餐廳廚餘資源化處理技術

前言

台積電餐廳廚餘量達150噸/月，以往處理方式為清運至處理廠商，經由高溫殺菌及攪拌蒸煮後作為養豬飼料使用，然而自非洲豬瘟疫情擴散開始，政府開始嚴格管制收受廚餘作為養豬飼料使用的廠商，其處理廚餘的標準需高溫蒸煮並持續攪拌，維持中心溫度 90℃以上，蒸煮至少一小時以上，若無法落實將強制改由堆肥或焚化處理，屆時台積廚餘勢必需轉送至堆肥或焚化爐燃燒，無形中增加了處理費用，且現階段台灣的堆肥場及焚化爐剩餘可處理容積已趨近飽和，日後必會遇到廚餘無處可去的窘境。

因此本文為探討台積廚餘新的去化管道，評估各種處理方式，找出最適合且能最快運行的方法，讓廚餘有效資源化。

文獻探討

非洲豬瘟疫情持續在國際間延燒，目前國內約60%的廚餘（1,000噸/天）都做為養豬用途，然而環保署在2019年宣佈若出現豬瘟疫情將全面禁止廚餘養豬，此外還訂出廚餘處理原則，廚餘去化優先送堆肥場，若處理量能不足再送至掩埋場，掩埋容量不足則經脫水後送焚化廠焚燒。台灣近年來對廚餘去化共有七大類方向，每一種類都有其利與弊，本文藉由探討其中優缺點，進而找出台積最佳的處理方式。

廚餘堆肥

廚餘堆肥是指將有機廢棄物予以適當堆積，在溫度、濕度、需氧量、pH值等控制條件下，利用微生物作用，將有機物質醱酵分解，轉變為有機質肥料^[4]。

微生物生長需要碳及氮做為營養源，碳的用途是用作提供能量以及合成微生物身體的主要成分，氮的作用是用來合成蛋白質。微生物生長最佳「碳氮比」在20:1左右，如果氮不夠（碳氮比太高），細菌無法合成蛋白質，生長就會減緩；如果氮太多（碳氮比太低），細菌可以很快速地生長，但剩餘的氮會以阿摩尼亞的形式釋放出來而產生異味^[5]。

常見的廚餘堆肥方式如 圖1所示，利用廚餘與土壤交互堆疊後，經過約3個月至半年醱酵可轉變為可用有機質。堆肥方式最大的問題是需經過長時間才能醱酵為可用有機質，堆放時間久易有惡臭問題^[6]。

圖1、常見的廚餘堆肥方式

掩埋

根據美國土木工程師學會(ASCE)對衛生掩埋場之定義，「衛生掩埋場係指一種避免產生公害或對公眾健康及安全造成危害的廢棄物處置法，此法使用工程原理將廢棄物侷限於最小區域內，於每日廢棄物傾倒處理完畢後，在其上覆土，必要時增加覆土次數」。掩埋法是廢棄物處理最終的處置方式，掩埋場一般設置於具良好不透水性地盤上，或舖設不透水層等阻絕構造物，並設有滲出水、廢氣收集或處理設施及地下水監測裝置。

根據環保署統計，全台共有378個垃圾掩埋場，總容量約3,000多萬立方公尺，但是目前只有68處營運中，剩餘容量剩下不到12％。由於台灣地狹人稠，要找出腹地興建掩埋場實屬不易，且掩埋場又屬於避鄰設施，易引起民眾的抗爭及反彈^[7]。

廚餘含水量大，且有機物含量高，掩埋時期的生化反應所產生的滲透液易發臭，反應厭氧時期所產生的甲烷若碰到火源更容易導致垃圾悶燒，產生更嚴重的環境污染。掩埋地點難選及掩埋液滲透會發臭、滲出水處理困難、減少掩埋場壽命皆指出掩埋場對於處理廚餘實在是下下策。

焚化

台灣目前共設有26座焚化廠 圖2，目前有24座運轉（2座因垃圾量不足而沒有運轉)，垃圾焚化處理方式可減少原來垃圾80-85%的重量達減量目的，但伴隨而來的空氣污染及底渣造成的污染引起民怨及抗爭，除此之外，燃燒過程中產生的戴奧辛污染更使人民感到害怕，根據美國環保署報告證實戴奧辛對人類為致癌之化合物(US EPA, 1994)，戴奧辛半致死劑量為0.6ug/kg。

