TW201806879A - 提高畜牧場廢棄物沼氣生產量及穩定性的方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種提高畜牧場廢棄物沼氣生產量及穩定性的方法。特別是關於一種能提高沼氣生產量及穩定性的畜牧場廢棄物處理方法，且同時能降低放流水污染及排除堆肥惡臭等步驟。

本發明方法主要的特徵在於：固液分離步驟後重組固體有機廢棄物和液體有機廢棄物的濃度範圍，使得連續式攪拌槽反應器(Continuously Stirred Tank Reactor,CSTR)具有較佳反應效率及穩定性；及沼氣發電系統的餘熱用於加熱混合槽，連續式攪拌槽反應器和三段式的厭氧池，使得在連續式攪拌槽反應器和三段式的厭氧池的反應具有較佳的效率及穩定性。

Description

提高畜牧場廢棄物沼氣生產量及穩定性的方法

本發明係關於一種提高畜牧場廢棄物沼氣生產量及穩定性的方法。特別是關於一種能提高沼氣生產量及穩定性的畜牧場廢棄物處理方法，且同時能降低放流水污染及排除堆肥惡臭等步驟。發明係關於一種畜牧場廢棄物生產沼氣的方法。特別是關於一種能降低放流水污染，排除堆肥步驟，且同時能提高沼氣生產量的畜牧場廢棄物處理方法。

國內畜牧業在飼養過程中，常伴隨大量的有機廢棄物的產生，其主要來源包含養殖動物之糞尿及管理人員沖洗畜舍所產生的大量廢水。這些有機廢棄物如未經完善處理，常造成環境的重大污染。因此，為解決國內豬、牛、羊、鹿及鴨鵝等畜禽類所產生之廢水問題，由農委會畜產試驗所開發三段式廢水處理系統而開發，並自民國80年開始推廣及施行，將水溶性有機物及固體廢棄物經處理達到法規標準後再排放或再應用。

圖1為傳統三段式有機廢水處理系統的流程圖。此流程主要包括固液分離(20)、厭氧(兼氣)處理(40)、好氧處理(50)等三階段。傳統上，有機廢棄物(糞尿廢水)(10)是先送進固液分離機進行固液分離(20)程序。固液分離機有溼流式、迴轉篩真空吸力壓榨式、及圓筒篩壓榨式三種。固液分離(20)之目的是將混於糞尿水中之固體有機廢棄物分離出，減輕後端系統 之處理負擔。固液分離(20)的第一階段採用網目較大者(約0.5mm)，先行去除較大型之固體後，第二道再以較小網目(約0.3mm)進行第二次固液分離，將混於糞尿水中的糞渣等固體廢棄物分離出。其中固體廢棄物送至堆肥場進行堆肥(21)，而液體送至調勻池(30)進行調勻程序。

由於畜牧場作業時間及程序，使畜牧場不會持續且穩定地產生廢水，甚至造成廢水中有機物濃度呈現變動狀態，因此設立調勻池(30)可調節並緩衝廢水量及有機物濃度之變化，使進入厭氧處理階段之廢水水質變化不會過大，可避免厭氧系統因有機負荷不穩定而無法正常運作。經調勻後的廢棄水送厭氧池進行厭氧微生物處理，簡稱厭氧處理(40)，將廢水中的有機物分解轉化為生質燃料-沼氣。厭氧階段產生甲烷之醱酵反應主要分為兩類，其一為產甲烷菌利用酸化反應產生之小分子有機酸(甲酸、乙酸)或甲醇代謝轉化為甲烷(有機酸→甲烷+二氧化碳+水)。另一類反應則是利用氫氣和二氧化碳產生甲烷(氫+二氧化碳→甲烷+水)]。產生甲烷之微生物為古生甲烷菌族群，主要包含為Methanosaeta、Methanosarcinales、Methanosarcina、Methanobrevibacter及Methanobacterium等產甲烷微生物。

