TW202302238A - 生物性廢棄物無害化處理方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種生物性廢棄物無害化處理方法，包含有以下步驟：（a）投入至少一種生物性廢棄物至一攪拌槽中；（b）讓該攪拌槽在28-55℃之間，水份含量60-90%，含氧量每公升2-8百萬分率（ppm/L），以每分鐘150-3500轉的轉速攪拌該生物廢棄物2-4小時；（c）將攪拌槽內的臭氣以每分鐘12-25立方公尺（m ³/min）的速率抽吸通過一生物濾床，使臭氣停留於生物濾床內約90-150秒，進行生物除臭反應；（d）維持該生物濾床的濕度在50-70%，溫度在28-55℃；以及（e）收集反應後的該生物性廢棄物，進行後續再利用處理程序。藉此快速完成生物性廢棄物的均質化、充分發酵分解，同時排除廢棄空氣惡臭味，進而達到節能減碳的優異效果。

Description

生物性廢棄物無害化處理方法

本發明係關於一種生物性廢棄物處理技術，特別是指一種生物性廢棄物的無害化處理方法。

生物性廢棄物包含動、植物的廢渣、廚餘、農業廢棄物、畜牧業廢棄物、食品製造與加工廢棄物、飲料製造與加工廢棄物、酒類釀造與加工廢棄物以及製糖廢棄物等等，是所有廢棄物當中相當龐大的一個類別，但也是所有廢棄物中，能夠有效轉化為綠農地肥料以及土地改良等用途進行再次利用，達到綠化環境效果的一個特殊類別。

然而，這些生物性廢棄物在處理上有兩個主要的問題。第一是這些廢棄物包含了很多不同種類的生物性物質在內，例如果菜殘渣、植物渣粕、動物碎塊、廢酒糟、禽畜糞尿以及食品加工污泥等等，而這些廢棄物內有機質的均質化程度與含水量不一，若是直接將這些廢棄物投入有機肥料的製程中，會影響堆肥發酵作用的進行。再者，這些生物性廢棄物往往帶有相當嚴重的腐爛臭味，不論是搬運、堆放，以及後續堆肥儲放、腐爛或焚化的過程中，都會造成環境污染、大量碳排放、耗費能源以及各個環節點上處理業者相當大的困擾。

因此，在生物性廢棄物進行再利用前，若能經過適當的處理，一方面能夠加速後續堆肥或有機肥料製程流程的效率，二來也能夠減低臭味對環境的汙染，三者更能夠節能減碳。

有鑑於此，本發明的目的在於提供一種生物性廢棄物無害化處理方法，能提供一個穩定的環境，透過有效率的攪拌與混合機制，快速的完成均質化以及完全發酵，同時除去反應過程中的臭氣，而達到節能減碳的效果。

為達成前述目的，本發明提供一種生物性廢棄物無害化處理方法，包含有以下步驟：（a）投入至少一種生物性廢棄物至一攪拌槽中；（b）讓該攪拌槽在28-55℃之間，水份含量60-90%，含氧量大於每公升2-8百萬分率（ppm/L），以每分鐘150-3500轉的轉速攪拌該生物廢棄物2-4小時；（c）在過程中將攪拌槽內的發酵分解產生氣體以每秒12-25立方公尺（m ³/sec）的速率抽吸通過一生物濾床，使臭氣停留於生物濾床內約90-150秒，進行生物分解除臭反應；（d）維持該生物濾床的濕度在50-70%，溫度在28-55℃；以及（e）收集反應後的該生物性廢棄物，進行後續再利用處理程序。

透過上述步驟，本發明所提供的生物性廢棄物無害化處理方法，能夠在短的時間內，快速完成均質化以及充分的發酵，在處理的過程中，同時進行除臭反應，進而減少碳排放以及處理過程中的能源消耗。

請參見第1、2圖，本發明一實施例提供之生物性廢棄物無害化處理方法包含有步驟S10、S20、S30、S40以及S50。

首先，步驟S10是投入至少一種生物廢棄物至一攪拌槽10中。這些生物性廢棄物包含了有果菜殘渣、植物渣粕、動物碎塊、廢酒糟、禽畜糞尿以及食品加工污泥等等，通常投入的時候，這些生物廢棄物的水份含量通常約大於或等於40%，並且大小通常約10目以上，如果是食品加工污泥，甚至是黏稠難以攪動。

