資源循環 | 農業廢棄物回收再利用

【共9項行動項目】

資源循環於92年行政院訂定「垃圾零廢棄」政策目標,同時配合資源回收再利用之規定,全面推動「垃圾零廢棄」之總體垃圾減量及資源回收等政策,提倡以綠色生產、綠色消費、源頭減量、資源回收、再使用及再生利用等方式,將資源有效循環利用,逐步達成垃圾全回收、零廢棄之目標。

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臺南市官田區

執行主體:【鄉鎮市區】、實施區域:【鄉鎮市區】
一、背景說明


    一、行動項目主題

    (一)專案種類:推廣專案

    (二)行動項目機能面向:資源循環

    (三)行動項目主題:農業廢棄物回收再用

    (四)執行單位:鄉鎮市區層級

    (五)行動項目執行層級:鄉鎮市區層級

    二、行動項目重要性

    官田舊稱「官佃」,係位於台南市內中央偏北地帶,總面積約70.8平方公里,區內共有7,792戶,約21,702人,多數從事農業,其中特產為菱角與芒果。官田菱角栽植面積約297.71公頃,主要分佈於隆田、東庄、西庄、官田及湖山等村,盛產期為每年6至10月,其年產量約6,800公噸,約佔全台75%,居全國之冠,因此有「菱角之鄉」的美名。過去官田區農民多取菱角仁而棄置菱角殼或就地燒化,不僅造成環境髒亂,也會有空氣污染等問題產生。

    生物炭(biochar)技術是近年來農業廢棄物回收再利用及減緩溫室氣體的一項重要策略,其影響可分四大層面,分別是廢棄物管理、土壤改善、能源產出及減緩氣候變遷。在農業的應用可進行土壤改良及製作生物炭肥;在環境的應用可進行炭減排、固碳與促進物質循環;而再生能源的製造部份則可產出炭質固體、生物油、合成氣與有機液體。官田區公所期望結合產、官、學、民之田間試驗與多元生態永續校園建構,進而打造官田為四生「生活、生產、生態、生命」之示範場域。


二、工作內容與方法
  1. 作業內容暨執行方法

    本計畫整體主要將分為四大階段進行,首先蒐集資料以對官田地區農廢及生物質產量有所掌握;其次,將委請專業團隊研發與建置完善的菱殼炭製備系統與污染防治系統,並培訓在地操作人員;接續將進行菱殼炭與周邊產品之開發以及試驗,並積極申請國內生物炭相關檢驗;後期,本計畫將舉辦幾場觀摩研習會,藉以強化民眾環境保育觀念及生物炭、副產品正確使用,進而提升節能減碳之成效。

    以下所列為本計畫各工作項目與執行現況說明:

    1.官田地區農林廢棄物產量評估

    為初步了解官田地區農廢及潛在之生物質產量,本計畫團隊於計畫執行前期,便會展開相關資料的蒐集與調查,先行透過農業單位或官田區公所獲取最新耕地或各項作物的種植面積等基本資訊,後續再由推估係數推估出官田區稻殼、稻稈與菱角殼等農業廢棄物總量。

    2.建置符合地方特色之菱角炭化系統並提出炭化系統之最佳操作參數

    (1)菱角炭化系統建置

    本計畫結合官田區公所專業設計團隊,研發包含炭化爐系統、菱醋液萃取設施及周邊相關設備等,並附有在地特色、機動性佳、安全防護性、熱源回收及低人力成本等功能之設計;此外,為方便處理炭化菱角殼或萃取菱醋液過程時衍生之廢氣,本計畫團隊亦規劃一套空氣污染防制設備因應,而過濾設備內的填充物除採用一般市售活性碳外,亦可使用炭化完成後的稻殼炭或菱殼碳成品,以提升廢棄物回收之再利用率。

    為了建置屬於官田地方特色,並成為其他地區之參考典範,本計畫欲於官田區內規畫一場址作為製造菱殼炭的場域。

    (2)炭化系統之最佳操作參數

    圖1為炭化菱角殼之整體操作流程情形,往後待炭化系統建置完成後,即將附近的菱角殼清運至此場域進行炭化作業;而為找出最佳操作參數,在炭化作業過程中,全程將以溫度測量儀器監測爐內溫度變化及歷經時間,以掌握炭化品質,且也架設煙道氣體儀器進行監測,掌握產生氣體成分情形。此外,本計畫也利用此套系統進行其他種生物質例如:稻殼、木屑等炭化試驗與其比較情形。

    圖1炭化菱角殼操作流程

    3.提出符合檢驗標準之官田特有菱角生物炭及其副產品

    為使製造後之菱殼炭及其副產品-菱醋液能符合國家甚至國際標準,故將送往相關單位檢驗重金屬含量、礦物質、炭比例、BET、Molar H/C ratio、pH、電阻係數、Ash (%)等項目;進一步考量日後產品商品化需求,亦將之送驗CAS、農藥、重金屬、有害微生物等有機資材檢驗項目。

