產業廢水與生質物創能技術：材料世界網

謝欣如、李麗梅、黃雯婕、鄭嘉俊、陳幸德 / 工研院材化所

產業廢水與生質物創能技術，藉著高有機質含量，可利用共醱酵技術，生產綠色能源與有機益肥，達到有機資源物的永續循環農業及無廢棄、零污染目標。以沼氣發電方式將甲烷再利用，減少甲烷逸散與直接排放所產生的二氧化碳排放量，創造綠色能源，降低環境污染負荷，並以永續資源再生的土壤管理方式，提高農作物產量，同時解決共醱酵後沼渣沼液的去化問題，達到能源化與資源化循環經濟，創造產業、環境及經濟三贏的環保新境界。

【內文精選】

高溫厭氧共醱酵技術

高溫共醱酵(Co-digestion)反應因厭氧微生物在高溫下生長速率較快，故可承受較大的有機負荷；且固體物在高溫下能有效地進行水解，有機固體物去除率大幅提升；另外高溫狀況下也有更好的致病菌去除率。高溫有較高的能量需求，可由發電機運轉的餘熱回收維持系統的穩定；而且，高溫菌的生化反應是一種放熱反應，只要系統做好合理的阻隔熱量逸散，並對出料熱回收、進料先預熱等措施，高溫系統的能量需求即可滿足設備溫度需求。

產生甲烷氣的甲烷化階段是由兩種甲烷菌完成，即異營性的嗜乙酸甲烷菌(Acetotrophic Methanogenesis; AM)與自營性的嗜氫甲烷菌(Hydrogenotrophic Methanogenesis; HM)，其中嗜氫甲烷菌占整個厭氧甲烷化過程約28%，其餘皆為嗜乙酸甲烷菌，而該菌亦為整個厭氧甲烷化及有機物厭氧穩定化最重要的微生物。高溫狀態下，主要出現桿狀或球狀的嗜氫甲烷菌，也有部分的高溫甲烷八疊球菌微生物。此外，高溫菌對環境變化更敏感且脆弱，啟動及馴養期較長，易生氨氮臭味，因此，藉由篩選耐高氨氮的高溫系統馴化的優勢菌種組合，包含高溫嗜酸梭菌與高溫桿狀嗜氫甲烷菌，利用不同pH的控制策略與強化刺激細胞伴護蛋白的調控性，可改善高溫菌產生氨氮臭味、環境變化敏感性與馴化期冗長等缺點。

厭氧醱酵沼氣發電產業運行模式

近年來用於有機資源處理的厭氧醱酵技術具有獲得清潔能源的能力、低碳排放和適合大規模處理等優點而受到廣泛關注。運行模式的決策標準包含：成本、操作條件、單相/兩相反應槽、監測參數、沼氣生產的影響、可產生綠電和替代的有機肥料、總生命週期排放凈量減少。

厭氧醱酵沼氣發電產業沼渣沼液再利用路徑如圖六所示。目前環保署水保處針對沼液沼渣依「水污染防治措施及檢測申報管理辦法」之「沼液沼渣農地肥分使用」專章辦理。畜牧場三段式廢水處理厭氧單元停留時間超過10天，即可申請沼渣沼液澆灌；並鼓勵集中處理或大場帶小場，補助資源化處理設備集運槽車、管線、收集槽、防疫牆、厭氧發酵、沼氣純化、發電設施，以及其他沼液沼渣資源利用所需的處理設施、沼液沼渣澆灌車輛、管線、農地貯存桶，資源化比率需達75%以上。對於無合適的澆灌田地，經過合適的堆肥或是添加微生物進行後醱酵，達到作為有機肥料、培養土、磷酸銨鎂、微生物肥料、液肥等高值化再利用。

圖六、厭氧醱酵生質能源場沼渣沼液再利用方式

高溫共醱酵沼渣沼液再利用盆栽試驗厭氧共醱酵試驗，利用進料基質TS 7%(豬糞:雞糞:果菜＝5:0.8:1.2)進行20天厭氧醱酵，進料基質組成與沼渣沼液成分，共醱酵料源氮:磷:鉀濃度為2.11%:3.75%:2.81%，沼渣氮:磷:鉀濃度為2.85%:1.05%:0.75%，沼液氮:磷:鉀濃度為0.07%:0.11%:0.11%。與工研院中分院生化應用技術部合作，協助厭氧醱酵後沼渣進行24小時的好氧堆肥處理，以及進行生物性發芽試驗(Germination Test)評估(圖七)，目的在於決定一批種子的最大發芽潛能，可用於比較不同批種子品質及估算其於田間種植的價值。相較空白組，發芽試驗指數為107%，顯示沼渣的肥分營養組成具有發芽潛力。挑選萵苣與青蔥進行3個月的盆栽試驗，利用盆缽栽培作物，在溫室中加以控制土壤、肥料、水分、溫度、濕度、光照等條件，並進行環境污染物對植物危害的模擬實驗，以確保新技術探索實驗的順利性和精確性---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。