廢污水處理綠色轉型 新興廢水處理技術應用平台

適用行業及污染物(濃度)

以畜牧場豬糞尿為固定料源外，再選擇果菜廢棄物為輔助基質，醱酵系統的合適進料TS濃度範圍為5~10%。

技術原理

國內養豬畜牧場，大多數有畜牧廢水處理效率不佳與臭味逸散問題。目前國內亦有一部分畜牧業者投入廢水與沼氣發電，將畜牧業之廢水與糞尿有機固體廢棄物，結合厭氧醱酵系統後，利用沼氣進行脫硫與發電，但在程序與操作上仍會產生問題，如厭氧醱酵系統操作效率、沼氣脫硫效果不佳影響發電機設備、沼渣沼液去向等問題。因此，藉由本整合技術將針對上述問題，進行穩定操作高效混合料源共醱酵系統，再搭配容易操作的生物脫硫系統，減低硫化氫造成發電機組故障之機率，延長發電系統壽命及降低其操作成本，改善畜牧業現況問題，達到永續環境與循環經濟之雙贏。

技術概述

• 「高效能厭氧醱酵技術」：由料源前處理、酸化及厭氧醱酵等單元組成，將料源進行超音波水解，提高微生物利用率。高效能厭氧醱酵技術是透過厭氧微生物群落的協同作用轉化有機質，區分為水解段、酸化段與甲烷化段反應，由酸化菌負責將物料進行水解酸化反應，並利用特定的消化酶轉化為簡單化合物，再利用甲烷菌將揮發酸及氫氣進行生化反應，最終形成甲烷、二氧化碳及少許硫化氫之產物。此外，採用菌群優化的方法，挑選合適的微生物植種來源，輔以穩定進料，提升厭氧優勢菌種的占比與分布，可使醱酵系統獲得最大產氣量。另外，添加甲烷化反應關鍵基質(甲基2-巰基乙磺酸(methyl-coenzyme M, Methyl-CoM))，以及添加菌群間電子傳遞鏈的導電物質(direct interspecies electron transfer, DIET)，刺激甲烷菌的甲烷生成酵素活性，提高甲烷產量、純度與比例。
• 「低能耗脫硫技術」：將厭氧醱酵產生的沼氣引入「兩段式可再生低能耗脫硫技術」進行沼氣脫硫，首先以生物滴濾塔作為生物脫硫程序，採用多孔性BioNET®擔體，可提供廣大表面積作為自營性硫氧化菌附著、增殖之介質，以達到去除沼氣中硫化氫之目的。生物脫硫單元以形成硫酸根離子方式操作，避免硫磺固體阻塞反應器，並搭配簡易清洗流程，具有高效率、高穩定性、操作簡易、沼氣品質穩定、高硫化氫處理負荷和無二次污染物等特點。接續導入可再生型化學除硫單元，將沼氣中硫化氫濃度進一步降至約10 mg/L，脫硫後的沼氣引入儲存袋儲存，供後段發電系統使用。
• 「AI/IoT雲端智慧系統」：進行異質資料彙集及雲端資訊整合平台之需求分析、異質資料彙集之擷取與暫存單元設計，AI/IoT雲端智慧系統是以網頁方式展示整個模廠各單元的相關資訊，網頁是以採用響應式的方式設計，可使用不同尺寸的螢幕來進行遠端監。AI/IoT雲端智慧系統的網頁內容，包括首頁(index)、管線(scada)、各單元參數、資料曲線圖(chart)、狀態警告紀錄(log)、資料上傳(upload)、累進統 (accumulate)、遠端控制(remote)等，分別提供總覽、單元、統計、管線、匯入與控制等六項次層網頁功能，顯示整體運作狀態(沼氣產量及總發電量)與各子系統單元運作相關參數。

