行政院國家科學委員會專題研究計畫期末報告
果蔬汁加工廢棄物處理技術對綠色度之影響
計畫類別： 個別型計畫
計畫編號： NSC 89-2621-Z-002-072
執行期間： 89年08月01日 至 90年07月31日
個別型計畫：計畫主持人： 蔣丙煌
電子信箱：bhchiang@ccms.ntu.edu.tw
處理方式：□可立即對外提供資料
（請打ˇ）□一年後可對外提供資料
□兩年後可對外提供資料
(必要時，本會得展延發表時限)
執行單位： 台大食品科技研究所
中華民國 90年 11月 10日
目 錄
中文摘要 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 01 英文摘 要 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥ 0 1 ㄧ、前 言 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ ‥‥ 0 2 一、果蔬汁之廢棄物來源與一般性 質 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 2 二、廢水處理技 術 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 2 (一)固液分 離 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 2 (二)膜分離技 術 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 2 (三)生物處理 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 2 1. 活性污泥 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 3 2. 滴濾池 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 3 3. 旋轉生物圓盤 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 4 4. 接觸曝氣 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 5 三、固態廢棄物處理方 式 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 7 四、生命週期衝擊評估方 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 7 （一）分 類 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 7 （二）特徵化 （Characterization） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 8 （三）評價 0（Valuation） ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 8 五、SimaPro 簡 介 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 8 六、果蔬汁加工廢棄物之排放情 形 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 9 (一)、製程廢水來 源
‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 9 1. 原料洗淨廢 水 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 9 2. 榨碎、榨汁過濾廢水 (汁液廢 水) ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 0 9 3. 地板及機械設備之洗淨廢 水 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 0 4. 固體廢棄物貯藏處滲出廢 水 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 0 (二)、製程廢水污染特 性‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 0 (三)、固體廢棄物來源及其特 性 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 0 二、研究方 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 1 一､果蔬汁加工廢棄物之排放情形調 查 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 1 二､擬定各果蔬汁可能採用之所有處理技 術 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 1 三､評估果蔬汁廢棄物處理技術之綠色 度 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 1 （一）依 據 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 1 （二）綠化度的量 化 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 1 （三）SimaPro 所輸入之數 據 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 2 三、結果與討 論 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 3 一、 果蔬汁加工廢棄物之排放情形調查整 理 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 3
二、擬定果蔬汁可能採用之所有廢棄物處理技 術 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 4 (一) 固態廢棄物處理 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 4 (二) 廢水處理技 術 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 4 (三)評估果蔬汁廢棄物處理技術之綠色 度 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 4 1.活性污泥 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 4 2.接觸曝氣 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 5 3.滴濾池 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 6 4.旋轉生物圓盤 法 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 7 四、檢討與建 議 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 8 五、參考文 獻 ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥ 1 9
中文摘要
果蔬汁加工必然會產生各種廢棄物，因而如何處理這些廢棄物始終是一重要的 課題。本研究針對果蔬汁加工所產生之廢棄物之性質及排放情形，擬定可能採用之廢棄 物處理技術，並且從能源及水資源消耗､廢棄物之產生等角度來衡量這些處理技術之綠 色度，繼而確定果蔬汁加工廢棄物處理應採用之方法。本計劃為整合型計劃“果蔬汁產 品綠色度汁研究”之一子計畫，與其他子計劃之工作重點，包括綠色度之量化､減廢及 製程改善､以及省能源技術均息息相關，必需彼此密切合作以達成“綠化”蔬果汁產品 之目的。本研究參考及配合整合型計劃之另一子計劃“果蔬汁產品綠色度之量化”採行 之方法，以 SimaPro 4.0 program 來量化評估各種可能採用的廢棄物處理技術。結果發 現廢水處理以滴濾池法的綠化度最高，旋轉生物圓盤法次之，但是差異不大，而由於滴 濾池法有較多的缺點，所以本研究建議廢水處理採用旋轉生物圓盤法。固態廢棄物則建 議採用堆肥法。ABSTRACT
Various types and quantities of waste materials are produced during fruit and vegetable juice processes, and treatment of these waste materials is always an important task for manufacturers and scientists. This research was aiming to study the technology involved in treating the fruit and vegetable juice processing waste. Based on the discharge conditions as well as the properties of the waste materials, the possible and feasible waste treatment methods were considered and evaluated for energy consumption, water utilization, and waste production, and determine their extent of greenness. This research sub-project is a part of the integrated project “ The Greenness in Fruit and Vegetable Juice Products ”. Consequently, this investigation is closely related with other sub-projects, including the “ quantification of greenness ”. “ Waste reduction and processing procedure improvement ”, and “ energy conservation technology ”. The integration of this research with the other sub-projects is very important to ensure the successfulness of greening the fruit and vegetable juice products.
