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為何台積電的綠電承諾春風 吹不動廚餘生質能發展?(三): 沼渣沼液如何回歸大地及閒置消化槽活化轉型

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沼渣沼液何處去?

如若雜質比例降低,地方環保機關應無其他疑慮了吧?非也非也,原本應算是廚餘生質能廠副產品的沼渣沼液,卻可能被地方環保機關視為累贅,因為要怎麼讓這些肥份回歸大地,是需要配合農業專業、有計劃去做的事情;而環保單位面對沼渣沼液每天持續產生,難免大多會尋求一勞永逸、讓這些資源從自己面前快速消失的方法。

對於台中外埔廠而言,沼渣由於量小,問題不大,目前由台中市府委請業者拿去製成有機質肥;但重量將近入料廚餘六、七成的沼液,則由台中市府運到其轄內民生污水處理廠處理,運距達三十餘公里。台中市府未來打算把這些沼液就近澆灌農田,去年(2020年)曾依廢清法14條及《一般廢棄物回收清除處理辦法》第34條向環保署提沼液田間澆灌試辦計畫,環保署並邀請農委會一起審查,該試辦案執行期間為去年中至今年2月,在確認計畫可行後(比如作物發芽沒問題且生長狀況良好),未來將成為正式營運計畫。

但沼液的農田澆灌,是需要天時、地利、人和的事情。就地利而言,台中外埔生質能廠附近有大片農地可以澆灌沼液,雙北地區可能就難了。而且即使附近有農地,但若要沼液儘量回歸大地,以其間歇性的澆灌需求配合連續性的沼液產出,勢必需要不小儲存空間做緩衝,若儲存空間有限,那麼還是必須把部份沼液送往污水處理廠。

就天時而言,作物的施肥,必須配合其生長,不是隨時都能夠澆灌的,因此不管是禽畜糞厭氧發酵產生的沼渣沼液,或者是廚餘厭氧發酵的沼渣沼液,都需要提送澆灌計畫,送農業機關審查。

審查項目就是農業專家需要考量的事情,比如沼渣沼液品質(PH值、導電度、氮磷銅鋅含量),要到哪些農地澆灌,以及這些農地的作物種類、土壤與地下水品質背景值檢測報告、沼渣沼液輸送路線,施灌數量、方式與頻率等,並要求要做施灌紀錄及監測土壤及地下水的品質,要求相當嚴謹。

就人和而言,需要跟農民接洽溝通,看他們有沒有意願,有什麼疑慮需要說明或處理,若有意願也須配合其施肥計畫,並把溝通成果呈現在澆灌計畫裡。

這是個既專業又繁瑣的事情,國外有專業公司在從事這項服務7,國內卻因為剛起步,還沒市場化,而由沼渣沼液產生者在農業機關審查下,自行負責。其實若以「生產者延伸責任」的精神來看,廚餘處理本應是農委會必須輔導農民等糧食生產者負起的責任,只是現在法律把責任劃由環保機關負責;而若要讓沼液安全地價值化,也是農委會專業!而且沼渣沼液是相當有價值的產品,不只可當肥料,也可當作動物飼料,或用於養藻以及種子預處理,或用來製取灌溉用水、磷鹽、生物性農藥8,但這些用途中有許多仍須考量其風險與環境影響,有待農委會與環保署攜手合作,制定規範及建立有利發展環境,比如若能請台糖與台肥等具專業及公信力的企業投入沼渣沼液施灌服務或其他應用,那麼廚餘生質能或許會進展地順暢些。

油鹽含量與料源選擇

除了沼渣沼液外,還有個問題是廚餘的油鹽含量。我們從表3可知,脂質與蛋白質含量較高的熟廚餘,其產氣潛力應高於生廚餘;但另一方面,熟廚餘的油鹽含量一般高於生廚餘,而油鹽含量若過高,會抑制厭氧醱酵菌群的生長,反而不利於沼氣產生,同時所產生的沼渣沼液可能鹽分也會過高,而不適於澆灌農地。台中市府當初規劃外浦生質能廠時,即著眼於廚餘油鹽含量對於厭氧醱酵可能產生的不利影響,而保守規劃,以生廚餘為料源。