沼氣為厭氧處理之產物，沼氣經途徑412送至沼氣脫硫系統(70)進行沼氣脫硫程序，而厭氧處理完後的沼液經途徑411送至好氧池(50)進行好氧處理。好氧池(50)則是利用活性污泥法，以好氧曝氣方式降解水中有機物。在三段式廢水處理系統中，大約8~9成的有機廢棄物在厭氧階段被沉降或代謝分解，其產物是厭氧微生物的菌體和氫氣、二氧化碳、甲烷及硫化氫，菌體會形成少量污泥，而二氧化碳及甲烷則是沼氣中的主要成分。剩餘約1~2成的有機物由於濃度過低，利用厭氧處理效益不高，因此利用後 端的好氧微生物進行快速處理，好氧池是利用池中好氧微生物代謝廢水中之有機物，其主要產物是大量的微生物菌體及二氧化碳，因此好氧階段會產生大量污泥(相同濃度之有機廢水，好氧處理產生之污泥量是厭氧處理的10倍)，一般有機物都可直接用好氧微生物進行分解代謝，但是其需要利用曝氣攪拌同時增加水中溶氧，提升處理效能，因此需耗費大量的能量，且後續需要請有許可證之廠商再處理系統產生大量的污泥。最後再將好氧處理過的廢水經途徑511送至沈澱池(60)進行沈澱。分離出污泥(61)及放流水(62)，而放流水(62)符合放流的標準可直接放流，此標準為化學需氧量(COD)為低於600mg/L，並生化需氧量(BOD)低於80mg/L、懸浮固體(SS)低於150mg/L。污泥(61)包含了在厭氧處理(40)所形成的沼渣，好氧池(50)及沈澱池(60)處理流程中伴隨產生的，糞渣及污泥需經堆肥及曬乾等流程處理後，才可作為肥料或用於土壤改質使用。

沼氣經沼氣脫硫系統(70)脫硫後，經管線711送至沼氣貯存槽(80)，再經管線(811)，送至沼氣發電系統(90)。發電系統(90)所生產的電只能部份補充好氧階段中嚗氣風機所需的電力，因此僅可減少廢水處理系統中部份的用電量。

雖然此三段式廢水處理系統已利用厭氧處理(40)將廢水中的有機物轉化為沼氣，但由於國內畜牧業的養殖模式為大量用水沖洗動物糞尿，除維持畜舍之清潔同時可於高溫時幫助降溫增加畜養動物之舒適度，然而，此方式卻造成有機物的濃度被稀釋。此外，由於國內氣候變化劇烈，夏冬季節溫差常相差20℃以上，且因颱風或旱季造成廢水量遽增或管制用水，使得畜牧場廢水量差異極大，導致廢水中固體及有機物的含量 常處於極大的變動狀態。此外，現有厭氧池係使用長方形槽體，受限於形狀導致死角多，且未設置妥善攪拌裝置，廢水中的固體物多數沉積在槽底與死角，操作時間拉長後底泥累積使得水力停留時間(Hydraulic Retention Time，以下簡稱HRT)不足導致處理效率低落，進而增加後端好氧程序的操作負荷並嚴重影響放流水質。且整體厭氣處理流程未經穩定溫控，使系統溫度易受氣候影響。綜合以上因素，現有處理模式整體沼氣的產氣不穩定且效率偏低，所以，國內多數畜牧場因整體沼氣利用之經濟效益過低，甚至直接放棄沼氣收集使沼氣中的甲烷，二氧化碳及硫化氫溢散，除造成大量溫室氣體(甲烷的溫室氣效應是二氧化碳的20~21倍)直接排放至大氣中，而沼氣中的硫化氫因具惡臭及腐蝕性，會嚴重影響周邊環境及空氣品質。

沼氣中的甲烷熱值含量相當高(每立方米含36MJ)，因沼氣中也包含部份的二氧化碳，所以每立方米的沼氣中的熱值約為19~26MJ，是很好的生質燃料。而沼氣是有機廢棄物經由複雜的微生物代謝流程所產生，因此，厭氧系統中的沼氣產量會受到許多因素之影響，同時也影響了設備投資成本、及投資回報時間。以能源最大化進行考量，廢水中總固形物含量(Total Solids，以下簡稱TS)的高低，會直接影響整體設備之投資成本，因在容許範圍內，TS愈高厭氧反應槽的體積愈小，投資成本愈低；而系統中TS、溫度及HRT等因子的變動愈小，可有效維持系統穩定產生沼氣，即可縮短投資回報之時程。

