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乳牛場環保設施

前農委會畜產試驗所新竹分所主任　龍沙平博士

一、摘 要

　　台灣地區幅員狹小人口密度高，多年來家畜廢棄物處理與環境保護一直是政府努力的目標。而如何選擇最適當有效，並且適合本地區環境之處理方法，為長期所追求目標。而乳牛廢棄物處理設施中，高效率、低成本，易操作也是另外一個重要的指標。

　　據農委會（93.10）統計顯示台灣地區現有乳牛頭數13萬頭，（母牛109567頭公牛20433頭）酪農戶715戶平均182頭/戶。據農政單位指出台灣地區已完成乳牛場登記的戶數截至 (94.1.)有672戶。也就是表示有94﹪以上的乳牛牧場完成了廢棄物處理的設施。而台灣乳業50年來，前期並無相關污染法令制定及技術建立。至民國80年代才陸續在法令及硬體技術之研發建立。政府於76年公佈水污染防治法，并於87年訂定草食動物糞尿廢水排放標準，即生法需氧量(BOD)：80mg/1，化學需氧量(COD)：450mg/1，懸浮固體(SS)：150mg/1，排放廢水均須在範圍數值以下。同時也積極建立最先進堆肥技術。而其堆肥品質須符合最新之有機質堆肥成分標準。所以乳牛環保條件因牛隻質量提升，社會環境丕變，相關措施由無到有，由簡陋而臻完善；建立一個綠化、美化，無污染而且充分利用再生能源及資源回收之環保牧場。

二、前 言

　　本省牛隻飼養型態，乳牛主要為圈飼，每頭成牛(以六百公斤為例)每日排出糞尿量糞約30公斤，尿約20公斤。台灣地區對乳牛廢棄物處理原則上採用生物處理方式，因為台灣地處亞熱帶年平均溫25℃以上適合厭氣醱酵，也適合好氣菌的繁殖。

　　在台灣目前農政單位採用三段式處理，分別為固液分離、厭氣及好氣等三階段處理。而固體廢棄物則以堆肥化為主。

　　廢水處理：因乳牛為草食獸，牛糞中纖維比例高。 台灣早期乳牛廢水處理，因固液分離及生物分解技術不足，所以處理效率低；多以厭氣塘沉澱方式來達到淨化目的。一般在台灣 過去數十年來均把牛糞廢水直接導入貯留池或（厭氣塘）內。經一段時間停留，沉澱分離及生物分解後，低濃度廢液直接排放，一般處理時間長達半年以上。

　　固形物方面：傳統方式把乳牛糞直接露天堆積，並且加上貯存池內沉澱固形物，以人工或機械清除，一同堆積醱酵任憑日曬雨淋。這種傳統堆肥時間很長（6-12個月），且所需場地很大，且堆肥品質不良。

　　目前乳牛廢水處理則利用先進環工技術，及參考本地區自然環境所研發之技術。達到低成本、高效率、維護、操作簡單。而堆肥技術也利用生物處理，採用機械化，省工、省時（2-3個月）；達到大量處理，品質優良之有機肥生產。所以乳牛場污染管理以廢水減量、資源回收、無排放為目的。

三、乳牛排泄物成分及其特性　　

　　乳牛以牧草及配合精料之混合飼養，其排泄物量及組成頗不穩定。以500~600公斤之成乳牛為例：

　　（一）牛糞：23~50公斤/天/頭（平均27.5），14.6頓/年/頭

　　（二）牛尿：7~25公斤/天/頭（平均13.5），7.35頓/年/頭

　　　　　合計：21.9頓/年/頭

　　而糞尿混合時，固體佔13%、液體佔87%。成牛每天所產糞尿量約40~50公斤。其重量約為體重的9.4~7.0%。

　　生糞密度1042.5kg/M3，而含水13%之乾糞則為192kg/M3。乳牛以粗飼料為主，因此糞便中之纖維、木質素及鉀含量高，而磷及鈣、鎂含量較低。新鮮牛糞之含水分約80.2%，COD167,196mg/1，BOD25,000mg/1，SS98,000mg/1， T-N400mg/1，pH7.4；而尿水之理化性狀為水分94.2﹪，COD6,000mg/1，BOD4,000mg/1，SS5,000mg/1，T-N8,300mg/1， pH8.3，日本乳牛場之原廢水分析結果，其BOD約5833mg/1，SS5,800mg/1（日本中央畜產會，1989）。台灣乳牛場原廢水BOD3825mg/1、SS5,800mg/1、COD15,424mg/1。牛糞尿主要特性為量多及粗纖維多，造成處理上的困擾。一般牛糞尿貯存池，為了應用時抽取方便，都有攪拌或曝氣的機械設置。