根據研究9,消化槽裡廚餘漿液的鹽分含量必須低於8g/L(相當於0.8%w),否則會抑制甲烷的產生;而根據調查(參見表5),國內生廚餘鹽分含量普遍低於0.8%,而熟廚餘或生熟不分的廚餘,則稍高或稍低於此數值,且與國外相比,並未明顯偏高。而廚餘在送進消化槽前須加水製成漿液,此時其鹽分會進一步被稀釋。因此要控管廚餘的油鹽含量,使其不至於過高,看來不是太大問題;比如若有收受熟廚餘,可在入料前先進行脫水去油處理。

表5. 國內外廚餘的鹽分含量比較10
廚餘來源 鹽分含量(%)
台北生廚餘,2015 0.15-0.53
台北熟廚餘,2015 0.66
新北生廚餘,2011 0.11-0.19
新北家戶廚餘,2006 0.45
台中家戶廚餘,2004 1.67-2.03
高雄屏東廚餘,2009 1.04
中國學校廚餘,2013 8.7
韓國家戶廚餘,2004 4
美國城市廚餘,2010 1.52

至於沼渣沼液會不會鹽分過高?根據《肥料種類品目及規格》中的標準,「液態雜項有機質肥料」或「液態雜項有機質肥料」的鈉含量須低於2%,換算成鹽分含量則為5.08%;因此不利於菌群生長的廚餘漿液鹽分含量(0.8%)要比液肥的鹽分標準低上許多!也就是說,廚餘生質能廠只要能把廚餘油鹽含量管控好,操作條件控制好,順利厭氧醱酵、產氣發電,其沼液應是相當安全的;而只要沼液安全,由沼渣液經固液分離出來的沼渣,在溶於水的鹽分大多數會留在液相的情況下,應也不致過高。

是以外埔生質能廠目前只收生廚餘的作法,確實是保守作法!雖能保障菌群不受鹽分影響,比較容易取得成功,是磨練技術、累積經驗、建立自信的好方式;不過,其設計產氣量也因此壓在此技術底線,每噸廚餘產氣量僅60-70 Nm3,而國外一般可達到100Nm3,甚至有達到130Nm3案例者11!這等於犧牲了不少的沼氣產量與發電收益,還得花每噸約600元的運費把雜質及沼渣沼液運回,這樣的示範,其他縣市看在眼裡難免會猶疑觀望。希望台中市府能從廚餘的源頭分類、油鹽控管、料源調配,琢磨精進,努力提昇沼氣產量,降低雜質及沼渣沼液排出比例,讓其他縣市能夠積極跟進。

下水污泥去化與閒置消化槽活化轉型

其實外埔生質能廠的沼液問題,對於轄內民生污水處理廠有閒置污泥消化槽可用來處理廚餘的縣市而言,將不成問題,因為所產生沼液,若無法順利用於田間施灌,就直接排入一旁的污水處理池即可,畢竟沼液產量相對於日處理量動輒數萬噸的民生污水處理廠而言,只是小菜一碟。

而且,民生污水處理後產生的污泥(或稱下水污泥),無機成份高,對微生物有營養價值的有機物含量遠低於廚餘,又只把污泥的固形物含量濃縮到3-5%,還是相當稀薄的狀態即送入消化槽,因此產氣量並不高,許多污水處理廠甚至沒有為之設置沼氣發電機;若能把閒置消化槽轉用來處理廚餘,再設置發電機,即可提升營運收入,對民生污水處理廠的主管機關及代操作業者應該有不小吸引力。

但閒置消化槽的活化轉型,卻又卡在污水處理主管機關的本位主義。而且,除了前述提到的「地方民眾會抗爭及需要環評變更」等推託藉口外,還有一個令他們不願意積極主其事的理由。

原來,這些閒置消化槽另有他用,用於暫存去化日漸困難的污泥。在過去,這些下水污泥多拿去掩埋,近年因為掩埋空間趨零而價揚,因此採乾燥後再利用(工程填地材料、管溝回填材料、製磚原料、水泥生料、肥料)或焚化方式處理者日增。據統計(參見表6),2012年下水污泥以掩埋方式處理者尚佔有68%,至2016年時只剩下16%。

表6. 2012及2016年下水污泥的處理情形12
處理方式 2012年 2016年
掩埋 68% 16%
焚化 16% 32%
材料化再利用 16% 48%
肥料化再利用 0.2% 4%