This investigation was carried out using the method suggested by the sub-project “ quantification of greenness ”. A computer software “SimaPro 4.0” was used to evaluate various waste treatment methods quantitatively. Results showed that the “trickling filter” was rated the best method in term of “greenness” for waste water treatment, followed by the “rotating biological contactor”. However, there was only slight difference in greenness between these two methods. Considering the efficacy during operation, the rotating biological contactor is suggested for treating the waste water from fruits and vegetable processing. For the solid waste treatment, the “composting technology” is recommended for obtaining the
maximum greenness.
一、前言
一、果蔬汁之廢棄物來源與一般性質 果蔬汁之加工程序雖然依原料的種類而有些許不同﹐但是一般的加工流程卻大致 相似﹐不外乎清洗（washing）､選別（grading）､壓榨（crushing）､萃取（extraction）､ 過濾（finishing）､調配（blending）､查驗（inspection）､脫氣（deaeration）､殺菌 （pasteurization）､包裝（packaging）等步驟。幾乎製程中的每個步驟均有廢棄物的產 生，而可大體分為液態廢棄物及固態廢棄物。無論是液態或固態廢棄物均可將之視為廢 棄物處理﹐或者視其為可再利用之資源設法回收利用。果蔬汁加工產生之廢水之 pH 值 約 9∼12﹐BOD5 約 250∼350﹐可溶性固形物含量在 1.0∼1.6％間，但是會依產品､製 程﹐以及季節等因素而有所改變。 二、廢水處理技術 有關廢水之處理﹐可能涉及之技術有固液分離、膜分離、生物處理法等。 (一) 固液分離 可分為過濾､沈降､離心等技術。過濾可用之濾材包括濾紙､濾膜､濾網﹐乃 至於沙層等﹐可用的設備可採用加壓式或真空式之過濾﹐種類頗多。沈降是利用固體顆 粒與液體之密度不同而在沒有外力的干擾下達到分離的目的。為了增加沈降的效果﹐可 在廢水中通入空氣﹐使廢水中的物質附著於氣泡而浮於液體表面達到分離的目的。另外﹐ 亦可藉由添加無機鹽､酸劑､金屬電解質､有機物､酸性白土､矽膠等以改變廢水的 pH 或帶電性等物､化性質來凝集（flocculation）廢水中的成份加強分離效果。離心則 是藉利用離心力加速廢液中比重不同物質之分離。離心機的種類亦有很多﹐例如，管式 （tubular）､盤式（disc-type）､以及 decanter 等﹐使用上各有其優劣點。 (二)膜分離技術 膜分離技術乃是利用一具有選擇通透性的半透膜﹐在壓力驅使下﹐使液體中不同 大小之可溶性物質分離的加工技術。在廢水處理方面﹐膜分離技術之應用必需在固液分 離之後。換言之﹐利用膜分離技術僅能處理不含顆粒狀固體的溶液﹐因此可用於輕度污 染之廢水回收處理﹐或是工廠最後排放水之處理﹐使排放水之品質合乎環保標準。膜分 離技術使用之設備主要有四類﹐包括管式､框板式､螺旋式﹐以及中空纖維式﹐其選擇 應視液體之性質而定。 （三）生物處理法生物處理乃是利用生物代謝作用，使污水中的微細有機物及溶解性有機物質達到 安定化後，經終沈池將其有可沈澱性的物質予以沈降分離;而存留於污水中的微生物， 則利用污水中之有機物為營養攝取之來源，並將其分解成為維持體內及合成新細胞的來 源。至於污水中的有機物則轉換成為某一種無機物或為與原性質不同的有機物，最後成 為污泥排出。 生物處理法可概分為以懸浮性污泥曝氣為主之活性污泥法及以生物膜為主之滴 濾池法、旋轉生物盤法和接觸曝氣法。分述如次: 1. 活性污泥法 (1)活性污泥法之定義 活性污泥乃是由細菌、原生動物、輪蟲與真菌等混合微生物群所構成。但對廢水 中有機物之穩定作用主要靠細菌進行，而原生動物與輪蟲則有清除分散性細菌之作用。 細菌在好氧環境下利用有機基質，首先由有機基質與細胞壁接觸，而後質傳輸入細胞 內，再由細胞的代謝作用加以利用，使生成最後產物二氧化碳與水逸出細胞外，若有機 基質為可溶性者，可立即質傳輸入細胞為其利用，若為膠體狀或較大顆粒狀，則需先經 由細胞外酵素作用令其水解分化後才能被細胞利用。為了獲得澄清的處理水，微生物於 去除有機物之後，仍需再加以分離，即利用二級 (最終)沉澱池行固液分離，此時由於 生物膠凝作用，使細小微生物結合成較大膠羽而加速沉降。經過分離的微生物群 (即活 性污泥)部份連繽迴流至曝氣槽，部份成為剩餘污泥排出另行處理之。活性污泥法之處 理流程如圖 1 所示。 圖 1、活性污泥法之處理流程 (歐陽，1991) 2. 滴濾池法 滴濾池法之基本流程如圖 2，其濾床乃是由周壁、濾材、旋轉散水裝置及排水系 統所構成。初沈池之出水經散佈在以直徑 5~1Ocm 之碎石、塑膠片等充填而成深
1.5~2.Ocm 之濾床上，經由底部流出。將此流出水經終沈池沈澱分離後，即得處理水。 放流水 圖 2、滴濾池法之基本流程圖 污水散佈在濾床時，微生物則利用空氣中之氧氣及污水中之有機物繁殖，在濾材 表面形成膠狀膜，此膜則稱為生物膜。滴濾他附著在濾材上生物膜的生物相較活性污泥 法廣泛。 (1) 滴濾池法之優點 a. 對水量負荷之變化應付能力強。 b. 對有害性物質之衝擊具較強之負荷能力。 c. 無需每日測定污泥及溶氧量，平日管理較活性污泥法方便。 d. 利用較高等微生物處理污水，因此污泥量較少。 e. 產生的污泥具較佳之壓縮性。 f. 硝化菌繁殖易，因此可得硝化良好的處理水。 (2)滴濾池法之缺點: a. 因濾池無法建造太深，所需要的用地面積較大;高效率滴濾池雖可減少用地面 積需求，但其 B0D 去除率則較低。 b. 處理水呈現膠質狀的混濁。 c. 濾床易阻塞及滋生污水蠅。 d. 濾床較活性污泥法易散逸臭味。 e. 在水循環時，水位差大特別顯著。 3. 旋轉生物圓盤法 旋轉生物接觸法簡稱為 RBC 法。RBC 之基本流程如圖 3，其組成包括初沈池、 生物轉盤系統及終沈池。生物轉盤系統則主要包括:接觸槽、旋轉圓盤體，驅動系統及 覆蓋物。 RBC 為一利用附著於圓盤上之微生物群，以去除污水中之有機物質的方法。 其圓盤以直徑之 40~70%浸於接觸槽的污水中，當緩慢旋轉圓盤而進流污水後，約經數 日圓盤表面開始產生附著微生物群，這些微生物群隨著圓盤的旋轉，自空氣中吸收氧氣 及自污水中吸收有機物質進行好氧性分解。微生物之厚度隨著接觸日數逐漸變厚，被覆 最初沉澱池 濾床 最終沉澱池 污水
蓋於底層的微生物群漸呈壓氧性。當其失去活性時，微生物會自圓盤表面脫落，併同出 流水自接觸槽流出，進入終沈池沈澱分離去除污泥。 圖 3、旋轉生物圓盤法之基本流程 (歐陽，1990a) (1)旋轉生物盤法之優點：A.具備滴濾池法之所有特徵，且無濾床阻塞及污水蠅發生 之缺點。B.臭氣之產生較少。C.電力消耗量少，可節省能源。 (2)旋轉生物盤法之缺點：A.處理水易呈膠濁狀的混濁。B.對有機物質之衝擊具較差 之負荷能力。 4. 接觸曝氣法 接觸曝氣法乃是將曝氣槽內之接觸材浸於水中，並經充分曝氣，使流入的污水能 循環流動及充份的攪拌，而與接觸材料作充份的接觸。經過一段時間後，接觸材表面即 開始附著生物污泥而形成生物膜，利用該生物膜在好氧的狀態下吸附、氧化污水中的有 機物質，接觸曝氣法是在水中強制供給空氣曝氣，因此其構造及生物培養方式，乃介於 活性污泥法與生物膜法之中間型處理方式(圖 4)。
