TW201429922A - 有機固體廢棄物的高速製肥生產方法及高速製肥生產設備 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種高速堆肥生產方法及其設備，包括將有機固體廢棄物進行分離、回收、淨化及破碎;加入濕潤劑、鍵離劑及超過物料飽和狀態的水後，進行攪拌；於加溫加壓下使物料維持液、固狀態，加入氧化劑及重金屬去除劑，進行部分氧化反應；加入鬆軟劑及活化劑，於加溫加壓下進行活化反應；調節物料的濕度、肥份及顆粒大小。上述方法可在一小時內將有機固體廢棄物轉為高品質有機肥，其能提高有機肥的吸水性、保水性、氮磷鉀及植物所需的微量元素之吸附性、透氣性、隔熱性、耐濕性及抗沙漠化作用，能完全殺滅細菌及去除超標的重金屬含量。

Description

有機固體廢棄物的高速製肥生產方法及高速製肥生產設備

本發明係關於一種堆肥生產方法及其設備，尤指一種有機固體廢棄物高速製肥生產方法及其設備。

有機固體廢棄物製肥生產方法傳统上採用堆肥法。堆肥乃有機肥的一種，其係如其他有機肥一樣地施用於農作物或花草樹木的土壤中有很多益處，其中，重要的作用如下所述：

(1)養分保護及長期提供養分：堆肥中有機質的螯合作用可增強土壤養分保護能力，故養分不易流失。此作用也可避免造成環境污染。若加入化學肥料，其利用率可因此而提高。而剛製造出的新堆肥含有相當程度的可即時利用之氮(N)、磷(P)、鉀(K)及重要微量元素。堆肥中高分子有機物在土壤中逐漸分解而釋出的N、P、K可長期提供養分。有機質在土壤中逐漸分解而產生的有機酸還能促進土壤和化肥中礦物質養分的溶解，以供農作物利用。

(2)高吸水性及保水性：堆肥中的有機質有很高的吸水及保水能力，能大大地提高土壤的田間保水量，因而可以提高農作物的生長速率、產量及抗旱能力。

(3)改良土壤結構：堆肥中的有機質能有效地改善土壤的透氣及隔熱保溫狀況，使土壤變得疏鬆肥沃，提高耐濕性能力，有利於耕作及農作物根系的生長發育，並保護根 系或種子發育不受極端天氣冷熱的影響，為農作物的生長製造良好的土壤條件。堆肥中的有機質纖維同時可聚集土壤中微細顆粒，避免土壤流失或風蝕沙漠化。

(4)刺激農作物生長及改善農作物品質：堆肥中有機質腐解產生的有機酸和某些微量物質，以及生物活性物質有刺激農作物生長和改善農作物品質的作用。例如腐殖質及某些尚在研究中的堆肥釋放出的微量物質有增強新陳代謝及刺激生長發育的作用。又例如生物活性劑的脫附作用可釋出已被吸附的養分及重要的微量元素以利於農作物吸收，其滲透、乳化或溶解作用可增進養分、有機物及土壤中有益菌體的傳輸等等。

有歷史記載的傳統簡易堆肥技術至少有四千年之久。其主要是利用微生物，例如細菌、黴菌、原生動物等在特定的碳氮比、濕度、通風和溫度條件下，使有機物發生生物化學降解，形成穩定腐殖質的過程。因其物料的物理、化學以及生物性質的不同，以及堆肥時操作條件的差異，其生產出的堆肥品質各異。堆肥的發酵與腐熟期也很長，一般需要二至三個月或更長的時間才可完成，且生產出的堆肥很難按品質及用途分開。

雖然堆肥有漫長的使用歷史，但對堆肥技術進行較為科學的探討則僅約一百年時間，1920年才開始在義大利收到第一個堆肥專利的申請。而真正利用科學的堆肥法是最近幾十年才發展起來的。但在70年代以後，由於化學肥料用量猛增，農民相對的降低對堆肥的依賴。土壤單獨施用 無機化肥的結果造成土壤鹽化、板結，養分(主要為N、P、K)流失。不但浪費資源，還不利於農作物生長，而且造成了嚴重的環境污染。故有些國家已開始禁止單獨施用化肥，而混合施用化肥及堆肥。為了農業的可持續發展以及環境保護，積極推廣高品質堆肥使用極為重要。很多國家在七、八十年代便開始積極推廣使用堆肥，但由於工藝技術不佳，以致堆肥品質很差，腐熟度很低，甚或摻有雜質或毒物。再加上生產耗時、成本高、風險大，從而導致堆肥的大量生產及推廣使用受阻、萎縮、甚至停滯。

雖然近數十年來有許多特殊裝備及工藝技術的改良，例如改良堆肥的重要生化有關的參數(利用動態發酵設備、C/N比的選取、濕度及氧氣的控製等等)，或應用特殊微生物菌種、酶或其他化學藥品，以促進堆肥速率如美國專利US4,062,770，1977；US4,067,504，1978；US4,483,704，1984；US5,534,437，1996；US6,648，940B2，2003；及中國專利CN1035654，1989；CN2063940，1990；CN2253347，1997；CN2823257，2006；CN101033154，2007；CN201165498，2008等。但以上專利工藝技術的改良主要在追求發酵速率的加快及腐熟程度的改進，至於如何促進堆肥品質，去除雜質及有害物的參雜則缺少研究。雖然存在如上的改良工藝，目前一般改良型的堆肥發酵期也要數週之久，而最快速的也需要數天之久。而發酵期以後的腐熟期最快也需數週或數月之久(在發酵及腐熟期之後，所生產的堆肥才可使用)。而以往專利對如何增進堆肥對農作物 的作用及益處，例如如何促進上述的養分保護、長期提供養分能力，更進一步增加吸水及保水能力，提高土壤疏鬆、透氣、隔熱、耐濕性及抗沙漠化作用，及如何降低雜質、去除重金屬、有毒化合物、病菌、病毒、寄生蟲等則較少研究。尤其近三十年來各界倡議對都市生活垃圾、餐厨廢棄物、農業廢棄物及工業廢棄物的無害化、減量化和資源化處理，以目前上述廢棄物的極高的產量及所含有害物質，至今的堆肥工藝技術尚無法全面推廣。以都市垃圾的處理為例，目前主流方法為填埋或焚燒。此二種方法均有二次公害的問題。以往學者專家也在尋找第三種較佳的綠色工藝技術以做為第三種主流方法。雖然堆肥也被使用為都市垃圾處理法，但因處理速度太慢，產品品質參差不齊，生產過程臭氣四溢，造成推廣難等問題，而無法讓堆肥法成為廢棄物處理的主流。既便使用改良的傳統“生化堆肥工藝”恐怕也難克服現有技術存在的缺陷。主要原因是傳統堆肥工藝在發酵過程中主要是利用各類細菌穩定所謂“易降解的有機物”，而“中等抗降解的有機物”如木質素、半纖維素、纖維素等是都市垃圾及農業廢棄物的主要組成部份，極難被細菌分解。雖然在此發酵期中有些特殊黴菌可分解一小部份的中等抗降解的有機物，但速率緩慢，在腐殖期僅有少數的中等抗降解有機物形成腐殖質。上述的反應過程若純粹以生物反應來進行，則有時間及降解程度的限製。雖然純粹用酶在無菌狀態下做為催化劑以快速穩定有機物已被研發，但由於酶的複雜性及多樣性(目前已發現有 二千多種酶)，而每種酶僅能對有機物中的某特定分子起作用，以及其較高的生產價格，或尚無經濟有效的大量生產工藝，再加上廢棄物的複雜性，故一般酶堆肥離實際應用尚有很多的研發工作要進行。

近三十年來也有專利引用蒸氣處理都市垃圾，但其使用著重在分離垃圾成分、準備材料做垃圾能源回收、或準備材料做生化傳統堆肥，如下述專利：US4,056,380，1977；US4,540,467，1985；US5,618,003，1997；US7,226，006B2，2007等等。所以開發一種新的，目前科技可立即實現的非傳統性的堆肥生產途徑有迫切的需要。

本發明有機固體廢棄物高速製肥生產方法，採用一種非傳統式的嶄新工藝技術，不需使用耗時費力的好氧菌傳統生化法生產堆肥，而是使用機械熱化學穩定及活化法，在約一小時內便可將各類有機廢棄物轉化為與傳統堆肥相似或更佳的堆肥產品。同時還可將所生產的堆肥活性化而增進養分保護、吸水、保水、透氣、隔熱保溫及易為微生物進一步分解而釋出養分的功效。

本發明的目的之一是提供一種使用機械熱化學穩定工藝及活化工藝在一小時內生產活性有機肥的方法。

本發明的目的之二是提供一種可穩定或去除有機廢棄物中重金屬的方法。

本發明的目的之三是提供一種去除有機廢棄物中有毒 化合物、病菌、病毒、寄生蟲的方法。

本發明的目的之四是提供一系列的高速生產活性堆肥或有機肥的添加劑，以促進堆肥/有機肥產品高纖維化及腐殖質的生成，以及高養分保護、吸水、保水、透氣、隔熱保溫及易為微生物進一步分解而釋出養分的功效。

本發明的目的之五是提供一種有機固體廢棄物高速活性製肥生產方法的設備。

本發明有機固體廢棄物高速製肥生產方法是透過以下步驟來實現：(1)物料篩選處理：將含有機物的固體廢棄物送入篩選設備中進行分離、回收、淨化及破碎；(2)機械預先處理：將選取的有機廢棄物加工成顆粒狀的物料，並對物料中木質纖維素作初步的處理；(3)物化預先處理：將物料送入物化預先處理槽中，加入濕潤劑、鍵離劑及超過物料飽和狀態的水，並攪拌均勻；(4)高速穩定處理：在加溫加壓的條件下，避免氣態在反應鍋中產生，維持反應鍋中物料在液、固狀態，並在反應鍋內加入氧化劑及重金屬去除劑，進行易降解有機物的氧化反應及纖維素的部份氧化反應，隨後透過壓力降低，將減壓容器減壓；(5)高速活化處理：將鬆軟劑及活化劑加入物料中，在加溫加壓的條件下，進行飽和蒸氣狀態下的活化反應，隨後進行蒸氣瞬間爆發操作，之後將物料導入精煉爐；(6)產品精煉處理：調節物料濕度、肥份及顆粒大小，同時加入含有益元素的化合物。

於本發明的一具體實施例中，其步驟：(1)物料篩選處 理：將含有機物的固體廢棄物送入篩選設備中進行分離、回收，將選取有機廢棄物或含少量無機物的有機廢棄物進行篩選、淨化；(2)機械預先處理：將有機廢棄物送入錘磨機、切割機或研磨機中，將其切割或研磨加工成0.05mm-5cm之間的顆粒狀之物料，做完整的淨化及配比，並對物料中木質纖維素作初步的處理以釋出纖維素；(3)物化預先處理：將物料送入物化預先處理槽中，加水至物料呈飽和狀態後，再加入飽和物料總體積10-20%的水、0.5-5%濕潤劑、0.5-5%鍵離劑，以分解固體廢棄物中的纖維素，並攪拌均勻，攪拌時可由高速穩定反應鍋所產生的蒸氣直接或間接供熱至物化預先處理槽中；(4)高速穩定處理：在溫度為140℃-300℃，壓力為7-77atm的條件下，維持高速穩定反應鍋中物料在液、固狀態，並在高速穩定反應鍋內維持1-6ppm溶氧當量的氧化劑及0.5-10%重金屬去除劑，進行5-30分鐘的氧化反應，隨後透過壓力降低將減壓容器壓力減少3-4atm，將產生的熱蒸氣導入高速活化反應鍋，再用濾水器將濾出水的固態物料送入高速活化反應鍋；而濾出的熱水分別送入物化預先處理槽及回收至高速穩定反應鍋中：(5)高速活化處理：將0.5-15%的鬆軟劑及1-50%的活化劑加入物料中，在溫度為140℃-300℃，壓力為3-74atm的飽和蒸氣條件下，反應5-30分鐘，隨後開啟減壓閥，在瞬間使蒸氣爆發至減壓罐，減壓後的蒸氣分別導入物化預先處理槽、高速穩定反應鍋、精煉爐，同時將物料導入精煉爐；(6)產品精煉處理：用熱交換器將物料 濕度調節至25-35%之間，用研磨機將物料研磨至200目至15mm，同時加入含N、P、K的複合肥料化合物。

