencies of BOD, COD, TKN, TN (the total concentrations of TKN, NO3

--N and

NO2

--N) and PO4

-3-P ranged between 64-84%, 62-82%, 6-48%, 6-47% and 0.4-28%,

respectively. In aspects of gas production, the methane content of the biogas

produced was higher than 70% during experiment, and methane production

rate (MPR) of 0.09-0.90 L CH4/L/day was achieved. In comparison with other

researches, the methane content and MPR were higher than their tested results.

Therefore, it is feasible to apply this system for swine wastewater treatment.

Keywords: Immobilized cells, Biofilm, Swine wastewater, Nutrients removal,

Anaerobic digestion

一、前 言

養豬業是國內農業中年產值最高的產業,長

久以來都佔有很重要的地位。目前在養頭數約有

六百萬頭(行政院農委會,2010),而豬糞尿水加

上清洗豬舍所產生的廢水,若以每日每頭豬 30

公升之廢水量來計算,則每日所產生的廢水量高

達 20 幾萬公噸,如此龐大數量的豬糞尿廢水,

若直接排入溝渠或河川等水體,將直接衝擊水中

的生物,破壞生態環境,造成環境污染之公害問

題。

對於豬糞尿廢水處理的方法,一般而言有活

性碳吸附(adsorption by activated-carbon)、離子

交換樹脂(ion exchange)等物理方法;氣提法(air-

stripping)的化學方法,及生物方法,如:好氧

程 序 (aerobic process) 、 厭 氧 程 序 (anaerobic

process)、特定生物處理及營養鹽類之處理;其

中物理及化學方法,主要應用在去除廢水中的浮

游物質及無機物質;而傳統之生物處理方法,都

是利用微生物代謝作用的處理方式,主要在去除

廢水中有機物質,但由於菌體非常容易隨出流水

而流失,明顯地降低處理效率,因此,最近乃有

生物膜法 (biofilm process)的出現,以期提高處

理效果。

利用固定化微生物之生物膜法來進行廢水之

生 物 處 理 , 有 下 列 幾 個 優 點 (Chen, 1986;

McInerney and Bryant, 1981; 吳,1991; Yang et

al., 1994):1.依廢水性質不同,可改變固定化微

生物種類。2.固定化菌體比重較大不易隨出流水

流失,大大提高了處理能力。3.操作管理容易,

與活性污泥法相似,但無一般活性污泥法須回流

污泥與膨化之缺點。4.厭氧污泥產量少,不須設

置終沈池。5.藉由擔體之保護,使菌體受毒性物

質之影響較不敏感。6.可進行菌體之回收及再利

用,並且可以長時間地保存菌體,而活性仍維持

穩定。7.藉由將多種菌體固定化,能提供多重酵

素系統,明顯增加廢水處理的範圍及種類。8.出

流水質良好(高 COD 去除率,低 SS 值)。9.容易

與廢水處理液分離。10.可用於不同反應器之操

作。11.系統啟動耗時短,僅須 5-7 天。

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應用固定化細胞於豬糞尿水之厭氧消化 35

近年來,Yang 等人(1994)致力於發展廢水之

生物處理技術,結果發現,在使用固定化細胞技

術之包埋固定法時,以纖維醋酸三酯 (cellulose

triacetate)當做擔體是最適合的,因其在好氧及

厭氧狀況下,不僅提供了最適機械強度及耐久

性,更具有如:出流水質良好(高 COD 去除率,

低 SS 值)、系統啟動費時短及 HRT 低但仍可維

持高 SRT 等其它優點。

在厭氧的環境下,複雜的高分子有機物藉由

水解 (hydrolysis) 、 酸 化 (acidogenesis) 及 甲 烷 化

(methanogenesis) 三 個 階 段 ( 杜 , 1988 ;