重要操作參數

• 「高效率厭氧醱酵技術」分為水解酸化段與甲烷醱酵階段，分成獨立不同的單元進行操作。酸化單元水力停留時間為4天，酸化段酸化菌負責將物料進行水解酸化反應，pH控制於5.0~5.5之間。甲烷醱酵水力停留時間為20天，pH控制於7.5。
• 「低能耗脫硫技術」包括兩段式可再生沼氣脫硫程序，將厭氧系統產生的沼氣首先導入生物滴濾塔，並以發電機廢熱進行回收加熱成恆溫式生物脫硫系統，其由一圓柱管柱脫硫槽及一水循環槽包含生物製劑組成，以穩定生物處理效能。接續再導入可再生型化學除硫單元，主要由2~4支吸附塔及再生系統組成，再將沼氣中硫化氫濃度降至約10 mg/L。脫硫效果優劣關鍵在於生物脫硫塔之操作條件，硫化氫進氣濃度為6,000~8,000 ppmv，導入生物脫硫生物載體、污泥植種與營養鹽特定配比，操作pH值介於0.8~1.2、溫度介於28~30℃、體積負荷約100 g H₂S/m³-H。

技術限制與優化方向

• 因高效率厭氧醱酵系統之料源包括畜牧場廢水、廢棄物與農業廢棄物，實際應用時厭氧系統效能易受料源供應穩定性影響。醱酵系統的合適進料TS濃度範圍為5~10%，若超過10%較易有進料困難或均勻性受限之問題。
• 一般生物脫硫系統對於溫度、pH、營養鹽需求敏感，且高負荷時脫硫效率易下降。本技術之生物滴濾塔利用發電機回收廢熱建置一個恆溫式生物脫硫系統，並透過設置硫化氫在線監測與營養鹽投加控制機組，可有效穩定生物脫硫處理效能。此外，藉由多孔性BioNET^®擔體，作為高密度自營性硫氧化菌之載體，可處理較高負荷之進氣。系統中仍有營養鹽及擔體等之消耗品，也應根據處理負荷估算操作成本。
• 畜牧場進行多元料源共醱酵做沼氣能源化再利用，操作場域須為獨立地目，避免造成料源使用限制以及沼液沼渣再利用限制。

符合 4L+C 資源循環、節能減碳

低成本、循環經濟、低碳排放/低耗能、低使用空間、低污染

低污染

傳統堆肥處理畜牧業禽畜糞，易因堆體密度高、含水率偏高或翻堆/曝氣不足，在缺氧區域產生甲烷與一氧化二氮等溫室氣體，且異味、滲出液若管理不當，易造成水體與空氣污染。高效率厭氧醱酵系統則無上述問題，產生的甲烷可經過沼氣收集與純化做能源化再利用，且異味大幅降低，沼液沼渣經後處理可再回用。

低碳排放/低耗能

傳統堆肥處理產生二氧化碳、甲烷與一氧化二氮等溫室氣體，尤其是N₂O的溫室效應潛勢是CO₂的298倍，碳排放指數高。而高效率厭氧醱酵系統不用像傳統堆肥需要曝氣而耗能，尤其產生CH₄後可直接轉化為能源，自給提供予厭氧系統使用或躉售綠電，碳排減少80%以上，達到低碳排與低能耗的處理程序。

低成本

高效率厭氧醱酵系統可減少傳統堆肥的大量曝氣翻堆所需的能耗，同時減少75%好氧污泥(好氧0.2 kg TS/kg COD、厭氧0.05 kg TS/kg COD)產生量，大幅節省污泥清運與焚化處理費用，達到降低處理成本的優點。此外，若厭氧及沼氣發電系統運作良好，也可將綠電併網躉售帶來額外的收入。

低使用空間

高效率厭氧醱酵系統採用直立式桶槽設計單元，相較傳統好氧堆肥設施可減少50%使用空間。

循環經濟

採用高效率耐氨氮厭氧共醱酵技術，能在氨氮濃度達4,000 mg/L時仍維持有機物的利用率達60%，甲烷濃度提高至近90%，使畜牧業廢棄物達到妥善處置與增加沼氣產量，沼氣可再作能源化再利用，沼液沼渣可進行農田澆灌再利用，達到循環經濟效益。

技術流程