以現有畜牧場的三段式處理系統為例，其目的僅在於將廢水達到法規之排放標準，並非針對能源最大化之設計，因此需利用固液分離方式，將固體廢棄物分離出，降低廢水中TS；後續為有效使殘留於廢水中 之固形物於厭氧池(40)沉，因此未設置攪拌裝置，但由於固形物持續沉澱以及池中污泥不斷生成會佔據厭氣池(40)之容積，因此減少廢水在厭氣池(40)的HRT，由於處理時間不足，降低了微生物代謝溶於水中之有機物的效率，也減少了沼氣之產量。此外，現有三段式處理系統易受季節與氣候的影響，因其為開放池且未設置控溫或保溫裝置，在夏季用水量大或在颱風及雨季時大量的水會進入廢水系統等，皆會稀釋水中有機物濃度；而於冬季，水溫可能因寒流會降至10℃以下，會使厭氧池微生物呈近休眠狀態。綜合以上原因，於三段式厭氧處理之沼氣產氣量偏低。

此外，在固液分離階段中所分離出之固體糞渣，目前以堆肥的方式利用好氧微生物將有機物分解，但過程中會排放出二氧化碳及惡臭，如氨化物、硫化物及有機酸等。因此，大部份畜牧場也因以上各類造成空氣品質惡化之污染物，受到周邊居民的抗爭甚至要求遷場，使得畜牧業的營運受到許多困難及阻礙。

一頭猪每天大約產生30公斤的廢水，0.3-0.5公斤的固體廢棄物。以我國目前約養殖5百萬頭猪計算，每天大約產生15萬噸的廢水，2,000-2,500噸的固體廢棄物。依行政院農委會農業試驗所之研究報告中指出，以5,000~10,000頭豬隻規模之畜牧場廢棄物的處理所產生的費用包含，每噸水之處理費用約30元，每噸固體廢棄物之處理費用約83元。以我國目前約養殖5百萬頭猪計算，每天大約產生15萬噸的廢水，2,500噸的固體廢棄物，花費成本大約在水處理約需450萬，於固體廢棄物處理約需20.75萬元。

我國目前養殖業者每天產生的有機廢棄物產量相當龐大，如 何將這些廢棄物資源化產生能源及再利用，而非只是破壞環境，是現今重大的課題之一。為提升國內畜牧場現有設施沼氣產量，目前也有許多建議之改善方案，其中包含去除固液分離階段，利用畜牧場全部的有機廢棄物參與反應生產沼氣。此方案雖未將有機固體分離，但國內養殖模式的用水量相當大，因此廢水中固體含量未達2%wt.，若再添加外來之固態有機物進行共醱酵，則需考量運輸之能耗及沼氣系統之運作穩定性。此外，由於現有厭氧池係使用長方形槽體而死角多，且未設置妥善攪拌裝置，廢水中的固體物會大量沉積在槽底與死角，衍生後續問題，所以運用以上方案仍需設置高濃度厭氧系統，如CSTR，因此，以上之方案尚未落實。另一方案則以建置畜養動物廁所之模式，改善畜牧場用水習慣，增加廢水中有機物濃度及固體廢棄物含量，約可減少一半的用水量，整體固體含量約可提升至3~5%wt.，後續仍需利用CSTR系統進行有機物之處理。但因圈舍的規模不一，且許多圈舍過於老舊不易修改，畜牧場接受度不高，因此目前國內仍在積極推廣中。如何將畜牧場有機廢棄物資源化，是刻不容緩之重要議題。雖然國內各種改善方案目前仍在積極推廣，但在未完成改善前，畜牧場的有機廢棄物仍在持續影響環境，同時也間接造成資源的浪費。