接著，步驟S20是讓攪拌槽10內的反應物的溫度位在28-55℃之間，水份含量60-90%，含氧量大於每公升2-8百萬分率（ppm/L），以每分鐘150-3500轉的轉速攪拌生物廢棄物2-4小時。由於不同生物性廢棄物的黏稠度與顆粒大小有很大的不同，上述轉速可以區分為5-60赫茲（Hz）的低轉速，以及60-120赫茲（Hz）的高轉速兩種設定模式，藉此可以使用不同的轉速來處理各種不同性質的生物性廢棄物，達到完全均質化以及有利微生物充分繁殖與擴菌的效果，同時還能縮短運作時間。透過溫度、水份、含氧量以及轉速等等條件的配合，更能進一步依照生物廢棄物的種類如動物性或植物性，在本說明書所涵蓋的條件下搭配不同的菌種組合，能夠讓這些生物廢棄物在一個最佳的反應條件下進行完全的發酵作用。

在本案中，步驟S20還包含有投入以下微生物群組內的一種或多種：脫硫弧菌屬（ Desulfovibrio）、脫硫球菌屬（ Desulfococcus）、脫硫線菌屬（ Desulfonema）、除硫單胞菌屬（ Desulfuromonas）、芽孢桿菌屬（ Bacillus.spp ）、嗜熱球菌（ Streptococcus spp ） ，乳酸桿菌屬 （ Lactobacillus spp ）、念珠菌屬（ Candida spp ） ，瓜氏畢次赤酵母 （ Pichia guilliermondii ）。

在本案中，如第2圖所示，攪拌槽10可以是一個整體為圓桶狀的槽體結構，這些生物性廢棄物可以從進料口11加入槽內進行反應，再從出料口12取出。攪拌槽10還可以具有一攪拌片13以及至少二渦流片14。攪拌片13設置在攪拌槽10底部，並且透過一個變頻馬達20來驅動，可以利用變頻馬達20不同的轉速來處理各種不同性質的生物性廢棄物。渦流片14是與側壁面垂直或斜向突出的長直片體，設置在攪拌槽10的側壁面上，渦流片14依攪拌槽10容量可設置二至八片，各該渦流片14之間相互平行且對稱等距間隔設置在攪拌槽10的側壁面，若生物廢棄物的型態越黏稠，或是攪拌槽10容量越大，則所需要的渦流片14數量便要越多，以達到良好的攪拌效果。利用攪拌片13以及渦流片14的設置，能夠大幅提昇均勻攪拌的效率，增加當中物料分子與空氣的接觸面積，也加速發酵作用的反應。

在本案中，還可以設置有相互連通的鼓風機30、空壓桶40以及飽和氧儲水桶50，利用鼓風機30將空氣與氧氣持續打入空壓桶40以及飽和氧儲水桶50內，然後透過儲存壓力為4-6公斤（Kg）之間的空壓桶40，在攪拌過程中持續打入每分鐘8-15立方公尺（m ³/min）的空氣，由於生物性廢棄物的黏稠特性，因此需要一定的壓力才能將充足的空氣與氧氣持續且穩定的輸入攪拌槽10內以促進反應的進行，而飽和氧儲水桶50內則是儲存有含氧量每公升7.56-8.25毫克（mg/L）的飽和含氧水，而能夠在攪拌的過程中加入這些飽和氧水，一方面是調整攪拌槽10中生物廢棄物的水份含量，二方面也是藉由水中的飽和氧氣，快速且均勻地混合融入於攪拌中的生物廢棄物，以達到完全均質化以及微生物充分發酵的效果，第三則由於飽和氧儲水桶50與攪拌槽10的壓力大小不同，飽和溶氧水注入攪拌槽10時會因為壓差關係而逸損氧氣，此時便可藉由空壓桶40輸入的空氣補充逸損的氧氣。

在本案中，攪拌槽10還可以設置有溫度計15、加熱棒16、抽風機17、氨檢測計18 、硫化氰檢測計181以及第一溶氧感測計19，溫度計15用以監控攪拌槽10內的反應溫度，加熱棒16則用以維持攪拌槽10內的溫度位在28-55℃，抽風機17則將攪拌槽10中的臭氣以每分鐘12~25立方公尺（m ³/min s）的速率排出並且保持攪拌槽10中空氣的流動，氨檢測計18及硫化氰檢測計181另設置在攪拌槽10與下一步驟中的一生物濾床60之間的一個連通管路70，來量測攪拌槽10中的氨氣與硫化氰濃度，第一溶氧感測計19則用以感測與監控攪拌槽10內反應中生物廢棄物的溶氧量，以維持反應中生物廢棄物內的溶氧量維持在每公升2-8百萬分率（ppm/L）。