圖 4、接觸曝氣法之基本流程 (詹，1996) (1)接觸材質的特性: a. 生物膜容易附著。 b. 材料具機械強度，不變質、不彎曲、不易破壞、不磨損、可耐久使用。 c. 表面積大。 d. 粒徑與間隔均勻，使槽內水流可順暢。 e. 與水的比重接近，使槽底不致增加載重。 f. 孔隙率大，即使填充率高也不曾影響污水停留時間。至於接觸材之種類及形 狀有很多種，但乃以具高強度、比重小、孔隙率大及表面積大的聚乙烯及氯 乙烯合成樹脂為較佳之選擇。 (2)接觸曝氣法的優點： a. 由於利用附著於接觸材表面的生物膜，而接觸槽表面積大，可保持更多量之 生物膜。 b. 由於附著微生物之污泥齡長，生物相多且呈安定狀態，亦可促進微生物自行 氧化，因此污泥產量很少。 c. 對於流量負荷或有機物質負荷變化具有較高的緩衝力。 (2) 接觸曝氣法主要缺點: a. 附著的生物膜量不易調節。 b. 在高 BOD 及 SS 負荷下操作，生物增殖有造成濾池阻塞之虞。
依據上述接觸曝氣法的優缺點，在操作管理上比活性污泥法易於控制送風量、污 泥量及污泥鬆化等問題，且對流量或水質的變化也較其有緩衝的能力。但由於考慮避免 生物膜過份蓄積而造成阻塞及妨礙生物代謝機能，適時的反沖洗是有其必要性的，這也 就是接觸曝氣法與其它生物處理法主要不同之處。反沖洗裝置是將反沖洗送風管，配置 於接觸材下方，適當間隔約為 I50~300mm，藉送風力式予以反沖洗，空氣噴出"經為 3~5mm 較適當。反沖洗所用的空氣可利用曝氣用之空氣，並以閥來切換之，所需反沖 洗時間通常約為 15 分鐘，並依污泥剝離狀況調節之。 三、固態廢棄物處理方式 有關蔬果加工產生之固態廢棄物的處理方式亦有多種﹐包括堆積製成肥料（堆肥）､ 轉化成能源物質（燃料）﹐製成飼料﹐以及視其為原料而萃取其中有經濟價值的成份。 堆肥為一相當常見的廢棄物處理利用方法﹐可將蔬果加工之固態廢棄物添加木屑或稻 殼﹐以調整基質水分含量。堆肥期間應考慮發酵溫度及通風量等參數。根據果菜市場廢 棄物處理技術之比較研究（林等﹐1995）﹐堆肥法比衛生掩埋法及焚化法更具經濟及技 術可行性。 利用微生物可將蔬果廢渣轉化為能源物質。徐與方（1993）利用遺傳工程構築兩 種細菌﹐可用來分解柑橘與芭樂榨汁後剩餘殘渣而產生酒精。除了酒精之外﹐蔬果加工 廢棄物亦可用來生產甲烷（Lane, 1979）以及生物氣體（biogas）(Hang, 1987)。 將蔬果加工廢棄物用於動物之飼料亦是一可能的處理方式。但是﹐由於各種動 物之營養需求與廢渣之組成不一定能夠配合﹐因此可能需要加工處理後方能使用﹐而且 使用量也會有限制。 從蔬果加工之廢棄物中萃取分離具經濟價值的物質是一極受重視的處理方式。蔬 果加工廢棄物中可被萃取出來利用之成份有果膠（pectin）､柑果 ､精油､纖維素､色 素等。另外﹐一些已知及未知之具保健功能之微量成份亦可能是萃取分離的標的成份。 但是﹐不論自廢棄物中萃取出何種成份﹐仍會存留殘渣﹐而此二次加工後所產生之殘渣 仍需採用適當的方式處理。 四、生命週期衝擊評估方法
依照美國環境毒理及化學協會（Society of Environmental Toxicology and
Chemistry, SETAC）對衝擊評估所作的定義，所謂的衝擊評估其實是指「對衝擊結果的 合理預期」，也就是說，依照衝擊評估架構處理盤查資料的方式，重點並不是描述一項 產品在其生命週期中實際發生的環境衝擊為何，而是在於依照擬定之方法架構下所預期 之環境衝擊是否合理。SETAC 所擬定之衝擊評估架構分為分類、特徵化、評價三個步 驟： （一）分類
進行分類的首要工作就在確定個案研究中所要關心的是那些類別的環境衝擊，在 關心的環境衝擊類別確定之後，就將在盤查清單中，會造成衝擊之環境負荷或污染排放 因子歸類到該環境衝擊類別之下。不同的因子可能引發相同的環境衝擊，而一個因子也 可能引發數類的環境衝擊。至於分類的方式，SETAC 建議可分為以下四類： ² 生態健康：如生態系之結構、功能、歧異度等； ² 人類健康：如急性後果（如意外、曝露和火災）、慢性後果； ² 資源耗竭：如可更新資源（流量）、不可更新資源（存量）； ² 社會福利：如環境品質、自然資源生產力的降低等。 也有其他的學者提到不同的分類方式，一般性的環境問題可分為三種型態： ² 耗竭性問題：為有關系統輸入面的環境問題，如非生物性資源、生物性資源。 ² 污染性問題：為有關系統輸出面的環境問題，如臭氧層破壞、全球暖化、酸 雨、光化煙霧、優養化、噪音、對人類毒性、對生態毒性等等。 ² 擾動性問題：為與系統輸入及輸出面無關的問題，如沙漠化、廢棄物掩埋等 等。