然填地等工程需求是間歇性的,這些下水污泥的產生卻是連續性的,故需緩衝暫存空間,而且無論是當作工程填地材料或管溝回填料,都須與其他再生粒料(如煤灰、焚化底渣)競爭;另如把污泥加熱乾燥後拿去製磚,雖是比較有價值的再利用方式,卻容易發生龜裂;當肥料則部份重金屬含量偏高,有污染土壤疑慮;送到焚化廠也因只有北高兩市焚化廠有餘裕,須與其他廢棄物競爭,且熱值不高、灰分高,為焚化爐操作業者所不喜。在無適當再利用方式下,這些下水污泥確有去化不良的問題,於是閒置消化槽就被用來暫存污泥。所以如何解決污泥再利用問題,也是促成閒置消化槽轉型為廚餘生質能設施的關鍵。

據了解,下水污泥在以壓濾或離心等機械方式初步脫水後,仍含有80%水,剩下的20%為有機物與無機物約各佔一半;因此進一步除去水分,是重要的再利用前處理步驟,可減少清除處理成本,增加處理或再利用機構收受意願。然而,這80%的水分,有一部份是被包覆在於污水處理過程中死掉的微生物細胞內,有一部份是被高分子絮凝劑13吸收起來;若只是加熱乾燥,不把污泥中的微生物細胞壁及高分子絮凝劑破壞掉,釋出其中水分,那麼就只能脫除一部分的水,加熱乾燥後的污泥含水率仍可高達30%,重量則只降低至原來的30%左右!若要使其含水率進一步降低,則相當耗能。

而且加熱乾燥後的污泥,不僅含水率高,還含有三成左右的有機物未被破壞,這樣的污泥也不適宜直接拿去製磚,因為高含水率的污泥黏滯性高,無法混摻均勻;而有機物於高溫時會快速分解、產氣,而減損磚的強度、破壞磚的結構,這樣的污泥拿去製磚,當然容易龜裂。14

好消息是,根據金屬工業研究發展中心與台灣區磚瓦工業同業公會的合作研究,若以水熱碳化法處理下水污泥,把有機物和高分子絮凝劑碳化,所得到的水熱炭就很容易脫除水分,重量可減為污泥的15%(其中10%為無機物,5%為碳);換算起來,這水熱炭的灰分達到67%,碳只佔33%,熱值不高,每公斤僅2,000多大卡左右,可以部份取代製磚時所需砂子。製磚時,除了外部用火加熱,添加到原料中的水熱炭也會在內部緩慢燃燒放熱(他們稱之為內發熱),製作出來的磚,品質更好,也可以節省燃料。

只是,目前加熱乾燥法仍是污泥乾燥的主流,內政部營建署與環保署對於水熱碳化法仍處於保守觀望階段。若能改弦更張,以水熱碳化法直接處理污水處理池所產生的污泥,繞過污泥消化及加熱乾燥等步驟,那麼不僅所產生的水熱炭再利用價值高、去化無虞,也可空出更多的消化槽,用來處理廚餘等乾淨且產氣潛力高的生物質,將是兩全其美之舉。


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附註:

7. 參見英國AWSM 農業公司的網頁

8. “A review of the biogas digestate in agricultural framework”, Benginur Baştabak & Günnur Koçar , Journal of Material Cycles and Waste Management volume 22, pages 1318–1327 (2020).

9. “Effect of sodium salt on anaerobic digestion of kitchen waste”, Anwar N, et al., Water Science and Technology : a Journal of the International Association on Water Pollution Research, 01 Jan 2016, 73(8):1865-1871.

10. 《大臺北地區廚餘回收利用策略之研究》,許淨雅,郭乃文,台師大2016年碩士論文。表5中數值的單位與該論文使用的單位不同,故數值乃經過單位換算而得。

11. “Dry Mesophilic Anaerobic Digestion of Separately CollectedOrganic Fraction of Municipal Solid Waste: Two-YearExperience in an Industrial-Scale Plant”, Adolfo Le Pera, et al., Processes 2021,9, 213.

12. 〈下水污泥減量及再利用推動說明〉,財團法人中興工程顧問社,2018.03.16

13. 於污水處理過程中用來使污水中雜質微粒凝集、沈降的化學物質,如聚丙烯醯胺。

14. 〈為何要發展以水熱碳化+製磚來處理有機污泥之說明〉,台灣區製磚工業同業公會簡報,2021.05.16。

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  • 作者:謝和霖/看守台灣協會 祕書長。
  • 發表日期:2021年6月23日。
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