步驟S30是將攪拌槽10內的臭氣以每分鐘12-25立方公尺（m ³/min）的速率抽吸通過一生物濾床60，使臭氣停留於生物濾床60內約90-150秒，進行生物除臭反應。如第2圖所示，在一個較佳實施例中，攪拌槽10與生物濾床60之間的連通管路70讓攪拌槽10內的臭氣導通到生物濾床60內進行除臭步驟。其中，生物濾床60包含有一第一生物過濾層61、一第二生物過濾層62以及一第三生物過濾層63，透過連接連通管路70的抽風機17將攪拌槽10中生物廢棄物的臭氣直接輸送到生物濾床60下方空間67當中，這些臭氣依序由空間25 流過第一生物過濾層61、第二生物過濾層62以及第三生物過濾層63，其中第一生物過濾層61的材料可為火山岩石、珊瑚砂、麥飯石、生物濾材或貝殼等多孔性濾材，第二生物過濾層62放置有吸水、透氣且不易腐爛的松木皮、楊柳皮、山毛櫸皮、灌木樹皮等含有多元酚類化合物的天然植物性濾材，第三生物過濾層63則是放置有木屑片、切短稻桿、小麥桿等多孔、保濕且透氣良好的天然植物性濾材。

在本案中，步驟S20攪拌槽10還包含有在第一生物過濾層61、第二生物過濾層62以及第三生物過濾層63投入一種或多種微生物組合，包含經選樣培養純化菌種，如亞硝基胞屬（ Nitrosomonas），硝化菌屬（ Nitrobacter），亞硝基螺旋菌屬（ Nitrosospira），偽單胞菌屬（ Pseudomonas），產鹼菌屬（ Alcaligenes）。

在一個較佳實施例中，生物濾床60設置有排氣機80，排氣機80設置在生物濾床60的排氣管路68，透過排氣機80持續以前述條件每分鐘12~25立方公尺（m ³/min）的速率進行抽吸，由於抽風機17是以每分鐘12-25 立方公尺（m ³/min）的速率將攪拌槽10中的臭氣抽出進入到生物濾床60，而帶動生物濾床60內的空氣依照順序留經過第一生物過濾層61、第二生物過濾層62以及第三生物過濾層63，並且在生物濾床60內停留進行除臭反應。再者，第一生物過濾層61、一第二生物過濾層62以及一第三生物過濾層63之間可以如網狀板般開設有數個通氣孔，以方便氣流流動。而為了方便更換濾材，生物濾床60更可以包含有可以抽取的一第一抽屜64、一第二抽屜65以及一第三抽屜66，第一生物過濾層61放置在第一抽屜64內，第二生物過濾層62放置在第二抽屜65內，第三生物過濾層63放置在第三抽屜66內。

步驟S40維持生物濾床60的濕度在50-70%，溫度在28-55℃。這樣的濕度和溫度，提供了一個適當的生長條件讓生物除臭反應所需要的微生物附著並且生長在第一生物過濾層61、一第二生物過濾層62以及一第三生物過濾層63的濾材上面，同時在第一生物過濾層61、一第二生物過濾層62以及一第三生物過濾層63的濾材上形成一個進行生化反應的場所。而根據申請人的實際測試，經過除臭反應後所排出的氣體，其氨含量由原本約1000百萬分率（ppm）以上減少至約10百萬分率（ppm）以下，硫化氰含量則減少至約5百萬分率（ppm）以下。

