好氧堆肥及蚯蚓處理造紙污泥之研究

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許智偉(Chih-wei Hsu) 查詢紙本館藏

畢業系所

環境工程研究所在職專班

論文名稱

好氧堆肥及蚯蚓處理造紙污泥之研究
(Aerobic composting and Vermicomosting of paper-mill sludge)

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摘要(中)

造紙製程廢水的處理過程中，衍生了大量造紙污泥，如缺乏適當處理方法，會影響環境衛生及造成土地污染。有鑑於此，本研究運用好氧堆肥及蚯蚓之處理方法，以造紙污泥及其他有機廢棄物為堆肥材料，評估堆肥製作之可行性。
本研究堆肥材料組成分別為造紙污泥混合牛糞及造紙污泥混合豬糞及稻殼，放置於1m3容積的通氣式堆肥槽，進行好氧堆肥，運用好氧堆肥嗜熱期之高溫反應使堆肥材料穩定化，反應溫度下降至40℃以下，取出進行30天的蚯蚓處理。
堆肥材料經好氧堆肥後，根據堆肥的外觀及性質分析，作為後續適合蚯蚓處理的素材。另外根據30天後蚯蚓生長的狀況觀察，於堆肥中具有完整蚯蚓生長循環（卵包、幼蚓、無環帶蚯蚓及成蚓（有環帶蚯蚓）），為適合蚯蚓生長的基質。
試驗結果顯示，於不同初始蚯蚓植入密度下，處理造紙污泥混合牛糞最適操作條件為，初始蚯蚓植入密度4.5kg/m2及蚯蚓餵食負荷1.33 kg-feed/kg-worm/day，於不同通氣條件下，處理造紙污泥混合豬糞及稻殼最適操作條件為，初始蚯蚓植入密度4.5kg/m2、蚯蚓餵食負荷1.51 kg-feed/kg-worm/day及通氣量0.04 L-air/min/L-compost 。
本研究之造紙污泥經好氧堆肥及蚯蚓處理後的完熟堆肥，其結構呈現結實及緊密之現象，外觀相當溼潤黏稠，堆肥中營養元素及重金屬含量，亦均符合雜項堆肥規範的要求。

摘要(英)

The treatment of wastewater from papermaking processes generally produces large quantities of paper-mill sludge. If the sludge do not properly treat and dispose, it will cause the problems of environmental sanitation and soil pollution. Therefore, this study evaluates the feasibility of making composts from paper-mill sludge and other organic waste materials by aerobic composting and vermicomposting.
The experiments were firstly put the mixture of paper-mill sludge (PMS) with cattle manure (CM) and the mixture of PMS with pig manure(PM) and rice husk (RK) into two 1m3 of in-vessel composting tanks, respectively. Then, the mixture was composted under thermophilic stage reaction of Aerobic composting to stabilize the material until the temperature went down to below 40℃. Finally, the pretreated composts were taken out the vessel and following a 30-day vermicomposting process with Eisenia foetida.
The suitability of pretreated composts as materials for vermicomposting was based on the appearance and properties analysis after aerobic composting process. In addition, the suitability also based on the observation of earthworm growth condition after 30-day of vermicomposting process. If a whole earthworm’s life cycle included cocoons, young worms, non-clitellated worms and clitellated worms were found in the composts, thus the materials were suitable for the growth of Eisenia foetida.
Experimental results indicated that the optimum earthworm seeding density was 4.5 kg/m2 and feed loading rate was 1.33 kg-feed/kg-worm/day for vermicomposting of the mixture of PMS with CM. In addition, the optimum air-flow rate for vermicomposting of the mixture of PMS with PM and RK was 0.04 L-air/min/L-compost at the conditions of 4.5 kg/m2 earthworm seeding density and 1.51 kg-feed/kg-worm/day feed loading rate.
The mature composts, converting from paper-mill sludge after aerobic composting and vermicomposting in this study, had good quality with moist appearance and adhesive texture. The contents of various nutrition elements and heavy metals in composts are also met the specification for plant growth

關鍵字(中)

★ 初始蚯蚓植入密度
★ 蚯蚓處理
★ 蚯蚓餵食負荷
★ 造紙污泥
★ 好氧堆肥

關鍵字(英)

