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生物分解塑料垃圾袋在有机废弃物堆肥化之应用上

2021-08-18 来源:黄冈机械信息网

生物分解塑料垃圾袋在有机废弃物堆肥化之应用(上)

一、前言

根据环保署1992~1999年《台湾地区环境保护统计年报》资料显示:一般垃圾之物理成分中,厨余类所占比率为17.9~25.7%,倘能善加利用,将厨余及果菜市场产生的有机废弃物等资源进行堆肥化处理,不但可解决有机废弃物污染环境的问题,维护生态环境,还可利用其所富含的有机物及养分,改善土壤之理化性质,提高土壤肥力,增加作物生产与改善产品品质。另外,由于有机废弃物的减量,从而可延长垃圾掩埋场使用年限。在目前掩埋场日趋饱和且觅地不易的情况下,可减少民众抗争所导致的社会成本支出。

生物分解塑料垃圾袋在有机废弃物堆肥化之应用上

另据台湾塑料公会1990~1998年的统计,台湾地区每人每年塑料的消费量为105.3~134.5公斤。因此每年所产生的塑料废弃物也颇多。在这些塑料废弃物中,有57%为塑料袋及膜。前述一般垃圾之成分中1992~1999年间塑料类之比率也在17.8~20%,显示了塑料过度的泛滥使用。这些塑料垃圾,不易分解,会阻塞排水沟渠,妨碍根部伸长,影响环境景观。为了减少传统塑料的使用、采用生物可分解垃圾袋配合厨余,庭院枯枝落叶等有机废弃物的分类收集,进行资源再生,对于废弃物减量及现行的垃圾处理方式将有莫大的助益。

目前生物分解垃圾袋可配合利用于社区厨余,公园、庭院落叶及果蔬批发市场等有机废弃物分类收集。以社区厨余及庭院落叶而言,可由环保机关结合社区民众做好垃圾分类装袋,由清洁车定时收集,再送至大型有机废弃物处理场进行堆肥化处理。据美国密西根州立大学Narayan博士之报导:由于多数区域及地方的堆肥处理场已禁止非分解性塑料的使用,因此当堆肥化技术日趋成长及稳定时,则有更多的有机废弃物如庭院枯叶、修剪后残枝及生物固体混合废弃物等,将从掩埋处理改为堆肥化处理。在美国一些庭园废弃物之掩埋,大约占一般废弃物的10%,目前已有26个州及华盛顿特区是禁止掩埋。基于此,庭园废弃物堆肥化之设备从1989年的650处剧增到1992年的2500处。因此生物分解堆肥袋之用量也将开始增加。

生物分解塑料垃圾袋在有机废弃物堆肥化之应用上生物分解塑料垃圾袋在有机废弃物堆肥化之应用上

生物分解膜(左),右边为传统PE膜经28天堆肥化处理后分解情形

生物分解膜于农牧废弃处理中心发酵槽进行分解膜裂解率评估

1997年美国CARGILL公司采用Ecopla生物分解聚合物,生产30加仑的生物分解堆肥袋;杜邦及ConAgra合资机构则生产Enpac商标之生物分解堆肥袋行销市场;加州的Biocorp公司也生产商品名Mater bag之生物分解垃圾袋做为食物残渣、庭园枯叶及修剪后残渣收集之用。最近意大利Novamont公司研发的Mater-Bi生物分解材料所产堆肥袋已逐渐被采用于芬兰、意大利等欧盟诸国的50余个社区。德国巴伐利亚的Landkrerxs Furstenfeldbruck 于1992年率先使用。另根据Viona Lissen1999年报导,在瑞士不同的厂家生产不同型式的生物分解堆肥袋(BAW袋),广泛地供大批开发商进行有机废弃物的收集,部分市政当局也有意跟进。在日本群马县的板仓町以生物分解垃圾袋装填厨余生产有机肥料成果颇佳。

据Shin及Han氏之报告:韩国为了配合根据废弃物体积收费(Volume-based collection fee,简称VCF)制度,在1999年9月宣布采用部分可生物分解的收集袋(含30%淀粉)以减少掩埋场之空间,未来将考虑提高使用VCF制度所采用之垃圾袋之费用,只能尝试采用完全生物分解收集袋。根据1999年Behage的报导:1996年,美国、西欧及日本之生物分解聚合物的需求量为14000吨,产值为7000万美元,其中有38%则应用于堆肥袋,预期到2001年生物分解聚合物的需求量将增加到70000吨,因此利用于堆肥袋比例也将增加。

