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固體廢棄物處理
發文日:98/04/01
固體廢棄物處理【固體廢棄物處理方法】
台灣地區每年的畜禽糞尿量估計約有1,800萬噸,其中以豬的糞尿量最多。若能將固體廢棄物分類收集、處理,則畜牧廢棄物所造成的污染可以減少將近九成。此外,禽畜排泄物中含有豐富的有機質及氮、磷、鉀等植物營養素,所以固體廢棄物回收後,可以再利用製成良好的有機肥。
1.固體廢棄物的收集
一般而言,畜舍的型式及設計對畜牧場所採用的固體廢棄物收集方式會有決定性的影響,而依國內畜舍地面之設計不同,畜舍型式大致可分為平面式、高床式和墊料式等三種。
(1)平面式畜舍:平面式畜舍所產生的廢水量大但濃度低,所以廢水處理系統所需的處理容積也大,但因廢水濃度低,使得固液分離的效果不顯著。但在台灣約有九成以上的豬舍及大部份的乳牛場採用這種型式。
(2)高床畜舍:高床畜舍廢水量少,例如在日本之高床豬舍的廢水量為3~9 L/頭,比平面豬舍少了一半以上 (沈,2002);但在台灣地區,全場採用高床式畜舍的豬場不多,部份豬場為在肉豬舍及保育舍採用高床。高床式畜舍可以配合刮糞機械或撿糞等措施來收集固體廢棄物,當然也有以清洗水沖出後,再以固液分離機回收固體物。蛋雞場大都採高架籠飼,讓排泄物直接掉落地面,再定期清出後處理。
(3)墊料式畜舍:墊料式畜舍的廢棄物主要為固體廢棄物,因此可以直接回收做堆肥處理。採用墊料舍的包括大多數的肉雞場、部份的肉牛場,及少數的墊料豬場。
除了撿糞和墊料舍可以直接收集畜舍的固體廢棄物外,其他型式的畜舍必須配置固液分離的設施,才能由液狀的糞尿水中回收固體廢棄物。固液分離的原理大致可分為利用重力沈澱、固體物的粒徑大小及壓搾…等等;而常被使用的設施,則包括:沈澱槽、刮糞機械及篩網式、水車式、震盪式等的固液分離機。
禽畜固體廢棄物的處理方式包括:將以禽畜排泄物為主的固體廢棄物作堆肥化處理、乾燥或青貯後製成飼料、衛生掩埋或焚化等;將死廢畜以化製法處理;而由廢水處理系統所得到的污泥則可以再利用製成栽培土或花盆……等等。其中在畜牧場內比較普遍被採用的是堆肥化處理,而污泥及死廢畜的處理方式於下面的單元中再分別述及。
2.堆肥化處理 將禽畜排泄物製成有機肥,不但可以解決畜禽糞尿所造成之環境污染問題,所生產的堆肥富含有機質與植物營養元素,可以改善土壤的生物、理化性狀,並增進農田肥力。而所謂的堆肥化處理就是將固體廢棄物在人為的控制下,使其中的有機物成分經由微生物反應轉變成礦質化及部分腐質化,腐熟後的堆肥成品可以作為良好的土壤改良劑及植物營養劑。
(1)影響堆肥醱酵的因素
既然以禽畜糞製造堆肥的過程為微生物醱酵反應,而影響微生物活動的主要因素有:營養分、水分、氧氣、溫度及pH…等。欲使堆肥醱酵有效率,就必須將這些因素控制在最適狀態(optimal conditions)下。
  1. 營養分 禽畜固體廢棄物中能夠容易的被微生物所分解的物質即為微生物所能利用的營養分。禽畜固體廢棄物的有機質成分以醣類、蛋白質為主,脂肪含量較少。但因醣類又包含了木質素、纖維素、半纖維素、澱粉…等,其中以木質素、纖維素及半纖維素較難被分解,而澱粉類及寡醣類的醣類及蛋白質、脂肪等則較容易被分解。牛糞因所含的纖維質等難分解有機物較多,需要很長的醱酵期,因此在製造堆肥前,最好先加做假堆之前處理,將纖維素等的結構等破壞,可以促進堆肥化反應。此外碳氮比 (C/N) 也會影響微生物的反應,禽畜固體廢棄物的C/N比通常是偏高的,可利用添加調整材的方式來改善,農作固體廢棄物就是相當好的調整材。