Chynoweth, 1983 ; McInerney and Bryant,

1981;陳,1991)中特定的厭氧微生物群之代謝

作用將有機物分解,並轉為甲烷和二氧化碳等最

終產物;而固定化細胞為移動介質之生物膜法,

待處理之廢水與固定化後之混合菌種固態擔體互

相接觸,生物膠泥膜附著在固態擔體介質上,由

於固體顆粒夠小,以致能被往上流動的處理水所

懸浮,因此可視為附著生長(attached growth)及

懸浮生長(suspended growth)系統之合併。

本研究採用厭氧醱酵程序結合固定化細胞之

生物膜方式,處理高濃度豬糞尿廢水,其目的

為:1. 評估固定化細胞用於厭氧槽處理豬糞尿

廢水之可行性。2. 探討固定化細胞對氮、磷之

處理效率。

二、材料與方法

實驗設備

整個 厭 氧反應 實 驗 之 系 統配置如圖 1 所

示,包含反應槽主體、進出流設備、氣體收集與

圖 1 實驗系統配置圖

Fig.1 Schematic diagram of the system layout

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36 農業機械學刊 第 19 卷 第 2 期 2010 年 6 月

量測裝置、溫控裝置及填充之固定化細胞。

1. 反應槽主體

如圖 2 所示,反應槽設計仿上流式厭氧填

充床,由壓克力材質作成,壓克力本身厚度為

0.5 cm,由內徑 19 cm,外包內徑 24 cm 的雙層

管(保溫用,控制溫度在 37±1°C)構成,高度 55

cm,下端 15 cm 的體積作為污泥沉澱區,裝有

斜板,使污泥易於集中排放,進流口高 10 cm,

淨容積約 14 公升。另在槽內下端 15 cm 及上端

5 cm 處分別裝有擋板,擋板上佈滿直徑 0.5 cm

之小孔,主要用來防止固定化細胞隨出流水排出

阻塞出口,有阻擋作用。

2. 進出流設備

進 出 流 是 由 變 速 定 量 幫 浦 (WATSON-

MARLOW 503U/RL, UK)控制,出流液經定量幫

浦收集存於貯存桶內。

3. 氣體收集與量測裝置

反應所產生的氣體以集氣袋收集,集氣袋與

濕式 氣 體 流 量 計 (wet test gas flow meter,

Precision Scientific Inc., Model #63115, USA)間

利用管路及多向接頭連接,使氣體經過安全瓶

後,進入氣體取樣瓶,再流過氣體流量計,此時

由指針可讀出氣體體積,每次取樣前先記下氣體

流量計之刻度與前次相減即可得氣體產生量。

4. 恆溫控制系統

以沉水馬達將 37±1°C 之溫水由恆溫水浴槽

打入反應槽之保溫管中,並以 K-type 之熱電偶

(thermocouple)一端深入槽中而另一端接上溫度

顯示器,隨時檢視槽內溫度,使反應槽維持在恆

溫狀態。

5. 反應槽中填充之固定化細胞

反應槽中填充之固定化細胞製作流程如圖 3

所示,本試驗所使用之固定化細胞的長、寬、高

分別為 2、2 及 0.5 cm,密度為 0.0877 g/cm3,

反應槽之填充率為 50%,反應槽扣除固定化細

胞之有效工作體積(void volume)為 12 公升。

實驗材料

實驗全程所使用之進流廢水為桃園黃姓養豬

戶之原廢水,此養豬戶之豬隻皆餵養餿水,故其

廢水特性與一般餵養飼料之豬隻可能稍有不同,

原廢水取得之後,以 100 mesh 的濾網過濾殘渣

及較大之固形物後,貯存於 4°C 之冰箱中以避免

微生物孳長,實驗前依需要再進行稀釋,使進流

COD 濃度控制在 7,500 mg/L。

表 1 實驗操作設計

Table 1 Experimental design

Test Number e

Parametersstart S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7

HRTa 20 15 12 10 7.5 5 3 1

LRb 0.25 0.33 0.625 0.75 1.0 1.5 2.5 7.5

FRc 0.6 0.8 1 1.2 1.6 2.4 4 12

Dd - 29 31 33 41 20 18 12

a. HRT: hydraulic retention time (days)

