2017年12月28日

有機廢棄物再利用及快速處理技術之發展

陳仁炫/國立中興大學名譽教授,34 屆全國十大傑出農業專家,教育部105 年度師鐸獎。專長為植物營養、土壤肥力。


農業、畜牧業、食品加工業、釀酒工廠等產出之廢棄物量甚鉅,若未採取適當處理常會造成環境的危害,如臭味、土壤及地下水的污染等,甚至潛藏對人畜安全的威脅。有機廢棄物含水量相對較高,若以焚化或掩埋方式處理,需土地和資金的大量投入且效果不彰,更可能因而降低焚化爐及掩埋場之壽命。現今原物料高漲,全球暖化威脅日益嚴重,故將有機廢棄物予以資源化是當今解決環保問題的重要對策。

農用有機廢棄物的種類及潛在問題
有機廢棄物,顧名思義即為含有機質的廢棄物,包括禽畜糞、廢矽藻土、食品加工污泥、釀酒污泥、農業污泥、動物性殘渣及植物性殘渣等。以臺灣而言,主要以畜牧廢棄物、農業廢棄物、食品廢棄物為大宗。

1. 畜牧廢棄物
包括動物排泄物、動物屍體、剩餘飼料和墊料。一般而言,禽畜糞若未經適當處理而直接施用,其所含之病原菌及重金屬可能會對作物造成危害,並產生含硫化合物及氨等氣體,其臭味亦會污染環境。

2. 農業廢棄物
(1)農產廢棄物:如穀類廢棄物,特用作物廢棄物如蔗渣、蔗葉等;蔬果廢棄物,食品工廠廢棄物如農產、水產及禽畜加工之廢棄物等;菇類培殖廢棄包及樹皮、庭園及行道樹等廢棄物。

(2)農業資材廢棄物:
主要為用過之肥料袋、育苗袋(盤)、廢農藥廢容器及一些被覆資材如PE膜、PVC 膜、遮蔭網等,除部份為玻璃產品外,大多為不易腐爛及分解者。一般而言,農業資材廢棄物不得作為有機質肥料之原料。

以往農民將這些不可食部份或副產品的農業廢棄物作為飼養家禽、家畜之飼料,或直接施用或經堆肥化後施用於農地,以供來年作物養分之用。由於部份廢棄物物質之水分含量太高,且易腐敗,需適當處理方不致造成環境的污染。

3. 食品廢棄物
包含食品工廠的食品廢棄物、市集每日產生的食品廢棄物、學校及餐廳衍生的廚餘及家庭廚餘,其中又以家庭廚餘為最大宗。一般食品廢棄物含水率較高及熱值低,不適用焚化處理;又因廚餘易腐壞、產生臭味及滲出水污染問題,亦不適用於掩埋處理,製成堆肥或加熱後作為飼料為最常見的處理方式。

依據農糧署之肥料品目規定,允許使用之廢棄物可分為不需經堆肥化處理,但需經其他方式(如加熱、蒸煑、粉碎或混合)處理者;及需經堆肥化(醱酵)處理者。

1. 直接利用之有機質肥料
(1)植物渣粕肥料:
以一種或一種以上經壓榨或萃取油分後之植物渣粕(如大豆、花生、亞麻仁、米糠、菜籽等),經混合調配而製成。

(2)副產植物質肥料:
以植物質為原料之食品製造、飲料製造或中藥製造業等副產物或事業廢棄物、經混合調配而製成。

(3)魚廢渣肥料:
下雜魚、魚內臟或其他魚廢渣,以泥炭、動物質原料(如蝦殼、蟹殼等)或植物質原料(如豆粉、花生殼等)吸著,經混合調配而製成。

(4)動物廢渣肥料:
以動物廢渣(如魚渣、肉渣、獸肉骨、羽毛、羊毛等)為原料,經煮沸、蒸煮、壓榨、乾燥、粉碎等程序,經混合調配而製成。

(5)副產動物質肥料:
動物質為原料之食品製造、塑膠業等副產物或事業廢棄物,經混合調配而製成。

(6)乾燥菌體肥料:
食品及飲料業、酒業釀造配製業及啤酒製造業、農牧業,在廢水二級生物處理過程生產之生物性污泥,以及製糖業在製糖過程產生的濾泥,經加熱、醱酵腐熟、乾燥等程序,混合調配而製成。

(7)氮質海鳥糞肥料:
天然採集之海鳥糞。

(8)混合有機質肥料:
植物渣粕肥料、副產植物質肥料、魚廢渣肥料、動物廢渣肥料、副產動物質肥料等二種或二種以上有機質肥料或有機質材料,經混合調配而製成。

2. 傳統堆肥
農畜及食品廢棄物的最佳利用方式,乃是與其他農業廢棄物以適當的比例混合,並經過堆肥化作用(composting),製成良好的堆肥(compost),再回歸土地。堆肥指有機物質經堆積醱酵,使微生物在其中增殖、分解代謝,而將有機物質(澱粉、蛋白質、脂肪、纖維素、木質素等)轉化成安定的似腐質土的物品;其中包括菌體、二次代謝產物及未分解轉化之物質,而上述轉化過程則稱為堆肥化作用。

(1)堆肥的製程:
堆肥之優質與否與其製程之適當與否有密切的相關。一般而言,堆肥的製程可分為前處理,堆積醱酵及後處理三個過程(圖一)。

◆ 前處理
禽畜糞一般具有水分高及臭味等問題,一旦運送至堆肥場時,宜在有頂棚的堆積場舍立即與選定的調整材(如木屑、米糠、蔗渣、稻殼、菇類養殖廢包內容物等)予以混合,以調整水分含量約為60%,碳氮比(C/N)約為30,且避免在露天混合及堆置。

圖一:粒狀堆肥之製造流程。

◆ 堆肥化過程
在整個堆肥化過程中,是利用不同分解特性的微生物接替擔負分解的工作。堆肥化的初期,堆層溫度約為15~45°C,由中溫和嗜溫性微生物(真菌、細菌和放射菌)主司其職,主要以易分解的醣類和澱粉類作為基質。

當溫度超過45°C,此時嗜溫菌已受到抑制或死亡,取而代之的為嗜熱性微生物,其負責分解堆肥中殘留(半纖維素,纖維素,蛋白質,木質素等)和新形成的可溶性有機物,待溫度升至70°C 以上,大多數嗜熱菌已不再適應,因而進入死亡或休眠。

高溫階段後,剩下的部分為較難分解的有機物和新形成的腐植質,此時微生物活性已下降,故發熱量減少,致堆肥溫度下降,嗜溫性微生物再佔優勢,對殘餘較難分解的有機物再進行分解,此時,腐植質不斷增加而達穩定狀態,亦即趨向腐熟階段。

為使整體堆肥資材均能腐熟且達均質化,故在堆肥化期間必須進行數次翻堆及攪動,直至溫度不再上升為止(通常為30~40 °C)。圖二為堆肥化過程之溫度變化圖。

圖二:堆肥化過程之溫度變化圖。


◆ 後處理
依堆肥品目標準規定,袋裝之禽畜糞堆肥成品水分含量需低於35%,而「一般堆肥」和「雜項堆肥」則需低於40%,且優質堆肥的品相宜佳(不可有目識之殘料),故通常需有風乾、篩選、粉碎、造粒、裝袋的後處理。......【更多內容請閱讀科學月刊第577期】


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