於本發明的一具體實施例中，在高速穩定處理中，較佳的反應溫度為180℃-230℃，壓力為13-31atm，2-4ppm溶氧當量的氧化劑及0.5-5%重金屬去除劑，反應時間為10-20分鐘；高速活化處理中，較佳的反應溫度為180℃-230℃，壓力為10-28atm，1-5%的鬆軟劑及5-10%的活化劑，反應時間為10-15分鐘。

於本發明的一具體實施例中，濕潤劑為膨脹性黏土、金屬化合物、可膨脹或軟化纖維的化合物、脂肪酸脂類及非離子表面活性劑中的一種或多種；鍵離劑為磷脂、非離子的表面活性劑及植物油的混合劑或具有如下通式的季銨化合物：

(其中：R₁及R₂=炭氫基含12至40個炭；R₃及R₄=甲基、乙基或羥乙基；A=氧化烯基；m=X價數；n1及n2=6-30；X=負離子)；氧化劑為臭氧、氯氣、次氯酸鹽、高錳酸鉀、過氧化氫、氧氣、空氣中的一種或多種；重金屬去除劑為NH₄Ac、Ca(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、MgCl₂、NH₄Ac+NH₄OH(pH=9)、2%檸檬酸、0.2M草酸氨、EDTA、1N NH₄Ac+0.2%對苯二酚、0.04M-1M NH₂OH-HCl+25% HAc、連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉、各類稀酸、各類強酸、強 酸之混合液、HNO₃+HF+HClO₄中的一種或多種；鬆軟劑為硫酸鋁加非離子石蠟、季銨化合物加脂肪酸酯類、二醛類加乙二醇類、及磷脂、非離子的表面活性劑、及植物油等之混合劑中的一種或多種；活化劑為膨潤土、高嶺土、蛭石、珍珠石、沸石、活性炭、褐煤、泥煤中的一種或多種。

於本發明的一具體實施例中，濕潤劑為膨潤土、硫酸鋁、碳酸鈉、二甘醇、非離子表面活性劑中的一種或多種，較佳的鍵離劑為磷脂、非離子的表面活性劑及植物油的混合劑，較佳的氧化劑為空氣，較佳的鬆軟劑為磷脂、非離子的表面活性劑及植物油等混合劑、亞硫酸鉀及重碳酸氨中的一種或多種，較佳的活化劑為膨潤土及褐煤中的一種或多種。

於本發明的一具體實施例中，濕潤劑及鍵離劑可一起加入研磨前機械預先處理器含乾纖維素的固體物料中或加水後的物化預先處理槽含纖維漿的物料中。

於本發明的一具體實施例中，在高速活化處理中，加入的鬆軟劑可配合加入抗氧化劑及親水劑或無機鬆軟劑中的一種或多種。其中，抗氧化劑及親水劑如亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂、及亞硫酸氨中的一種或多種；無機鬆軟劑如氯化鎂、碳酸鈉、碳酸鉀、重碳酸鈉、碳酸氨、碳酸鎂及重碳酸氨中的一種或多種。

於本發明的一具體實施例中，在物料中加入萃取劑，將固態重金屬在高速穩定反應鍋或物化預先處理槽中溶解以便萃取去除，或轉化成最低可溶性金屬化合物以便固化 而抑制其溶解性。

於本發明的一具體實施例中，含有機物的固體廢棄物包括城市垃圾、餐厨/廚餘廢棄物、農業廢棄物、綠色廢棄物、汙水處理廠污泥/泥漿、動物廢棄物、過期或報廢之有機產品、工廠有機廢棄物如食品、造紙、煉油、醫藥等工廠之廢棄物/污泥、及大部份醫院有機廢棄物等等轉化為高品質之堆肥(有機肥)。

本發明更提供一種用於上述生產方法的設備，其包含：一第一螺旋輸送器；一物化預先處理槽，其係連接該第一螺旋輸送器，該物化預先處理槽內具有一攪拌器，且該物化預先處理槽的內壁裝有熱交換線圈導管；一高速穩定反應鍋，其係藉由一第二螺旋輸送器連接該物化預先處理槽，該高速穩定反應鍋分隔為1~8個區間，每個區間內各安裝有一圓盤式攪拌器，各該圓盤式攪拌器分別藉由設於該高速穩定反應鍋之頂部的一馬達來驅動，且每個區間分別具有一閘門；一固液分離器，其係連接該高速穩定反應鍋；一篩選過濾器，其係設置於該固液分離器下；一濾水器，其係連接該篩選過濾器與該高速穩定反應鍋；一高速活化反應鍋，其係連接該固液分離器，該高速活化反應鍋內具有螺旋蒸煮器；一第三螺旋輸送器，其係連接該篩選過濾器與該高速活化反應鍋；一減壓罐，其係藉由一減壓閥連接至該高速活化反應鍋；一精煉爐，其係藉由一第四螺旋輸送器連接該減壓罐；及一水汽分離器，其係連接該減壓罐。

本發明方法克服了現有技術生產堆肥時間長、品質差、腐熟度低、摻有雜質或毒物、成本高、易產生臭氣等缺陷。用本發明方法生產的有機肥，可大大地提高有機肥產品的吸水性、保水性、氮磷鉀(N、P、K)的含量及植物所需的微量元素之吸附性、透氣性及隔熱性，能完全殺滅細菌、寄生蟲及有害病毒，除可分解有毒有機化合物外，還可穩定或去除所含超量的重金屬元素。並可按照有機肥的實際使用情況，定向生產所需有機肥料。長期使用本發明方法生產的有機肥，可使土壤疏鬆、透氣，並可提高土壤的隔熱、耐濕性及抗沙漠化作用。

用本發明的物化預先處理、高速穩定、高速活化技術可在約一小時內將有機廢棄物(例如都市生活垃圾、餐厨廢棄物、農業廢棄物、綠色廢棄物、汙水處理廠污泥、動物廢棄物、過期或報廢的有機產品、部份工廠有機廢棄物如食品、造紙、煉油、醫藥等工廠的廢棄物/污泥及大部份醫院有機廢棄物等等)轉化為高品質的有機肥，且可同時處理一種以上固體廢棄物，可做到零排放，節約能源，又無二次污染。用本發明方法生產出的有機肥成本低、品質高，且完全可以按照實際需要定向生產，可廣泛應用於農業和林業等相關行業。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說 明，說明如後：如第1圖所示，其係為本發明有機固體廢棄物高速製肥生產方法的簡易流程圖，其中元件符號25為物料篩選設備，元件符號26為機械預先處理設備，元件符號6為物化預先處理槽，元件符號8為高速穩定反應鍋，元件符號12為固液分離器，元件符號15為高速活化反應鍋，元件符號18為瞬間蒸氣爆發的減壓罐，元件符號27為精煉爐，元件符號28為產品包裝設備，元件符號29為產品儲存器，元件符號30為濕潤劑，元件符號31為鍵離劑，元件符號32為無機物穩定劑，元件符號33為有機物穩定劑，元件符號34為鬆軟劑，元件符號35為活化劑，元件符號36為複合氧分劑，元件符號11為空氣、蒸氣、水，元件符號21為蒸氣。

如第2圖所示，其係為不同固體廢棄物高速製肥操作流程圖，其中元件符號MSW為都市生活垃圾，元件符號AG為農業廢棄物，元件符號GW為綠色廢棄物，元件符號OS為有機污泥或泥漿，元件符號AW為動物廢棄物，元件符號DOS為其他有機固體廢棄物(小顆粒狀)，元件符號DOL為其他有機固體廢棄物(大顆粒狀)，元件符號DO/IS為其他有機/無機固體廢棄物(小顆粒狀)，元件符號DO/IL為其他有機/無機固體廢棄物(大顆粒狀)，元件符號a為人工/機械切碎法，元件符號b為人工分離/回收，元件符號c為篩選法，元件符號d為研磨法，元件符號e為物料分離法，元件符號f為磁分離法，元件符號g為鋁回收法，元 件符號h為玻璃回收法，元件符號i為旋風收集器，元件符號j為物化預先處理，元件符號k為攪拌操作，元件符號l為產品精煉，元件符號m為產品包裝，元件符號HCR為高速穩定/活化處理，元件符號PB為塑膠容器，元件符號GB為玻璃瓶，元件符號MC為金屬容器，元件符號PF為塑膠膜/袋，元件符號RF為橡膠/塑膠織物，元件符號Fe為鐵廢料，元件符號Al為鋁廢料，元件符號G為玻璃廢料，元件符號ID為其他無機廢料，元件符號C-Type A為A類有機肥，元件符號C-Type B為B類有機肥，元件符號AC為農業應用有機肥，元件符號GC為庭院應用有機肥，元件符號DCC為治療荒漠化的有機肥。

本發明有機固體廢棄物高速製肥生產方法是透過以下步驟來實現：

一、物料篩選處理：此步驟有三個目的：(1)無機物分離、回收、淨化及破碎：用於將含有機物的都市生活垃圾中的無機物如金屬罐子、玻璃瓶等分離、回收或混入生活垃圾的建築無機廢棄物及泥沙等的分離淨化；(2)不適格的有機物分離、回收：將部份極難降解，但有經濟價值的有機物如塑膠、橡膠等分離回收，一般而言，除生活垃圾外其他廢棄物較少有分離回收的問題；(3)物料選取、淨化：是依廢棄物中有機物種類及欲達到的特殊堆肥的用途而設計的。例如若污泥的含氮量較高但缺少纖維素含量，則物料可加入秸稈等富含纖維素的廢棄物。需要說明的是並非所有待處理的廢棄物皆需經過上述三個程式。物料篩選可 由人工或設備完成，視物料性質及成本效益而定。回收及淨化可在本操作程式進行，也可在機械預先處理或者高速穩定處理及高速活化處理之後進行，如第3圖所示。然而，為節省能源(即避免可回收物進入後續反應設備而消耗因操作及升溫所需能源)，以及回收較為完整的物品(例如整個玻璃瓶或塑膠瓶)，本發明對物料的回收及淨化操作以在此物料篩選中進行為佳。如第1圖所示，經過回收之垃圾可再進行篩除操作以進一步除去無機物顆粒。篩除器可選擇篩選過濾器、旋轉篩、圓盤篩等。

二、機械預先處理：如第1圖及第2圖所示，機械預先處理有三個目的：(1)不同物料顆粒大小及纖維碎化的處理：即依不同堆肥使用的目的及用途而作顆粒大小的切割及研磨，以及纖維束的機械預先分離或粉碎處理；(2)物料若含超標的雜質而未在前述的物料篩選中去除時，可在此程式中再淨化，例如：前述物料篩選過程中的堆肥雜質因無法用人工或篩除器去除，或篩選不完整時，可先經顆粒切割或研磨後再用適當的篩選設備淨化；(3)對二種以上不同物料的顆粒大小的處理或混合。所以機械預先處理的最終目的是將物料做完整的淨化及配比以獲取高品質高純度的有機肥，並將物料中的纖維有機物在此先做預先處理以利後續處理使用。在此機械預先處理中，木質纖維素及其衍生物的預先處理最為重要。本發明提出這項預先處理以及後續的處理可更進一步優化纖維狀態以增進有機肥的品質。這是傳統堆肥法未曾提倡過，也是傳統生化發酵與腐 殖過程很難或無法做到的。