圖2為無固液分離之廢水處理流程圖。如圖2所示，此程序和圖1之傳統三段式有機廢水處理程序不同之處在於沒有固液分離的步驟，因此豬糞尿廢水(10)直接進入調勻池(30)，也因其中TS較高(約1-2%wt)，故可直接進入CSTR反應槽(200)進行厭氧反應，所得沼氣進入沼氣脫硫系統(70)。但因此程序採用無固液分離步驟，故豬糞尿廢水(10)的濃度隨季節氣候變化很大，夏季用水量大，或遇雨季颱風天稀釋廢水，導致濃度低，冬 季用水量小，濃度高，故CSTR反應器無法維持穩定的沼氣產量。另此程序因豬糞尿廢水(10)體積龐大，除了硬體設備費用提高外，生產沼氣所剩餘的廢熱也無法在冬季維持此龐大CSTR反應器於中、高溫，因而降低了沼氣生產的效率。

圖3為有豬廁所之畜牧場廢水處理流程圖。此程序和圖2無固液分離之有機廢水處理程序的差異在於圖3多了一個採集豬糞的步驟(5)，即豬廁所的概念。實務上目前會用人工撿拾或用吸糞機將大部份豬糞採集後，再以少量水沖洗，比傳統飼養流程中用大量水沖洗豬舍相比，可大幅減少用水量。由於此程序所使用的水量較少，故廢水中TS較高，通常約為3-5%wt.。因此所搭配的CSTR反應器比無固液分離程序所使用的CSTR反應器小，設備投資費用較低，但同樣地豬廁所之畜牧場廢水處理程序會受季節影響，夏季用水量大，仍需用大量水沖洗豬隻幫助降溫，或遇雨季颱風天稀釋廢水，導致濃度低，冬季用水量小，濃度高，故CSTR反應器無法維持穩定的沼氣產量。

在本發明中(圖4)，由於可經由精準之控制使廢水固定在高濃度TS含量，因此只需建置小型的CSTR系統，大幅減少整體設備之投資成本，且發電餘熱足以將系統於全年可維持在中溫或高溫(30~60℃)，因此不受氣候環境之影響，可穩定並持續地產生固定量之沼氣，可縮短整體投資回報之時程。

本發明係關於一種提高沼氣生產量及穩定性的畜牧場廢棄物處理方法。特別是關於一種能提高沼氣生產量及穩定性的畜牧場廢棄物 處理方法，且同時能降低放流水污染及排除堆肥惡臭等步驟。

現有三段式廢水處理系統設置之目的在於處理畜牧場所產生之廢水，避免高濃度之有機廢水排放至河川中污染環境，因此對廢水中有機物之管理僅著重於符合法規排放標準。近年來由於節能減碳資源循環再利用之趨勢，如何使有機廢棄物轉化沼氣，並有效利用是目前國際間重要的發展方向。然而，國內畜牧場由於前述之養殖模式及國內氣候環境之影響，使原廢水中固體廢棄物與有機物濃度極度不穩定，嚴重影響厭氧產沼氣之效率。針對前述之去除固液分離、添加外來固態有機物及建置畜養動物廁所等方案，除運作上仍有困難外，也無法有效控制廢水中固體有機物之含量，因此不易穩定產生沼氣獲得效益。本發明綜合以上因素，利用畜牧場現有廢水及固體有機廢棄物資源，仍維持傳統三段式處理系統固液分離(20)之流程，將分離後之固體有機廢棄物經由途徑212引入一新增之混合槽(100)，由於進入混合槽之固體廢棄物之數量可精準控制，因此本發明可自原三段式處理系統之調勻池(30)中，或放流水(62)，或其它任何適當的水源引入適量之水，精確調整混合槽中之固體有機廢棄物的TS達3~20%。由於本發明可將固體有機廢棄物直接調配至最適合之濃度(8%~12%)，在此含高濃度有機廢棄物的水體需配合混合槽(100)中所設立之加溫系統及攪拌裝置，使混合槽(100)中水解酸化微生物對有機廢棄物有效地進行水解酸化，讓大分子有機物(碳水化合物、蛋白質及油脂)代謝為小分子有機物(糖類、胺基酸及脂肪酸)，加速有機廢水進入後續新增之CSTR厭氧系統(200)後之沼氣生產效率。而且，由於本發明之新增系統中可維持高濃度固體有機廢棄物含量，因此整體系統之處理體積可大幅縮小，與前述之各項提升沼氣 方案相比較，前述方案之厭氧系統將大於本發明所新增之CSTR系統體積3~10倍以上，因此可大幅減少設置成本。且因體積大幅縮小後，可有效率的利用後端發電後之餘熱進行厭氧CSTR系統之控溫，使新增系統維持在恆溫、恆定之固體含量及攪拌條件下，可穩定產生沼氣，改善舊有三段式處理系統，受氣候及環境之影響，沼氣產量差異可達2~4倍(冬天沼氣產量是夏天產量的1/2~1/4)之問題及困難。