（二）特徵化（Char acter ization）
特徵化的主要意義，就是選擇一種衡量衝擊的方式，透過特定評估工具之應用， 將不同的負荷或排放因子在各型態環境問題中之潛在衝擊加以分析，並量化成相同的型 態或是同單位的大小。例如可以各種溫室效應氣體之效應量，全部以 CO2 之當量來表 示，或是將不同之致癌化學物之致癌性用相對之致癌風險來表示等等。特徵化的方法可 以應用在單一的衝擊類別之內，而無法用在不同的衝擊類別之間。 （三）評價（Valuation） 不同的環境衝擊類別之間彼此並沒有特定的連結，也沒有市場價格來作為比較的 基礎，在特徵化的步驟後，得到的是單項環境問題類別的衝擊加總值，評價則是將這些 不同的各類別環境衝擊問題給予相對的權重，以得到整合型的衝擊指標，使決策者在決 策的過程中，能夠一次完整的掌控及考量所有面向的環境衝擊，不會因資訊的偏頗、差 異或缺乏比較而被蒙敝。目前比較流行的評價方式，如願付價格法、分析層級程序法、 衝擊分析矩陣法等，都牽涉到人為主觀價值的判斷，在不違背理性和邏輯思考的原則 下，賦予一相對價值的權重。由於評價牽涉到主觀價值判斷，因此整合型的環境指標性 數值在應用上會有其爭議性。 五、SimaPro 簡介 由於生命週期評估的觀念儘管簡單易懂，但在實際施行時的複雜程度高，必須有 電腦軟體來加以輔助。SimaPro 就是為此一功能而設計的，他最大的優點在於設計工程
師不須要花太多功夫去了解生命週期分析的過程及數據，便能以生命週期的觀念來設計 產品，達到環境保護之目的。 這套軟體於 1990 年首度完成推出，目前已發展至第四代，每一代的發展，都代 表著衝擊評估方法的更新，但仍保留舊有的評估方法，供使用者參考選用。以下是其軟 體特色：
²
一個產品的生命週期，可以組合不同製程或產品的生命週期，例如產品及其包 裝就是一個良好的組合。²
可將產品分解，並就每個分解之零件是否回收做環境上的考量。²
可研究不同廢棄物處理策略對環境的影響。²
對於環境衝擊評估可利用不同的特徵化、標準化、及權重的方法。²
可將分析的結果以不同的方式顯現。²
可購買多人使用版本。²
自動單位換算。²
不同計畫之數據可分開保存，以求有保密要求之數據安全性。²
可使用其他 LCA 工作者所發展之資料。
SimaPro可完整應用於生命週期評估-盤查及衝擊評估之各階段，亦可做不同生命 週期期程。 六、果蔬汁加工廢棄物之排放情形 (一)、製程廢水來源 1. 原料洗淨廢水 果汁罐頭之製造過程，首為選果，去除不合適之果實，繼而洗淨附著物 ，產生 之洗淨廢水中含有原料附著之灰塵，微生物農藥，以及腐敗損傷之果實果皮等塊狀固 體物，膠質懸浮物，並含高濃度有機溶解物。洗淨廢水量依原料及洗淨方法(浸漬洗 淨、攪拌洗淨及散水式洗淨)而異。 2. 榨碎、榨汁過濾廢水 (汁液廢水) 這種廢水為由榨碎水果、榨汁為果汁之抽汁過程或予以急激加熱破壞其酵素後， 以壓榨機抽出其果汁。及在將抽出之果汁以霧狀噴射於真空中或放置於真空條件下攪 拌，以排除果汁中之空氣，再以壓榨過濾機過濾，達到清澈透明的外觀等過程溢漏出 者。此等廢水中含有多量果汁及固體物，為果汁罐頭工廠廢水中，污染度最高者，雖 然近年來在生產製造上對於果汁漏液之防止已有改善，但仍免不了外漏。廢水量依原 料類而有很大的差異。3. 地板及機械設備之洗淨廢水 主要為果實去核及榨碎等工作場所之清掃排出者，廢水中含有很多散落於地板 及散佈於設備上之固體物，廢水量亦多。 4. 固體廢棄物貯藏處滲出廢水 固體廢棄物為果汁原料之莖、皮、修剪物、沙土、核心等，此等固體廢棄物的 貯藏極易發生腐敗，而併同其水分滲出，污染度極高，其流出液之 BOD5 約為 50000~80000ppm，總固體物約 70000ppm。