木質纖維素的衍生物是造成有機肥的養分保護、高吸水、高保水性、改良土壤結構、刺激農作物生長及改善農作物品質的主因。木質纖維素是地球上最寶貴且產量最大的可再生資源之一。此物質在大部分都市垃圾中常占超過一半的含量。這些木質纖維素為都市垃圾中紙類、木類、廚房垃圾類及樹木花草剪除物中的主要成分，在農業廢棄物中也占絕大部分。因為此種物質及其衍生物質對有機肥品質占主導性的作用，故在有機肥製造過程中實屬最重要的考慮因素之一。木質纖維素含有三大成分：纖維素、半纖維素及木質素。其中纖維素為線狀同聚多糖物，由葡萄糖鏈結而成的多糖類。半纖維素為雜多糖，其化學性質隨植物種類不同而異，相當複雜。而木質素為酚的高分子化合物。對有機肥而言木質纖維素最重要的組成部份為纖維素。纖維素及其分解成的腐殖質有很強的螯合作用、很高的親水性、很大的吸附性以及某些尚在研發的刺激生長發育的效應。若能將纖維素的纖維鬆軟化，則對土壤的透氣、隔熱保溫、吸水保水、耐濕以及固定細微顆粒等特性有顯著的作用。達到上述目的必須做到：(1)將木質纖維素降解而釋出纖維素；(2)將部份纖維素分解成腐殖質。木質纖維素的降解可由生物分解：例如利用白腐黴菌等的分解、酶水解、稀酸水解、濃酸分解；化合物分解：例如加氫氧化鈉、二氧化硫、液態氨、磷酸、鹼性的過氧化氫、氨鹽、醋酸或蟻酸等；物理分解：例如微波照射或高溫高壓蒸氣 分解。但不論用何種方法降解，其有效性均需要預先處理去打開木質纖維素的緊密成團的結構。

本發明之機械預先處理過程便是針對此目的而設計。本發明之機械預先處理的顆粒降解過程主要為切割及研磨操作，錘磨機、研磨機、切割機等設備均可使用。因有機肥使用目的的不同，其顆粒大小選擇也不同。作為荒漠或土地沙化治理則顆粒可大些，一般可在0.1mm-1cm或更大。因為此類堆肥需負起防風蝕及水蝕，以及提供補充失去的細微顆粒的作用，故纖維粒度的範圍可大些。而作為農用或庭院土壤的改良則顆粒可小些，一般可在0.05mm-2mm之間。堆肥也可做表土覆蓋用以防止雜草叢生而阻礙發芽或灌木、果樹等的成長，此類堆肥的顆粒大小可在1cm-5cm之間。因顆粒大小不同或物料不同，其設備種類的選擇不同。例如物料為長秸稈，則需要先由切割機切出適宜的長度，再由滾筒式研磨機擠碎成細長纖維柱狀，以優化纖維的作用，並可協助上述的木質纖維素分解。本發明之機械預先處理的第二目的是物料的再淨化，與前述物料篩選的淨化不同，如第2圖所示，在研磨法d將顆粒降解之後，有機/無機物藉由機械進行物料分離法e，將磁分離法f粉碎的鐵、鋁回收法g粉碎的鋁、玻璃回收法h粉碎的玻璃等無機物回收，而有機物可用旋風收集器i收集後用以生產有機肥。上述的物料分離法e之機械可選用曲折型空氣分離器、振動型空氣分離器或旋轉型空氣分離器等，也可使用慣性分離器(空氣刀分器)。有機/無機分離 器的選擇視成本效益及分離效果而定，此步驟會受物料成份及濕度的影響。本機械處理操作程式可視實際需要提供物料配合的攪拌操作，而在切割及研磨過程前，也可加入適當的鍵離劑以節省機械能源開支。本發明之試驗證明使用適當的鍵離劑可節省電源15-50%。

三、物化預先處理：如第2圖與第3圖所示，本處理步驟為應用物理及化學方法對物料做預先處理，其目的如下：(1)物料初步濕潤處理；(2)物料初步鍵離處理(視情況需要)；(3)物料初步重金屬處理(視情況需要)。在此處理步驟中，濕潤劑及鍵離劑或重金屬去除劑(重金屬萃取或抑溶劑)可視情況需要而加入物化預先處理槽中。若物料的含水率較高，且含水量符合下一個處理步驟(即高速穩定處理)時，在攪拌的情況下，上述藥劑可直接加入。若物料為乾燥或含極低的水分，則需加入適當水分，水分係視高速穩定處理而定。攪拌時可由高速穩定反應鍋所產生的蒸氣直接或間接供熱至此反應槽，以提高反應效率並利用餘熱提溫以節省能源。若濕潤劑或鍵離劑在機械預先處理時便加入，則物化預先處理槽可作為調節水分及攪拌之用，讓藥劑開始作用。物化預先處理槽可為連續操作或分批操作的攪拌器，並附有可蒸氣加熱的導管及必要的附屬設備(如加藥器、測量儀器等)。若此物化預先處理槽尚需作為重金屬去除器，則視所加的藥劑之溫度的限制等，做適當調整。

四、高速穩定處理：如第2圖及第3圖所示，高速穩定處理的第一個目的，也是最重要目的之一，即高速穩定 易腐化降解的有機物並釋放出養分。此目的相當於傳統堆肥法的發酵及腐殖步驟。所不同的是本發明之技術可在數分鐘或數十分鐘內便穩定所有易腐化性有機物。本發明利用高溫、高壓有機氧化穩定法，在高溫、高壓的高速穩定反應鍋中加入適量的氧化劑以降解易腐化性的有機物，此類易腐化性的有機物也是造成廢棄物發臭並釋出毒氣的主因，故需要快速將其穩定。所用的氧化劑可涵蓋臭氧、氯氣、次氯酸鹽類、高錳酸鉀、過氧化氫、氧氣等。為了節省費用、簡化操作及保護環境，本發明優先採用空氣氧化法。本操作程式的第二個目的在於重金屬的高速穩定，本項操作可視情況需要進行。所用藥劑依所需的萃取法或抑容法需求而定(如下述)。而第三個目的為初步木質纖維素的分離/分解，可配合前面的操作程式(例如利用機械預先處理先碎化木質纖維素以露出部份纖維素，再用物化預先處理濕潤並鍵離纖維素以分成更小的纖維狀)來達到。在本發明之高速穩定反應鍋中，因有氧化劑、濕潤劑、鍵離劑及重金屬萃取或抑溶劑的存在，相輔相成，在高溫、高壓下半纖維素會先破壞而更進一步露出纖維素。接著部分纖維素及木質素也在此情況下水解、氧化而形成部份腐殖質成分。通過上述技術可有效去除物料中的有害菌、寄生蟲、有害病毒、有毒化合物等，並提供操作能源，改良有機肥的吸水、保水、透氣及吸附性。

為達到高速穩定易腐化有機物的目的，高速穩定反應鍋需維持以下的重要條件：(1)維持足夠的適當氧化劑量及 高溫，以促進高速完全分解易腐化降解的有機物；但對纖維素及生成的腐殖質儘量避免進一步分解；(2)維持足夠的壓力使其儘量保證所含的水分處於液態而不被氣化，以保持適當“溶解氧”的存在及增進易降解的有機物的溶解度，以促此類有機物的分解速率及接近易降解的有機物的全量分解；(3)若控制重金屬的含量有需求時，所用的萃取劑或抑溶劑儘量採用可協助易腐化性有機物的高速穩定，且同時可協助纖維素化及腐殖質化並增養分含量的添加劑；(4)維持適當的反應時間以完成上述三項任務。

關於上述的適當氧化劑量，本發明採用的原則為1O₂=1C的估算法。其中“C”指易腐化降解的有機物含碳量，而“O₂”為所加入空氣(或其它氧化劑)之氧的當量。“C”的估算可由廢棄物中易腐化成份而初步計算。在實際操作時，O₂量的估計亦可經由BOD₅及COD的分析估算。例如都市污水處理廠的污泥，其BOD₅量約接近易腐化降解的有機物的需氧量，而BOD₅量又約為25至35%的COD量。故在限制操作時間的情況下，可測COD以估計O₂的需要量。若用COD作為操作指標，在無其他資料情況下，此高速穩定反應鍋的出料與物料之比一般約可控制在15-30% COD，其係視廢棄物種類而定。一般而言，使用的藥劑為氧(或空氣)時，維持加水的物料中的溶氧在2ppm以上。使用的藥劑為其他氧化劑時，其加藥量一般在維持2ppm至6ppm之氧當量。關於上述的溫度及壓力條件，傳統的濕氧化法在近半世紀來有很多的專利提出。但此傳統法所用溫 度和壓力很高，例如US2,665,249，1954為248.8-329.4℃，102.9atm；US3,060,118，1962為169.9-319.9℃，20.5-205.8atm等。

本發明的易腐化有機物穩定技術與傳統濕氧化法不同，本發明為部份氧化法而傳統為全氧化法。由於本發明為部份氧化法，故溫度、壓力及氧的需求較低。傳統法因溫度、壓力高，且處於充分氧化狀態，其腐蝕性較強，故反應鍋材料較貴。本發明所需的高速穩定易腐化有機物的溫度、壓力、反應時間及濕度要求，依廢棄物種類及成分的不同而有不同的選擇，較佳的是在以下範圍選擇：溫度最低不得低於自我持續(self sustaining)反應的溫度，約140℃，而最高溫視廢棄物而定，一般在250℃以下即相當有效，最佳溫度一般在180℃-230℃間。若為了分解特殊複雜的有害化物，例如PCB、殺蟲劑、除草劑等則需高於250℃-300℃間。但以上所述溫度可因作用時間的增長而降低，因重金屬穩定需要而加入藥劑時，溫度需求也可降低；所需壓力因溫度而定，但為了增加溶解氧及溶解有機物的濃度，如表1所示，其係為壓力較佳的選擇。

反應時間的需求與溫度及重金屬穩定加藥量成反比，同時也受物料種類影響。本發明在易腐化有機物分解的反應時間一般在5-20分鐘之間便足夠。太長的反應時間會加速纖維素水解及氧化而減少有機肥量產生。濕度控制是為了維持無氣化狀態的濕度反應環境，物料濕度要求以不低於物料飽和水含量為要求。但為維持完整的氧化反應，濕度以控制在高於飽和含水量10-20%為佳。本高速穩定處理為發熱反應，若反應溫度維持在140℃以上而一般可降解的有機物含量大於5%，或稀釋後之物料每升含大於約200大卡的熱量(或>3,000Btu/gal)，反應便可自動進行而不需額外的能源需求。上述資料可做為本技術能源需求之初步估計。若有化學分析資料，易降解有機物能源含量(以Btu/lb為單位)亦可以Dulong Formula估算如下：Btu/lb=145.4C+620(H-1/8 O)+41S(C、H、O、S的單位為%，lb=英磅)如此可大大地降低操作費用，這也是傳統堆肥無法做到的。

製肥的物料若含有毒有害性無機物，例如重金屬等，可在此處理中用萃取法或抑溶法去除。在眾多可供利用的藥劑和方法中，其選擇依物料重金屬種類及濃度、肥料用途、未來土壤使用情況(例如酸鹼度、充氣度、已存在的重金屬濃度)以及法律規定的含量標準而定。若重金屬在高速 穩定反應鍋中去除，因溫度高且為氧化環境，萃取大部份可吸附、離子交換、螯合以及可還原的固態重金屬化學物的藥劑(如後述)因不穩定而不適用。此時，以稀釋的強酸作為萃取劑為宜。一般用1-5%的硫酸便能夠去除前述重金屬，如Cd、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn、Ni、Pb及Zn。上述稀釋強酸的使用也可協助木質纖維素的分解，並協助纖維素的纖維化及腐殖質的形成。但去除重金屬若在物化預先處理設備或高速活化反應鍋中進行時，則前述萃取可吸附、離子交換、螯合以及可還原的固態重金屬化學物便可使用還原性萃取劑，但需保持在該溫度情況下該藥劑可維持穩定。但若欲使用含養分的萃取劑，則可在精煉程式中進行。進行萃取或抑溶操作時，若pH偏離中性時，可中和。任何可中和藥劑都可使用，但若中和藥劑中含肥料成分則優先採用。重金屬在廢棄物或在自然界中可以有很多不同形式，例如溶解性、固態礦物或化合物。有些重金屬化合物非常穩定而不易釋出給植物吸收，例如重金屬與矽化物結合，可形成最穩定且最低可溶性的金屬固態化物。在廢棄物或土壤中，可離子交換、吸附及螯合的金屬化合物是與附著物最脆弱的結合，同時也存在於顆粒的最表層，故也最可能被植物所吸收。