請參考圖4，本發明係關於一種提高畜牧場有機廢棄物沼氣生產量及穩定性的方法，包括下列步驟：a.收集畜牧場的糞，尿，液體有機廢棄物(10)；b.固液分離(20)，得到固體有機廢棄物(212)和液體有機廢棄物(211)；c.固體有機廢棄物(212)送至混合槽(100)，液體有機廢棄物(211)送至調勻池(30)；d.加入特定量的水至混合槽(100)，使混合槽(100)中混合物的固體濃度(TS)可維持在特定濃度，且提供一熱源(1013)至混合槽(100)，使混合槽(100)的溫度維持在中、高溫；e1.調勻池(30)中的液體有機廢棄物(311)送至厭氧池(40)進行厭氧反應，產生沼氣(412)，沼液和污泥(411)；e2.步驟d的混合物送至一連續式攪拌槽反應器[Continuously Stirred Tank Reactor,CSTR(200)]進行反應產生沼氣(2011)、混合之沼液和沼渣(2012)其中連續式攪拌槽反應器(200)的溫度是以一熱源(2013)維持在中、高溫；f1.將步驟e1的沼液送至好氧池(50)，進行好氧反應，得到二氧化碳、低濃度液體有機廢棄物和污泥(511)； g1.步驟f1的低濃度液體有機廢棄物和污泥(511)送至沈澱池(60)進行沈澱，分離出污泥(61)和放流水(62)。

較佳地，本發明方法進一步包括：f2.將步驟e1和e2得到的沼氣分別送至沼氣脫硫系統(70)，之後再將脫硫後的沼氣(711)送至沼氣貯存槽(80)；g2.將步驟f2沼氣貯存槽(80)中的沼氣送至一沼氣發電系統(90)進行發電，發電系統產生的熱可加熱生成熱水送至熱水槽(300)貯存。

較佳地，本發明方法步驟e1的厭氧池(40)是以一熱源維持在在中、高溫。

較佳地，本發明方法進一步包括：h.將熱水槽(3000中的熱水分別送至混合槽(100)，連續式攪拌槽反應器(200)和厭氧池(40)作為熱源，使混合槽(100)，連續式攪拌槽反應器(200)和厭氧池(40)的溫度維持在中、高溫。

較佳地，本發明方法步驟a畜牧場的液體有機廢棄物的濃度範圍為0.1%-5%wt.。

較佳地，本發明方法步驟d混合物的固體濃度(TS)範圍是在3%-20%wt.，更佳地是在8%-12%wt.

