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畜牧糞尿資源化

畜牧糞尿本質為高有機及含氮物質,現行畜牧業大都以固液分離、厭氧(兼氣)發酵及好氧處理之三段式處理廢水,常因好氧處理程序曝氣,所需電費高,為節省成本而未妥善處理即排放污染河川,且三段式處理設施無法妥善處理氨氮,排入河川消耗水中溶氧,使河川水體污染難以徹底改善。另一方面,對於畜牧業者來說,處理的申請程序過於繁複,難以促使業者積極配合,導致河川水體仍受其排放污染嚴重影響。

水污染防治法於104年2月4日修正公布,分別提高未符合放流水標準及繞流排放之最高罰鍰由新臺幣12萬元及60萬元提高至60萬元及2,000萬元,加上自106年起開始徵收畜牧業水污染防治費,在種種廢水處理成本增加因素下,提供了畜牧糞尿資源化的契機與誘因。比起傳統處理及放流水管理的思維,畜牧糞尿經厭氧發酵後,產生之沼液、沼渣及沼氣皆可視為資源再進行利用,可謂為畜牧糞尿管理的創新作法,二者比較如圖1所示。

圖1、畜牧糞尿管理之創新作法
圖1、畜牧糞尿管理之創新作法

傳統畜牧廢水的相關規定是依據放流水標準來管制,須經過固液分離、厭氧發酵、好氧處理等步驟,符合放流水標準才可排放,並須繳交水污費與操作維護費;而創新的作法則可將畜牧糞尿作為肥分資源利用,經厭氧發酵將其分離為沼氣與沼液沼渣,前者可用做生質能源,提供發電或燃料,並可申請碳權抵換;後者則可施灌於農地,減少化肥使用,讓河川變乾淨。

簡介各項畜牧糞尿管理的創新作法如下:

一、沼液、沼渣可作為農地肥分

畜牧糞尿經過厭氧消化後生成之水溶性物質為沼液,固體產物則為沼渣。沼液及沼渣中含有豐富的養分及肥分,可提高植物的抗病蟲害能力,有助於作物吸收、產量增加。另外,依調查資料顯示,養豬一年所獲得的氮肥相當於臺肥五號肥料一包,農民使用沼液沼渣作為農地肥分,可減少化學肥料的使用,推動有機農業,節省非常可觀的肥料開支。在國外已有很多實施案例:

沼液沼渣施灌車
沼液沼渣施灌車
  • 歐美國家如荷蘭、瑞典等國將畜牧糞尿厭氧發酵後施灌於農田作為肥料使用,已有數十年之經驗,並由養豬戶與農民簽訂施作合約。
  • 歐盟對於所有的畜牧廢棄物規定必須回歸農田再利用。
  • 英國直接將厭氧發酵後沼液沼渣認定為生物性肥料,可進行商業性買賣,成為有價的肥分。

本署經參考國外經驗及推動情形、我國畜牧業產業現況,同時諮商養豬協會、酪農協會,並與行政院農業委員會協商結果,於104年11月24日修正發布「水污染防治措施及檢測申報管理辦法」,訂定「沼液沼渣農地肥分使用」專章10條,加以推動管理。另於105年10月28日再修「水污染防治措施及檢測申報管理辦法」,擴大沼液沼渣農地肥分使用適用對象及簡化檢測項目與增加管理彈性等內容,共同擴大參與。106年12月27日修正「水污染防治措施及檢測申報管理辦法」部分條文,明訂畜牧業應採行資源化處理措施之比率及期限,朝向糞尿還田處理之管理方式;108年3月8日修正「水污染防治措施及檢測申報管理辦法」部分條文,簡化飼養豬隻未滿二百頭之畜牧業之沼液沼渣申請程序及後續監測頻率,並分級管理畜牧糞尿資源化利用,以積極推動畜牧業循環經濟措施。

