崑山科技大學
機械工程系
學生專題製作報告
廢棄物堆肥化之研究
指導老師:蕭明謙老師
班級:四機械四 B
學生:劉建治 4050H107
黃冠華 4050H124
中華民國 108 年 6 月
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摘要
廢棄物堆肥化處理可以對農業和環境帶來好處。例
如日常生活中所產生的廚餘由於含水分高不適合焚化
而掩埋可能又對環境污染，換個角度來看
廚餘含有豐
富的有機成分，若能回收再利用不但可以降低環境污
染使得有機資源有了循環再利用的途徑，牛糞也是一
樣未經過 pH 值調整腐熟處里就當肥料，反而會傷害到
農作物，影響生長，而使用是當處理腐熟後的堆肥，
能提供
作物生長的必需營養份，使農作物成長快速。
2
目錄
摘要---1
目錄---2
表目錄---4
圖目錄---5
一.緒論
1-1 研究動機---6
1-2 研究的方法與目的---6
二.文獻回顧---7
2-1 堆肥的重要因素---7
2-1.1 含水率---7
2-1.2 營養源---7
2-1.3 pH 值---7
2-1.4 顆粒尺寸---7
2-2 堆肥成品品質判定---8
2-3 堆肥化氨氣的產生與除臭---8
三.實驗方法與製作過程---9
3-1 製作方法---9
3-2 研究架構---9
3-3 實驗設備與材料---10
3-4 使用的菌種---13
3-5 須注意的調整---14
3-6 堆肥成分---15
3-7 牛糞堆肥製作過程---15
3-8 廚餘堆肥製作過程---16
3-9 種子發芽率---17
四.結果與討論---18
3
4-1 堆肥化過程之溫度變化---18
4-2 種子發芽率---22
4-3 盆栽試驗---25
五.結論---26
六.參考文獻---27
4
表目錄
表一 牛糞堆肥製作過程---15
表二 廚餘堆肥製作過程---16
表三
牛糞堆肥溫度與日期(5/23~5/28)---18
表四
牛糞堆肥溫度與日期(5/29~6/3)---19
表五
牛糞堆肥溫度與日期(6/4~6/9)---20
表六
牛糞堆肥溫度與日期(6/10~6/13)---21
表七 種子發芽率---24
5
圖目錄
圖 1 研究流程圖---9
圖 2 實驗設備與材料---10
圖 2-1 設備與材料---11
圖 2-2 實驗設備與材料---12
圖 3 種子發芽率---22
圖 3-1 種子發芽率---23
6
第一章 緒論
1-1 研究動機 A.廚餘堆肥 廚餘分成兩大類型，第一種是回收餵豬吃的，另一 種是廚餘做成堆肥。如果用廚餘來餵養豬隻，雖然可以 節省成本，但是廚餘的來源複雜，衛生品質欠佳，現在 又遇到非洲豬瘟的問題和降低口蹄疫的風險，所以禁止 廚餘養豬降低風險。然而這麼多的廚餘該怎麼辦，如果 把廚餘用堆肥的方式處理，可以減少汙染和保護我們的 豬隻，而且廚餘做出來的肥料可以改善農地肥沃不足的 問題。 B.牛糞堆肥 全國牛糞尿資源量可達 107324 萬噸，占糞尿類資 源總量的 34.10%，僅次於豬糞尿資源，居第二位。牛糞 一般含有較多的纖維質成分，氮磷鉀含量較雞糞豬糞低。 未經腐熟的牛糞尿肥效低，經過發酵腐熟，可以提高肥 效。牛糞在土壤中分解速度較慢，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。 1-2 研究的方法與目的 我們研究的方法與別人不同在於，我們使用保麗龍 箱所以做的量比別人少，但使用不同的菌種來讓廢棄物 腐熟與咖啡渣來除臭。7
第二章 文獻回顧