較佳地，本發明方法步驟d,e1和e2的中、高溫是在30-60℃的範圍。

較佳地，本發明方法步驟h的中、高溫是在30-60℃的範圍，更佳地是在35-40及55-60℃的範圍。

較佳地，本發明係關於一種提高畜牧場有機廢棄物沼氣生產量及穩定性的方法(如圖5)，包括下列步驟：a.收集畜牧場的糞，尿，液體有機廢棄物(10)；b.固液分離(20)，得到固體有機廢棄物(212)和液體有機廢棄物(211)；c.固體有機廢棄物(212)送至混合槽(100)，液體有機廢棄物(211)送至調勻池(30)；d.從調勻池(30)取特定量的液體送至混合槽(100)，使混合槽(100)中混合物的固體濃度(TS)可維持在3-20%wt，且加熱混合槽(100)，使混合槽的溫度維持在30-60℃；e1.調勻池(30)剩餘的液體有機廢棄物送至厭氧池(40)進行厭氧反應，產生沼氣，沼液和污泥，其中厭氧池(40)的溫度是維持在30-60℃；e2.步驟d的混合物送至一連續式攪拌槽反應器(Continuously Stirred Tank Reactor)(200)進行反應產生沼氣、混合之沼液和沼渣，其中連續式攪拌槽反應器(200)的溫度維持在30-60℃；f1.將步驟e1的沼液送至好氧池(50)，進行好氧反應，得到二氧化碳、低濃度液體有機廢棄物和污泥；f2.將步驟e1和e2得到的沼氣分別送至沼氣脫硫系統(70)，之後再將脫硫後的沼氣送至沼氣貯存槽(80)；g1.步驟f1的低濃度液體有機廢棄物和污泥送至沈澱池進行沈澱，分離出污泥(61)和液體放流水(62)；g2.將步驟f2沼氣貯存槽(80)中的沼氣送至一沼氣發電系統(90)進行發電，發電系統產生的熱可加熱生成熱水送至熱水槽(300)貯存； h.將熱水槽(300)中的熱水分別送至混合槽(100)，連續式攪拌槽反應器(200)和厭氧池(40)，使混合槽(100)，連續式攪拌槽反應器(200)和厭氧池(40)的溫度維持在30-60℃。

再參考圖5，有機廢棄物(糞尿廢水)(10)是先送進固液分離機(20)進行固液分離程序。將混於糞尿水中的糞渣等固體有機廢棄物分離出。其中固體廢棄物是經途徑212送至混合槽(100)，而液體有機廢棄物經途徑211送至調勻池(30)進行調勻程序。本發明取出部分調勻池的有機廢水經途徑312送至混合槽(100)，使混合槽(100)中有機固體廢棄物的濃度達到3-20%。接著，於混合槽(100)中進行含固液體有機廢棄物之有機物水解及酸化。為提升混合槽(100)中有機物之水解酸化的效率，較佳地可使用熱水槽(300)中的熱水以熱水管路使混合槽(100)的溫度保持於中、高溫(約30-60℃)。經混合均勻後，將含有濃度3-20%wt.固體之液體有機廢棄物經途徑(1011)送至CSTR反應槽(200)進行反應，產生沼氣和混合之沼液和沼渣。CSTR反應槽(200)反應所得的沼氣分別經途徑(2011)送至沼氣脫硫系統(70)

調勻程序(30)中剩下的液體有機廢棄物經途徑(311)送至厭氧池進行厭氧處理(40)將液體有機廢棄物中的的有機物分解轉化為生質燃料-沼氣，沼液和污泥。反應所得的沼氣經途徑(412)送至沼氣脫硫系統(70)。而厭氧處理完後的沼液經途徑411送至好氧池(50)進行好氧處理。好氧池(50)是利用活性污泥法，以好氧曝氣方式降解水中有機物。最後再將好氧處理過的液體有機廢棄物經途徑511送至沈澱池(60)進行沈澱。分離出污泥(61)，而放流水(62)符合放流的標準可直接放流。

傳統三段式處理方法將禽畜糞尿視為廢水，經過固液分離、厭氧、好氧處理去除其中豐富的有機質與營養鹽，使其最終濃度符合法規所訂定的排放標準才能排放至承受水體，以避免造成水體汙染及優養化，故稱為放流水。但此種作法既消耗大量能源，且無妥善利用禽畜糞中的營養肥份，與現今節能減碳以及資源循環再利用之發展趨勢背道而馳。而於民國一百零四年二月四日所修正公布之水污染防治措施及檢測申報管理辦法部分條文中說明：為強化風險預防管理及資訊公開，增訂沼液沼渣做為農地肥分資源化管理，以降低畜牧糞尿污染，因此規定明訂，畜牧糞尿進入厭氧發酵，一定天數後即可做為農地肥分。以上說明本發明流程所產出之沼液沼渣可作為液態肥料。