生物脫硫設備
生物脫硫設備
發電機
發電機

二、產生沼氣作為生質能源

畜牧糞尿厭氧發酵會產生沼氣,其中60%以上是甲烷,屬溫室氣體之一種,依據IPCC2007年報告,其溫室效應造成全球暖化之潛勢為二氧化碳的25倍。因此,沼氣的收集利用,不僅可減少溫室氣體的排放,經不同程度的純化、回收後,可用來發電、熱能及車用燃氣,是較為穩定之生質能源。

以每頭豬每日產生0.1立方公尺沼氣,每0.7立方公尺沼氣產生1度電計算,全國550萬頭豬每日可產生78.7萬度電,一年約2億8,725萬度的電,相當於可供給7萬9,000戶家庭每月用電量。以106年躉購費率為每瓩5.0087元計,畜牧業者透過沼氣發電即可獲得14.38億元之發電利益;107年躉購費率已來到每瓩5.0161元;108年躉購費率已來到每瓩5.0874元,109年躉購費率已提升至每瓩5.1176元;110年維持109年標準;111年度躉購費已提升至每瓩5.1842元。

圖2、沼氣再生能源運作
圖2、沼氣再生能源運作

當畜牧糞尿進入厭氧發酵設施後,先經過發酵間分離氣體於儲氣間,再透過輸氣管提供沼氣能源。

三、沼氣發電可申請碳權抵換

依臺灣大學蘇忠禎教授研究顯示,以飼養9,000頭養豬場使用90瓩發電機為例,計算沼氣發電量,平均每頭豬每年可減少1公噸二氧化碳當量計算。全國550萬頭養豬,藉由發電產生的減碳效益,預估每年減少550萬公噸二氧化碳的碳排量,占全國二氧化碳碳排量每年2.7億公噸的2%。

我國已訂定公布溫室氣體及減量管理法,針對每公噸超額碳量處分罰鍰,亦訂定發布溫室氣體抵換專案管理辦法,明定碳權抵換的方法,加上國際趨勢已朝減碳抵換進行,UNFCCC有畜牧糞尿減碳認證方法與應用實例。本署已訂定「溫室氣體抵換專案管理辦法」,鼓勵業者以再生能源(包含沼氣發電)、提高能源效率或能源整合方式進行減量,並給予碳權,目前已有沼氣發電專案通過專案小組審查(漢寶可再生能源專案、漢寶農畜產第三期污水場沼氣發電計畫)。此外,本署刻正加強微型規模抵換專案之推動,簡化抵換專案程序,並擴大參與對象,歡迎更多畜牧業者參加。

畜牧糞尿直接厭氧發酵後產生之沼液沼渣作為農地的肥分使用,同時產生之沼氣收集純化後則進行發電,可以創造四贏之機制,亦即畜牧業者可以節省廢水處理設施第三段好氧處理之操作經費、無需繳納水污染防治費,無放流水標準適用,亦無需申請水污染防治措施計畫及排放許可證,同時增加沼氣發電與販售碳權之獲益;農民可以減少購買化學肥料之費用及推動有機農業;企業可以投資畜牧業設置沼氣發電設施而取得碳權及綠電,有利其開發;最後畜牧糞尿不排放河川,水體可以變乾淨(如圖3)。

圖3、畜牧糞尿水污染防治管理方式
圖3、畜牧糞尿水污染防治管理方式

若是依據傳統方式將糞尿排放水體或土壤,係依據水污法進行管理,其中若是排放至土壤中須符合土壤處理標準,並於後續進行土壤、地下水監測,若是排放至地面水體則須符合放流水標準,須繳交水污費;而相關程序皆須依核准登記事項運作;如不符合相關規定則有受水污法處分之風險,若放流水超標處60萬元以下、繞流排放處2000萬元以下、未依核准登記事項運作處600萬以下罰鍰。