為了瞭解重金屬在肥料中的穩定理論，首先必須瞭解這些重金屬可能存在的各種不同的化合物形式。因其化合物的複雜性，一般作以下的歸類：(1)水溶性化合物；(2)易被吸附、離子交換或螯合的化合物；(3)可還原的化合物； (4)可氧化的化合物；(5)結石性化合物。這五類的固態重金屬化合物可並存於廢棄物或土壤中。而這五類的穩定性由(1)至(5)逐漸增加。上述重金屬水溶性化合物指堆肥/有機肥或土壤在接觸到水時，或其顆粒中小孔含有水分時，金屬會逐漸溶於水中。水溶性金屬物可立即被植物吸收。而被吸附、離子交換或螯合的重金屬化合物，一般存在固態廢棄物或土壤顆粒的表面，因其附著力比較弱，故亦可被植物根部吸收。可還原性的重金屬固態化合物一般較穩定或非常穩定，例如重金屬氧化物、碳酸化物、氫氧化物或單純的矽化物等。化合物會在氧化的環境中形成相當穩定的重金屬化合物。因環境的改變，對許多重金屬如Cd，Cr，Cu，Fe，Hg，Mn，Ni，Pb及Zn而言氧化性的環境會逐漸將重金屬轉化為此環境中最低可溶性的固態化合物。而可氧化性的化合物一般在還原性的環境中也會形成相當穩定的硫化物、氫氧化物或金屬有機固態化物。以上(即可還原性及可氧化性化合物)的重金屬化物在環境中生成後均會逐漸因環境的改變逐漸形成該環境下最穩定且最低可溶性的重金屬固態化合物，如下所示：

以上的重金屬固態化合物無法被植物吸收。唯一可被植物吸收的途徑是先讓上述金屬化合物緩慢溶解成水溶性才可吸收。因上述的金屬化合物均為在各自環境中為最低可溶性的化學物，故溶解而造成植物過分吸收毒性的可能性幾乎不存在。而上述結石性的化學物為重金屬的複雜矽化物，其化學穩定性可如岩石般，完全無法被植物吸收利用。

本發明採用不同的化學處理法以穩定有機肥中的重金屬：(1)萃取法，(2)抑溶法。萃取法為將物料中的固態重金屬溶解而萃取出，抑溶法為將物料中固態重金屬轉化成最低可溶性的金屬化物而固定並抑制其可溶性。二種方法可單獨使用或混合使用。二種方法的選擇係依物料重金屬種類及濃度、堆肥用途、未來土壤使用及法津規定的含量標準而定。例如：若物料的重金屬濃度在萃取分離後已經低於法規的容許濃度，則抑溶法便不用進行；又如，在萃取法之後雖濃度低於法規規定，但發現絕大部份的重金屬仍存在於吸附/螯合物類中，為了改良堆肥品質可再用抑溶法穩固重金屬。

本發明人認為將來對堆肥/有機肥重金屬的限制或分級應考慮重金屬存於肥料中的固態化學物，例如上述結石性的化學分類雖濃度很高但不會被農作物吸收。基於此種構思，抑溶法有其更高的效益。故本發明提出抑溶法以作為堆肥/有機肥中重金屬穩定的方法之一。根據實際需要，萃取法除了可去除顆粒表面易為植物根部吸收的被吸附、 離子交換或螯合的化學物，本發明進一步提出不同種化學藥品可萃取堆肥物料中各不同固態化學物的重金屬。可應用的重金屬萃取藥劑含：(1)萃取被吸附、離子交換或螯合的重金屬化合物的藥劑；(2)萃取可氧化性的固態重金屬化合物的藥劑；(3)萃取可還原性的固態重金屬化合物的藥劑；(4)萃取結石性固態重金屬化合物的藥劑。上述化學藥劑，其萃取強度由上而下逐漸增加。若堆肥物料用萃取法去除重金屬，則萃取液可用現有技術進行濾出處理再回收使用。若考慮在萃取時植物的養分也釋出了，可選用上述處理工藝中無法去除養分的方法(例如用陽離子交換法、選用無法去除養分的化學沉澱法等)，以利養分再返回肥料產品中。

在使用抑溶法時，建議將重金屬的化學物類轉化為氧化性環境中最穩定(或為最低可溶性)的固態重金屬，一般為矽酸鹽類等等，然後在高溫高壓下快速氧化穩定處理。在此必需指明的是，一般用以固化有毒性廢棄物重金屬形成矽化物方法，例如用水泥固化法或其他化學固化法，因其會在堆肥顆粒表面形成複雜矽化物或其他非常穩固的化合物，阻礙未來堆肥的生化分解及養分釋放，故不適用。若物料含有多種不同廢棄物，為了重金屬處理的單純化及減少藥劑量需求及提高效率，可將含重金屬超標的廢棄物在前述物化預先處理程式中分開處理。在此種情況下則其處理的環境條件可調到適於欲選用的藥劑，使藥劑發揮更大用途。

高速穩定處理的其他目的還有殺菌、殺寄生蟲及殺有害病毒，以往已有眾多研究及實際應用。一般而言，很難消毒的嗜熱菌孢子在111℃只需20分鐘便可除去90%，而若增至130℃則只需0.2分鐘便足夠。若以121℃為例，4分鐘可除去99.9%，10分鐘可除去99.9999%。而本高速穩定反應鍋的溫度為180-250℃，5-20分鐘之間，再配合所加藥劑及高壓作用，其殺菌、殺寄生蟲、及殺有害病毒的效果可想而知。分解有毒化物、提供操作能源、促進腐殖質形成及改良堆肥的吸水、保水、透氣、及吸附性已於上所述，這些優點是傳統堆肥無法達到的。

高速穩定反應鍋設備的選擇，可為立式或卧式含攪拌器以增加物料與氧化劑及其它藥劑接觸的機會。其重點為氧化劑(如空氣)的注入處應距離攪拌器越近越好，以增加氧化或其他反應效率。

五、高速活化處理：其係具有以下目的：(1)可促使木質纖維素高速分離/分解；(2)改良有機肥產品的吸水性、保水性及透氣性；(3)改良有機肥產品氧分(N、P、K)的吸附性/離子交換性；(4)殺滅細菌、寄生蟲及有害病毒；(5)分解有毒化合物；(6)腐殖性改良及增進活性物質，及易腐化有機物的高速穩定及養分釋放。此高速活化處理能更進一步改良有機肥產品特性，其主要目的在於活化有機肥產品，即促進有機肥產品吸水、保水、透氣性，及有機肥產品養分吸附性/離子交換性。這些改良除用鬆軟劑增進纖維活化及腐殖質生成外，還包含加入的活化劑(如第1圖所示)。而 其附屬目的，如殺菌、殺寄生蟲及有害病毒、分解有毒化合物及尚餘留的易腐化性有機物高速穩定/養分釋放的改良等可一併達到。如前所述的高速穩定處理與高速活化處理雖然有部分相同的目的，但不同的是前者為氧化處理，而後者為無氧(或輕微還原性)處理；前者為液態反應，而後者為氣態作用。前者在作用後減壓以產生蒸氣、而後者在作用後進一步採用瞬間減壓蒸氣爆發法，進一步活化產品並降低產品含水率。此高速活化處理可進一步將高速穩定處理中初步分離/分解的木質纖維素更進一步纖維化及鬆軟化。

本發明提出的高速活化處理之條件選擇需根據物料種類及產品要求，在適當的溫度、壓力、濕度情況下維持飽和蒸氣於反應鍋中，並視需求加入適量的鬆軟劑及活化劑並提供適宜的反應時間，以達上述目的。本發明之高速活化處理的溫度、壓力及反應時間依廢棄物種類及成分而變化，為節省能源，反應溫度以採用高速穩定反應鍋經適當減壓產生足夠的蒸氣以供應高速活化反應鍋的利用時可達到的溫度為佳，可以下述之方程式預估：

(其中P為壓力，V為容器體積，T為絕對溫度)

前述的高速穩定處理溫度較佳的選擇為140-250℃，更佳的選擇在180-230℃，但因操作時能源損失的溫度會下 降；壓力範圍一般以相當於在該溫度下水的飽和蒸氣壓力而定。所採用的壓力相當於上述高速穩定反應鍋的壓力減少約3至5atm，如表2所示，其係為壓力較佳的選擇。

反應時間一般在5-20分鐘之間。反應時間可以下述之方程式預估，其增減依物料種類及產品品質要求而定：反應時間=(1500-3000分鐘‧溫度)/溫度

為了維持飽和蒸氣，物料在反應鍋中的濕度以不低於該物料經高速穩定處理除去水後的保水量為佳。高速活化反應鍋與高速穩定反應鍋之間提供一個減壓容器，此減壓容器體積大小可依上述壓力、體積、溫度的方程式估計。高速穩定反應鍋適度減壓(如上表1及表2的壓力差)以產生蒸氣給高速活化反應鍋使用。減壓後，減壓容器中的水可過濾出以降低其中物料濕度。若蒸氣產生量不足高速活化反應鍋使用，由高速穩定反應鍋至高速活化反應鍋的溫度可再降低以產生更多蒸氣，可調大減壓容器的體積以得 到，或將過濾後高溫水降壓以得到。因高速活化反應鍋仍需維持足夠壓力以備上述蒸氣爆發使用，反應鍋中壓力需至少有大氣壓三倍以上為宜。為避免由減壓容器至高速活化反應鍋的壓力損失，物料傳送以螺旋壓力傳送器或壓力泵為宜。高速活化反應鍋設備可採用螺旋蒸煮器、旋轉爐或蒸壓器等。

六、產品精煉處理：主要為控制產品濕度、產品顆粒大小、產品養分。按一般公佈的城鎮垃圾農用控制標準，堆肥農用濕度標準為25-35%。但若作為其他用途如治理荒漠化的濕度應越高越佳。在產品精煉處理中，可使用乾燥器以降低產品的濕度。關於產品顆粒大小的標準，農用時需小於12mm。若活化後產品有大於12mm情況，可利用前述的研磨機研磨。一般城鎮垃圾農用控制標準對N、P、K的最低濃度要求經常分別為產品重量的0.5%，0.3%，1%。若產品的養分低於上述，則在此精煉程式中可加入N、P、K等化合物，以增加養分。