污泥(61)是在沈澱池(60)中伴隨產生的，而糞渣及污泥分別經堆肥及曬乾等流程處理後，才可作為肥料或用於土壤改質使用。

沼氣經沼氣脫硫系統(70)脫硫後，經管線711送至沼氣貯存槽(80)，再經管線(811)，送至沼氣發電系統(90)。沼氣發電系統(90)所發的電可回送至台電或由養殖場自行運用。沼氣發電系統(90)產生的熱水可送至熱水槽(300)。熱水槽(300)中的熱水可分別經管線(3011)和(3012)送至厭氧池(40)和混合槽(100)及CSTR反應槽(200)調節厭氧池(40)和混合槽(100)及CSTR反應槽(200)的溫度。較佳地，熱水槽(300)中的熱水可維持厭氧池(40)和混合槽(100)及CSTR反應槽(200)於中高溫。更佳地，熱水槽(300)中的熱水可維持厭氧池(40)和混合槽(100)及CSTR反應槽(200)於溫度30-60℃。

5‧‧‧採集之豬糞

10‧‧‧有機廢棄物(糞尿廢水)

20‧‧‧固液分離

21‧‧‧堆肥

211‧‧‧途徑

212‧‧‧途徑

30‧‧‧調勻池

312‧‧‧途徑

40‧‧‧厭氧處理

411‧‧‧途徑

412‧‧‧途徑

50‧‧‧好氧處理

511‧‧‧途徑

60‧‧‧沈澱池

61‧‧‧污泥

62‧‧‧放流水

70‧‧‧脫硫系統

711‧‧‧管線

80‧‧‧沼氣貯存槽

811‧‧‧管線

90‧‧‧沼氣發電系統

100‧‧‧混合槽

1011‧‧‧途徑

1012‧‧‧水源

1013‧‧‧熱源

200‧‧‧連續式攪拌槽反應器

2011‧‧‧管線

2012‧‧‧途徑

2013‧‧‧熱源

300‧‧‧熱水槽

3011‧‧‧管線

3012‧‧‧管線

圖1是傳統三段式廢水處理系統的流程圖。

圖2是無固液分離之廢水處理流程。

圖3是有豬廁所之畜牧場廢水處理流程。

圖4是本發明的流程圖。

圖5是本發明較佳實施例的流程圖。

以下實施例的目的只是進一步說明本發明，而不是用以限定本發明的範圍。

以我國5000頭豬的畜牧場為例，每日食用飼料及飲用水約可產生20噸之糞尿水，加上沖洗及清潔用水，約產生150噸之廢水(其中含固量TS約為2%wt.)。以下二表將以能源最大化的角度比較利用傳統三段式處理、無固液離、豬廁所和本發明等不同模式處理畜牧場的糞，尿，液體有機廢棄物生產沼氣的特性差異。根據以下二表可知，在本發明中，由於可經由精準之控制使廢水固定在高濃度TS含量，因此只需建置小型的CSTR系統，大幅減少整體設備之投資成本，且發電餘熱足以將系統於全年可維持在中溫或高溫(30~60℃)，因此不受氣候環境之影響，可穩定並持續地產生固定量之沼氣，可縮短整體投資回報之時程。同時依據本發明的方法，相對投資金額低且沼氣產量大且穩定，於5000頭猪畜牧場每天約可生產700-900立方米的沼氣，而無固液分離及猪廁所模式與本發明相比較，雖然產氣量僅略低，但系統會受環境氣候影響產氣量不穩定，且相對投資金額高出許多。而傳統三段式方法雖然相對投資金額低，但受環境氣候影響， 每天約僅可生產300-400立方米的沼氣。而與無固液分離及猪廁所模式不同，本發明除每天可穩定產生700-900立方米沼氣外，原三段式方式方法產生之沼氣可再整合入沼氣發電系統，達到能源最大化之目的。

處理和本發明方法處理的比較註：本發明之TS因可調整至3~20%之間任一固定濃度，於本案例中選取10%作為實例

Claims (11)