上述四類廢棄物之來源與特性整理如表 1 （工業污染防治團，1986） 表 1 果汁工業廢水來源及成因 廢水來源 廢水特性 污染源成因 原料洗淨廢水 大型固體物、膠質懸浮物、溶 解性有機物含量多、BOD 甚 高、少量難分解化合物 果皮、果實附著物、洗滌劑、 農藥、泥土 榨碎、榨汁過濾廢水 BOD 甚高、多量固體物、含果 汁濃度高 榨碎、噴射、攪拌過程溢出 之果汁 地板及機械設備之洗淨廢水 含多量固體物、廢水量亦多 清掃、剝皮、整理工程排出 固體廢棄物貯藏處滲出廢水 BOD 與固體物含量極高 廢棄果皮、果核堆置腐敗 （工業污染防治團，1986） (二)、製程廢水污染特性 廢水污染特性受產品種類、產量、用水量及產品品質要求等因素而有所差異，有 下述特性： 1. pH： 工廠執行現場清洗（CIP）所產生的酸洗及鹼洗排放水 2. 懸浮固體物：洗瓶、洗箱、地板清洗排放水，來自果蔬汁飲料製程之原料清洗廢 水、榨汁過濾廢水、以及茶飲料製程之過濾排放水。 3. BOD：執行 CIP 的排放水、均質、殺菌、充填排放水、果汁、汽水飲料類製程之 原料清洗水、過濾廢水及整體行業製程產生之不良品及過期製品。 4. COD：執行 CIP 排放水、均質、殺菌、充填排放水，果汁、汽水飲料類製程之原 料清洗水、過濾廢水，以及製程產生之不良品及過期製品。 (三)、固體廢棄物來源及其特性： 一般果汁加工廠的固體廢棄物有下列幾項： 1. 廢水處理廠污泥
2. 廢機油、廢潤滑油、廢料、廢液、廢半成品、廢品 3. 原物料空袋或空桶、廢容器 以上所述的廢棄物雖然會造成環境上的污染，但對人體健康並未產生直接的危害。
二、研究方法
本計劃之執行首先了解各果蔬汁加工廢棄物之排放及收集情形﹐並且根據廢棄物 之成份及物､化性質擬定所有可能採用之處理技術。其次﹐評估每一處理技術對環境之 衝擊（綠色度）。最後﹐針對各果蔬汁加工廢棄物應採用之處理技術做出具體之建議。 茲將進行步驟與方法分述如下： 一､果蔬汁加工廢棄物之排放情形調查 本計劃以柳橙汁､芭樂汁､以及楊桃汁之加工廢棄物為對象。這些果汁之 加工製程可能包括清洗､選別､壓榨､萃取､過濾､調配､脫氣､殺菌､以及包 裝等步驟。首先需對各果蔬汁在加工中所排放之廢棄物的數量､收集情形､成份 （水分､纖維素､醣類､果膠､蛋白質､固形物）､以及物､化性質（pH､BOD､ COD） 進 行 了 解 。 此 部 份 之 數 據 主 要 來 自 去年整合計劃“果蔬之產品物流之建 立及能源利用之暸解”之執行結果。 二､擬定各果蔬汁可能採用之所有處理技術 根據上項之結果﹐本計劃擬根據廢棄物之物､化性質，先擬定所有可能採用 之廢棄物處理技術。在液態廢棄物之處理方面﹐可能採用的技術有活性污泥法， 接觸曝氣法，旋轉生物盤法，以及滴濾池法等生物處理法。固態廢棄物則考慮使 用堆肥､飼料製造､能源轉化､以及萃取具經濟價值成份等方法。 三､評估果蔬汁廢棄物處理技術之綠色度 (一) 依據： 本研究檢視前面所擬定之各種廢棄物處理方式﹐依據能源之消耗､水資源 之消耗､氣狀排放物（如二氧化碳）､以及其他可能對環境之影響因子﹐評估各 種處理方法之綠色度。上述之數據亦主要來自去年整合計劃之調查結果。 (二) 綠化度的量化： 綠色度之評估需儘可能量化，否則將難以比較並獲致具體的結論。至於量 化的方法﹐則參考及配合整合型計劃之另一子計劃“果蔬汁產品綠色度之量化” 採行之方法，以 SimaPro 4.0 program 進行評估。本研究所輸入之數據主要參考歐 陽(1990a)所提供各廢棄物處理技術的消耗電量、所須添加化學物質(因著不同廢 10棄物處理技術對欲處理之廢棄物的 pH 容許範圍不同而推估 HCl 或 NaOH 添加 量的不同 )、廢棄物運輸(因著不同廢棄物處理技術產生污泥量的不同而去推估 處理污泥所須運輸消耗的能量不同 )等所造成對環境的衝擊來一起做評估。 (三) SimaPro 所輸入之數據： 1.電力消耗對環境的衝擊(參考生命週期評估網站 http://www.itri.org.tw/homepage/b/t400/lca/)：