四、不同牛舍處理設計

　　台灣酪農牛糞尿處理方式因牛舍結構及地形而異，可分為：

{	繫留式牛舍：糞尿處理，可有效收集處理。分為：機械刮除後水洗、直接水洗式流入處理系統。
	開放式牛舍：因牛床不同分為：水泥床、條狀床、墊料床、橡皮床

　　　其中墊料鋪陳稻殼木屑吸收牛糞尿，定期清除製造堆肥。

　　以上適合台灣地區乳牛場使用；即繫留式加三段式處理以及墊料廄肥牛舍兩種。另外一種經營方式，即牛舍有牛床墊料吸收糞尿無廢水排放，祇在擠乳室有少量廢水產生。

（一）繫留式牛舍：

　　早期繫留式牛舍可分有糞尿溝及無糞尿溝，後者易污染牛體已經淘汰。前者溝上加鑄鐵蓋，牛糞尿以水沖入糞尿池。而牛床則以木屑、?砂、墊草或橡膠皮墊為牛床定期更換清理。

　　而另有牛床高出地面，接懸空之鑄鐵蓋可收集牛糞，而牛體亦保持乾淨；畜產試驗所新竹分所使用後效果良好。

　　繫留牛舍做糞尿處理重點是讓所排出之糞尿能確實落入糞尿溝。

　　另由於糞尿溝清除、輸送糞尿方式不同，可區分如下：

　　方式1：糞尿以機械清除、輸送

糞尿→固液分離		固形物→成分及水分調整→堆肥化
		液狀物→厭氣及好氣處理→排放

　　方式2：糞尿自然流下

　　　　　　　　　　　糞尿→糞尿溝自然流下→糞尿貯存槽處理→固液分離機

　　　　　　　　　　　固液分離後之固形物及液狀物處理如方式1。

（二）開放式牛舍：

　　由於牛床構造之不同，而其處理方式可分述如下。

　　方式1：水泥牛床，包括土面運動場或圈飼場

　　這類牛舍通常在水泥牛床與運動場間有糞尿溝，糞尿溝並有固液分離及清除、輸送之裝設。

牛糞尿水

水泥牛床→糞尿溝

液狀物→厭氣處理→好氣處理→排放 固形物→水分調整→堆肥製

　　　　　　　　　  運動圈飼場→鏟裝機清除、運送→堆肥化

　　方式2：條狀牛床落下糞便以機械清除或糞尿水自然流下之方式，再以三段式及堆肥化處理。

　　方式3：墊料床牛舍： 墊料牛床→廢棄物收集→堆肥化處理

五、牛糞尿處理設施

　　由上述處理方式中，如經處理後放流水用於灌溉，但以目前之法令之限制（民國69年），申請手續之繁及限制之嚴，幾近不可能，本篇不予詳述。僅就其餘簡介如下：

（一）	廢水處理設施
	台灣地處亞熱帶全年高溫，平均溫度南北雖有差異，但仍能在25℃左右適合生物處理，因此乳牛廢水理化性質其處理原則仍以三段式（3 step treatment）最為適合。
1.	固液分離模式：
（1）	固液分離機：早期固液分離利用糞尿溝高低落差處理。後期分離機有震盪式、滾筒式、傾斜式、螺旋式等不同型式。目前以水車式及逕流式為主。部份另加擠壓固形物設備。固液分離效果平均去除率BOD 30~35﹪， C OD：50~70﹪，SS：50~65﹪。
（2）	糞尿分離牛舍：條狀床下設置適當斜度之排尿溝，可使由條縫中落下之糞尿自行分離。這種牛舍應用時注意不使飲水器之溢流水流入條狀縫下，以免增加廢水量，增加處理之困擾。
2.	清除、輸送：
（1）	畜舍內糞便之清除：由條狀床縫落下之糞便，通常裝設機械以刮糞版、鏈條輪送機、輸送帶或螺旋輸送機等裝置，把牛糞清除至舍外。
（2）	箱式沖水系統（flushing tank system）： 箱式沖水系統包括沖水箱及條狀床下之沖水溝。可把糞尿以最少之水量帶至舍外 。可以控制水量，與厭氣醱酵串連成一良好清除、處理系統；畜試所高雄繁殖場糞尿處理（洪等，民國75年）即採用此方式。完全自動，沒有惡臭。
（3）	鏟裝機：利用鏟裝機清除、搬運家畜糞便，在乳牛場相當普遍，小型鏟裝機操作簡便而靈活，為乳牛場不可缺少之機械。
（4）	水肥車：利用水肥車抽取原液集中處理，如畜試所新竹分所香山坡地之各棟乳牛設處理模式。
3.	厭氣醱酵：
