TWI574924B - 以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種有機廢水處理方法及其產物，尤指以有機廢水製造含鉀有機肥料之方法及含鉀有機肥料。
有機廢水為食品加工業、造紙業等工業製程或是民生廢水中，經常會產生含有碳水化合物、蛋白質、油脂、木質素等有機物質的廢水，由於這些物質的分解過程需要消耗大量氧氣，若直接排放將威脅魚類和其他水生生物的生存，造成嚴重的環境污染。因此，如何妥善地處理這些有機廢水，且減少處理所需的化學藥劑，以降低對環境的污染，甚至進一步轉換為農業再利用之營養源，一直為產、官、學各界努力的目標。
有機廢水經傳統廢水生物處理後會形成有機性污泥，依據環保署廢管處針對2011年到2014年有機性污泥統計資料顯示(請參閱表1及表2)，於2014年時，國內有機性污泥申報量超過36萬公噸，其中又以紙漿廠回收廢紙所產生的紙漿污泥為最多，且紙漿廠回收廢紙之紙漿污泥於處理過程中須添加許多化學藥劑〔包括鋁鹽或鐵鹽混凝劑、氫氧化鈉(NaOH)酸鹼調整劑與高分子凝集劑(Polymer)〕。
如表2之環保署廢管處統計資料所示，2011年到2014年紙漿污泥佔國內有機性污泥總量之48~80%，形成如此龐大的污泥產量的主因，來自台灣特殊的環境背景，在國土保育政策之限制下，森林資源禁止砍伐利用，造成
國內原木漿來源均依賴進口，在原木漿取得不易及進口漿價成本較高的雙重影響下，導致台灣廢紙回收率達75%以上，纖維不斷重複回收過程中，無法再使用的纖維及製程中流失的化工填料衍生大量污泥，衍生的污泥含有大量有機成份及數量龐大，若缺乏適當處理方法將造成環境衛生問題及土地污染。
目前紙漿污泥國內外再利用方式包含：有機質肥料原料、保溫材料原料、防火建材原料、人工粒料原料、土壤改良、鍋爐燃料、水泥窯輔助燃料等，但皆無法有效根本解決有機污泥用於農業再利用，甚至於永續自然生態處理方式之問題。
有機廢水的處理方式，常見的方法之一是透過混凝、膠凝，主要係先調整該有機廢水的酸鹼值，接著在有機廢水中投入混凝劑，以在廢水裡形
成膠團，使膠團與廢水中的膠狀物質發生電中和，進而形成易於沉降的大顆粒而去除。
但上述有機廢水經處理過後，雖可大量減少污水的排放，但卻會殘留大量的有機性污泥，若以掩埋、焚化方式處理，將衍生土壤、水質和空氣污染問題。對此，目前有業者研發如中國專利編號CN102229461B「用蚯蚓處理造紙製漿污泥的方法及污泥與蚯蚓的分離方法」，包括如下步驟：先將造紙製漿污泥倒入污泥堆場，並將造紙製漿污泥堆成污泥處理床，接著在堆好的污泥處理床上投放蚯蚓，藉由蚯蚓吞食污泥消化後的蚓糞作為適合農作物生長的肥料。
惟上述前案仍有不足處有待改進，主要原因在於以一般有機廢水處理方式殘留的有機性污泥，仍含有不利於農作物生長的成份(例如有害的重金屬、化學藥劑等)，而無法有效提供後續作為堆肥、有機肥料、土壤改良劑、培養土等再利用之營養源，以致於有機肥料之再利用明顯受到限制，實用性仍有待改進克服。
爰此，為使有機廢水可製造更為適合作物生長的有機肥料，本發明人遂提出一種以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，包含下列步驟：
前處理步驟：將含鉀之一酸鹼值調整劑加入該有機廢水並加以攪拌，以將該有機廢水之酸鹼值調整至鹼性，再將成份包含澱粉之一天然凝集劑加入該有機廢水並加以攪拌，使該有機廢水進行一膠凝作用，再將該有機廢水藉由一壓濾器進行壓濾，而形成一有機污泥；生物轉化步驟：以該有機污泥餵食至少一蚯蚓，以將該至少一蚯蚓排出含鉀之一蚓糞作為該含鉀有機肥料。
進一步，該前處理步驟中，該有機廢水為一廢紙漿。
進一步，該前處理步驟中，該酸鹼值調整劑包含一氫氧化鉀，以將該有機廢水之酸鹼值調整至8至10。
進一步，該前處理步驟中，係以200rpm至400rpm的速度攪拌，持續至少10min，使該有機廢水之酸鹼值被調整至鹼性。
進一步，該前處理步驟中，係以30rpm至200rpm的速度攪拌，持續至少10min，以進行該膠凝作用。
進一步，該前處理步驟中，該天然凝集劑的含量為20mg/L至100mg/L。
進一步，該前處理步驟中，該天然凝集劑係先與溫度為60℃~100℃的水混合再加入該有機廢水。
進一步，該澱粉係為下列之一或多者：米澱粉、木薯澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉、小麥澱粉、陽離子澱粉。
