台湾畜牧养殖及废弃物处时甲烷排放测及减对策
(国台湾大学生化科技学系 杨盛,清标 政院农业委员会农处 黄山内 国中兴大学土壤环境科学系 王银波,谭镇中 畜产试验所新竹分所 春芳 国台湾大学农业化学系 赖朝明,王一雄 国中央大学环境研究中心 郭坤土,张哲明
国台湾大学微生物与生化学研究所 陈顗竹,魏嘉碧 国云科技大学环境工程学系 洪肇嘉)
一,前言
甲 烷 在 工 业 化 时 代 之 前 浓 为 0.80 ppm,1992 增加至 1.72 ppm,每以 0.9% 之速增加.甲烷在 1979-1980 增加 20 ppbv,1983 增加 13 ppbv,1990 增加 10 ppbv,1992 则增加 5 ppbv (Dlugokencky 等,1994),目前有逐渐下的趋势.虽然其 较二氧化碳浓低甚多,但每一分子甲烷吸 收红外线之强则为二氧化碳之 30 倍.甲烷 之温室效应气体比重仅次於二氧化碳,约占 12-15%,估计在二十一世纪时将增加至 1525% (IPCC,1992).而甲烷进入大气主要有 二个途径:(1) 在厌气条件下分解生质而产生 甲烷,(2) 化石燃燃烧或天然气直接逸出 (Cicerone 和 Oremland,1988).甲烷之主要 源有微生物在厌氧环境下分解有机质而产 生甲烷,甲烷菌将有机酸,二氧化碳,一氧 化碳等转变生成甲烷.甲烷生成作用占全体 甲烷源之 80%,其他如水稻田每释出 20-150 Tg,湿地释出 100-200 Tg,草食性动 物肠内发酵释出 65-100 Tg,白蚁和其他昆虫 释出 10-50 Tg,生质燃烧释出 20-80 Tg,垃 圾掩埋释出 20-70 Tg,海洋和其他源释出 46-170 Tg.至於非生物性甲烷主要自矿 坑,天然气和化石燃等释出 70-120 Tg,占 全部甲烷释出之 20% (Watson 等,1992). 依 IPCC (1994) 估算在 1990 全球甲烷 人为排放中,由反刍动物及畜牧业养殖有 9.40×107 公吨,占总人为排放之 26.86%,而
1992 有 1.10×108 公吨.在畜牧养殖业,其排 泄物,反刍动物之肠胃发酵和由厩肥等经嫌 气菌分解后,可以排放出甲烷.其排放则 视饲养牲畜种,而.台湾地区民国 89 底在养猪 7,494,954 头,牛 161,700 头, 羊 315,045 头, 20,020 头,马 780 头,鸡 117,885 千只,鸭 10,624 千只,鹅 2,821 千只 和火鸡 251 千只,其所产生之牛粪,羊粪和 猪粪共计 6,957,467 公吨,牛,羊和猪 共计 11,651,428 公吨,鸡粪,鸭粪和火 鸡粪共计 6,730,275 吨,如以洪嘉谟 (1986) 测定猪粪生产甲烷时,每 7.7 公斤粪可 以产生 0.3 m3 甲烷计算,则 2000 台湾地区 禽畜粪如全部以嫌气发酵处时,总共可 以产生甲烷 705,172 公吨,如有 80%畜粪及 禽畜粪回收为堆肥材,其他 20%畜粪及 禽粪和全部畜以嫌气处则可产生 400,435 公吨 (杨盛,1997a,2000a).庄秉 洁等 (1992) 估计台湾地区畜牧养殖释出甲烷 2.23×104 公 吨 , 杨 任 徵 等 (1994) 估 计 为 5.40×104 公吨,洪肇嘉和张国贤 (1996) 估计 释放甲烷 7.77×104 公吨.Yang 等 (2003) 估计 2000 由畜牧养殖而由肠道发酵排放甲烷达 20,088 公吨.如能善加用畜牧养殖时所释 出之甲烷,将可节甚多能源,且可低人 为温室气体排放. 目前世界各国在永续经营观带动下, 家庭废弃物与禽畜产废弃物的再生与用已 日受重视,如瑞典已法通过,自 2005 起禁止以掩埋法处有机废弃物.德国环境
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部则规划自 2020 起停止以掩埋法处家庭 废弃物,并鼓家庭废弃物全面回收技术的 研发,同意家庭废弃物的机械与生物处作 业可做为预处技术.麦政府目前为在 5-10 内增加该国有机农场目至目前的 2-3 倍开始重视禽畜产废弃物的处.在各种废 弃物重新用的方式当中又以制作成堆肥为 主要方式.国内近十每产生的禽畜粪 均达百万公吨以上 (杨盛等,2003),随著 有机农业日受重视,禽畜粪制作成堆肥替代 化学肥将是未趋势. 国内曾对禽畜粪在堆积过程中甲烷及氧 化亚氮释出及其相关因子作探讨 (谭镇中和 王银波,2000;赵震庆,1999,2000).堆积 60 天时,每吨猪粪可以释出甲烷 22.1 g,牛 粪次之 16.3 g,鸡粪最低只有 12.9 g.杨盛 (2003) 和杨盛等 (2001,2003) 曾针对畜牧 养殖时,肠内发酵产生甲烷和废弃物处时 产生甲烷及氧化亚氮之加以估算. 堆肥化作用是堆肥材由微生物消化, 分解,用这些生质能源繁殖,生长和新陈 代谢,所得之产品可以做为土壤改剂和有 机肥.堆肥化目的在改变生质性质,以减 轻其对作物可能之伤害,适合运输和储存. 亦即堆肥化影响这些物质在供给时於运输 和储存,使用和维护时时和钱.堆肥 主要原则是维持适当密,孔隙,大小和 水分含之环境,促进微生物锁分解有机 物.如果堆肥施用后其成分快速分解,则将 影响作物生长.因而在堆肥化时,这些物质 改变其分解速,处而适合作为土壤 改剂和有机肥. 堆肥化主要是碳水化合物用微生物生 长,消耗能源.在好气性条件下,微生物快 速繁殖将大碳水化合物氧化成二氧化碳. 在厌氧性条件下,微生物用结合态氧气, 将生质分解生成二氧化碳和甲烷.

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