七、包裝處理：可用常規方法及設備進行包裝。在本高速由有機固體廢棄物直接製肥生產方法中，添加的濕潤劑、鍵離劑、有機物穩定劑、無機物穩定劑、鬆軟劑、及活化劑是本發明的創舉。使用此類添加劑時需要視物料種類、操作方法、產品品質要求及產品使用目的而有取捨變更。例如有機肥用於生產有機食品時，則所有材料均需取自天然產品且儘量採用一劑二用或數用，例如採用某種濕潤劑本身又可做鬆軟劑、活化劑、複合肥料的用途等。本 發明中各種添加劑的組成、用法、用量及作用如下：濕潤劑：濕潤劑的作用為滲入含表面負離子的纖維隙縫中協助鬆解分離纖維，以提高纖維素的作用，在切割研磨物料之前加入濕潤劑，可減少操作所需能量，濕潤劑本身有強的吸水性及吸附性或含養分，可提高有機肥品質，濕潤劑還可協助其他鬆軟劑滲入纖維中，有機肥加入土中後，濕潤劑的存在還可減少水的表面張力而增加土壤的親水性及滲透性。在本生產方法中使用的濕潤劑種類可分無機及有機二類：無機濕潤劑為可膨脹性黏土(如蒙脫土，鈉蒙脫土或稱膨潤土、高嶺土、蛭石土、珍珠石土等)、可滲入表面負離化的纖維素的多價可正離子化的金屬化物或鹽類(如硫酸鋁或明礬、二氧化鈦等)、以及可協助膨脹或軟化纖維的化合物(如碳酸或重碳酸鹽類，如碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鎂、碳酸鈣、碳酸氨、碳酸氫氨等)；有機濕潤劑含各類的脂肪酸酯類及非離子的表面活性劑等。脂肪酸酯類如甘油單硬脂酸酯、甘油單油酸酯、二甘醇單硬脂酸脂、二甘醇單油酸脂、丙二醇單油酸脂等。較好的為脂肪酸醇含至少一個醚基，如二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、聚丙二醇等。許多市場上可購得的濕潤劑，可作為非離子表面活性劑的，如Triton-100等。以上所述的無機或有機濕潤劑，其加藥量一般在0.5-5%(纖維素乾重)。大部份情況加1%(纖維素乾重)的濕潤劑便足夠。

鍵離劑：在使用機械切割研磨過程，木質纖維素解體後仍為成塊的物體。一般而言，纖維素的纖維束的最小尺 寸約30nm長，3.5nm寬。形成纖維素纖維體而被半纖維素及木質素圍固住的纖維素一般在25nm寬30nm長左右。當然，在堆肥的使用時纖維素不需破壞分解至納米級纖維狀。一般只需露出部份纖維素即可有相當的吸水、吸附、螯合等作用。為了露出更多的纖維素，就需要使用鍵離劑。本高速堆肥生產法所用的的纖維素鍵離劑可採用含正離子的季銨化合物，此類化合物很易滲入含表面負離子的纖維素，並鍵離纖維素。本發明將包含此類鍵離劑在有機肥上的使用。這類鍵離劑如三甲基烷基銨鹵化物、三甲基亞烷基銨鹵化物、甲基聚氯乙烯烷基銨鹵化物、甲基聚氯乙烯亞烷基銨鹵化物等。本生產方法中的季銨化合物鍵離劑也可以用下化學通式表示：

(其中：R₁及R₂=炭氫基含12至40個炭；R₃及R₄=甲基、乙基或羥乙基；A=氧化烯基；m=X價數；n1及n2=6-30；X=負離子)

但由於季銨化合物會使纖維素喪失吸水性及纖維變弱易斷。故一般需再加上含負離子或非離子的藥劑(一般可為上述的濕潤劑或下述的鬆軟劑)以解決季銨化合物單獨使用的缺點。本發明雖可使用季銨化合物及濕潤劑/鬆軟劑的混合，但因季銨化合物有微毒性及皮膚刺激性，儘量避免 使用，或僅用在生產非食品類的有機肥中。季銨化合物若為氯鹽類，在生產時亦會引起鋼鐵容器設備的腐蝕問題。故本發明建議較好的鍵離劑為磷脂、非離子的表面活性劑及植物油等的混合劑。這些藥劑亦可做鬆軟劑。以上所述的各化學藥劑其加藥量可各在0.5-5%，較好為1%(纖維素乾重)。

氧化劑：傳統的堆肥法利用微生物將廢棄物中易降解的部份發酵氧化分解，或稱生化有機物穩定法。其原理為微生物利用產生的酶為催化劑將空氣中氧及廢棄物中有機物撮合而氧化分解，其速率甚為緩慢。而本發明則利用高溫高壓有機氧化穩定法，使有機物及纖維素降解。本發明所用的氧化劑可涵蓋臭氧、氯氣、次氯酸鹽、高錳酸鉀、過氧化氫、氧氣等等。為了節省費用及簡化操作，本發明可採用空氣氧化法。因反應在高溫進行，溫度每升高10度反應速率加倍。故理論上若由常溫20℃增加至200℃，則反應速率可增218倍或262,144倍。這也是本發明與傳統法比較時可高速穩定的原因之一。除氧化快速外在高溫高壓情況下水中溶解氧及溶解的有機物也大大增加，更能促進氧化速率，尤其是平時極難降解的有毒有機物，例如PCB’s、二惡英、PAH’s、苯、殺蟲劑、除草劑等，大部分可在此情況下分解。以上所述氧化劑的用量依物料含易降解有機物量而定。

無機物穩定劑：有機肥的物料若含有毒性無機物，例如重金屬之類，也可用無機物穩定劑去除。在傳統堆肥法 中以往有去除重金屬的專利提出，例如中國專利CN101172899，2008提出用含5-15%竹炭固定污泥堆肥中的重金屬(銅及鋅)；又如CN101274861，2008提出用含5-20%木質素類腐殖質鈍化重金屬；又如CN101322973，2008提出用粉煤灰降低蔬菜對堆肥中銅的吸收；而CN101337836，2009則提出用蚯蚓聚集生活垃圾堆肥中的重金屬。嚴格而言，前述三種穩定重金屬的方法為利用竹炭吸附、或腐殖質螯合或粉煤灰吸附及離子交換作用。這些作用所吸附、離子交換、或螯合出的重金屬仍然存於堆肥中，在堆肥使用於土壤中後，農作物之根部可再奪回由吸附、離子交換、或螯合而穩定的重金屬，總之，以上三種穩定重金屬的方法並未達到真正穩定重金屬之目的。而用蚯蚓聚集重金屬，若不及時收集蚯蚓，則老死蚯蚓將會分解重新釋出重金屬。而收集後的蚯蚓則可能含過量的重金屬而不能回收利用。以下為可應用的重金屬萃取藥劑：(1)萃取被吸附、離子交換或螯合的重金屬化合物的藥劑包括NH₄Ac(醋酸氨)、Ca(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、MgCl₂、NH₄Ac+NH₄OH(pH=9)、2%檸檬酸、0.1NHCl、0.2M草酸氨、EDTA中的一種或多種；(2)萃取可氧化性的固態重金屬化合物的藥劑包括H₂O₂、次氯酸鈉、各類稀酸、臭氧、氯氣、其他次氯酸鹽類、高錳酸鉀、氧氣中的一種或多種；(3)萃取可還原性的固態重金屬化合物的藥劑包括：1N NH₄Ac+0.2%對苯二酚、NH₂OH‧HCl、0.04-1MNH₂OH‧HCl+25%HAc、連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉、各類稀 酸中的一種或多種；(4)萃取結石性固態重金屬化合物的藥劑包括：各類強酸、HNO₃+HF+HClO₄中的一種或多種。上述化學藥劑，其萃取強度由上而下逐漸增加。在使用抑溶法時，建議將重金屬的化學物類轉化為氧化性環境中最穩定(或為最低可溶性)的固態重金屬，如上所述的鎘為CdCO₃，鉻為Cr(OH)₃，鋅為ZnSiO₃、ZnCO₃等。使用的藥劑視最穩定的固態重金屬化合物種類而加入與其有關的化合物或鹽類。例如欲形成CdCO₃則加入碳酸鹽，欲形成Cr(OH)₃則提高pH，欲形成ZnSiO₃則加溶解性的矽酸鹽類等等，然後在高溫高壓下快速氧化穩定處理。一般而言，使用抑溶法必需在法規准許及試驗結果准許下才可使用。在此必需指明的是，一般用以固化有毒性廢棄物重金屬形成矽化物方法，例如用水泥固化法或其他化學固化法，因其會在堆肥顆粒表面形成複雜矽化物或其他非常穩固的化合物，阻礙未來堆肥的生化分解及養分釋放，故不適用。

鬆軟劑：本發明中鬆軟劑的效用在於改良有機肥的吸水性、保水性、透氣性以及有機肥的養分吸附性/離子交換性等。如前所述，纖維素在鍵離過程中若加入化學藥劑會降低吸水性及纖維強度，則必須加入鬆軟劑以改變性質。鬆軟劑使用於纖維素，可混合正離子保持劑及負離子或非離子活性劑一起加入研磨前的乾纖維素中或加水後的纖維漿中。實際使用例子如硫酸鋁加非離子石蠟、季銨化合物加脂肪酸酯類、二醛類加乙二醇等。上述藥劑在本堆肥法的用量可在0.5-5%，視物料及纖維素含量而定，而一般1 %(纖維素乾重)即足夠。本高速製肥法亦可採用磷脂、非離子的表面活性劑及植物油等的混合劑用來鍵離及鬆軟。其中磷脂類包括卵磷脂、羥基卵磷脂、磷脂醯乙酸醇胺等。上述植物油是可任意選用或不用，若選用則可用例如蔬菜油、蓖麻油、橄攬油等。若在本發明的高速活化處理中加入鬆軟劑，為了減少纖維素的分解損失，則可配合加入抗氧化及親水劑及無機鬆軟劑。前者如亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂、及亞硫酸氨等，後者如氯化鎂、碳酸鈉、碳酸鉀、重碳酸鈉、碳酸氨、碳酸鎂、及重碳酸氨等。本有機固體廢棄物高速製肥生產方法一般加藥量在1-5%間，也可高達15%(纖維素乾重)。本發明的高速活化處理(如第3圖所示)中若使用這些無機鹽類，當以選擇亞硫酸鉀加碳酸氨最佳，因二者加入後尚可做養分利用，且可增加有機肥纖維素量及穩定部份重金屬，如Cd、Cu、Ni、Pb、Zn等形成碳酸鹽最低可溶性固化物，一舉數得。

活化劑：本發明中活化劑的作用為增加有機肥的養分(N、P、K)及植物需要的微量元素的吸附性/離子交換性，以及保水性。此效應可增進植物養分吸收、降低或減除養分流失及降低或減除環境污染，將有機肥更進一步活化。本發明選用的活化劑經由二種途徑：纖維素/腐殖質改良及加入特殊的活化劑。如前所述，有機肥中的纖維素及腐殖質本身便是最佳的有機活化劑。前述的生物分解、物理分解或高溫高壓蒸氣分解都可達到活化目的。加入鍵離劑、濕潤劑、鬆軟劑等也能增進纖維素及腐殖質的活性。若欲 更進一步促進有機肥中的活化性能，可增加使用活化劑。但活化劑需選用效益高，且無毒、無害、價廉、易得的天然產品(尤其做為生產有機食品的)或合成產品。本發明提出的此類活化劑包含無機及有機物二類。無機物為黏土礦物質，如膨潤土、高嶺土、蛭石、珍珠石、沸石、活性炭等，含有機物的褐煤、泥煤等也是優良的堆肥活化劑。而人工合成的吸附劑及離子交換劑也可使用，但非有機肥活化劑的首選。

本發明方法克服了現有技術生產堆肥週期長、品質差、腐熟度低、摻有雜質或毒物、成本高、易產生臭氣等缺陷。用本發明方法生產的有機肥，可很大程度地提高肥料產品的吸水性、保水性、氮磷鉀(N、P、K)的含量及植物所需的微量元素的吸附性、透氣性及隔熱性，能完全殺滅細菌、寄生蟲及有害病毒，除可分解有毒有機化合物外，還可穩定或去除所含超量的重金屬元素。並可按照有機肥的實際使用情況，定向生產所需有機肥料。長期使用本發明方法生產的有機肥料，可使土壤疏鬆、透氣，並可提高土壤的隔熱、耐濕性及抗沙漠化作用。

用本發明的物化預先處理、高速穩定處理、高速活化處理之技術可在約一小時內將有機廢棄物(例如都市生活垃圾、餐厨廢棄物、農業廢棄物、綠色廢棄物、汙水處理廠污泥、動物廢棄物、過期或報廢的有機產品、部份工廠有機廢棄物如食品、造紙、煉油、醫藥等工廠的廢棄物/污泥及大部份醫院有機廢棄物等等)、填埋場挖出的垃圾等轉 化為高品質的有機肥料，且可同時處理一種以上固體廢棄物，可做到零排放，節約能源，又無二次污染。用本發明方法生產出的堆肥/有機肥成本低、品質高，且完全可以按照實際需要定向生產，可廣泛應用於農業和林業等相關行業。