	三段式之厭氣處理仍以臥置式紅泥膠皮之厭氣槽設計為主。其水力曲線為柱流式（plug flow）為設計原理。水力停留時間（HRT）為7~10天。視進流質量而定。去除效率預期BOD：80﹪，C OD：70﹪，SS：70﹪。
4.	好氣處理：
	活性污泥法（ASP）原理。操作條件：HRT：2天，溶氧（DO）：
	水頭0.5-1.0mg/1，水尾2-3mg/1，懸浮物（MLSS）2500~3000mg/l。以上操作之預期去除效果：BOD：80﹪，C OD：60~70﹪，SS：65~80﹪。依一般酪農實際操作，牛舍中清除（50﹪）牛糞，其餘則以5~7倍水?入匯集池中，平均每頭每日廢水200~300公升，以下為台灣酪農實際操作平均值供參：

　

　　乳牛廢水各處理階段水質

水質成分	牛  舍	匯集地	固液分離	初沉池	厭  氣	好  氣
BOD（mg/1）	25000	4500	2000	1500	95-350	50-90
COD（mg/1）	111000	16000	10800	4000	750-1200	200-450
SS （mg/1）	120000	12000	7000	4000	165-750	75-150

　　牛排泄物中總固形物（T.S）直接影響處理方式，TS在10﹪以上者，因黏滯性大需用刮取法，TS在10﹪以下可用馬達抽送。牛糞尿水T.S.約在10-15﹪，而豬糞尿水在7﹪以下，但實際醱酵過程中因有機物結構不同，致牛糞分解效率遠低豬糞。

　　總而言之：牛糞尿中有機物大部份無法短時間生物分解，偏高的纖維物質也增加前處理的困難，造成系統的阻塞。同時牧草中的木質素 (lignin) 對放流水的色度也有影響。

　　三段式牛糞尿處理之流程圖

5.	除以上處理外尚有下列酪農曾利用過方式略加探討：
（1）	厭氣塘：
	早期台灣部份酪農開挖大型池塘貯存廢水，因建造費低，且可利用厭氣醱酵淨化水質灌溉農地，並有沼氣可利用。但近年來因利用面積相當大，且有污染地下水源之慮，已不適於台灣地區環境條件。
（2）	活性污泥（好氣處理）：
	活性污泥法為典型的好氣處理法，除其衍生便法外，尚有氧化溝法、氧化塘法、生物旋轉圓盤法、好氣貯存法…等。其優點為處理時間短，且所需容積小，但花費太多能源為其缺點。因之可利用厭氣處理所產生之沼氣做為好氣處理之動力源，使厭氣-好氣連貫為一完整之處理系統。
6.	牛糞污泥處理：
（1）	污泥砂濾床
（2）	污泥收集機
（3）	污泥乾燥機
（二）	堆肥處理設施
1.	原料特徵
（1）	牛糞一般含有較多的纖維質成分，氮磷鉀含量比雞糞豬糞低。
（2）	雞糞肥效為化肥的60﹪；而牛糞僅為30﹪，土壤中分解速度慢。但土壤改良效果良好，在土壤中形成地力氮素，緩慢的供給養分，增強肥料及地力之效果。
（3）	牛糞每頭牛每天的排泄量，經產乳牛為30公斤，育成牛10公斤，但實際收集到的牛份量每頭平均僅15公斤。其餘則溶於尿水或運動場土地。但以糞尿分離床刮糞機收集較多，沖洗式牛舍利用固液分離機收集時糞量較少。
2.	堆肥原理
	牛糞之C / N 為15-25。其有機質是由低級脂肪酸及醣類組成，是微生物必需的能源（碳源），在良好的環境下二週即可消化；亦即堆肥化時間大約二星期。還含所必需的氮之含量，能促進微生物的活動。
	牛糞含水分多，通氣性差；故所含水分，固形物及空氣的比例適當，好氣性微生物馬上可大量繁殖促進堆肥化。
	一般微生物與堆肥腐熟有關係的，真菌對纖維素分解力極強，放線菌主要是分解蛋白質，細菌可分解有機物，實際上各種微生物並非單獨活動而是相互的加成作用或拮抗作用。
3.	堆 肥 處 理
	（1）台灣牛糞堆肥化主要處理機械歸納為五種，包刮（1）靜置堆肥式、（2）送風翻堆式、（3）箱型送風式、（4）橫軸迴轉攪拌式、（5）履帶攪拌式。農民可依個別條件採用個別或共同集中處理。個別處理多以堆積方式，設備投資少但處理時間長。共同處理則以大型機械翻堆及送風處理，設備投資高，但相對效率高且質量佳。