    4.炭化菱角殼及其醋液之開發與應用

    根據國內外一些生物炭研究結果,顯示出施用生物炭對土壤環境與農作生產有著很大的影響,特別是與其他種肥料之混和型肥料添加,相較於單一種肥料添加,對於作物生長情形有著更良好的成效。本計畫即以菱殼炭為主,其他添加物則以官田區農林或禽畜廢棄物產生量最大宗例如牛糞、稻殼、菇包、稻桿等為輔,以官田農地及作物為試驗對象,欲找出適用於在地土壤改良、肥料製作、或提高蔬果產量等農業項目之最佳利用方式;然而菱殼炭成品另有水質淨化功能,但添加量過多則易造成水質鹼化反效果產生,故本計畫亦規畫不同添加量於水缸試驗其水質淨化情形,以上兩試驗結果成效因涉及往後實地應用於田間試驗,須格外謹慎分析與探討,因此試驗前後,將與專家學者研討其成效與實地運用可行性評估。

    5.建構產官學民合作之低碳田間實驗場域

    菱殼炭及副產物菱醋液經送往專業單位檢驗,符合檢驗標準後,本計畫將搭配菱殼炭混和肥料作物栽培試驗結果,進一步進行開發成果實地應用實驗,因此本計畫擬配合環保局自官田國中、官田區農會及在地已耕種農場當中挑選出最少3個適當地點(面積合計至少7,500 m2),以作為低碳田間實驗場域,至於栽種作物目前會以菱角、蔬菜及官田當季生產作物為主,最終再透過分析實驗結果提供施用建議。

    6.建置碳化熱氣回收再利用窯燒爐

    菱殼炭化爐燃燒作業時,溫度約介於600~800℃間,因此爐頂煙囪口所排放出之廢熱氣,溫度也會相當高,而若能將其熱氣有效的進行回收再利用,不僅可使環境衝擊降到最低,亦可達到能資源使用的最佳成效,故本計畫擬於官田國中內建置一窯燒示範爐,專供研究、教學及活動觀摩使用。

    7.辦理相關教學、訓練與活動

    (1)跨領域專家學者指導與成效評估

    本計畫從最初的設備研發階段至生產優良炭成品及副產品,到利用各作物栽培試驗過程及成果,實際導入於官田區預計規劃之田間實驗場域,各個階段環環相扣,須謹慎評估,而為使實驗成效得以彰顯並顧及生態環境保護,故本計畫團隊欲聘請跨領域專家學者會同到場指導炭化爐設備研發、菱殼炭與副產品成品應用、場域田間實驗、後續計畫延伸,及整體成效評估等項目。

    (2)炭化爐操作教學

    本計畫擬規劃每場次6小時,共8場次之炭化爐操作教學,課程內容包含介紹炭化爐的基本操作原理與現場作業安全注意事項、各式監測設備儀器操作、實際炭化爐操作體驗等,教導官田社區志工、居民和農友能獨立進行生物炭及其副產品的製作。

    (3)生物炭教學或觀摩

    本計畫亦規劃每場次3小時,共5場次之生物炭教學、觀摩課程,教學對象則會以高中職、大專院校等年輕學子為主,透過現場教學與觀摩的方式,使學生們了解生物炭的生產流程與原理,進而對官田菱角炭的製作、應用有更進一步的認識。

    (4)建置低碳永續家園教學場域與辦理觀摩研習會

    為了強化官田地區居民及一般民眾環境保育觀念及生物炭(含副產品)正確使用,進而提升節能減碳之成效,本計畫擬舉辦幾場大小型宣導會,並欲以官田區公所旁的官田生物炭研習室及官田國中教室作為低碳永續家園教學場域使用,於室內展示有關生物炭之影片、製作設備、炭成品及副產品、各種試驗成果、以及相關成果海報等事項;另再於官田國中戶外打造成附生物炭教育園區、菱殼炭製作體驗區及熱氣回收窯燒爐等含靜、動態樣貌的低碳永續家園示範場域,以達到成果觀摩及研習體驗之功效。

    8.炭化菱角殼節能減碳效果之成本效能及能源耗用分析

    各項研究已證實生物炭之製作與利用可有效且長期的封存二氧化碳,且生物炭及其附加產物均具有高度經濟價值。由於不同地區會因在產物特性或地理條件等差異致使節能減碳成效有所差異,故本計畫將待各試驗、實驗完成結果分析後,隨之計算分析炭化菱角殼、稻穀於減緩二氧化碳效果之整體成本效能及能源耗用情形,以近一步了解官田地區特有炭化農產物之減碳成效,以及能為當地社區帶來額外之經濟效益。

  2. 法規制度暨配套方案

    一般農業資材的法規,主要依據「農藥管理法」與「肥料管理法」訂定,至於有機農業適用的資材則是由農糧署訂定,屬行政規則層級的「有機農產品生產規範-作物」所規範;而目前有機驗證機構執行審查時,皆以下列現行法規為基準:

    1.有機農產品及有機農產加工品驗證管理辦法

    2.有機農產品及有機農產加工品驗證機準

    3.有機農業商品化資材品牌推薦作業規範

    4.NCHUOMRI有機農業商品化資材審查作業手冊

    5.肥料管理法及其相關法規

    6.農藥管理法及其相關法規

  3. 參與執行單位暨作業人力配置

    本計畫在作業執行上主要配合機關學校單位如:行政院環保署、臺南市政府環保局、官田區公所、官田國中等辦理各項教學、訓練及活動;而由玖峰環境公司結合官田區公所及成大等專業團隊為主要動員人力配合計畫執行以完成各項工作之推動。


三、執行期程與經費

    一、作業期程分配

    本計畫各項工作項目執行規劃推動期程如下表,執行時間為自機關指定日起執行至民國105年12月31日止。

    1、執行期程

    工作項目

    105

    8

    9

    10

    11

    12

    官田區農林廢棄物產量數據蒐集與評估

     

     

     

     

     

     

    菱角殼炭化系統建置

     

     

     

     

     

     

    提出菱角殼炭化SOP流程

     

     

     

     

     

     

     

    炭化成品及附屬品檢驗

     

     

     

     

     

    成本效能及能源耗用分析

     

     

     

     

     

    45小時炭化爐操作教學

     

     

     

     

     

     

     

    15小時生物炭教學或觀摩

     

     

     

     

     

     

    混和肥料栽培試驗

     

     

     

     

     

     

    建構低碳田間實驗場域

     

     

     

     

     

     

     

    田間實驗

     

     

     

     

     

     

     

    50人次專家學者評估及指導

     

     

     

     

     

     

    低碳永續家園教學場域建置

     

     

     

     

     

     

    舉辦觀摩研習會

     

     

     

     

     

     

     

    窯燒爐建置

     

     

     

     

     

     

     二、計畫經費需求概算

    2、經費概算

    項目

    細項說明

    單位

    數量

    總價()

    合計()

    比例

    薪資

    計畫主持人薪資

    1

    165,000

    884,000

    18.73%

    專任工程師

    1

    190,000

    菱角炭系統操作、載運及田間試驗人員

    人時

    2,500

    325,000

    勞退、保險、年終獎金等

    1

    204,000

    宣導活動

    教育訓練

    教學鐘點費

    人時

    60

    96,000

    556,000

    11.78%

    觀摩學習研習會

    1

    140,000

    專家學者指導

    人次

    50

    100,000

    專家學者交通費

    1

    100,000

    低碳永續家園教學場域建置

    1

    120,000

    產品檢測費

    田間試驗費

    一般生物炭成品檢驗費

    30

    165,000

    812,250

    17.21%

    生物炭及副產品重金屬檢驗費

    5

    100,000

    醋液符合CAS檢驗標準之檢驗費

    3

    36,000

    生物炭及副產品有機資材檢驗費

    2

    50,000

    田間試驗費

    m2

    7,500

    461,250

    系統、設備

    炭化爐空氣污染防制設備

    1

    580,000

    1,830,000

    38.77%

    炭化爐操作平台及炭化爐、窯燒爐之冷卻系統

    1

    290,000

    菱角殼炭化系統

    1

    750,000

    碳化熱氣回收再利用窯燒爐

    1

    210,000

    行政、管理費

    補助系統操作電費

    6

    50,400

    637,750

    13.51%

    報告及會議資料印刷費

    1

    38,000

    一般事務費

    1

    55,000

    管理費

    1

    269,588

    營業稅(5%

    1

    224,762

    合計

    4,720,000

    100%

四、成效分析與建議

    一、成效

    本計畫旨在利用生物炭技術解決大量農業廢棄物問題,其不僅可降低垃圾清運量,主要功能也對土壤改質及減緩氣候變遷等有很大的影響力;而目前在官田區,農廢物產量最大宗即屬菱角殼,故本計畫即以菱角殼為炭化對象,並將炭成品開發應用回田間使用,預期可獲致之效益如下:

    1.農業廢棄物回收再利用,減少環境污染與清運處理成本。

    2.菱殼炭發揮土壤改質效果,增加土壤肥力,使生產作物更加健康茁壯。

    3.製作菱殼炭肥,可減少其他肥料用量及成本,促使農地永續利用。

    4.生物炭固存較多生物質中的碳而形成負碳排放,減少土壤中二氧化碳、甲烷及氧化亞氮的排放,有助於減緩暖化腳步。

    5.帶動官田區整體發展,提升社區向心力。

    6.打造官田低碳永續教學場域,強化居民及一般民眾環境保育觀念及生物炭正確使用,提升節能減碳成效。

    二、建議

    本計畫後期將以整合前期所有試驗數據分析,導入實地之田間實驗,因涉及大範圍土體環境,須格外謹慎分析與探討,試驗前後,將與專家學者研討其成效與實地運用可行性評估;然而菱角炭是呈現鹼性,雖然台灣的土壤普遍呈酸性,但在土壤改質的使用量標準上需再謹慎仔細研究,才能達到良好的土壤改質效果;且植物因種類的不同,喜好的生長環境也不一樣,隨之混和肥料量及比例亦不盡相同,故在執行混和肥料作物栽培試驗前須進行一系列規劃,才能達到良好效果。

五、評等得分之要求
    無。