★ earthworm seeding density
★ feed loading rate
★ paper-mill sludge
★ vermicomposting
★ aerobic composting

論文目次

目錄
摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章前言 1
1-1研究緣起 1
1-2研究目的與內容 2
第二章文獻回顧 4
2-1 造紙業現況及製程 4
2-1-1 造紙業現況 4
2-1-2 造紙業製程 7
2-2 造紙污泥來源及特性 12
2-2-1 造紙污泥來源 12
2-2-2 造紙污泥之特性 14
2-2-3 造紙污泥再利用現況 20
2-3 好氧堆肥於造紙污泥之應用 25
2-3-1 好氧堆肥的原理 25
2-3-2 好氧堆肥之影響因子 27
2-4 蚯蚓處理 37
2-4-1 蚯蚓處理之原理 37
2-4-2 蚯蚓品種 39
2-4-3 蚯蚓處理之影響因子 41
2-4-4 好氧堆肥及蚯蚓處理的優缺點比較 49
第三章研究方法 52
3-1 研究架構 52
3-2 堆肥材料及實驗設備 54
3-2-1堆肥材料分析 54
3-2-2實驗設備 57
3-3實驗設計 61
3-3-1 好氧堆肥材料配比設計 61
3-3-2 蚯蚓處理 63
3-4實驗方法與步驟 65
3-5 分析方法 67
第四章結果與討論 68
4-1 好氧堆肥 68
4-1-1 造紙污泥+牛糞（PMS+CM）的好氧堆肥結果 68
4-1-2 造紙污泥+豬糞+稻殼（PMS+PM+RK）的好氧堆肥結果 73
4-2 蚯蚓處理操作因子影響之評估 77
4-2-1 蚯蚓植入密度影響 77
4-2-2通氣量影響 90
4-2-3 蚯蚓處理最適條件評估 102
4-3 綜合討論 105
第五章結論與建議 117
5-1 結論 117
5-2 建議 118
參考文獻 120
附錄一蚯蚓的生理介紹 125
附錄二好氧堆肥及蚯蚓處理過程 126
圖目錄
圖 2-1 造紙業產業關聯圖 4
圖 2-2 廢紙製漿處理流程 7
圖 2-3牛皮紙生產流程 10
圖 2-4 白紙板生產流程 10
圖 2-5 造紙業製程用水及廢水系統污泥產出關聯圖 13
圖 2-6 國內各行業別有機污泥產量比例統計圖 20
圖 2-7 國內漿紙污泥再利用用途比例分佈 21
圖 2-8 日本TAKUMA公司熱回收鍋爐系統流程圖 24
圖 2-9 好氧堆肥之關係流程 26
圖 2-10 好氧堆肥及蚯蚓處理流程圖 37
圖 2-11 好氧堆肥過程之溫度及pH變化 38
圖 2-12艾氏肥土蚓 40
圖 2-13不同溫度下 Eisenia foetid 處理馬糞之族群數量及重量變化 44
圖 2-14 不同溼度及溫度下Eisenia foetid 重量的改變 47
圖 3-1 研究架構 53
圖 3-2 通氣式堆肥槽之尺寸圖 57
圖 3-3 蚯蚓飼養槽之尺寸圖 59
圖 4-1 PMS+CM好氧堆肥過程的溫度變化 69
圖 4-2 PMS+CM好氧堆肥過程的pH變化 69
圖 4-3 PMS+PM+RK好氧堆肥過程的溫度變化 74
圖 4-4 PMS+PM+RK好氧堆肥過程的pH變化 74
圖 4-5 不同初始蚯蚓植入密度下PMS+CM之總固體重量之變化 77
圖 4-6 PMS+CM 於蚯蚓堆肥過程的蚯蚓密度變化 79
圖 4-7 初始蚯蚓植入密度與總固體去除率之關係..................................................80
圖 4-8 蚯蚓餵食負荷與總固體去除率之關係…………………………………......80
圖 4-9 單位蚯蚓密度蚯蚓重量增加率與單位蚯蚓密度總固體去除率之關係………...80
圖 4-10 PMS+CM有機質總量去除率與初始蚯蚓植入密度之關係…………….……82