b. LR: COD loading rate (g COD/L/d)

c. FR:flow rate (L/d )

d. D:operation day (days)

e. S1-7:test no. 1-7

固定化細胞之製作方法

本 研 究 採 用 纖 維 醋 酸 三 酯 (cellulose

triacetate)包埋固定法(Yang et al., 1994),首先將

10 g cellulose triacetate溶於 100 mL 之二氯甲烷

中(10% w/v),加入經 3,500 rpm、20 分鐘離心

後之污泥菌種 20 g,再加入 20 mL 蒸餾水,均

勻混合並攪拌至三者完全乳化,而後浸入甲苯中

使其硬化成型,然後切成適當大小,即為固定化

細胞,可填充入反應槽內,其詳細製作流程如圖

3 所示。

厭氧菌種取自迪化污水處理廠之厭氧污泥,

經格網粗濾,濾液經 3,500 rpm,20 分鐘之離心

過程,取下層污泥作為包覆之菌種,此污泥之揮

發性懸浮固 體 (VSS) 為 29,500 mg/L , 比 重 為

3.54。實驗中為控制初始 VSS 為 10,000 mg/L,

故使用處理後之迪化污泥 1,200 g 來當作菌種製

作固定化細胞。

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圖 2 厭氧反應槽主體

Fig.2 The anaerobic reactor

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分析方法

1. 水質分析

各樣品之水質分析項目及分析方法如表 2

所列均參照 Standard Methods (APHA, 1998)。

2. 甲烷含量測定

以 氣 相層析儀 (GC,中 國層析 -8700T)測定

CH4 莫耳體積百分率組成。搭配熱導度檢測器

(thermal conductivity detector, TCD)與分析管柱

Porapaq Q (Supelco, Inc., MO, USA)進行氣體分

析,操作時以氦氣(helium)為乘載氣體(carrier

gas),流速為 30 mL/min,檢測器溫度為 120°C,

注射口及管柱溫度分別為 100°C 及 80°C,再由

SIC Chromatocorder 12 積分儀中的讀數與由已

知成分的 CH4 和 CO2組成之標準氣體比較,即可

圖 3 固定化細胞製作流程

Fig.3 The flow chart of making anaerobic immobilized cells

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表 2 分析項目及分析方法

Table 2 Analytical items and methods

分 析 項 目 分 析 方 法

TCOD (mg/L) Standard Methods 5220Ba

TBOD (mg/L) Standard Methods 5210Ba

TKN 值(mg/L) Standard Methods 4500-Norg Ca

NO3

--N (mg/L) DetectION NO3

-電極

NO2

--N (μg/L) 光度計法 (Standard Methods

4500-NO2-N Ba)

PO4

-3-P (mg/L) 維生素 C 比色法

(Standard Methods 4500-P Ea)