1. 一種提高畜牧場有機廢棄物沼氣生產量和穩定性的方法，包括下列步驟：a.收集畜牧場的糞，尿，液體有機廢棄物；b.固液分離，得到固體有機廢棄物和液體有機廢棄物；c.固體有機廢棄物送至混合槽，液體有機廢棄物送至調勻池；d.加入特定量的水至混合槽，使混合槽中混合物的固體濃度(TS)可維持在特定濃度，且提供一熱源至混合槽，使混合槽的溫度維持在中、高溫；e1.將調勻池的液體有機廢棄物送至厭氧池進行厭氧反應，產生沼氣，沼液和污泥；e2.步驟d的混合物送至一連續式攪拌槽反應器(Continuously Stirred Tank Reactor)進行反應產生沼氣、混合之沼液和沼渣，其中連續式攪拌槽反應器的溫度是以一熱源維持在中、高溫；f1.將步驟e1的沼液送至好氧池，進行好氧反應，得到二氧化碳、低濃度液體有機廢棄物和污泥；g1.步驟f1的低濃度液體有機廢棄物和污泥送至沈澱池進行沈澱，分離出污泥和液體放流水。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括：f2.將步驟e1和e2得到的沼氣分別送至沼氣脫硫系統，之後再將脫硫後的沼氣送至沼氣貯存槽；g2.將步驟f2沼氣貯存槽中的沼氣送至一沼氣發電系統進行發電，發電系統產生的熱可加熱生成熱水送至熱水槽貯存。
3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中 步驟e1的厭氧池是以一熱源維持在中、高溫。
4. 如申請專利範圍第2或3項中任一項之方法，其進一步包括；h.將熱水槽中的熱水分別送至混合槽，連續式攪拌槽反應器和厭氧池作為熱源，使混合槽，連續式攪拌槽反應器和厭氧池的溫度維持在中、高溫。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中步驟d的水可為步驟c調勻池中的液體有機廢棄物，或步驟g1的放流水，或一般自來水，地下水或事業廢棄水。
6. 如申請專利範圍第1項的方法，其中步驟a畜牧場的液體有機廢棄物的濃度範圍為0.1%-5%wt。
7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中步驟d混合物的固體濃度(TS)在3%-20%wt。
8. 如申請專利範圍第1項的方法，其中步驟d混合物的固體濃度(TS)在8%-12%wt。
9. 如申請專利範圍第1或3項的方法，其中步驟d,e1和e2的中、高溫是在30-60℃的範圍。
10. 如申請專利範圍第4項的方法，其中步驟h的中、高溫是在30-60℃的範圍。
11. 一種提高畜牧場有機廢棄物沼氣生產量和穩定性的方法，包括下列步驟：a.收集畜牧場的糞，尿，液體有機廢棄物；b.固液分離，得到固體有機廢棄物和液體有機廢棄物； c.固體有機廢棄物送至混合槽，液體有機廢棄物送至調勻池；d.從調勻池取特定量的液體送至混合槽，使混合槽中混合物的固體濃度(TS)可維持在3-20%wt，且加熱混合槽，使混合槽的溫度維持在30-60℃；e1.調勻池剩餘的液體有機廢棄物送至厭氧池進行厭氧反應，產生沼氣，沼液和污泥，其中厭氧池的溫度是維持在30-60℃；e2.步驟d的混合物送至一連續式攪拌槽反應器(Continuously Stirred Tank Reactor)進行反應產生沼氣、混合之沼液和沼渣，其中連續式攪拌槽反應器的溫度維持在30-60℃；f1.將步驟e1的沼液送至好氧池，進行好氧反應，得到二氧化碳、低濃度液體有機廢棄物和污泥；f2.將步驟e1和e2得到的沼氣分別送至沼氣脫硫系統，之後再將脫硫後的沼氣送至沼氣貯存槽；g1.步驟f1的低濃度液體有機廢棄物和污泥送至沈澱池進行沈澱，分離出污泥和液體放流水；g2.將步驟f2沼氣貯存槽中的沼氣送至一沼氣發電系統進行發電，發電系統產生的熱可加熱生成熱水送至熱水槽貯存；h.將熱水槽中的熱水分別送至混合槽，連續式攪拌槽反應器和厭氧池，使混合槽，連續式攪拌槽反應器和厭氧池的溫度維持在30-60℃。