污泥前处理与资源化产气之研究

行政院國家科學委員會專題研究計畫期中進度報告行政院國家科學委員會專題研究計畫期中進度報告總計劃及子計劃一:污泥前處理與資源化產氣之研究(2/3)總計劃及子計劃一:污泥前處理與資源化產氣之研究(2/3)計畫類別：整合型計畫計畫編號：NSC92-2211-E-002-059-執行期間：92年08月01日至93年07月31日執行單位：國立臺灣大學化學工程學系暨研究所計畫主持人：李篤中報告類型：精簡報告報告附件：國際合作計畫研究心得報告處理方式：本計畫可公開查詢中華民國93年4月26日行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告總計劃及子計劃一總計劃及子計劃一:污泥前處理與資源化產氣之研究污泥前處理與資源化產氣之研究(2/3)計畫編號：NSC92-2211-E-002-059執行期限：92年8月1日至93年7月31日主持人：李篤中教授計畫參與人員：執行機構及單位名稱：國立台灣大學化學工程學系I.中文摘要中文摘要本計畫擬以三年時間，探討污泥前處理的處理效率與可行性，及其對生物產氣回收之影響。在第二年的報告中，結果顯示經滅菌前處理的污泥有最好的產氫效果，其產氫量（21.4g-H2/kgDS）高於原始污泥（4.8g-H2/kgDS）許多，不過經過高溫處理後沒有甲烷氣的產生；而經酸化和凍融前處理的污泥產氫量也都略高於原始污泥，且在酸化處理過後的污泥中，甲烷菌也是無法生存，同樣的沒有甲烷氣產生；顯示在本實驗中所選用的前處理均能有效的提高氫氣產量。而在經過96小時的厭氧消化後加入K8，原始污泥和經滅菌、凍融前處理的污泥均有大量的甲烷氣關鍵詞關鍵詞：污泥、前處理、生物產氣AbstractInthisthree-yearproject,weconsidertheeffectsofsludgepretreatmentsonbiogasrecycling.Inthesecondyear,thepasteurizationhasthebesthydrogenyieldcomparedwithotherpretreatments.Sludgeafterpasteurizationoracidtreatmentcouldnotproducemethane.Thepresentstudyrevealedthatallpretreatmenscouldeffectivelyincreasehydrogenyield,whilethefermentedliquorwithK8additioncouldproducemethanegas.Keywords:Sludge,pretreatment,biogas.II.Introduction(計劃緣由與目的計劃緣由與目的)近來有許多研究報告於有機物質以及廢棄物之厭氧發酵產氫反應，並著重如何才能從中獲得最多的氫氣。如前所述，在厭氧消化的過程當中，二氧化碳還原甲烷菌以及乙酸利用甲烷菌會將厭氧消化過程中所產生的氫氣消耗掉以產生甲烷，因此氫氣在其中所扮演的僅為一個中間產物的角色，所以在傳統的厭氧消化過程中，氫氣的濃度十分的低。因此若要從厭氧消化作用反應中取得氫氣，則需要中斷此一代謝過程以萃取出氫氣（AdamsandStiefel,1998），如單獨培養具高產氫能力的菌種（如梭狀芽孢桿菌Clostridium）及抑制甲烷菌的活性。許多梭狀芽孢菌屬中的菌株會發酵醣類而產生主要的終產物丁酸，而其中一部份會產生丙酮以及丁醇，藉由梭狀芽孢桿菌的丙酮-丁醇發酵反應，為工業上用於產生這些產物的重要反應。另外，許多的梭狀芽孢菌屬的菌會發酵胺基酸而產生乙酸、乳酸、氨以及氫氣，而另外一些包括C.acid-urici以及C.purinolyticum會發酵嘌呤而產生乙酸、乳酸、CO2以及氨，不同的梭狀芽孢桿菌進行著不同的發酵反應。然而梭狀芽孢桿菌對基質的選擇也有相當的限制，有些菌種只能利用碳水化合物，如：C.acetobutylicum、C.clostridiforme等，有些則只能利用蛋白質，如：C.cochlearium、C.proteolyticum等，少部分兩者皆可以利用，如：C.lituseburense等（Balowetal.,1992）。污泥的生物處理不但可使污泥達到減量以及提高脫水性的目的，而代謝過程的副產物，如乙醇、甲烷、氫氣等皆具高度經濟價值。欲獲得更具經濟價值的氫氣，目前許多研究致力於將污泥以特殊處理來抑制甲烷菌的生長，而讓消化停留在產酸的階段，再收集產生的氫氣。雖然多數的前處理方法皆可以幫助污泥水解出有機質，但王（2002）由濾液測試的結果發現並非所有水解出的有機質皆可以立即用於產氫，因此經由何種前處理可以改善氫氣的產率亦為探討之重點。目前污泥於產氫方面的研究如下：鄭幸雄等（2000）以加熱