a. APHA, 1998

得實驗所產生氣體中甲烷和二氧化碳之成分比

例;標準氣體係由 70.5%之 CH4 及 29.5%之 CO2

所組成。

實驗設計與步驟

1. 起動

取自台大生機系廢棄物處理實驗室經連續攪

拌式反應槽處理後之豬糞尿放流水 9.6 公升,與

桃園養豬場之豬糞尿原廢水 2.4 公升混合,加入

反應槽內;由於起動時菌種之環境與實際操作實

驗之環境相差不遠,故系統達到穩定的時間可大

大的縮短,約操作 4-5 天,這段時間內間歇餵以

易分解的葡萄糖,每天檢視產出氣體的 CH4 成

分、氣體產率及出流水之 pH 值,待產出氣體的

CH4 成分達 50%後,表示系統已呈現穩定狀態,

可開始進入實驗階段。

2. 實驗部份

每次取樣前,先由氣體取樣瓶中抽取 500

µL 之 氣 體 , 注 入 氣 相 層 析 儀 (gas

chromatography, GC)進行氣體分析,量測 CH4

和 CO2 之成分比例。

完成氣體取樣分析後,即開始液體取樣程

序,採先出流後進流方式,首先轉動連接反應槽

頂端氣體出口軟管之三向閥使產氣進集氣袋中,

成為出流狀態,以定量幫浦由出流口抽取出流水

至所需體積後,再將已稀釋之豬糞尿原廢水以定

量幫浦由進流口打入槽中,如此可避免出流水中

含有新加入之進流水。

結束上述過程後,再將三向閥轉回,使產出

氣體經氣體出口軟管後,進入安全瓶,經氣體採

樣瓶,再經濕式氣體流量計,最後進入集氣袋

中。實驗進行中只須檢查安全瓶中玻璃管內水柱

情形,即可知整個系統是否有漏氣現象。

厭氧槽之水力停留時間(HRT)由起動之 20

天漸漸減少至 1 天,分為 7 個試程,以 S1-S7表

之,實驗操作程序如表 1 所示,每一試程達穩

定狀態 (steady state)後分別進行 15-30 個操作

天,COD 負荷(COD loading rate)由 0.25 漸增加

至 7.5 g COD/L/d,初始生 物 負 荷 率 為 0.7 g

COD/g VSS/d。

反應槽出流水各種水質項目之測定,係由反

應 槽 之出流 水先取出適 量 水樣測定 pH 值 及

TCOD 後,其餘出流廢水再稀釋,經 GF/C 濾紙

過濾後得到之濾液,分析 TKN、NO3

--N、NO2

--

N 及 PO4

-3-P 等水質項目;每次出流時並量測氣

體產生量及甲烷(methane, CH4)組成。

三、結果與討論

半連續操作實驗結果

本實驗藉改變水力停留時間(HRT),以控制

不同的有機負荷,各組實驗試程皆利用相同的實

驗設備進行連續操作,每一試程皆為達穩定狀態

後再經過 15-30 天的操作後,再進行下一試程,

各組實驗進出流水質相關參數及其去除率之結果

如表 3 所示,表中所列為各試程之平均值及標

準差(standard deviation, SD);在不同控制條件

下對於豬糞尿水處理效率變化及處理過程之特

性,將於以下分別說明。

實驗中控制 pH 值及化學需氧量;pH 值為

厭氧實驗中一個重要控制參數,用以維持二相微

生物族群有較佳的生存環境。由圖 4 得知,實

驗過程中出流水之 pH 值介於 7.0-7.6 之間,由

McCarty (1964)可知本實驗之 pH 值環境應該適

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圖 4 各試程操作期間出流水去除率變化情形

Fig.4 The performance of organic components and nutrients

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42 農業機械學刊 第 19 卷 第 2 期 2010 年 6 月