（2）牛糞堆肥製造流程：

（3）牛糞處理中心各項主要設施

　　以崙背牛糞處理中心為例，每日可處理新鮮牛糞10-20頓。經7天烘乾脫水至60﹪，以橫軸迴轉攪拌式，45天醱酵完成。再經二次醱酵，打粒，裝袋完成。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（林.民國87年）

4.	台灣牛糞堆肥處理場之發展
（1）	由78年雲林縣崙背乳牛生?合作之牛糞共同處理場首先成立迄今，迄今台灣地區共成立之禽畜處理中心有56場，並參加台灣省農牧資源回收再利用協會。
（2）	首座雲林縣崙背牛糞專業處理中心以牛糞為唯一堆肥原料，其餘各處理場有牛糞為原料者，都是和其它禽畜類混合處理；而這些處理場自84年到88年陸續開始籌設運轉，前後共22場。資料顯示已有56處堆肥場登記有牛糞回收之乳牛頭數為44,932頭，超過台灣乳牛頭數三分之一；以合理推估經常回收牛糞之乳牛頭數應在30,000頭以上。一年約可生產4萬噸有機質堆肥，可供5,000公頃農地之用。可充分供應一般有機農場之需。
5.	台灣省農牧資源回收再利用協會
	為使牛糞等畜牧廢棄資源回收業者及堆肥處理製造業者能進一步提升處理術，交換設場及經營資訊，並聯絡同業情感，於86年8月26日成立「台灣省畜牧廢棄資源再生利用協會」。該會為非以營利為目的之社會團體，以研究畜牧廢棄資源再生利用技術，促進資源再生利用事業發展，聯絡同業感情及增進資源再生利用事業福利為宗旨。
	現有個人會員103名、團體會員24名，其中領有肥料登記證之會員場計有51場，年產有機肥料約35萬噸。