2-1 堆肥的重要因素 2-1.1 含水率 含水分為維持微生物活動的主要條件之一，意識堆 肥過程中重要的操作指標，當水分不足時化肥過程不易， 如果將含水分範圍維持在 50~60%，有助於好氧微生物迅 速成長。若含水分超過 70%時，將會影響堆肥孔隙率改 變氧氣需求環境，造成厭氧現象使好氧微生物活性轉弱， 分解速率降低，並出現臭味溫度降低等問題。正常堆肥 將水分含量調整至 60%左右，堆肥化的過程中會揮發， 降到 40%(陳俊文，2017)。 2-1.2 營養源 在堆肥的過程中要有足夠的養分生長，在堆肥進行 發酵之前會調整 C/N(碳氮比)，一般會調整到 30 左右， C/N (碳氮比)過低時氮含量比例高會使微生物大量生長， 含氮有機物會快速被分解產生氨氣(NH3)造成堆肥氮素 損失(陳俊文，2017)。牛糞、豬糞、廚餘等材是質適合 提高 C/N(碳氮比)的材料。 2-1.3 pH 值 微生物對 pH 之變化很敏感，一般分解有機物時， 適合的 pH 值約在 6.0~7.5 之間。若堆肥在發酵期間內 pH 值<6 時，表示堆肥是在厭氧環境進行發酵。當 pH 值 <4.5，會限制微生物生長而影響堆肥化反應。而通氣不 足之厭氣發酵容易產生有機酸累積而造成 pH 值低於 4.5， 需特別注意。 2-1.4 顆粒尺寸 堆肥原料尺寸通常與過程中是否使用破碎機有關， 粒徑太大易造成分解速率減緩，粒徑太小則會造成堆肥 中空氣供應不足而造成厭氧化情形。粒徑大小以 3~5cm 為適當。8 2-2 堆肥成品品質判定 1.腐熟度判定:腐熟是指堆肥原料加以處理後，將有機值 與對生物有害的物質分解出來，藉由微生物的分解作用 再加以穩定化。 2.溫度的變化:堆肥發酵的過程中，在數天內溫度會上升 到 50~70 度高溫，高溫會最少要持續三天之後溫度會下 降，這時就要做翻堆給堆肥氧氣，翻堆完溫度還會上升 持續三天，最後堆肥溫度不再上升，此時堆肥可認定為 腐熟狀態。 3.綜合判斷:腐熟的堆肥顏色呈現黑褐色，沒有臭味，含 水率會減少到手壓不成塊(李佳穎，2017)。 2-3 堆肥化氨氣的產生與除臭 1.一般堆肥化過程是在好氧與厭氧間的兼氣環境，而臭 味的產生是因為在厭氧的狀態下堆肥材料中的氨氣 (NH3)，而造成厭氧狀態的原因有含水率太高、顆粒尺 寸太小，氣孔被堵住導致好氧微生物無法繁殖，變成厭 氧。 2.減少臭味的方法，可以在堆肥表面上加一層的咖啡渣， 讓在發酵的堆肥臭味減少。
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第三章 實驗方法與製作過程
3-1 製作方法 1.含水量 45~60% 2.溫度控制在 50~70 度之間 3.PH 值控制在 5.5~8 為適當 4.空氣應普及全堆肥內並保持排氣中至少 50%的原有氧濃 度 5.垃圾顆粒以 2.5~7.5cm 為適宜 6.碳氮比控制在 25~30:1 7.加入不同菌種 8.熟堆肥回送 10~30%植種，並應緩慢翻堆 3-2 研究架構 牛糞堆肥 廚餘堆肥 溫度量測 材料 種子發芽試驗 盆栽試驗 圖 1.研究流程圖10 3-3 實驗設備與材料 圖 2.實驗設備與材料 錐形瓶：調配萃取液用 燒杯：將液體分裝 磅秤：量取樣品重量 烘乾機：烘乾樣品水分 錐形瓶：調配萃取液用 烘乾機：烘乾樣品水分
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圖 2-1.實驗設備與材料
噴霧器：噴灑植菌種 培養皿：培養種子發芽之容器
12 圖 2-2.實驗設備與材料 豆渣：混合堆肥之介質 植菌種：添加進堆肥之功 能菌種 糖蜜：添加進堆肥之成分 小白菜種子:發芽實驗之 材料
13 3-4 使用菌種 1.木黴菌:木黴菌可以防止害蟲與雜草並促進植物的生長， 它們能夠產生降解纖維素，半纖維素和木質素的酵素， 所以可以加速堆肥過程。 2.枯草桿菌:枯草桿菌會與病原菌競爭根系中的營養分， 進而成為優勢菌種，降低病原菌的危害，也可施用在土 壤中或做種子拌種處理，以預防土壤病害。 3.光合菌:光合菌利用植物根的分泌物來合成多糖類、胺 基酸、核酸、維生素等養分，並再度分泌到根圈中，可 以直接被植物吸收。此外，光合菌有抑制病原菌的效果， 在水稻根圈更可以有效除去硫化氫等有害物質，降低根 腐病的發生。 4.EM 菌: EM 菌是一種混和菌一般包括光合菌、酵母菌、 乳酸菌等有益菌，形成適於作物生長發育的良好環境， 改良土壤結構，促進團粒化，提高土壤肥力，使土壤的 滲水、保水、透氣能力增強。 