圖2、台灣26座焚化廠位置及運轉狀況

現階段垃圾焚化處理技術為了符合「廢棄物焚化爐戴奧辛管制及排放標準」常利用輔助燃料(天然氣/柴油等)控制燃燒溫度>850度以上來破壞戴奧辛的形成。然而當廚餘送至焚化時，因水分太多會降低焚化爐整體的溫度，且廚餘中含有鹽分與油，當焚化爐燃燒不完全又含有氯離子時，即容易產生戴奧辛成分。 圖3為戴奧辛的組成成分，分別由兩個及一個氧原子，聯結一苯環類化合物所形成之結構，其中會因氯原子數目不同而有不同毒性強度，廚餘中的鹽又是氯離子的貢獻者，自然會形成強毒性之戴奧辛。

圖3、戴奧辛基本組成

垃圾焚化除了造成空氣污染，有毒物質如戴奧辛以吸入、皮膚接觸、攝食的方式進入到人體內，間接造成民眾罹癌風險。此外，當垃圾混雜廚餘造成燃燒不完全時，會影響焚化爐底渣的品質，若底渣後續採傾倒、掩埋方式處理，可能造成臭味、滲水、重金屬殘留等問題。

化製廠

化製處理原本是使用在處理動物屍體或廢棄屠體、內臟、皮、骨或蹄等，經由加工處理製為肥料、飼料、皮革、膠及工業用油脂等。目前國內化製廠共計8廠，宜蘭縣1廠、台中市1廠、屏東縣3廠、雲林縣3廠，如 表1。

國內化製處理流程為將化製原料經集運後秤重與集中，再經切絞碎、高溫烹煮、翻炒與油骨分離處理，油骨分離後產生油與肉骨粉半成品，油經過濾後送至貯油槽貯存，肉骨粉半成品經粉碎與包裝後送至貯存區貯存，待下游業者收購^[8]。

由於現行面臨廚餘無法養豬的問題，雲林縣政府規劃將餐館業與家戶的廚餘統一交由清潔隊蒐集，蒐集完後送至化製場做成肉骨粉，再由麥寮六輕工業區南亞有機資源回收廠混合生廚餘製成有機肥，可提供農作及路樹肥料等使用。

由上得知化製廠可將廚餘有效利用，然而化製廠建置成本高，目前國內僅8家化製廠，處理量有限；且化製過程中產生的空氣污染、以及蒸煮過程產生的臭味及廢水等對鄰近地區造成環境污染，使化製場成為被抗爭之對象。

生質能廠

生質能以國際能源總署(International Energy Agency; IEA)定義為直接利用生質物(Biomass)作為燃料，或經處理轉換產生液態或氣態之能源。國外在二、三十年前就開始以廚餘進行產氣發電。 圖4是廚餘發電的示意圖，廚餘在進入醱酵槽之前會先以高溫進行消毒，以確保醱酵槽內的環境不會被廚餘裡的微生物破壞，再進入密閉的厭氧醱酵槽，厭氧醱酵槽中有許多甲烷細菌負責分解廚餘，分解過程中排出帶有大量甲烷的氣體，也就是所謂的沼氣，而不能被分解的物質會沈澱於醱酵槽底部，最終製為有機肥料。

圖4、廚餘發電的示意圖

台灣生質能源起步較晚，目前運行及計畫中共有三廠，分別為台南於2017年建造的廚餘沼氣發電系統，台中外埔生質能廠預計2019年6月運轉，及預計於2021年啟用的桃園市生質能中心，經評估後預計每七公升廚餘可發一度電。

以廚餘進行產氣發電目前最大難題來自於系統初設成本高及佔地面積廣，此外從厭氧醱酵至可產出甲烷氣體需經過將近30天時間。無法快速處理大量產出的廚餘。

黑水虻廚餘去化

黑水虻廚餘去化為透過雙翅目水虻科的腐食性昆蟲來處理廚餘，黑水虻的生命週期大約為28天，卵期約為4天，幼蟲期有18天，成蟲則為6天。一公克黑水虻(約6,000隻)長大成蟲過程可以用來處理五百公斤左右的廚餘，且黑水虻的幼蟲含有高蛋白質可以拿來餵雞，因此為近年來興起的廚餘去化技術。