若是以沼液沼渣做為農地肥分來處理,必須要符合以下三個條件:一、畜牧糞尿排入厭氧發酵設施,其發酵天數畜牧業(一)須達10年以上,畜牧業(二)須達5天以上,並應定期排出沼液沼渣,另厭氧發酵設施應能妥善收集沼氣;二、沼液沼渣做農地肥分之場址,應簽訂合約或出具同意書;三、除以灌溉水混和溝灌與漫灌外,應於施灌一小時內完全滲入土壤,表面不得積留沼液。待上述三要件符合後,須向農業主管機關申請同意沼液沼渣農地肥分使用計畫,後報請直轄市、縣(市)環保主管機關備查依登記事項運作。其好處包括免申請廢棄物再利用許可、無排放廢水與不是用土壤處理管理,並可避免許多行政程序與設備成本,也可避免受處分之風險,僅須針對土壤及地下水進行監測即可。

四、畜牧場糞尿集中資源利用

本署為鼓勵地方政府推動設置畜牧糞尿資源化處理設施並集運處理其他畜牧場畜牧糞尿,或購置沼液沼渣集運車輛、施灌車輛或機具、農地貯存槽,以落實循環經濟回收氨氮,減少溫室氣體排放,保護環境及創造綠能,於109年4月15日下達「行政院環境保護署補助地方政府推動畜牧糞尿收集處理回收氨氮示範計畫」。

該計畫補助各地方政府推動畜牧業、技術業、機關、財團法人或社會團體(以下簡稱設置者)在畜牧場內設置畜牧糞尿資源化處理設施,集運與資源化處理其他畜牧場畜牧糞尿;以及補助各地方政府推動設置者在畜牧場外設置畜牧糞尿資源化處理設施,集中集運與資源化處理畜牧場畜牧糞尿;其中畜牧業或所設置資源化處理設施之畜牧場須領有畜牧場登記證書,受集運處理之其他畜牧場須具有畜牧場登記證書或畜禽飼養登記證書。

設置者至少集運處理其他畜牧場豬隻200頭或牛隻50頭以上之糞尿。畜牧糞尿資源化處理設施應屬本計畫生效(109年1月1日)後購置之新品,或本計畫生效前取得經濟部沼氣發電系統推廣計畫補助作業要點核定補助沼氣發電系統設置費後購置之新品。畜牧糞尿產生後應即送入有加蓋或密閉之貯槽貯存或沉澱濃縮;接收其他畜牧場糞尿入場後亦同。厭氧發酵設施,應具有連續或定期排出沼液沼渣之功能。畜牧糞尿資源化設施設置後,資源利用量合計占畜牧業與所收集畜牧場糞尿量比率應在75%以上。

補助經費原則每收集200頭豬糞尿(或50頭牛糞尿)補助新臺幣100萬元,設置所在之畜牧場頭數不納入補助計算。補助經費用於下列用途:

  • (一) 設置集運處理其他畜牧場畜牧糞尿所需之集運車輛、管線、收集槽、防疫牆或相關設施。
  • (二) 設置厭氧發酵、沼氣純化、沼氣發電設施。
  • (三) 設置沼液沼渣資源利用所需之處理設施及其他設施,例如廢水處理、快速堆肥、汽化爐、飼養黑水虻、蚯蚓、藻類等設施
  • (四) 設置資源利用所需施灌車輛、管線、農地貯存槽或相關設施。
  • (五) 其他經本署同意補助與畜牧糞尿資源化處理有關之設施。
圖4、設置畜牧糞尿資源化設備處理其他畜牧場畜牧糞尿計畫示意圖
圖4、設置畜牧糞尿資源化設備處理其他畜牧場畜牧糞尿計畫示意圖

目前欲設置畜牧糞尿資源化相關設備之畜牧業及技術業、機關、財團法人或社會團體,可向地方政府申請補助,該補助來源主要係由環保署核定後撥付給地方政府。

五、畜牧糞尿資源化利用方式

畜牧糞尿資源化利用有三種途徑:一是厭氧發酵沼氣用來發電,沼液沼渣作為農地肥分使用;二是畜牧糞尿依農業事業廢棄物再利用管理辦法進行再利用;三是經處理至符合放流水標準,放流水作為澆灌之水資源利用。畜牧糞尿作資源化利用的部分,不須繳納水污染防治費。