5.谷特菌：活化土壤促進有益微生物活性，仰制蟎類，可 大幅降低真菌、細菌等之感染。 3-5 需注意的調整 在製作廚餘堆肥時，廚餘的含水量要注意最好是先經過 瀝乾，除臭加入咖啡渣千萬不可以與廚餘混和，因為廚餘和 咖啡渣的碳氮比相近很再一起在怎麼調碳氮比都不正確。而 牛糞的話要注意的是水分如果是乾牛糞就須要注意，不然會 太乾影響到發酵，太濕則會導致氣孔縮小讓微生物厭氧，氨 氣的濃度就會升高，變得很臭。 3-6 堆肥成分 以牛糞為主體，加入太空包，以 8：2 之比例進行混 合，分成 7 箱，每箱約 13 公升，並分別加入不同的植 菌種。
14 植菌種配方如下： 1.EM 菌(100ml)+糖蜜(50ml)+清水(100ml) 2.光合菌(100ml)+糖蜜(50ml)+清水(100ml) 3.木黴菌(100ml)+糖蜜(50ml)+清水(100ml) 4.枯草桿菌(100ml)+糖蜜(50ml)+清水(100ml) 5.谷特菌(100ml)+糖蜜(50ml)+清水(100ml) 6.EM 菌(100ml)+清水(200ml) 7.咖啡渣
15 3-7 牛糞堆肥製作過程 表一 牛糞堆肥製作過程 1.先調菌種 2. 將 牛 糞 與 太 空 包 8:2 裝箱 3.將牛糞與太 空包混和均勻 4.使用噴霧器加入菌 種混和 5.加入清水，並注意 含水率 6.測量溫度， 並記錄日期、 時間
16 3-8 廚餘堆肥製作過程 表二 廚餘堆肥製作過程 1.將腐熟堆肥加入廚餘，分 別 30%、20%、10% 2.加入太空包 3.加入不同菌種，混和均勻 4.測量溫度，並記錄日期、 時間
17 3-9 種子發芽率 以 5%濃度萃取液作為發芽率試驗，萃取液是由風乾堆 肥 5g 盛於三角瓶加 100ml 的水，置於 80 度恆溫箱，振 盪均勻，冷卻後用濾紙過濾；實驗方法抽取萃取液 10ml 注入培養皿之濾紙上，撒播白菜種子 20 粒，並觀察發 芽率，一建議發芽率指數之值大於 60%即可。
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第四章 結果與討論
4-1 堆肥化過程之溫度變化 表三 牛糞堆肥溫度與日期(5/23~5/28) 5/23 5/24 5/25 5/26 5/27 5/28 EM 菌 (無) 46 43 45.5 37 38 41 咖啡渣 38 42 44 39.5 47 45 EM 菌 34 34 36 50 47 40 光合菌 35 35 36 53 47 43 木黴菌 42 44 47 44.7 42 41 枯草桿 菌 36 39.5 37 70 50 48 谷特菌 39 38 42 51 47 43 從上表可以看出堆肥六天中溫度的變化， 5/23 號的溫度 是 EM 菌(無)溫度升的最高，但到了 5/26 號枯草桿菌、EM 菌、 古特菌與光合菌達到腐熟溫度，5/27 昨天到達腐熟溫度的堆 肥除了枯草桿菌還在腐熟溫度內其他的溫度都掉下去了，而 枯草桿菌也在 5/28 溫度掉到 48 度。 單位：℃19 表四 牛糞堆肥溫度與日期(5/29~6/3) 上表中的 5/30 號早上因為多天溫度無上升所以加入豆 渣給加入的菌種營養，下午量測溫度後溫度明顯上升到 50 ℃以上，6/1 號因為溫度持續 50℃三天所以翻堆，讓下層的 好氧菌有氧氣可以繼續腐熟。 5/29 5/30 5/31 6/1 6/2 6/3 EM 菌 (無) 44 52 59 45 38 39 咖啡渣 42 58 58.3 42 39 40 EM 菌 44 57 64.5 49 42 42 光合菌 44 58 65 46 43 42 木黴菌 44 58 62.5 41 42 44 枯草桿 菌 43 53.5 64 45 39 40 谷菌 42 58 59 40 39 40 單位：℃