但因黑水虻需較大的養殖環境且幼蟲需要控制良好的溫溼度及細心培養，於人力及空間上較不適合台積，整理表格如 表2所示。

表2、黑水虻優缺點比較

項目	黑水虻	圖片
轉製肥料時間	14天 (6,000隻/1克卵)
佔地面積	10m×10m (成蟲+幼蟲養殖)
操作成本	低 (蟲苗1,020元/200g )
優點	部分幼蟲可餵雞(高蛋白)，部分產卵
缺點	幼蟲餵養不易，需控制環境溫溼度，餵食 飼料需前處理(豆渣等)。 僅處理蛋白質及碳水化合物無法全部去化 養殖面積大 廚餘去化品質不穩定(依蟲苗) 需花人力照料蟲苗

快速醱酵法

近幾年生物科技應用推廣，已有業者開發菌種將原本需要長時間醱酵的廚餘大大縮短至1個禮拜，過程為第一階段將廚餘絞碎脫水並進行乾燥，將過多的水份及有害細菌去除，接著進入醱酵設備，控制良好的醱酵環境並植入相關菌種來進行醱酵。目前市面上發展出上百種以上的益菌，可以針對不同的物質進行處理，將原需3~6個月的醱酵時間縮短至1周就可以產出肥料。

綜合上述七項處理方式，比較如 表3所示，快速醱酵轉製肥料較適合於台積現況所需，因此本文將探討以脫水乾燥後藉由添加特殊菌種進行醱酵最終取得肥料。

影響廚餘轉製肥料因子

含水率

水分為生物生長所必需元素，因此堆積物之含水率會影響堆肥的結果。堆積物含水率在40%~70%時，較適合好氧微生物之活動，尤其在堆肥醱酵過程中，以含水率60%~70%間最佳，含水率低於40%時醱酵則被抑制，而高於70%時會產生厭氧狀態，厭氧微生物則開始活躍。

pH值

在不同酸鹼度範圍中有不同的微生物族群，可對不同種類的有機物進行分解，微生物對pH值適應廣，以中性為佳。除了堆積物中有極酸或極鹼的物質，一般不須對酸鹼度加以控制。堆肥腐熟後常呈中性或微鹼性。

當pH沒有達中性時，可以藉由添加其它資材來進行調整，酸性廚餘可用1~2％的小蘇打進行中和，可視 pH值之大小而增減小蘇打之加入量，而鹼性廚餘可用少許糖蜜中和並除去臭味，不必經稀釋就可使用。

溫度

廚餘的醱酵過程分幾個階段進行，首先廚餘中之醣類被分解而產生熱，使堆積物之溫度升高；由於溫度升高，堆積物中的低溫及中溫微生物(20~50℃)活動轉弱，而較耐高溫之纖維分解微生物開始活躍，分解木片、稻殼中之纖維，但由於其較耐高溫的特性，在50℃以下之溫度不適於其繁殖。

微生物新陳代謝所產生的熱不斷累積，在正常情形下可在數日內升高達60℃，甚至到70℃以上。堆積物中的高溫可維持一段時間，不但促進微生物反應，縮短腐熟時間，更可殺滅病菌、蟲卵、雜草種子等。

有益菌種

促進廚餘分解的有益菌種類包括光合菌、放線菌、酵母菌、乳酸菌等菌種，為加速廚餘的分解速度及控制肥料的產出品質，也可用接種菌群的方式，以改善起始點的有益菌群密度。

碳氮比

碳氮比例也是影響廚餘轉製肥料的重要控制因素。堆肥醱酵時有機物是由微生物分解，而微生物增殖活動的能源是營養分中的碳(C)供給，而細胞的形成由氮(N)供給，兩者最適當的碳氮比例是20:1。由於廚餘醱酵不見得可以達到適當的碳氮比，因此一般可藉由加入部分資材來調整適當的碳氮比。

資材分為三類 表4：甲類包括木屑、穀殼、稻草及花生殼等，為可提供碳源、構成堆肥主體及決定物理性狀的資材；乙類為雞糞、豬糞、米糠、豆粕及肉骨等，主要作用為提供氮源以利微生物作用；丙類為牛糞，不經堆肥化也可直接大量施用。