在本說明書中若非特別指定的話，百分比均為纖維乾重的百分數。

接著，本發明更提供一種設備，其係應用於上述之高速有機固體廢棄物高速製肥生產方法。如第3圖所示，其係為應用於本發明有機固體廢棄物高速製肥生產方法的設備圖。

一第一螺旋輸送器1係可視需求而採用壓力式或不加壓式的設計。該第一螺旋輸送器1可將物料24由機械預先處理設備輸送到物化預先處理槽6；接著，透過第二螺旋輸送器1’將物料24由物化預先處理槽6輸送到高速穩定反應鍋8中；然後，透過第三螺旋輸送器1”將物料24由篩選過濾器13輸送到高速活化反應鍋15中；最後，透過第四螺旋輸送器1'''將所產生的固體物料23由蒸氣爆發的減壓罐18輸送到精煉爐(圖未示)中。由於物料24的濕度高而具有可流動性，第一螺旋輸送器1、第二螺旋輸送器1’及第三螺旋輸送器1”可由壓力管線取代。泵2負責將水、蒸氣、空氣11或藥劑加入到各反應鍋中。控制閥3用來控制物料及水、蒸氣、空氣的進出。物化預先處理槽6中含有攪拌器4，由物化預先處理槽之頂部的馬達帶動並調整速度。物 化預先處理槽6之內壁裝有熱交換線圈導管5，以將蒸氣加熱。本設備所示的高速穩定反應鍋8採用卧式反應器。在高速穩定反應鍋8中，為避免物料處理時發生“短路”(即反應物未停留足夠的理論停留時間便離開反應鍋)現象，將高速穩定反應鍋8分隔數個區間，每個區間各別提供一座圓盤式攪拌器9，由安裝在高速穩定反應鍋8之頂部上的馬達7驅動。每個區間由可外控的閘門10做為物料通道。每個區間上面各留小空間以備蒸氣收集並抽離。並且視使用者的需求，將每個區間中的壓力由各自的蒸氣進管調小壓力差，或由物料產生的壓力緩慢水平流動，或由離子交換器14處理後的回收液注入第一個區間產生水平流動。高速穩定反應鍋8處理完成後，由最後一個區間將物料經由管線減壓到固液分離器12中。為了避免對整個高速穩定反應鍋8造成太大的壓力衝擊，每次減壓出料可將各該區間的閘門10關閉。如發明內容所述，所減少的壓力約在3至5atm，足夠帶動固液分離器12操作，固液分離器12產生的減壓蒸氣由上方管線引導到高速活化反應鍋15中，而固液分離器12下方的物料則經由篩選過濾器13分離出液狀水及含約田間保水量濕度的固態物料，此液狀水經由離子交換器14(注：若需除去重金屬才需此步驟)再注入高速穩定反應鍋8，或物化預先處理槽6中，而固態物料則經由第三螺旋輸送器1”壓入高速活化反應鍋15中。高速活化反應鍋15係具有螺旋蒸煮器16的設計，因高速活化反應鍋的作用主要是應用高壓蒸氣軟化纖維以更進一步藉由爆發作用鬆軟分 開纖維，故攪拌作用較不重要，經高速活化反應鍋15作用過的物料經由減壓閥17在瞬間爆發到蒸氣爆發的減壓罐18中，所產生的固體物料23由第四螺旋輸送器1'''運送到精煉爐27(如第1圖所示)，而減壓產生的蒸氣則經由管線流動到水汽分離器19中，蒸氣部份可再回收利用，若物料可易降解的有機物含量不足以產生足夠的蒸氣，則可用蒸氣鍋爐22作為輔助設備，若產生過量的蒸氣21，可引導至空氣處理設備以除去揮發性的污染物，而凝聚的水分20則可導引至物化預先處理槽6或其他需要水的操作設備來使用。

接著，將透過以下的實施例，配合第1圖至第3圖所示來說明本發明，但下述實施例並不能限制本發明。

(實施例1)

廣東省某啤酒廠污泥經化驗結果含N 2.4%(以乾重計)，P₂O₅ 2.1%(以乾重計)，K₂O 0.6%(以乾重計)，有機質(C)39.0%(以乾重計)，纖維素18%(以乾重計)，熱含量3000Kcal/Kg，含水量85%，重金屬含量遠低於城鎮垃圾農用控制標準。此種污泥可做為堆肥原料。但因污泥產生惡臭、黏度高、且含水量高，不經乾燥很難直接用傳統堆肥法處理。而其纖維素含量甚低，無法製造高品質有機堆肥。

若使用本發明之有機固體廢棄物高速製肥生產方法可提高產品品質並使生產操作容易進行。其具體實施方式如下： 將污泥與秸稈按1：1的比例混合。因這二種原料均為天然產品，未加化學藥劑，故此種混合物料可生產較高價值的綠色食品 作物的有機肥及複合肥料。肥料製造前可進行重要的物化指標分析，例如BOD₅、COD、養分、熱含量、濕度等。並計算BOD₅、COD的關係以便於操作時可檢驗COD分析結果，控制高速穩定反應鍋的停留時間，並預計處理後易降解有機物的剩餘含量。

首先將秸稈與相當於秸稈1%(重量)的膨潤土一起加入切割機中切碎至約10mm以下的顆粒大小。再經滾筒式研磨機進一步壓碎秸稈纖維。再將機械預先處理後的秸稈與污泥物料在物化預先處理槽中攪拌。在物化預先處理槽內由高速穩定反應鍋產生的部份蒸氣予以升溫。此時膨潤土開始膨脹，有助於更進一步分離纖維素。接著，在物化預先處理槽中的混合物料中，加入15%-20%的水，再攪拌均勻。然後用螺旋輸送器傳送至高速穩定反應鍋中。

高速穩定反應鍋中安裝電熱線圈做為初步升溫裝置。啟動高速穩定反應鍋的攪拌及加氧(空氣)設備，當溫度上升到約150℃，自我持續反應產生，但繼續升溫至約200℃。此時高速穩定反應反應鍋開始自動作用，壓力也開始上升。此時需要抑制蒸氣的產生，若產生即加壓，或將過剩的蒸氣由高速穩定反應鍋上方排出，維持高速穩定反應鍋中物料在液、固狀態。調整空氣進氣量(可抽檢高速穩定反應鍋中空氣樣品進行測定)，以維持上述溫度及液態中大於2ppm的含氧量。在高温高壓狀況下的溶氧量亦可由氣相中氧濃度及Petroleum Technology Quarterly,Spring 1988,97-101頁資料估算。在上述工序完成後，控制操作溫度、壓力、空氣量，並逐漸維持在200℃，18.7atm的範圍內，其誤差在10%內不會造成產品品質的顯著差異。維持物料在高速穩定反應鍋中停留15至20分鐘。取樣測試反應結果是否臭味全消，並作COD測試以估計易 降解有機物是否分解接近(>90%)完成。因污泥中纖維已經細化，且秸稈的纖維素較易在上述的溫度、壓力下水解及氧化並進一步分離，所以在污泥中可不加入鍵離劑。

將上述易降解有機物大部份(>90%)去除後，即可減壓至約15.5atm。此種減壓可由固液分離器完成。在減壓分離後會產生蒸氣，將蒸氣再導入高速活化反應鍋中。以上收集的含水物料可導入物化預先處理槽做為稀釋水、及升溫之用。而濾水後的固態物料用螺旋輸送器導入高速活化反應鍋中。此時鍋中溫度在190℃至200℃之間，而壓力在12.5atm至15atm間。在鍋中注入足量的亞硫酸鉀以消除多餘的氧氣(可抽檢鍋中空氣樣品測定得知，也可裝自動氧氣監測儀連續監測)，可增加肥料中鉀的含量。同時加入10-200目(約2-0.07mm)的褐煤為活化劑，也可同時增加製肥產品的肥份含量。因褐煤粉粒的價錢廉價，故可加入較多的量，一般1%-10%。褐煤粉粒在高速活化反應鍋中熱處理後更會增加原有的吸附及吸水能力。

在高速活化反應鍋中反應約10-15分鐘後，即進行瞬間爆發操作。此時暫時關閉高速活化反應鍋的物料，開啟減壓閥，在瞬間爆發到蒸氣爆發的減壓罐中。因壓力瞬間降至約一大氣壓，纖維素可很大程度的鬆解並降低物料濕度。此物料可用螺旋輸送器導入精煉爐中以調節濕度(用所產生的蒸氣由導管導引至乾燥爐的熱交換線圈導管中)至35%以下，再用旋轉散熱器降至室溫，降溫後同時加入碳酸銨進一步鬆軟纖維素並增加吸水、保水及吸附性能。若製肥產品做為綠色食品作物的堆肥，則上述化學藥品可不加，但膨潤土及褐煤可仍加入。若生產複合肥料，在旋轉散熱器 中可加入適當的N、P、K化合物以增加其含量至市場接受的有機複合肥料養分範圍。產品可進一步進行包裝及儲存。

(實施例2)

某市在尋找廢棄物處理的無害化、減量化及資源化方法，以達到可持續發展的目標，並有最高的經濟效益，以同時處理都市生活垃圾及汙水處理廠污泥。經比較現有的衛生填埋法、焚燒發電法及傳統堆肥法，均發現有二次公害問題，且若考慮其將來社會成本，並非最佳選擇。

本發明之有機固體廢棄物高速製肥生產方法，可同時處理上述二種固體廢棄物，達到無二次公害、零排放、且最經濟有效的方法。其實施方式如下述： 首先收集及分析二種廢棄物的資料，如產量、物化成份分析資料等。經分析結果，其都市生活垃圾的成份如下(均以濕重計)：金屬0.80%，玻璃陶瓷10.75%，廚房垃圾49.77%，紙張4.17%，紡織品1.46%，塑膠0.61%，惰性物質32.44%，含水率33%，生活垃圾易降解有機物含量70%，及重金屬(均以濕重計)Cd 2ppm，Cu 239ppm，Mn 530ppm，Ni 34ppm，Zn 496ppm。其都市汙水處理廠污泥成份如下(均以濕重計)：N 3.5%，P₂O₅ 1.8%，K₂O 0.8%，纖維素12%，C 54.6%，含水率75%，及重金屬(均以濕重計)Cd 3.3ppm，Cr 244ppm，Cu 289ppm，Fe 150ppm，Hg 0.7ppm，Ni 63ppm，Pb 147ppm，Zn 468ppm。若用傳統堆肥法，因受制於微生物成長的限制因素，故對透氣、C/N比、含水率等有特殊要求，因此垃圾與汙泥的混合比例受操作條件限制，故其選擇範圍很窄。而本發明之高速製肥技術則不受上述因素限制。本發明之技 術可根據有機肥料產品品質而選擇混合比例。如上“實施例一”所述，混合比例可依纖維素含量而定，基本上不受操作條件之限制。本製肥技術若選污泥重量：垃圾分離回收後重量比為3：7時，纖維素含量經計算結果約21.7%。本堆肥技術若選污泥重量：垃圾分離回收後重量比為1：9時，纖維素含量約24.5%。但若本堆肥技術選擇污泥重量：垃圾分離回收後重量比為7：3時，纖維素含量約16.2%。以上結果顯示，多加垃圾成分可增加有機肥產品的纖維素含量。本發明選用的污泥及垃圾的總量比為3：7。