圖 4-11 PMS+CM有機質總量去除率與蚯蚓餵食負荷之關係……………….........….82
圖 4-12 PMS+CM單位蚯蚓密度有機質總量去除率與單位...................................82
圖 4-13 不同初始蚯蚓植入密度下PMS+CM營養元素含量變化 86
圖 4-14 不同初始蚯蚓植入密度下PMS+CM C/N ratio變化 87
圖 4-15 不同初始蚯蚓植入密度下PMS+CM之重金屬含量變化 89
圖 4-16 不同通氣量下PMS+PM+RK總固體去除率變化 92
圖 4-17 不同通氣量下PMS+PM+RK蚯蚓密度的變化 92
圖 4-18 不同通氣量下PMS+PM+RK前15天及後15天總固體去除量 93
圖 4-19 不同通氣量下PMS+PM+RK前15天及後15天蚯蚓密度變化 93
圖 4-20 不同通氣量下PMS+PM+RK單位通氣量總固體去除率變化 94
圖 4-21 不同通氣量下PMS+PM+RK單位通氣量蚯蚓重量的變化 94
圖 4-22 不同通氣量條件下PMS+PM+RK有機質總量變化 95
圖 4-23 不同通氣量條件下PMS+PM+RK之營養元素含量變化 98
圖 4-24 不同通氣量條件下PMS+PM+RK前15天及後15天C/N ratio變化 99
圖 4-25 不同通氣量條件下PMS+PM+RK重金屬含量變化 101
圖 4-26 蚯蚓個體外觀比較（30天後） 103
圖 5-1 好氧堆肥及蚯蚓處理連續操作堆肥槽 119
表目錄
表 2-1 每人每年平均用紙量歷年統計資料 5
表 2-2申報量前20大之一般廢棄物 6
表 2-3 漿紙污泥與其他各種燃料發熱量之比較 15
表 2-4 漿紙污泥及灰渣之化學成分 15
表 2-5 雜項堆肥品目規格 17
表 2-6 工業用紙造紙廠污泥作為堆肥之特性一覽表 18
表 2-7 國內漿紙污泥再利用案例 22
表 2-8 造紙污泥及有機廢棄物進行好氧堆肥之相關研究文獻彙整 28
表 2-9 各種堆肥基質之最適好氧堆肥溫度 31
表 2-10 各種堆肥基質之通氣量經驗數值 32
表 2-11 各種發酵槽禽畜糞堆肥發酵通氣量 32
表 2-12 各種堆肥原料成份分析 34
表 2-13 可應用在有機廢棄物處理的蚯蚓品種 39
表 2-14 理想狀況下艾氏肥土蚓生命週期及卵包產量 41
表 2-15 蚯蚓處理造紙污泥及有機廢棄物之相關研究文獻彙整 42
表 2-16 Eisenia foetid 對不同pH下之增值重量變化 46
表 2-17 蚯蚓處理廢棄物所加入蓬鬆材彙整表 48
表 2-18 好氧堆肥及蚯蚓處理的優缺點比較 51
表 3-1 堆肥材料成份分析表 55
表 3-2 堆肥材料產生源及原始外觀 56
表 3-3 通氣式堆肥槽之外型圖 58
表 3-4 蚯蚓飼養槽之外型圖 60
表 3-5 好氧堆肥之初始材料配比 61
表 3-6初始蚯蚓植入密度初始設定條件一覽表 64
表 3-7 通氣量初始設定條件一覽表 64
表 4-1 PMS+CM之總有機碳、總凱氏氮、碳氮比、植物營養元素 72
表 4-2 PMS+PM+RK之總有機碳、總凱氏氮、碳氮比、植物營養元素 76
表 4-3 蚯蚓處理 PMS+CM之最適操作條件彙整 104
表 4-4 蚯蚓處理 PMS+PM+RK 之最適操作條件彙整 104
表 4-5 蚯蚓生長觀察 106
表 4-6 好氧堆肥及蚯蚓處理前後堆肥材料外觀變化 108
表 4-7 PMS+CM、PMS+PM+RK經好氧堆肥及蚯蚓處理前後之有機質 110

參考文獻

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指導教授

曾迪華(Dyi-Hwa Tseng)

審核日期

2010-7-4

推文