於甲烷生成菌等微生物族群之生長。進流 TCOD

之濃度控制在 7,500 mg/L 左右,HRT 由起動時

之 20 天漸漸減少至 1 天,分為 7 個試程,由表

1 可知, COD 負 荷 由 0.25 漸 增 加 至 7.5 g

TCOD/L/d;出流水之 TCOD 隨 HRT 減少而增

加,實驗中每次改變 HRT 時,出流水水質有稍

惡化之情形,且操作初期有跳動之現象,此可能

因微生物對水力負荷改變及對非溶解性有機物分

解之過渡情形。

1. 有機物去除率

圖 4 表示各試程操作期間出流水 TCOD 及

BOD 去除率變化情形;去除率分別為 60-90%及

65-90%,隨著操作天數增加而降低,此因 HRT

漸減,使有機負荷增加所造成。

2. 氮化合物之去除率

由圖 4 中可發現總氮化物及 TKN 去除率兩

者之變化趨勢相當一致,皆隨有機負荷增加而逐

漸減少,去除率分別為 6-47%及 6-48%。

3. 正磷酸鹽去除率之變化情形

正磷酸鹽去除率之變化情形亦可由圖 4 看

出,由於生物除磷作用原理乃是由磷蓄積菌在厭

氧 環 境 中釋出磷 , 而 於好氧 環 境 中 攝取磷

(Metcalf & Eddy, 2003),所以厭氧槽中正磷酸鹽

去除率甚低或呈負值。

4. 沼氣中甲烷含量變化情形

圖 5 為厭氧槽甲烷含量百分率及甲烷產率

之變化情形;可看出甲烷含量於操作期間大都維

持在 80%左右,至 177 天時由於 HRT 減至 1

天,使得甲烷含量百分率有較明顯下降之情況,

但仍維持在 75%左右;而 MPR 則隨有機負荷增

加而升高,為 0.1-1 L CH4/L/d。

由文獻中可知,厭氧反應槽在處理低濃度豬

糞尿廢水時,最適情況下沼氣中之甲烷百分率,

於生物膜系統(ANBIOF, anaerobic biofilter)可達

80% , 沒 有 迴 流 (ANFLOW, anaerobic flow

through without sludge recycle) 的 系 統 中 為

55% , 有迴流 (ANCONT , gas-mixed contact

reactor with sludge recycle) 的系統中則有 75%

(Oleszkiewicz,1983)。

由台大生機系廢棄物處理實驗室中之 CSTR

厭氧反應槽實驗,處理飼料豬之豬糞尿水可發

現,其沼氣中甲烷含量百分率為 75%,而處理

餿水豬之豬糞尿水其沼氣中甲烷含量百分率則較

高為 81%;而本實驗採用餿水豬之糞尿水,加

上固定化細胞同時具有生物膜的功用,故可達到

較高的甲烷含量。

有機負荷之影響

1. 有機負荷對有機物質去除率之影響

圖 6 為有機負荷對 TCOD 及 BOD 去除率之

影響;厭氧槽中能去除有機物之原因除了槽中一

些異營性微生物會利用進流基質中之有機物外,

槽中的脫氮菌也會利用進流基質中的有機物質來

作為脫氮作用的碳源,但其可負荷之程度有限,

因此由圖可知,TCOD 及 BOD 去除率多隨著

COD 負 荷 增 加 而減少, 在 0.75 及 0.625 g

COD/L/d 時達到最高的 COD 及 BOD 去除率,

分別為 COD 82%及 BOD 84%。

2. 有機負荷對總凱氏氮(TKN)及總氮化物去除率

之影響

有機負荷及總凱氏氮(TKN)去除率之關係,

由圖 6 可知,出流水中 TKN 及 TN 去除率是隨

COD 負 荷增 加而減少,在 有機 負 荷為 0.33 g

COD/L/d 時,TKN 及 TN 具有最佳的去除率,

分別為 48%及 47%。

3. 有機負荷與正磷酸鹽去除率之關係

圖 6 亦表示正磷酸鹽去除率與有機負荷之

關係,在 0.625 g COD/L/d 時正磷酸鹽去除率可

達 28%,正磷酸鹽去除率低甚或呈負值之原因

如前述係由於磷蓄積菌在厭氧環境中釋出磷所

致。

4. 有機負荷對甲烷含量及甲烷產率之影響

由圖 6 可看出,當 COD 負荷增加至 7.5 g

COD/L/d 時,MPR 達最大值 0.9 L CH4/L/day,

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應用固定化細胞於豬糞尿水之厭氧消化 43

圖 5 甲烷含量百分率及甲烷產率之變化情形

Fig.5 The performance of gas produced

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44 農業機械學刊 第 19 卷 第 2 期 2010 年 6 月