20 表五 牛糞堆肥溫度與日期(6/4~6/9) 6/4 6/5 6/6 6/7 6/8 6/9 EM 菌 (無) 35 37 36 36 38.5 38 咖啡渣 38 36 36 36 37 37 EM 菌 40 39 37 36.5 38 37 光合菌 41 39 37 37 37 37 木黴菌 43 39 38 37 37 37 枯草桿 菌 39 38 38 38.5 42 41 谷菌 39 38 37 38 39 38 6/4 號因上一次翻堆後無上升，所以在一次翻堆實驗溫度是 否會在上升。 單位：℃
21 表六 牛糞堆肥溫度與日期(6/10~6/13) 6/10 6/11 6/12 6/13 EM 菌 (無) 36 31 31 32 咖啡渣 35.2 32 32 36 EM 菌 35.7 32 31 34 光合菌 35 32 34 34 木黴菌 35 32 32 33 枯草桿菌 38.5 32.5 32 34 谷菌 36 32 33 33 單位：℃
22 4-2 種子發芽試驗 EM 菌(無) 發芽數：20 種子發芽率：100% 咖啡渣 發芽數：18 種子發芽率：90% EM 菌 發芽數：20 種子發芽率：100% 光合菌 發芽數：17 種子發芽率：85% 圖 3 種子發芽率
23 木黴菌 發芽數：19 種子發芽率：95% 枯草桿菌 發芽數：20 種子發芽率：100% 谷特菌 發芽數：20 種子發芽率：100% 圖 3-1 種子發芽率
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4-2.1 種子發芽率
表七 種子發芽率
Day2 Day3 Day5
EM 菌(無) (17/20)85% (19/20)95% (20/20)100% 咖啡渣 (15/20)75% (16/20)80% (18/20)90% EM 菌 (20/20)100% (20/20)100% (20/20)100% 光合菌 (14/20)70% (16/20)80% (17/20)85% 木黴菌 (19/20)95% (19/20)95% (19/20)95% 枯草桿菌 (20/20)100% (20/20)100% (20/20)100% 谷特菌 (18/20)90% (19/20)95% (20/20)100% 上表的紀錄可以看出枯草桿菌與 EM 菌的發芽率是第二天 開始就全部發芽並維持到第五天，谷特菌與 EM 菌(無)在第 三天開始發芽率升高，第五天觀察全部發芽。木黴菌比較特 別在於第二天觀察後就無種子發芽，咖啡渣與木黴菌則是慢 慢發芽並不像其他菌種能在第二天、第三天成長到 90%以上， 而枯草桿菌是所有菌種中最好的在第二天就全部發芽並快 速生長。
25 4-3 盆栽試驗 將實驗堆肥各取 500g 放入混合沙 200g、土 600g 之盆 栽中，混合均勻後，種入小白菜，種植數天後，測量其 根長、葉長及濕重，然後放入 80℃烘箱中 24 小時後， 取出測其乾重。濕重與乾重差異越大，表示其越有經濟 價值；根部、葉子越長，表示此堆肥越有營養價值。
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第五章 結論
為了要將廢棄物快速腐熟，數量與比例都特別經過計算與 加入不同菌種、糖蜜來加快實驗，與一般加入不同菌種實驗 不同就是加入糖蜜，糖蜜給菌種帶來養分讓菌種更快速發酵 腐熟，而堆肥在發酵時會在最上層撒一點咖啡渣來做除臭。 在記錄發酵溫度時遇到溫度無明顯上升的狀況，經過與老 師討論後加入黃豆渣，實驗是否可以再讓溫度上升，確實可 以幫助堆肥腐熟。 綜合所有試驗的結果，確實能達到要的速度，利用加入不 同菌種與加入菌種發酵的養分，都有提升發酵溫度的效果。 而種子發芽率表現出堆肥是否腐熟完全，將有害物質分解， 成為完全腐熟且不會傷害種子的堆肥；實驗的紀錄可以看出 種子發芽的數量非常多，也有全部都發芽的，代表這種實驗 方式能夠快速做出堆肥，且讓堆肥穩定無害，最後還要用盆 栽試驗來觀察，使用不同菌種做出的堆肥哪一個最有營養價 值能幫助生長。27