依上資料分析，在有機肥製造後因含水率之改變及二種物料的混合比不同，有些重金屬會超出法規限制的農用控制標準。故在處理廠設備設計製造前需要進行重金屬的萃取試驗，以確定萃取劑及濃度要求。經實驗室試驗發現用硫酸加入含有20%過飽和水分的(污泥重量)/(垃圾分離回收後重量)=3/7的混合物料中可去除所有重金屬濃度至少30-50%低於“城鎮垃圾農用控制標準”(依最終肥料產品30%含水率計算)。上述硫酸濃度為含20%飽和水的混合物料1%(重量計算)即可。故本發明之技術計畫選用1%硫酸加藥量作為重金屬之去除劑。此外，還需要對重要的物化指標進行分析，例如BOD₅、COD、熱含量等。操作前應計算BOD₅、COD的關係，在實際操作時可用COD降解量做為高速穩定反應鍋處理時間之選擇。一般處理廠處理廢棄物時，因存在廢棄物含量產生時之可變性，操作時的儀器監測及資料分析是必要的。

在進行實際製肥生產操作時，首先垃圾需經破袋機打開垃圾袋並做金屬容器及各類塑膠的回收，並做橡膠、紡織品、塑膠袋之撿除。這些操作可由輸送帶緩慢移動時用人工分離回收。之後 用振動篩去除垃圾中部份無機物。然後將垃圾用切割機切碎至約5mm以下之顆粒大小(注：顆粒越小則下述之有機/無機分離率越高。但顆粒越小則製肥產量越少)。再經滾筒式研磨機進一步壓碎垃圾中的纖維。再將此垃圾以輸送帶導入曲折型空氣分離器中以分出有機物及無機物成份。其中，無機物成份用一系列回收篩選器進行金屬(用磁分離器分出鐵以回收，用鋁分離器分出鋁以回收)、玻璃(用光譜分離器進行玻璃回收)、及其他無機物(上述回收後剩下的惰性物質如泥沙及無機建築廢棄物，可回收製作成磚塊)等的回收。而上述的有機物成份則用旋風收集器收集之，以做下述堆肥之用。此有機物成份依上資料計算，約占本處理垃圾的53%(以濕重計)。(以上所述的具體實施方式相當於第3圖中的“機械預先處理”步驟。

經機械預先處理後的有機垃圾在通過輸送帶送入物化預先處理槽時均勻灑入2%的膨潤土，一起混合。然後將含有膨潤土的有機垃圾與污泥物料依7：3的比例加入物化預先處理槽中攪拌並酌量加入15%-20%的水，同時在物化預先處理槽內的溫度用高速穩定反應鍋產生的部份蒸氣進行升溫。此時膨潤土開始膨脹，有助於更進一步分離纖維素。攪拌約10分鐘之後用螺旋輸送器傳送至高速穩定反應鍋中。

高速穩定反應鍋中安裝電熱線圈做為初步升溫裝置。啟動反應鍋的攪拌及加氧設備，當溫度上升到約150℃，自我持續反應產生，繼續升溫至200℃時高速穩定反應鍋開始自動作用，壓力也開始上升。設法抑制蒸氣的產生，若產生即加壓，或將過剩的蒸氣由反應鍋上方排出，維持反應鍋中物料在液、固狀態。調節進氣 量(可抽檢高速穩定反應鍋中空氣樣品進行測定，亦可如上述之法估算)，以維持上述溫度及液態中大於2ppm的含氧量。控制操作溫度、壓力、空氣進量的穩定性並逐漸維持在200℃，18.7atm的範圍內，其誤差在10%內不會造成產品品質的顯著差異。經上述操作，高速穩定反應鍋便可維持在200℃，18.7atm的範圍內連續、穩定反應。同時在鍋中用泵注入佔混合物料約1%的硫酸(重量)。維持在上述溫壓範圍內，攬拌15-20分鐘。取樣測試反應結果是否臭味全消，並作COD測試以確定易降解有機物是否分解完成。

將上述易降解有機物大部份(>90%)去除後，即可減壓至約15.5atm。此種減壓可由固液分離器體積及高速穩定反應鍋最後一個區間的體積預估或事先設計安排。在減壓分離後蒸氣會產生，此蒸氣可導入高速活化反應鍋中。而收集含水的物料由振動篩選過濾器濾出水分，此水分可導入物化預先處理槽做為稀釋水並升溫用。而濾水後的物料用螺旋輸送器導入高速活化反應鍋中。此時，高速活化反應鍋中溫度應在190-200℃之間，而壓力在12.5-15atm之間。在高速活化反應鍋中注入足量的亞硫酸鉀以消除多餘的氧氣成份(可抽檢高速活化反應鍋中空氣樣品測定，也可安裝自動氧氣監測儀連續監測)，可增加產品中養分的鉀含量。同時加入研磨至10-200目(約2至0.07mm)的褐煤為活化劑，可同時增加堆肥的養分含量。因褐煤粉粒的價錢廉價，故可加較多的量，一般為1-10%或更高皆可。褐煤粉粒在高速活化反應鍋中熱處理後更會增加原有的吸附及吸水能力。同時在鍋中加入鬆軟劑，含各1%的卵磷脂、聚乙二醇及蔬菜油。再加適量的碳酸鉀為中和劑及鉀肥增加劑。

在高速活化反應鍋中反應約10-15分鐘後，即進行瞬間爆發操作。此時暫時關閉高速活化反應鍋的物料，開啟減壓閥在瞬間爆發到蒸氣爆發的減壓罐中。因壓力瞬間降至約大氣壓，纖維素可很大程度的鬆解並降低物料濕度。此物料可用螺旋輸送器將產品送入精煉爐中調節產品濕度(用所產生的蒸氣由導管導引至乾燥爐的熱交換線圈導管中)至35%(重量)以下，再用旋轉散熱器降至室溫，降溫後同時加入碳酸銨進一步鬆軟纖維素並增加吸水、保水及吸附性能。此技術流程可做為有機堆肥低氮磷鉀產品的生產方法。若生產複合肥料，在旋轉散熱器中可加入適當的N、P、K化合物以增加產品中N、P、K的含量至市場接受的有機複合肥料養分範圍。產品可進一步進行包裝及儲存。

(實施例3)

首先將花草樹木的枝葉與5%(重量)的高嶺土一起加入切割機中切碎至約1cm以下的顆粒大小，然後經滾筒式研磨機進一步壓碎枝葉，再將機械預先處理後的枝葉在物化預先處理槽中攪拌。在物化預先處理槽內由高速穩定反應鍋產生的部份蒸氣予以升溫。此時高嶺土開始膨脹，有助於更進一步分離纖維素。之後在物化預處理槽中的混合物料中，加入15%-20%的水，再攪拌均勻。然後用螺旋輸送器傳送至高速穩定反應鍋中。

高速穩定反應鍋中安裝電熱線圈做為初步升溫裝置，當溫度上升到約140℃，自我持續反應產生，繼續升溫至約180℃，這時高速穩定反應鍋開始自動作用，壓力也開始上升。此時需要抑制蒸氣的產生，若產生即加壓，或將過剩的蒸氣由高速穩定反應鍋上方排出，維持高速穩定反應鍋中物料在液、固狀態。此時加入 次氯酸鈉，以維持上述溫度及液態中大於2ppm的含氧當量。在上述工序完成後，控制操作溫度、壓力，並逐漸維持在180℃，13atm的範圍內，其誤差在10%內不會造成產品品質的顯著差異。維持物料在高速穩定反應鍋中停留15-20分鐘。取樣測試反應中COD等易降解有機物是否分解接近(>90%)完成。為進一步將枝葉纖維細化，在高速穩定反應鍋中同時加入各1%的卵磷脂、Triton-100、及花生油以為鍵離劑及鬆軟劑。

將上述易降解有機物大部份(>90%)去除後，即可減壓至約10atm。此種減壓可由水旋分離器或其他固液分離器完成。在減壓分離後會產生蒸氣，將蒸氣再導入高速活化反應鍋中。而收集的含水物料由篩選過濾器濾出水分，此水分可導入物化預先處理槽做為稀水並用做升溫。而濾水後的物料用螺旋輸送器導入高速活化反應鍋中。此時，高速活化反應鍋中溫度在170℃至180℃之間，而壓力在9-10atm間。在高速活化反應鍋中注入足量的亞硫酸鉀以消除多餘的氧化劑，又可增加肥料中鉀的含量。同時加入2%，10-200目(約2-0.07mm)的活性碳及5%，10-200目(約2-0.07mm)泥煤為活化劑，也可同時增加堆肥的養分含量。活性碳及泥煤在高速活化反應鍋中熱處理後更會增加原有的吸附及吸水能力。

在高速活化反應鍋中反應約10-15分鐘後，即進行瞬間爆發操作。此時暫時關閉高速活化反應鍋的物料，開啟減壓閥，在瞬間爆發到蒸氣爆發的減壓罐中。因壓力瞬間降至約大氣壓，纖維素可很大程度的鬆解並降低物料濕度。此物料可用螺旋輸送器導入精煉爐中以調節濕度(用所產生的蒸氣由導管導至乾燥爐的熱交換線圈導管中)至35%以下，再用旋轉散熱器降至室溫，降溫後同時 加入碳酸氨進一步鬆軟纖維素並增加吸水、保水及吸附性能。產品可進一步進行包裝及儲存。

(實施例4)

將廚餘垃圾経重力脫水及約80-85攝氏温度的噴淋水去油去鹽後，用螺旋脫水機脫水。然後置入傳送帶，先用人工將其中的無機物(如玻璃瓶子、金屬罐子、塑膠袋等)分離、回收，然後用振動篩進行篩選、淨化，並分開收集其中的有機廢棄物、無機廢棄物。在篩選後的有機垃圾中加入1%甘油單油酸酯(濕潤劑)通過輸送帶送入錘磨機將其加工成5至8mm的顆粒，再經滾筒式研磨機將其進一步壓碎後，通過第一螺旋輸送器1送入物化預先處理槽6中。在物化預先處理槽6內用高速穩定反應鍋8產生的部分蒸氣將有機物料升溫，之後在物料中加水，使其處於飽和狀態後，再加入15-20%的水、各1%的硫酸鋁及石蠟，用圓盤式攪拌器9進行攪拌，然後用第二螺旋輸送器1’傳送至高速穩定反應鍋8中。將高速穩定反應鍋的溫度控制在190℃，壓力控制在16atm，以維持高速穩定反應鍋中物料在液、固狀態，並在高速穩定反應鍋中維持3ppm溶氧當量的過氧化氫，進行10分鐘的氧化反應，隨後通過固液分離器12將壓力減至約12.5atm，將熱蒸氣導入高速活化反應鍋15。用超聲波振動的篩選過濾器13濾出物料中的水分並用第三螺旋輸送器1”將固體物料送入高速活化反應鍋15。濾出的含熱水體部份用為前述噴淋去油去鹽用，部份則經盤管熱交換器做為物化預處理槽提温用以節省能源。高速活化反應鍋中入保持溫度為180-190℃，壓力為12.5atm的條件下加入10%的褐煤，在物料反應10分鐘後，即開啟減壓閥17，在瞬間將蒸氣爆發至減壓 罐18中，減壓後的蒸氣分別導入物化預先處理槽、精煉爐。將經過減壓膨脹的物料通過第四螺旋輸送器1'''送入精煉爐中，用蒸氣產生的熱量調節產品濕度至30%，再用散熱器降至室溫，送入包裝程式。