本文旨在评估台湾厂商与国外技术合作生产的生物分解垃圾袋装填有机废弃物进行堆肥化之成效,只供未来相关单位进行有机废弃物资源再利用之参考。

生物分解塑料垃圾袋在有机废弃物堆肥化之应用上生物分解塑料垃圾袋在有机废弃物堆肥化之应用上

生物分解袋(内装榕树落叶)于农牧废弃物处理中心经3个月之翻堆后所生产的有机肥料

图一生物分解垃圾袋堆肥化处理之温度变化(1999年12月23~2000年3月29日)

二、生物分解膜分解率评估

为了解生物分解膜之分解情形,本场采用伟盟工业股份有限公司与意大利Novamont公司合作生产之Mater-Bi生物分解塑料材料(代号NF01U,成分为50%淀粉;50%聚己内酯,简称PCL),于台南县佳里镇农牧废弃资源处理中心进行生物分解膜分解率调查。该中心主要以牛粪混合菇类木屑生产有机质肥料。将Mater-Bi生物膜(黑色,厚度0.03mm)裁成35cm×35cm大小,计10片,先以分析天平秤重后,再装进50cm×50cm白色24目纱网袋,分三层随机平铺于废弃资源处理中心之发酵槽中,并与牛粪等堆肥资材堆积,每一周翻堆一次,经6周后,取出供试材料冲洗后,经70℃烘干两天后再称重计算其失重率,以膜失重之多少,评定其分解程度。初步评估得知:MATER-BI生物分解膜在堆肥化处理后28天,生物分解膜之失重率为37.8%;处理后42天,失重率达82.9%。试验期间,堆肥槽的温度为44—65℃。由于生物分解膜经堆肥化处理后的初步评估效果良好,因此进行生物分解垃圾袋填加有机废弃物之实际评估。

三、生物分解垃圾袋在庭园落叶之堆肥化利用

另本场又于台南县佳里镇农牧废弃资源处理中心,进行生物分解垃圾袋中装有机废弃物之堆肥化评估,共分三种成分处理,分别为内装填榕树落叶的Mater-Bi白色生物分解垃圾袋及未装榕树落叶的白色生物分解垃圾袋,每一种分别有50个样品,并以处理中心原牛粪等材料为对照。将前述100个样品分别放置于混合牛粪、木屑等初级原料之发酵槽(每一槽放50个)。每隔一星期翻堆一次,经过12次翻堆后,于掩埋13周发酵完成后,分别装袋运回台南场进行有机肥料之水分、电导度值,PH、有机质含量,主要元素(N、P、K、Ca、Mg),次要元素(Fe、Mn、Zn、Cu)及重金属(Ni、Pb、Cd、Cr、Cu)等含量分析。另将前述三种不同处理有机质肥料分别称0.5公斤,混以2.5公斤栽培介质,充分拌匀后置于20.32cm素烧盆中进行小白菜(三凤种)盆栽试验,调查不同处理采收时之株高、叶数、叶面积、单株重及可溶性固形物,兹将结果分叙如下:

1.垃圾袋在堆肥发酵槽之破裂分解情况

当生物分解垃圾袋埋入农牧废弃处理中心发酵堆肥槽中,由于槽内温度在50℃以上,因此分解膜有卷曲情形发生,2周后开始破裂分解,且速度相当快,3周后破损率达50—60%,4周后破损率已达85—90%,5周后生物可分解垃圾袋几乎完全分解。第一周时,未填加榕树落叶的生物分解垃圾袋处理比填加榕树落叶之生物分解垃圾袋处理分解较快,但第2周时,后者比前面处理分解快且分解为小块,究其原因乃填加榕树落叶之生物分解垃圾袋之枯叶本身已有菌丝可以加速分解,而第1周,未填加榕树落叶的生物分解垃圾袋处理,因生物分解垃圾袋直接埋入高温中(图一),致垃圾袋快速卷曲,但到第4—5周时,二种处理之垃圾袋均已完全分解,但榕树落叶则到第8周才腐熟。由于供试生物分解垃圾袋,是由50%淀粉及50%PCL掺混而成,二者均是可以生物分解的材料,因此作为有机废弃物的垃圾袋进行堆肥化处理之效果相当良好。

2.生物分解垃圾袋堆肥化后之有机质成品分析

2.1 生物分解垃圾袋堆肥化后之有机质物性分析(未完待续)

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