圖 6 有機負荷對反應槽之影響

Fig.6 The effect of organic loading rate on reactor performance

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應用固定化細胞於豬糞尿水之厭氧消化 45

但甲烷含量有下降之趨勢,不過仍維持在 75%

左右;而在 1.5 g COD/L/d 時甲烷含量有 83%的

最佳表現。

與其他處理結果之比較

由表 4 可知,本實驗與一般生物處理豬糞

尿廢水之結果比較,在最適情況下,本實驗中甲

烷百分率及甲烷產率皆高於其他試驗之處理結

果 , 且 對 有 機 物 (COD)的 去 除 率 亦 可 達 80%以

上。

四、結論與建議

本研究利用實驗室規模進行半連續操作試

驗,於實驗進行中控制進流基質 COD 濃度於

7,500 mg/L,而以改變基質進流量即水力停留時

間為控制因子;實驗中將厭氧槽溫度控制在攝氏

37±1°C。在實驗操作至穩定狀態時,分析實驗

系統中各類基質濃度變化並討論其間之關係,而

獲得以下之結論:

1. 本研究共 7 個試程,在有機負荷為 0.33-7.5 g

COD/L/d 時,出流水的 TCOD 及 BOD 去除

率分別為 61-82%及 64-84%;TKN 之去除率

為 6-48% ; 甲 烷 產 率 (MPR) 為 0.09-0.9 L

CH4/L/d,甲烷成分為 75-83%。其中以操作

在 0.625 g COD/L/d 時可達最高的 TCOD 及

BOD 去除率,為 82%及 84%。

2. 實 驗 中 ,出流 水 之 總 氮 化 物 去 除 率 為 9-

47%,當有機負荷為 0.33 g COD/L/d 時,可

達最高的去除率 47%;正磷酸鹽去除率最高

可達 28%,最低為 1%。

3. 與 其 他 研 究 比 較 , 可知本 實 驗 在 最 適 情 況

下,甲烷百分率及甲烷產率高於其他試驗之

處理結果,且對有機物(COD)的去除率亦可

達 80%以上,因此應用本系統於豬糞尿水的

處理相當可行。

由本實驗操作過程中之觀察與所得結果分

析,提出下列建議:

1. 可利用此固定化細胞厭氧槽加上好氧槽及沈

澱槽與推廣中的三段式處理做一比較。

表 4 各種豬糞尿水厭氧處理法的比較

Table 4 Comparison of the performance between this study and other

anaerobic processes for swine wastewater treatment

反應槽形式 有機負荷

kg COD/m3-d HRT, day

進流水 COD

濃度, mg/L

COD

去除率, %

CH4

%

MPR

L CH4/L/d 參考文獻

厭氧接觸法 2-11.0 0.125-7.4 - 35-87 72-77 0.096-0.136 Oleszkiewicz

(1983)

厭氧流體

化床法 0.2-40 0.02-2.0 200-15,000 60-98 - -

雜糧基金會

(1992)

三段式厭

氧醱酵法

1.18-2.75

kg BOD/m3-d 3.0-8.3 2,765-6,502 56.6-95.3 - -

雜糧基金會

(1992)

厭氧生物

膜法 0.4-6.55 0.57-14.3 - 70-94 63-80 0.008-0.736

Oleszkiewicz

(1983)

上流式厭氧

污泥床法 9-16 3.0-7.0 4,300-6,800 72-99 - -

雜糧基金會

(1992)

無濾料式厭

氧發酵槽

1.29-18.6

g.VS/L/d 1.0-12.0 21,336-22,431 58.65-89.59

52.77-

61.9 0.6-1.53

洪嘉謨

(1984)

厭氧固定

化細胞法 0.25-7.5 1-20 7,500 61-83 74-83 0.09-0.9 本研究

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46 農業機械學刊 第 19 卷 第 2 期 2010 年 6 月

2. 可考慮將固定化細胞商品化,並研發多種性

質不同如耐酸、鹼、熱或有毒物質之材質,

以供固定化使用,如此固定化細胞技術當可

應用至更多不同性質的廢水處理上。

五、誌謝

本研究承楊秉彜博士、洪嘉謨博士及李允中

博士提供寶貴意見,特此誌謝。

六、參考文獻

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收稿日期:2010年 3月 10日

修改日期:2010年 4月 27日

接受日期:2010年 6月 15日