如第2圖所示，在一個較佳實施例中，生物濾床60還可以設置有一第一噴霧器90、一打氣機100、一第一溫度計110、一濕度計120、一第二溫度計130、一氨檢測計140、硫化氰檢測計141、一第二噴霧器150以及一加溫器160以及第二溶氧感測計170。其中，第一噴霧器90、打氣機100和第一溫度計110都裝設於連通管路70，第一噴霧器90可以將水霧噴入從攪拌槽10中導送進入生物濾床60的臭氣當中，除了藉此調節臭氣的相對濕度之外，還能夠同時讓水霧和臭氣一併被帶入生物濾床60，使得各個生物過濾層中的濾材能夠滿足生物濾床的基本條件與含水量，而臭氣也能夠快速的溶入水霧當中，進而附著在各個生物過濾層上，進行除臭分解的反應，而打氣機100是以每分鐘12-25 立方公尺（m ³/min）的速率持續將新鮮空氣送入生物濾床60中增加反應效率，特別是原本排氣機80和抽風機17是以每分鐘12~25立方公尺（m ³/min）的速率進行抽吸和排出，再加上打氣機100送入的新鮮空氣後，氣體量進多出少，而在生物濾床60內形成正壓，進而帶動空氣在生物濾床60內停留進行除臭反應，第一溫度計110則是用來檢測從攪拌槽10中抽取的臭氣進入生物濾床60時候的溫度。濕度計120和第二溫度計130則分別設置於生物濾床60內，濕度計92是用來監控生物濾床60內的濕度，第二溫度計91則是用來監控生物濾床60內的溫度。氨檢測計140和硫化氰檢測計141裝設於排氣管路68，用來檢測經過除臭反應的氣體中氨與硫化氰的含量。第二噴霧器150裝設在生物濾床60的頂蓋上，用以對生物濾床60內的濾材加濕，調整濾材的濕度，避免濾材過度乾燥。各個生物過濾層中滴落的廢水，則會從生物濾床60的廢水溢流口69排出。加溫器160則是裝設於連通管路70，並且位於第一噴霧器90以及打氣機100之間，藉此控制進入生物濾床60內空氣的溫度在28-55℃之間。溶氧感測計170則是設置於生物濾床60的頂蓋上，用以監控生物濾床60內的含氧量，維持反應過程中具有充分的氧氣。

如第3圖所示，更包含有一控制器180，控制器180電性連接變頻馬達20、鼓風機30、空壓桶40、飽和氧儲水桶50、溫度計15、加熱棒16、第一溶氧感測計19、第一噴霧器90、打氣機100、第一溫度計110、濕度計120、第二溫度計130、第二噴霧器150、加溫器160以及第二溶氧感測計170。透過控制器180，可利用電路設計或軟體程式，監控攪拌槽10和生物濾床60內的溫度、含水量、濕度和溶氧量，當攪拌槽10內的溫度、含水量和溶氧量高於或低於預設的範圍值時，控制器180便會啟動或停止鼓風機30、空壓桶40、飽和氧儲水桶50或加熱棒16，來達到自動控制溫度、含水量和溶氧量，同時當生物濾床60內的溫度、濕度和溶氧量高於或低於預設的範圍值時，控制器180便會啟動或停止第一噴霧器90、打氣機100、第二噴霧器150、加溫器160，來達到自動控制溫度、濕度和溶氧量，藉此完成全自動化的反應環境控制。

步驟S50收集反應後的生物性廢棄物，進行後續再利用處理程序。處理完成的生物性廢棄物，可以從攪拌槽10底的出料口12取出，透過均質化、充分供氧與充分發酵處理之後，讓有機質充分裂解，而這些生物廢棄物的平均物料顆粒大小從原本的約10目以上分解到小於或等於80目，均質化與發酵過程的臭氣也已經透過除臭反應去除掉。由於這些濾床上濾材經多次使用後，因接種微生物，能夠直接投入作為後續有機肥料製程的原料，進而製作成為有機質肥料，或是直接作為土壤改良劑，也可以經過再加工分解後製作為有機液肥。

透過上述說明，本發明所提供的生物性廢棄物無害化處理方法，提供了一個具有充分含氧量與水份的穩定環境，並且利用均勻攪拌，而能夠在很短的時間內，快速完成生物性廢棄物均質化以及充分的發酵，以便進行後續的堆肥與其他再利用。特別是在過程當中，這些生物性廢棄物的臭氣完全被導通出來進行除臭，因此即便是在處理的過程中，也完全不會造成環境的汙染，而能夠達到環保的要求。特別是相較於傳統堆肥和焚化處理的方式，本發明能夠在密閉環境中快速地完成微生物的發酵並分解有機質，更能夠節省大量的能源，進而達到節能減碳的優異效果。

在此必須說明，以上配合圖式所為之詳細描述，僅係為了說明本發明之技術內容及特徵而提供之一實施方式，凡在本發明領域中具有一般通常知識之人，在瞭解本發明之技術內容及特徵之後，於不違背本發明之精神下，所為之種種簡單之修飾、替換或構件之減省，皆應屬於本發明所揭示之申請專利範圍之內。