Solid emissions mineral waste：0.01kg
Emissions to air Emissions to water Dust 2393.9mg COD 0.72mg
CO 10.39mg BOD 0.05mg CO2 223.87kg Na 0.51mg SOx 58.95kg Acid as H+ 0.05mg NOx 18.77kg Metallic ions 0.02mg HCl 0.63mg NH4+ 0.05mg HF 19.08mg Cl- 3.68mg HCFC-22 19.08kg Suspended solid 11.73mg Detergent/oil 0.02mg 2. 活性污泥法所輸入的數據： HCl(100%)B250: 300g NaOH(100%): 300g
Electric Use in Taiwan: 2.4kWh Truck 16t B250: 0.1tkm
3. 接觸曝氣法所輸入的數據： HCl(100%)B250: 100g
NaOH(100%): 100g
Electric Use in Taiwan: 3 kWh Truck 16t B250: 0.05 tkm
4. 旋轉生物盤法所輸入的數據： HCl(100%)B250: 100g
NaOH(100%): 100g
Electric Use in Taiwan: 0.8 kWh Truck 16t B250: 0.05 tkm
5. 滴濾池法所輸入的數據： HCl(100%)B250: 100g NaOH(100%): 100g
Electric Use in Taiwan: 0.7 kWh Truck 16t B250: 0.05 tkm
三、結果與討論
一、 果蔬汁加工廢棄物之排放情形調查整理 表 2 、3、4 是從本研究相關計畫調查結果再進一步加以整理。從表 2、3 可看 出果汁加工的廢棄物的產生，不論是廢水或是固態廢棄物，主要是在原汁生產的上游工 廠。因為上游工廠會比下游的包裝工廠多出果實清洗用水和選別後被淘汰的果實及榨汁 後的殘渣。表 14 是台灣一般果汁工廠的廢水性質，從數據中發現各工廠的廢水性質差 異頗大，而從調查時也發現國內的果汁工廠大多同一廠生產好幾種果汁，因此其廢水性 質的資料並不是單一果汁生產的廢水，甚至不排除可能也摻雜生產其他飲料產生的廢 水。綜合以上的調查，本研究採用一般性合併評估的方式，不因果蔬汁的不同而個別評 估。 表 2. 生產 1000 公斤柳橙汁所產生的廢棄物平均含量 工廠 廢水(Kg) 固態廢棄物(Kg) 柳橙原汁上游工廠 2840 1104 柳橙汁罐頭工廠 1035 1.5 柳橙汁鋁箔包工廠 1138 13.95 冷藏柳橙汁紙盒包及 PP 瓶工廠 1847 6.75 表 3. 生產 1000 公斤芭樂汁所產生的廢棄物平均含量 工廠 廢水(Kg) 固態廢棄物(Kg) 芭樂原汁上游工廠 1966 306 芭樂汁罐頭工廠 2645 4 芭樂汁鋁箔包工廠 556 12 冷藏芭樂汁紙盒包工廠 856 0.5表 4. 台灣一般果汁工廠的廢水性質 工廠 S.S. (mg/l) COD (mg/l) BOD (mg/l) pH A 605 2051 1037 5.8 B 737 3098 1543 5.1 C 86 608 296 6.2 D 40 3500 - 5-9 E 73 1800 531 9 F 550 1850 1040 5.4 G 334 1377 - 6.4 二、擬定果蔬汁可能採用之所有廢棄物處理技術 (一) 固態廢棄物處理法 一般固態廢棄物處理法包含堆肥法、衛生掩埋法和焚化法。根據林等(1995) 進行果菜市場廢棄物處理技術之比較研究時指出﹐堆肥法比衛生掩埋法及焚化法更 具經濟及技術可行性。再加上堆肥法幾乎不會對環境造成衝擊，因此本研究擬直接 建議果蔬汁固態廢棄物處理採用堆肥法。 (二) 廢水處理技術 由於果汁廢水成份主要是有機物質而造成 BOD、COD 過高，因此須以生物 處理法為主。因所有生物處理法的前處理均是合併浮除、沉澱、過濾的固液分離操 作，因此本研究即針對活性污泥法、接觸曝氣法、滴濾池法和旋轉生物圓盤法此四 種主要的生物處理法的主要處理程序進行評估。 (三) 評估果蔬汁廢棄物處理技術之綠色度 1.活性污泥法 圖 5 是以 SimaPro 4.0 program 分析活性污泥法對環境造成各樣衝擊的評估 圖。可看出活性污泥法對環境最大傷害是造成臭氧層的破壞( ozone )，其他較輕微的 傷害是造成溫室效應( greenh. )、冬季性煙霧( w. smog )、環境酸化( acidif. )以及極輕 微的優氧化( eutroph. )現象。也可看出對環境造成衝擊的主要原因是電力的消耗 ( Electric Use in Taiwan )，而其他因素如酸鹼添加量的多寡( HCl B250 、NaOH )和 廢棄物運輸量( truck 16t B250 )相對於用電是微乎其微。圖 6 則是活性污泥法對環境 的總傷害度，可看出總傷害度是大約 1.12 kPt/kg 即約 1120 Pt/kg。本研究將以此總 傷害度比較各種廢水處理法的綠化度，總傷害度愈高，綠化度就愈低。
圖 5 活性污泥法對環境造成各種衝擊的評估圖 圖 6 活性污泥法對環境的總傷害度 2. 接觸曝氣法 圖 7 是以 SimaPro 4.0 program 分析接觸曝氣法對環境造成各樣衝擊的評估 圖。圖 8 則是接觸曝氣法對環境的總傷害度。從圖 7 及圖 8 可看出接觸曝氣法對環境造 成危害的方式及主要原因和活性污泥法一樣，但由於接觸曝氣法耗電量較高，因此對環 境的各樣衝擊都較高，總傷害度達約 1.39 kPt/kg 即約 1390 Pt/kg。
圖 7 接觸曝氣法對環境造成各種衝擊的評估圖
圖 8 接觸曝氣法對環境的總傷害度
圖 9 是以 SimaPro 4.0 program 分析滴濾池法對環境造成各樣衝擊的評估 圖。圖 10 則是滴濾池法對環境的總傷害度。由於滴濾池法較省電，所以對環境造 成各樣的衝擊較小，總傷害度只有約 325Pt。 圖 9 滴濾池法對環境造成各種衝擊的評估圖 圖 10 滴濾池法對環境的總傷害度 4. 旋轉生物圓盤法 圖 11 是以 SimaPro 4.0 program 分析旋轉生物圓盤法對環境造成各樣衝擊 的評估圖。圖 12 則是旋轉生物圓盤法對環境的總傷害度。由於旋轉生物圓盤法的
微生物群所需氧量為當圓盤轉至空氣中時由大氣中攝取之，不需要於接觸反應槽內 曝氣，且不需迴流污泥，所以所需電力較省。總傷害度只有約 372 Pt，僅比滴濾池 法略高一些。 圖 11 旋轉生物圓盤法對環境造成各種衝擊的評估圖 圖 12 旋轉生物圓盤法對環境的總傷害度
四、檢討與建議
雖然接觸曝氣法、滴濾池法和旋轉生物圓盤法均產生較活性污泥法少的污 泥量。且由於 pH 的容許範圍較廣，在前處理時只需加入較少量的酸或鹼。但這 些相對於電力消耗所產生對環境的傷害，幾乎沒什麼影響。因此，最後在評估各 廢水處理法時發現，只要耗電量愈低，對環境的總傷害度就愈低，綠化度愈高。 至於為何台灣的電力會對環境造成如此大的衝擊，最大的元兇是電廠釋放到空氣 的 HCFC-22 造成臭氧層的破壞( ozone ) 和溫室效應( greenh. )，其次是 NOx 和 SOx 造成冬季性煙霧( w. smog )、環境酸化( acidif. )以及極輕微的優氧化( eutroph. )現象 由前面以 SimoPro 4.0 的評估可得知滴濾池法和旋轉生物圓盤法的綠化 度均遠高於接觸曝氣法與活性污泥法。其中滴濾池法的綠化度雖略高於旋轉生物 圓盤法，但考量滴濾池法有以下的缺點： (一) 因濾池無法建造太深，所需要的用地面積較大;然而高效率滴濾 池雖可減少用 地面積需求，但其 B0D 去除率則較低。 (二) 濾床易阻塞及滋生污水蠅。 （三）濾床易散逸臭味。 (四) 在水循環時，水位差大特別顯著。 因此，本研究果蔬汁加工廢水之處理技術建議採用旋轉生物圓盤法，固態廢 棄物採用堆肥法。至於目前大部分的工廠採用活性污泥法處理廢水是因為活性污 泥法佔地較小，設置費較低。但若針對綠化度評估為考量，本研究建議改採用旋 轉生物圓盤法。
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