六、台灣乳牛場環保設施技術之發展

（一）	改良式厭氧濾池處理牛糞廢水（80年）：
	針對養牛廢水量大及粗纖維多而加設初沉前處理，清除浮渣及沉泥。厭氣槽填充高率濾材（High-rate filter），減少系統堵塞，縮小處理體積；厭氣時間亦可縮至5天以內，提升處理效率。
（二）	養牛場廢污一貫式處理研究（81年）：
	利用三段式處理方法以不同固液分離技術及前處理，減少養牛廢水中浮渣及固形物，提高系統處理效率。
（三）	養牛廢水各階段功能探討（81年）：
	探討乳牛廢水處理之最適模式，以HRT 7天之厭氣處理，配合後續好氣處理。廄肥牛舍之擠乳室廢水因BOD及SS較低，厭氣5天曝氣2天亦可達到放流效果。
（四）	養牛圈飼場及屠宰廢水處理（82年）：
	圈飼場廢水因粗纖維較多等，致系統中浮渣糞泥影響處理效果。而屠宰廢水經過篩濾毛、血、油脂後經厭氣處理之BOD、COD及SS等去除率均在87~99﹪，效果良好；單純好氣處理之效果較低。
（五）	發行養牛場污染防治參考手冊（83年）：
	配合環保要求，省畜試所規劃牛糞尿處理技術，供養牛戶參考。
（六）	牛糞廢水脫氮方法之研究（84-85年）：
	牛糞廢水含氮量因各牛場處理及沖洗方式而異，且廢水中碳源不足影響脫硝；但SBR實場操作中TN去除率仍可達71﹪。
（七）	擠乳室廢水處理模式研究（84~85年）：
	採墊料牛床吸收糞尿，僅有擠乳式廢水處理方式。雖然擠乳廢水中有兩性消毒水，及磷酸、荷性鈉之使用，但是因沖洗稀釋後對處理效率並未產生抑制作用，BOD及SS去除達73~78﹪，放流水均符合環保標準。
（八）	牛糞廢水中電導度（EC）之降低（90年）：
	牛糞廢水中陰陽離子可導致電導度（CE）升高，放流水皆排入河川灌溉渠道，直接影響作物成長，目前正探討適當方法降低放流水中電導度。
（九）	快速堆肥之研究（88~90年）：
	加入特殊菌種促進快速堆肥化，提升堆肥品質。
（十）	牛糞中重金屬及對土壤累積之探討（87~89年）：
	由不同階段，不同飼料飼養之乳牛糞中重金屬含量調查。顯示牛糞中Zn在土壤中累積量偏高，Cu、Mu較低。
（十一）	牛糞沼氣發電及太陽等能發電對牛舍降溫利用（90~92年）：
	利用牛糞尿及太陽能等再生能源降低乳牛熱緊迫之研究。
（十二）	處理水（treated-water）之利用及安全性評估（86~88年）：
	利用處理後之再生水沖洗牛舍，達到減廢減量，及節省水資源；處理水中之生菌，寄生虫等皆有效抑制並無衛生安全顧慮。

七、結 語

（一）	台灣養牛以圈飼為主，固體廢棄物儘量撿拾作堆肥原料，避免流入處理系統增加處理系統負擔。所以採用廄肥牛舍管理，僅有少量擠乳室廢水，此為最經濟有效處理方式。
（二）	養牛廢水中氮、磷含量不是很穩定，但是去除方法仍需加以研究整合，期能建立一簡單操作，經濟有效方式。
（三）	乳牛廢水中電導度及COD降低探討，以符合灌溉及排放標準。
（四）	堆肥方面：研擬快速發酵共同處理為主，提升堆肥質量。
（五）	牛糞尿之惡臭并不顯著，但產生之NH3＋N 等仍足以招致蒼蠅，對牛隻產生困擾及妨礙擠乳衛生，故除臭除蠅仍為牛場污防重點。
（六）	環保乳牛場模式之建立：探討建立減廢，減量、處理水及再生能源配合利用之環保乳牛場。

八、誌 謝

　　本篇為參考國內外相關大作及文獻，特別向下列學者、先進誌謝：農委會林俊臣科長、洪嘉謨主任、林財旺研究員、郭猛德主任、陳茂牆分所長、謝欽城主任、雷鵬魁教授、張定偉主任。 其餘不另一一表示；再次表達謝意。

　

　

圖1.台灣60年代乳牛場	圖2.早期牛舍用水沖洗	圖3.早期民間牛糞裝袋處理	圖4.早期牛糞回歸牧地
圖5.早期機械清除牛糞	圖6.近期繫牛式牛舍	圖7.開放式牛舍	圖8.廄肥牛舍
圖9.鏟車清除牛糞	圖10.繫牛式牛舍刮糞板	圖11.刮糞板清出牛糞	圖12.乳牛場刮糞機
圖13.乳牛舍刮糞機	圖14.水車式固液分離機	圖15.逕流式固液分離機	圖16.三段式牛廢水處理
圖17.氧化溝廢水處理	圖18.廢水處理與浮渣收集	圖19.污泥曬乾床	圖20.污泥濃縮及脫水
圖21.堆肥生產作業流程	圖22.酪農個別堆肥處理	圖23.堆肥翻堆機械化	圖24.杓子式堆肥翻堆機
圖25.橫軸迴轉攪拌堆肥槽	圖26.長條型迴轉堆肥處理	圖27.天車式堆肥處理	圖28.空污防治－脫臭槽
圖29.脫臭槽操作情形	圖30.堆肥分裝自動化	圖31.堆肥成品運銷	圖32.利用堆肥農作物育苗

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