1‧‧‧第一螺旋輸送器

1’‧‧‧第二螺旋輸送器

1”‧‧‧第三螺旋輸送器

1”‧‧‧第四螺旋輸送器

2‧‧‧泵

3‧‧‧控制閥

4‧‧‧攪拌器

5‧‧‧熱交換線圈導管

6‧‧‧物化預先處理槽

7‧‧‧馬達

8‧‧‧高速穩定反應鍋

9‧‧‧圓盤式攪拌器

10‧‧‧閘門

11‧‧‧空氣

12‧‧‧固液分離器

13‧‧‧篩選過濾器

14‧‧‧離子交換器

15‧‧‧高速活化反應鍋

16‧‧‧螺旋蒸煮器

17‧‧‧減壓閥

18‧‧‧減壓罐

19‧‧‧水汽分離器

20‧‧‧水分

21‧‧‧蒸氣

22‧‧‧蒸氣鍋爐

23‧‧‧固體物料

24‧‧‧物料

25‧‧‧物料篩選設備

26‧‧‧機械預先處理設備

27‧‧‧精煉爐

28‧‧‧產品包裝設備

29‧‧‧產品儲存器

30‧‧‧濕潤劑

31‧‧‧鍵離劑

32‧‧‧無機物穩定劑

33‧‧‧有機物穩定劑

34‧‧‧鬆軟劑

35‧‧‧活化劑

36‧‧‧複合氧分劑

a‧‧‧人工/機械切碎法

AC‧‧‧農業應用有機肥

AG‧‧‧農業廢棄物

Al‧‧‧鋁廢料

AW‧‧‧動物廢棄物

b‧‧‧人工分離/回收

c‧‧‧篩選法

C-Type A‧‧‧A類有機肥

C-Type B‧‧‧B類有機肥

d‧‧‧研磨法

DCC‧‧‧治療荒漠化的有機肥

DO/IL‧‧‧其他有機/無機固體廢棄物(大顆粒狀)

DO/IS‧‧‧其他有機/無機固體廢棄物(小顆粒狀)

DOL‧‧‧其他有機固體廢棄物(大顆粒狀)

DOS‧‧‧其他有機固體廢棄物(小顆粒狀)

e‧‧‧物料分離法

f‧‧‧磁分離法

Fe‧‧‧鐵廢料

g‧‧‧鋁回收法

G‧‧‧玻璃廢料

GB‧‧‧玻璃瓶

GC‧‧‧庭院應用有機肥

GW‧‧‧綠色廢棄物

h‧‧‧玻璃回收法

HCR‧‧‧高速穩定/活化處理

i‧‧‧旋風收集器

ID‧‧‧其他無機廢料

j‧‧‧物化預先處理

k‧‧‧攪拌操作

l‧‧‧產品精煉

m‧‧‧產品包裝

MC‧‧‧金屬容器

MSW‧‧‧都市生活垃圾

OS‧‧‧有機污泥

PB‧‧‧塑膠容器

PF‧‧‧塑膠膜/袋

RF‧‧‧橡膠/塑膠織物

S‧‧‧物料儲槽

第1圖係為本發明有機固體廢棄物高速製肥生產方法的簡易流程圖。

第2圖係為不同固體廢棄物高速製肥操作流程圖。

第3圖係為應用於本發明有機固體廢棄物高速製肥生產方法的設備圖。

1‧‧‧第一螺旋輸送器

1’‧‧‧第二螺旋輸送器

1”‧‧‧第三螺旋輸送器

1'''‧‧‧第四螺旋輸送器

2‧‧‧泵

3‧‧‧控製閥

4‧‧‧攪拌器

5‧‧‧熱交換線圈導管

6‧‧‧物化預先處理槽

7‧‧‧馬達

8‧‧‧高速穩定反應鍋

9‧‧‧圓盤式攪拌器

10‧‧‧閘門

11‧‧‧空氣

12‧‧‧固液分離器

13‧‧‧篩選過濾器

14‧‧‧離子交換器

15‧‧‧高速活化反應鍋

16‧‧‧螺旋蒸煮器

17‧‧‧減壓閥

18‧‧‧減壓罐

19‧‧‧水汽分離器

20‧‧‧水分

21‧‧‧蒸氣

22‧‧‧蒸氣鍋爐

23‧‧‧固體物料

24‧‧‧物料

Claims (10)

1. 一種有機固體廢棄物的高速活性製肥生產方法，其包含以下步驟：(1)物料篩選處理：將含有機物的固體廢棄物送入篩選設備中進行分離、回收、淨化及破碎；(2機械預先處理：將選取的有機廢棄物加工成顆粒狀的物料，並對物料中木質纖維素作初步的處理；(3)物化預先處理：將物料送入物化預先處理槽中，加入濕潤劑、鍵離劑及超過物料飽和狀態的水，並攪拌均勻；(4)高速穩定處理：在加溫加壓的條件下，避免氣態在反應鍋中產生，維持反應鍋中物料在液、固狀態，並在反應鍋內加入氧化劑及重金屬去除劑，進行易降解有機物的氧化反應及纖維素的部份氧化反應，隨後透過壓力降低，將減壓容器減壓；(5)高速活化處理：將鬆軟劑及活化劑加入物料中，在加溫加壓的條件下，進行飽和蒸氣狀態下的活化反應，隨後進行蒸氣瞬間爆發操作，之後將物料導入精煉爐；(6)產品精煉處理：調節物料濕度、肥份及顆粒大小，同時加入含有益元素的化合物。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高速活性製肥生產方法，其中，(1)物料篩選處理：將含有機物的固體廢棄物送入篩選設備中進行分離、回收，將選取有機廢棄物或含少量無機物的有機廢棄物進行篩選、淨化； (2)機械預先處理：將有機廢棄物送入錘磨機、切割機或研磨機中，將其切割或研磨加工成0.05mm-5cm之間的顆粒狀之物料，做完整的淨化及配比，並對物料中木質纖維素作初步的處理以釋出纖維素；(3)物化預先處理：將機械預先處理後的物料送入物化預先處理槽中，加水至物料呈飽和狀態後，再加入飽和物料總體積10-20%的水、0.5-5%濕潤劑、0.5-5%鍵離劑，以分解固體廢棄物中的纖維素，並攪拌均勻，攪拌時可由高速穩定反應鍋所產生的蒸氣以及出料後經固液分離後的液態物料直接或間接供熱至物化預先處理槽中；(4)高速穩定處理：在溫度為140℃-300℃，壓力為7-77atm的條件下，維持高速穩定反應鍋中物料在液、固狀態，並在高速穩定反應鍋內維持1-6ppm溶氧當量的氧化劑及0.5-10%重金屬去除劑，進行5-30分鐘的氧化反應，隨後透過壓力降低將減壓容器壓力減少3-4atm，將產生的熱蒸氣導入高速活化反應鍋，再用固液分離器將濾出水的固態物料送入高速活化反應鍋；而濾出的熱水分別送入物化預先處理槽、及回收至高速穩定鍋中；(5)高速活化處理：將0.5-15%的鬆軟劑及1-50%的活化劑加入物料中，在溫度為140℃-300℃，壓力為3-74atm的飽和蒸氣條件下，反應5-30分鐘，隨後開啟減壓閥，在瞬間使蒸氣爆發至減壓罐，減壓後的蒸氣分別導入物化預先處理槽、高速穩定反應鍋、精煉爐，同時將物料導入精煉爐；及 (6)產品精煉處理：用熱交換器將物料濕度調節至25-35%之間，用研磨機將物料研磨至200目至15mm，同時加入含N、P、K的複合肥料化合物。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之高速活性製肥生產方法，其中，在高速穩定處理中，較佳的反應溫度為180℃-230℃，壓力為13-31atm，2-4ppm溶氧當量的氧化劑及0.5-5%重金屬去除劑，反應時間為10-20分鐘；高速活化處理中，較佳的反應溫度為180℃-230℃，壓力為10-28atm，1-5%的鬆軟劑及5-10%的活化劑，反應時間為10-15分鐘。
4. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之高速活性製肥生產方法，其中，濕潤劑為膨脹性黏土、金屬化合物、可膨脹或軟化纖維的化合物、脂肪酸脂類及非離子表面活性劑中的一種或多種；鍵離劑為磷脂、非離子的表面活性劑及植物油的混合劑或具有如下通式的季銨化合物： (其中：R₁及R₂=炭氫基含12至40個炭；R₃及R₄=甲基、乙基或羥乙基；A=氧化烯基；m=X價數；n1及n2=6-30；X=負離子)；氧化劑為臭氧、氯氣、次氯酸鹽、高錳酸鉀、過氧化氫、氧氣、空氣中的一種或多種；重金屬去除劑為NH₄Ac、Ca(NO₃)₂、Mg(NO₃)₂、MgCl₂、NH₄Ac+NH₄OH(pH=9)、2%檸檬酸、0.2M草酸氨、EDTA、 1N NH₄Ac+0.2%對苯二酚、0.04M-1M NH₂OH-HCl+25% HAc、連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉、各類稀酸、各類強酸、強酸之混合液、HNO₃+HF+HClO₄中的一種或多種；鬆軟劑為硫酸鋁加非離子石蠟、季銨化合物加脂肪酸酯類、二醛類加乙二醇類、及磷脂、非離子的表面活性劑、及植物油等之混合劑中的一種或多種；活化劑為膨潤土、高嶺土、蛭石、珍珠石、沸石、活性炭、褐煤、泥煤中的一種或多種。
5. 如申請專利範圍第4項所述之高速活性製肥生產方法，其中，較佳的濕潤劑為膨潤土、硫酸鋁、碳酸鈉、二甘醇、非離子表面活性劑中的一種或多種，較佳的鍵離劑為磷脂、非離子的表面活性劑及植物油的混合劑，較佳的氧化劑為空氣，較佳的鬆軟劑為磷脂、非離子的表面活性劑及植物油等混合劑、亞硫酸鉀及重碳酸氨中的一種或多種，較佳的活化劑為膨潤土及褐煤中的一種或多種。
6. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之高速活性製肥生產方法，其中，濕潤劑及鍵離劑可一起加入研磨前機械預先處理器含乾纖維素的固體物料中或加水後的物化預先處理槽含纖維漿的物料中。
7. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之高速活性製肥生產方法，其中，在高速活化處理中，加入的鬆軟劑可配合加入抗氧化劑及親水劑或無機鬆軟劑中的一種或多種；抗氧化劑及親水劑如亞硫酸鈉、亞硫酸鉀、亞硫酸鎂、及亞硫酸氨中的一種或多種；無機鬆軟劑如氯化鎂、碳酸鈉、碳 酸鉀、重碳酸鈉、碳酸氨、碳酸鎂及重碳酸氨中的一種或多種。
8. 如申請專利範圍第1項所述之高速活性製肥生產方法，其中，在物料中加入萃取劑，將固態重金屬在高速穩定鍋或物化預先處理槽中溶解以便萃取去除，或轉化成最低可溶性金屬化合物以便固化而抑制其溶解性。
9. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之高速活性製肥生產方法，其中，含有機物的固體廢棄物包括城市垃圾、餐厨/厨餘廢棄物、農業廢棄物、綠色廢棄物、汙水處理廠污泥/泥漿、動物廢棄物、過期或報廢之有機產品、工廠有機廢棄物如食品、造紙、煉油、醫藥等工廠之廢棄物/污泥、及大部份醫院有機廢棄物等等轉化為高品質之有機肥。
10. 一種高速製肥生產設備，其係應用於申請專利範圍第1項至第9項中任一項所述之高速活性製肥生產方法，該高速製肥生產設備包含：一第一螺旋輸送器；一物化預先處理槽，其係連接該第一螺旋輸送器，該物化預先處理槽內具有一攪拌器，且該物化預先處理槽的內壁裝有熱交換線圈導管；一高速穩定反應鍋，其係藉由一第二螺旋輸送器連接該物化預先處理槽，該高速穩定反應鍋分隔為1~8個區間，每個區間內各安裝有一圓盤式攪拌器，各該圓盤式攪拌器分別藉由設於該高速穩定反應鍋之頂部的一馬達來 驅動，且每個區間分別具有一閘門；一固液分離器，其係連接該高速穩定反應鍋；一篩選過濾器，其係設置於該固液分離器下；一離子交換器，其係連接該篩選過濾器的液態物料出口；一高速活化反應鍋，其係連接該篩選過濾器的固態物料出口後的螺旋輸送器，該高速活化反應鍋內具有螺旋蒸煮器；一第三螺旋輸送器，其係連接該篩選過濾器的固態物料出口與該高速活化反應鍋；一減壓罐，其係藉由一減壓閥連接至該高速活化反應鍋；一精煉爐，其係藉由一第四螺旋輸送器連接該減壓罐；及一水汽分離器，其係連接該減壓罐。