  2. 水分 水分為微生物活動所必須的,在製造堆肥時,基質的水分含量須維持在 55~65% ,好氣醱酵才能順利進行。如果水分低於40%,微生物的活性會變得很低,使得堆肥醱酵無法進行;而如果水分太高,則水分子佔滿了醱酵基質的空間而變成厭氣狀態,堆肥反應也無法進行。
  3. 空氣 對好氣的堆肥醱酵而言,空氣是維持好氣的重要條件。要使得堆肥有好的通氣性,基質的孔隙率應該在30%以上,此外,堆肥醱酵期間,所需要的通氣量約為50~300 L/min.m3 (羽賀,1997)。
  4. 溫度 堆肥化是一種固態醱酵,由於固體有機物的熱傳導既小且慢,所以在大堆的堆肥中會因熱的蓄積而使得溫度升高,有時可達70 ~ 80℃。醱酵時的高溫有利於殺滅固體廢棄物中的病原菌、寄生蟲及雜草種子等,但長期的高溫卻不見得對基質的分解有利,因為以微生物對纖維類物質的分解力而言,大部份的真菌類比細菌類及放射菌類高,而真菌的生長溫度上限為62℃ (Tansey, 1971)。因此除了初期為了達到衛生安全的目的,而使溫度維持在65℃以上外,醱酵時最好將溫度控制在62℃以下。溫度的控制可藉由翻堆、送風及抽出熱風等方式來達到。
  5. 微生物 堆肥醱酵的微生物以中溫異營菌為主,其實禽畜糞便中的微生物量即有上億個/g,在上述pH、水分、溫度、空氣等條件均合適的情形下,微生物生長及活動自然會旺盛,毋須另外添加菌種。
  6. 時間 堆肥醱酵時的溫度、微生物和醱酵基質接觸的面積,會影響醱酵所需的時間,但由於生物反應畢竟有其生物生長的限制,因此,禽畜固體棄物堆肥化的時間至少需要2個月。
(2)畜禽糞堆肥製作過程 畜禽糞堆肥製作過程主要包括:堆積材料之水分調整、堆肥醱酵及脫臭處理。
  1. 水分調整 畜禽糞製造堆肥前,必須先將水分調整至65%左右。一般調整水分的方式有:與含水率低的調整材料如木屑、稻殼或腐熟堆肥等混合、利用太陽能脫水、或採用擠壓機械去除過多的水分。
  2. 堆肥醱酵 堆肥醱酵方式大致可分為靜置堆積和機械攪拌兩種,而機械攪拌也有開放型和密閉型之別。在台灣常被採用的方式,在靜置堆積方面有大堆堆積、箱型和袋裝等方式,可以通氣或不通氣,一般每1~2週以鏟裝機進行堆肥翻堆。機械攪拌方式有開放式、密閉式及封閉式。開放式包括通氣或不通氣,可以採用軌道式、天車式或其他機械翻堆;醱酵槽之形狀有圓型、橢圓型;攪拌機械之行進方式有迴轉式、直走式或往復式等 (林等,1997)。密閉式堆肥醱酵槽有臥置式和直立式醱酵槽,內部均設有攪拌機械和通氣裝置。封閉式醱酵場則是醱酵槽為開放式,但將整個醱酵作業的區域封閉,且使其內部成為負壓狀態。一般而言,靜置堆積式堆肥場,設備投資較少,但處理期較長,且堆肥成品常會結塊,致品質不均勻;機械攪拌式堆肥場,設備投資和管理費較高,但處理期較短、成品品質較均勻;封閉式堆肥場處理期亦短,產品品質佳,但因封閉的範圍大,所以投資更大,且要長期維持封閉區為負壓的維持費用也更高。
  3. 脫臭處理堆肥化過程,尤其是醱酵前期,會產生濃厚之臭味,因此必須設置脫臭設施,以防止造成空氣污染。台灣目前大部份的堆肥場多利用木屑脫臭,不過近來也有一些堆肥場開始嘗試以滴濾塔或其他生物濾床法來脫臭,效果不錯。
自1991年起農政單位陸續輔導畜牧場設置5~50坪之簡易堆肥舍及50~200坪之自動翻堆堆肥舍,至1997年合計分別完成3,917戶及186戶之設置。此外,至2000年在全台灣地區共輔導設置大型商業化禽畜糞堆肥集中處理場52場,可處理禽畜糞約32萬公噸,其中回收19.1%之豬糞、5.4%之雞糞及8.2%之牛糞,每年可生產有機質肥料約16萬公噸 (翁,2000)。不過製造堆肥時,應該加強注意堆肥的品質及銅、鋅等重金屬之含量的管理,以免影響禽畜糞堆肥的產品通路及固體廢棄物資源化的永續發展。