進一步，於該生物轉化步驟中，該有機污泥係混合一遠紅外線材或裝入含有該遠紅外線材的一容器。
進一步，於該生物轉化步驟中，該有機污泥的含水率60%至85%，該有機污泥係先混合一重量百分比2%至10%之間的遠紅外線材、及一重量百分比0%至20%之間的土壤，再餵食前述蚯蚓。
本發明亦為一種含鉀有機肥料，係以下列步驟製成：前處理步驟：將含鉀之一酸鹼值調整劑加入該有機廢水並加以攪拌，以將該有機廢水之酸鹼值調整至鹼性，再將成份包含澱粉之一天然凝集劑加入該有機廢水並加以攪拌，使該有機廢水進行一膠凝作用，再將該有機廢水藉由一壓濾器進行壓濾，而形成一有機污泥；生物轉化步驟：以該有機污泥餵食至少一蚯蚓，以將該至少一蚯蚓排出含鉀之一蚓糞作為該含鉀有機肥料。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.於有機廢水處理過程中選擇添加不含鋁鹽與鐵鹽的混凝劑，即可使後續的有機肥料無任何金屬成分，更為適合農作物生長以及減少經由生物鏈累積金屬含量之疑慮。
2.於有機廢水直接添加氫氧化鉀與天然凝集劑，不僅處理流程比一般添加氫氧化鈉(NaOH)更快速、減少化學混凝劑與黏結劑使用、降低成本與縮短時間，且富含農業再利用所需營養源之鉀成分，達成生態循環供應鏈與永續生物處理流程。
3.由於直接於有機廢水處理的過程一併進行藥劑成份的調整與取代，因此可有機肥料的生產成本(降低成本)，而餵食有機污泥後的蚯蚓及蚓糞亦可用於販售而增加商業利益(創造價值)。
4.有機污泥可混合遠紅外線材或裝入含遠紅外材之容器，以利用遠紅外線促進蚯蚓生長繁殖。
(1)‧‧‧酸鹼值調整劑
(3)‧‧‧天然凝集劑
(4)‧‧‧壓濾器
(5)‧‧‧蚯蚓
(S01)‧‧‧前處理步驟
(S02)‧‧‧生物轉化步驟
(A)‧‧‧有機廢水
(A1)‧‧‧有機污泥
[第一圖]係本發明實施例之步驟流程方塊圖。
[第二圖]係本發明實施例之製造流程示意圖。
綜合上述技術特徵，本發明以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法及其有機肥料的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
以下請參閱第一圖搭配第二圖，係揭示本發明實施例以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，包含下列步驟：
前處理步驟(S01)：不添加傳統有機廢水的處理方式所使用的混凝劑，直接將一酸鹼值調整劑(1)(例如為氫氧化鉀)加入該有機廢水(A)，並加以200rpm至400rpm的速度攪拌持續至少10min，以將該有機廢水(A)之酸鹼值調整
為8至10鹼性範圍，該有機廢水(A)於本實施例為一廢紙漿，但並不以此為限，亦可以是酒精蒸餾廢液、酵母廠廢水、豆製品廠廢水等。
再將一天然凝集劑(2)加入該有機廢水(A)並以30rpm至200rpm的速度慢速攪拌持續至少10min，使前述有機廢水(A)進行一膠凝作用。該天然凝集劑(3)之含量於本實施例為1g/L至15g/L，而該天然凝集劑(3)成份詳細而言係包含澱粉，該澱粉例如係取自米澱粉、木薯澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉(starch)、小麥澱粉、改質後陽離子澱粉。其中該米澱粉例如從廢熟食材(廚餘，kitchen waste)經初步篩選的米飯、粥、漿糊之任一或組合。其中，該天然凝集劑係先與溫度為60℃~100℃的水混合再加入該有機廢水。
再將該有機廢水(A)藉由一壓濾器(3)進行壓濾，而形成一有機污泥(A1)，該有機污泥(A1)的含水率為60%至85%。
生物轉化步驟(S02)：以該有機污泥(A1)，混合遠紅外線材(重量百分比2%至10%)或裝入含遠紅外線材之陶土容器，並與土壤摻配(重量百分比0%至20%)後餵食複數蚯蚓(4)，以將該複數蚯蚓(4)之蚓糞作為該有機肥料。藉由上述流程，不僅讓有機廢水的處理流程快速，也進一步減少化學混凝劑與黏結劑使用、降低處理成本與縮短處理時間，且讓有機肥料富含農業再利用所需營養源之鉀成分，以供後續作為堆肥、有機肥料、土壤改良劑、培養土等使用。此外可藉由遠紅外線材之遠紅外線促進蚯蚓生長繁殖，而餵食後的蚯蚓亦可做為魚餌等利用，達成永續的生態循環供應鏈。