分析結果

台積各廠區餐廳廚餘量分析

2019年初非洲豬瘟疫情擴散，對以往以廚餘養豬的處理方式產生重大影響，台積做為社會企業在環境保護的領頭者，積極與民間新興技術合作，期望能降低豬瘟疫情帶來的影響，為達到這個目標台積目前期望能降低廚餘委外清運量、並將廚餘資源化。首先台積為了減少廚餘委外養豬的重量，在2019/2月起陸續於各廠新增絞碎脫水機，各廠安裝上線時間如 表5所示，在絞碎脫水機上線之前，每周的廚餘清運量約34噸，絞碎脫水機上線後每周減少為23噸，廚餘減量達32%。台積餐廳每周廚餘委外清運量如 圖5所示。

圖5、台積餐廳每周廚餘委外清運量

台積目前使用的絞碎脫水機如 圖6所示，在Utility的部分需電力(電壓220V)、自來水(1/2"供清潔洗淨使用)及排水(1/1/2")。各廠區經處理後已減少廚餘委外清運量32%。後續評估將以此廚餘量進行成本分析評估。

圖6、台積各廠餐廳新增廚餘絞碎機

台積乾燥醱酵成肥料後各種原素分析

除了將餐廳廚餘經絞碎處理降低總量，台積最終目標是期望能將廚餘資源化。因此本次實驗以F15A餐廳廚餘作為實驗材料，藉由真空高溫乾燥後添加最適合醱酵菌種，將廚餘轉製為肥料。廚餘處理流程如 圖7所示，廚餘至處理機經固液分離後，再經由真空高溫(90℃)乾燥約一天，再將乾燥後廚餘置於醱酵機處理並添加醱酵菌種，控制適當溫溼度(溫度40度及含水率60%)，經七天時間則可產出肥料。

圖7、餐廳廚餘轉製肥料流程

F15A廚餘轉製肥料檢測結果如 表6所示，依農委會訂定以廚餘轉製肥料需符合「品目5-11」標準檢測共計17項，第一批次檢測結果僅有pH未達標準，依文獻建議可以利用小蘇打或石灰來調整pH至適當範圍(5<pH<9)，第二批次結果則全品項符合。肥料檢測結果亦可以符合台灣肥料公司(台肥2號)成份，因此與台肥2號適用範圍相同。

餐廳廚餘轉製肥料應用

根據台灣肥料官網建議有機肥料(台肥2號)適用於土壤改良(基肥)的使用如 表7所示，基肥作業第一步工作就是要改善土壤，要建立優良的「有機溫床」必須包括良好的通氣性、保水性及豐富的有機質，以繁殖土壤有益微生物來提供有機作物所需各種生長因子及保護作物的各種生物防治因子^[10]。

除將肥料做為基肥使用外，分析結果與屏科大農園系教授討論後另有以下去化方向^[11]：

• 廚餘製成之肥料，可搭配木屑做成種菇太空包。
• 廚餘乾燥後(未經發酵)，可做為肥料原料交由專業肥料廠依終端需求(種果樹、開花需求…)調整配方組成。
• 廚餘肥料適合用於土壤基質改良(使用量建議200kg/分地)。
• 肥料成分含有部分重金屬，屬食物鏈正常狀況(來自於動植物內含)。

成本評估

依目前合作廠商提供資訊，若以現行廚餘養豬方式進行處理成本為5,000NT/噸，而以廚餘乾燥醱酵轉製成肥料的處理成本為260NT/噸，除此之外每年需花費0.5MNTD保養系統，但每年可減少6.1MNTD的委外清運，ROI約8年如 表8。

結論

由於非洲豬瘟疫情影響，台灣目前以廚餘養豬的管制愈趨嚴格，為在困境之下找出台積廚餘合適的處理及再利用方式，本文探討現行各種廚餘的處理方式。經過探討及測試後，最合適利用真空高溫乾燥後添加菌種進行快速發酵後轉製成的肥料，經檢測結果皆符合農委「品目5-11」標準，經與屏東科技大學教授討論結果，認為做為肥料無疑虞，亦建議可將廚餘做為「肥料原料」，終端產品肥料的品質會較為穩定且肥料原料較易掌控。

因此未來台積廚餘處理方向將會在竹中南各設置一套廚餘轉製成「肥料原料」或「肥料」之裝置如 圖8所示，以解決廚餘處理問題。

圖8、台積廚餘未來方向流程