S10、S20、S30、S40、S50:步驟 10:攪拌槽 11:進料口 12:出料口 13:攪拌片 14:渦流片 15:溫度計 16:加熱棒 17:抽風機 18:氨檢測計 181:硫化氰檢測計 19:第一溶氧感測計 20:變頻馬達 30:鼓風機 40:空壓桶 50:飽和氧儲水桶 60:生物濾床 61:第一生物過濾層 62:第二生物過濾層 63:第三生物過濾層 64:第一抽屜 65:第二抽屜 66:第三抽屜 67:下方空間 68:排氣管路 69:廢水溢流口 70:連通管路 80:排氣機 90:第一噴霧器 100:打氣機 110:第一溫度計 120:濕度計 130:第二溫度計 140:氨檢測計 141:硫化氰檢測計 150:第二噴霧器 160:加溫器 170:第二溶氧感測計 180:控制器

第1圖為本發明一實施例提供之生物性廢棄物無害化處理方法的流程圖。 第2圖為本發明一實施例提供之生物性廢棄物無害化處理方法的系統示意圖。 第3圖為本發明另一實施例提供之生物性廢棄物無害化處理方法的控制器連接示意圖。

S10、S20、S30、S40、S50:步驟

Claims (15)

1. 一種生物性廢棄物無害化處理方法，包含有以下步驟： （a） 投入至少一種生物性廢棄物至一攪拌槽中； （b） 讓該攪拌槽在28-55℃之間，水份含量60-90%，含氧量維持每公升2-8百萬分率（ppm/L），以每分鐘150-3500轉的轉速攪拌該生物廢棄物2-4小時； （c） 將攪拌槽內的臭氣以每分鐘12-25立方公尺（m ³/min）的速率抽吸通過一生物濾床，使臭氣停留於生物濾床內約90-150秒，進行生物除臭反應； （d） 維持該生物濾床的濕度在50-70%，溫度在28-55℃，各生物濾床溶氧量維持每公升2-8百萬分率（ppm/L）； （e） 收集反應後的該生物性廢棄物，進行後續再利用處理程序。
2. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，步驟（b）中，該攪拌槽具有一組攪拌片以及二至八個渦流片。
3. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，步驟（b）中，同時在攪拌過程中持續打入每分鐘8-15立方公尺（m ³/min）的空氣。
4. 如請求項2所述的生物性廢棄物無害化處理方法，係利用壓力為4-6公斤（Kg）的空壓桶進行打氣。
5. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，在步驟（b）中加入含氧量為每公升7.56-8.25毫克（mg/L）的飽和氧水，以調整該攪拌槽中該生物廢棄物的水份含量與含氧量。
6. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，在步驟（b）還包含有投入以下微生物群組內的一種或多種：脫硫弧菌屬（ Desulfovibrio）、脫硫球菌屬（ Desulfococcus）、脫硫線菌屬（ Desulfonema）、除硫單胞菌屬（ Desulfuromonas）、芽孢桿菌屬（ Bacillus.spp）、嗜熱球菌（ Streptococcus spp ） ，乳酸桿菌屬（ Lactobacillus spp） 、念珠菌屬（ Candida spp） ，瓜氏畢次赤酵母（ Pichia guilliermondii）。
7. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，在步驟（c）中以每分鐘12-25 立方公尺（m ³/min）的速率持續將新鮮空氣送入該生物濾床。
8. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，步驟（c）中，該生物濾床包含有一第一生物過濾層、一第二生物過濾層以及一第三生物過濾層，該臭氣依序流過該第一生物過濾層、該第二生物過濾層以及該第三生物過濾層。
9. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，其中該第一生物過濾層為火山岩石、珊瑚砂、麥飯石、生物濾材或貝殼。
10. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，其中該第二生物過濾層為松木皮、楊柳皮、山毛櫸皮或灌木樹皮。
11. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，其中該第三生物過濾層為木屑片、稻稈或小麥稈。
12. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，步驟（c）中除臭反應後的氣體，其氨含量小於或等於10百萬分率（ppm）。
13. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，步驟（c）中除臭反應後的氣體，其硫化氰含量小於或等於5百萬分率（ppm）。
14. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，步驟（c）中還包含有在該第一生物過濾層、該第二生物過濾層以及該第三生物過濾層投入以下微生物群組內的一種或多種：亞硝基胞屬（ Nitrosomonas）、硝化菌屬（ Nitrobacter）、亞硝基螺旋菌屬（ Nitrosospira）、偽單胞菌屬（ Pseudomonas），產鹼菌屬（ Alcaligenes）。
15. 如請求項1所述的生物性廢棄物無害化處理方法，步驟（d）中處理後的該生物廢棄物，其平均物料大小約小於或等於80目。

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