(一) 沼液沼渣農地肥分使用

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,如圖5。

圖5、沼液沼渣農地肥分使用申請流程
圖5、沼液沼渣農地肥分使用申請流程

欲申請沼液沼渣農地肥分使用,須符合厭氧發酵一定天數以上、與施灌農地簽訂合約或同意書、施灌後一小時內滲入土壤、備有沼液沼渣停灌期應變緩衝容量等四項條件。依據水污法事業分類及定義,向農業主管機關申請同意沼液沼渣農地肥分使用計畫,並提出畜牧場登記證明、檢測報告、農地所有或同意使用證明、施灌農地資料、地下水質、土壤品質資訊、運輸方式與路線、施灌作業計畫等文件,並於同意後報直轄市、縣(市)環保主管機關備查,後續則依登記事項運作。

(二) 農業事業廢棄物個案再利用

畜牧糞尿或廢水依「農業事業廢棄物再利用管理辦法」之個案再利用許可規定辦理,如圖6。

圖6、農業事業廢棄物個案再利用申請流程
圖6、農業事業廢棄物個案再利用申請流程

欲申請農業事業廢棄物個案再利用者,須由事業及再利用機構共同提出個案再利用申請,經中央農業主管機關許可,始得再利用。再利用計畫書之內容須包括廢棄物基本資料、清運方式、再利用方式、污染防治計畫、佐證資料或實績、再利用產品銷售計劃、其他指定事項。而核發之再利用許可應副之本法中央主管機關、事業及再利用機構所在地之直轄市、縣(市)主管機關、鄉(鎮、市)公所及再利用用途目的事業主管機關。

(三) 水資源回收

畜牧廢水依水污染防治措施計畫及許可申請審查管理辦法規定申請核准回收使用,如圖7。

圖7、水資源回收申請流程
圖7、水資源回收申請流程

欲申請水資源回收者,其畜牧廢水處理須符合放流水標準,且回收使用澆灌花木之行為須登載於水污染防治許可證(文件)。其登載規定依水污染防治措施計畫及許可申請審查管理辦法24條規定,向直轄市、縣(市)環境主管機關申請水污染防治許可證(文件)之變更。當其運送符合放流水標準之廢(污)水至作業環境外者,應依水污染防制措施及檢測申報管理辦法第110條第1項規定,於運送行為24小時前,以電話或傳真通知直轄市、縣(市)主管機關。

本署106年12月27日修正發布水污染防治措施及檢測申報管理辦法,明定畜牧糞尿資源化的比率與期程如圖8,請畜牧業者注意期程並推動!

圖8、畜牧廢水資源化比率規定
圖8、畜牧廢水資源化比率規定

畜牧廢水資源化比率應達成時間,若為106年12月29日後取得畜牧場登記證書之新設畜牧場,於設廠時須提資源化比率不得低於10%。豬隻頭數大於等於兩千或牛隻頭數大於等於五百之暨設大型畜牧場,於111年底資源化比率不能低於5%、於116年不得低於10%。豬隻頭術界於二十頭至兩千頭或牛隻頭數介於四十頭至五百頭之既設中小型畜牧場,於114年底資源化比率不得低於5%、於118年不得低於10%。註:資源化比率=(農業事業廢棄物個案再利用量+沼液沼渣肥分使用量+水資源回收交灌植物量+其他經認定)/廢水排放量

畜牧糞尿資源化處理比率及期程表
類別 資源利用率
新設畜牧場 10%
既設畜牧場 飼養豬隻2000頭以上或牛隻500頭以上 5年5%,10年10%
飼養豬隻20頭以上未滿2000頭或牛隻40頭以上未滿500頭 8年5%,12年10%

畜牧業糞尿資源化成效

  • >200,000
  • 50,000~200,000
  • 5,000~50,000
  • 0~5,000

畜牧業糞尿資源化成效

2022年5月
申請狀態 肥分計畫 再利用許可 水資源回收再利用 總計
家數(家) 施灌量(公噸/年) 家數(家) 施灌量(公噸/年) 家數(家) 施灌量(公噸/年) 家數(家) 施灌量(公噸/年)
申請中
通過許可
總計