由於本實施例中係於紙漿廢水處理過程中選擇不添加混凝劑，直接以氫氧化鉀作為混凝與酸鹼調整劑，由於氫氧化鉀分子量為56，大於一般氫氧化鈉40，因此沉降快速，效果明顯。一方面不僅快混時間大幅縮短、處理成本降低，降低有機肥料的生產成本，以提高有機肥料的實用價值，另一方面可有效提供農作物豐富的鉀營養源，而更適合用於農業後續再使用。
以下，進行原始紙漿廢水與原始紙漿污泥取樣分析金屬項目，證明經本實施例有機廢水製造有機肥料之方法的功效。
實驗1為一般紙漿廢水處理方式，作為對照組並進行實驗2直接添加氫氧化鉀，調整紙漿廢水pH達到9.2與天然凝集劑玉米澱粉(starch)以及實驗3直接添加氫氧化鉀，調整紙漿廢水pH達到10.0與天然凝集劑之太白粉(cornstarch)，其中，該太白粉係先與溫度為60℃~100℃的水混合再加入該有機廢水。取代原有廢水處理添加的化學藥劑，包含多元氯化鋁(PAC)與高分子凝集劑(polymer)，3項實驗與分析結果彙整如表3所示。
上述實驗證明，對照實驗1，其實驗2與實驗3其有機污泥之含鉀量大幅增加，是由添加氫氧化鉀所導致，且隨pH增加，所添加的氫氧化鉀相對增加，有機污泥中之含鉀量相對增加。快混沉降時間由實驗1(對照組)的整體26分鐘，大幅下降至實驗2的14分鐘，與實驗3的12分鐘，實驗證明實驗2與實驗3不添加PAC藥劑，不僅快混時間大幅減少，沉降速度更快，且隨著pH值增加而增快，由實驗2的14分鐘再縮短至實驗3的12分鐘，並提供土壤所需之鉀營養源。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(S01)‧‧‧前處理步驟
(S02)‧‧‧生物轉化步驟
Claims (8)
- 一種以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，包含下列步驟：前處理步驟：將含鉀之一酸鹼值調整劑加入該有機廢水並加以攪拌，以將該有機廢水之酸鹼值調整至鹼性，再將成份包含澱粉之一天然凝集劑加入該有機廢水並加以攪拌，使該有機廢水進行一膠凝作用，再將該有機廢水藉由一壓濾器進行壓濾，而形成一有機污泥；生物轉化步驟：以該有機污泥餵食至少一蚯蚓，以將該至少一蚯蚓排出含鉀之一蚓糞作為該含鉀有機肥料，於該生物轉化步驟中，該有機污泥的含水量60%至85%，該有機污泥係先混合一重量百分比2%至10%之間的遠紅外線材、及一重量百分比0%至20%之間的土壤，再餵食前述蚯蚓。
- 如申請專利範圍第1項所述之以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，該前處理步驟中，該有機廢水為一廢紙漿。
- 如申請專利範圍第1項所述之以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，該前處理步驟中，該酸鹼值調整劑包含一氫氧化鉀，以將該有機廢水之酸鹼值調整至8至10。
- 如申請專利範圍第1項所述之以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，該前處理步驟中，係以200rpm至400rpm的速度攪拌，持續至少10min，使該有機廢水之酸鹼值被調整至鹼性。
- 如申請專利範圍第1項所述之以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，該前處理步驟中，係以30rpm至200rpm的速度攪拌，持續至少10min，以進行該膠凝作用。
- 如申請專利範圍第1項所述之以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，該前處理步驟中，該天然凝集劑的含量為1g/L至15g/L。
- 如申請專利範圍第1項所述之以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，其中，該澱粉係為下列之一或多者：米澱粉、木薯澱粉、馬鈴薯澱粉、玉米澱粉、小麥澱粉。
- 如申請專利範圍第1項所述之以有機廢水製造天然富含鉀有機肥料之方法，其中，該天然凝集劑係先與溫度為60℃~100℃的水混合再加入該有機廢水。
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