美国石油学会(API)炼油设备新标准--《石油化工设备》1991年01期
美国石油学会(API)炼油设备新标准
【摘要】：正 1.炼油设备的检验RP571,造成损坏和失效的条件,第1版,,压力容器、换热器、冷凝器和冷却器的检验,第1版,,直接火锅炉和加热器的检验,第1版,,管道、阀门和管件的检验,第1版,,常压和低压储罐的检验,第1版,,泄压装置的检验,第1版,19902.炼油厂换热设备标准RP530,炼油厂加热管壁厚的计算,第3版,1988.
【关键词】：
【正文快照】：
1.炼油设备的检验RP571,造成损坏和失效的条件,第1版,,压力容器,换热器、冷凝器和冷却器的检 验,第1版,,直接火锅炉和加热器的检验,第1版,,管道、阀门和管件的检验,第1版,,常压和低压储罐的检验,第1版,,泄压装置的检验,第1版,1
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邮箱地址 null探討都市污水中油脂特性及油脂截留器設置問題
1華中環保工程實業有限公司經理，環工技師
2桃園縣大學校院產業環保技術服務團顧問，環工博士
　　都市公共污水下水道系統污水中，來自住家、餐廳、商家或工廠等事業用戶排出含油脂之污水，因油脂阻塞管線而造成下水道系統溢流或漫流，一直是美、日等下水道高普及率的國家，其公共污水管線維護主要問題。台灣地區已有公共污水下水道用戶接管都會區域，也常因油脂阻塞而造成民眾不方便，另外油脂流入污水處理廠，也會影響後續處理效能。本文藉探討都市污水油脂之特性，說明可行之處理方法，並針對餐廳最常裝設之油脂截留器，以台北市、香港及美國作功能計算之比較，希望對國內未來訂定油脂截留器設計準則，與事業單位選購、廠商製造及設計者規劃有所幫助。
　　依據建築技術規則第二章第十節有關廁所、污水處理設施之規定，公共污水下水道系統可容納該新建建築物污水者，得免予設置污水處理設施，從前因化糞池及生活污水直接排出，造成環境衛生及臭味問題，雖然獲得改善，但是對於餐廳廚房排出高濃度油脂(動、植物性油)廢水，已經超過污水下水道納管標準(30mg/L)者，卻因公共污水下水道系統建設初期，為鼓勵民眾踴躍接管，以達成現階段提高接管率之目標，地方執行機關往往忽略後續實質稽查管制的重要性，使得一般住家用戶自行變更為餐飲營業使用者，卻未能強制設置妥適的前處理設施，導致超量油脂任意排入之事實普遍存在，從前因「油脂」危害的老問題，隨著近年來台灣地區污水下水道普及率，在政府施政方針不斷提高下，只是由雨水排水系統移轉至公共污水下水道吧！更加凸顯其危害性已擴大至整個污水下水道系統之嚴重性。
　　都市公共污水下水道系統污水中，來自住家、餐廳、商家或工廠等事業用戶排出含油脂之污水，因油脂阻塞管線而造成下水道系統溢流(Sanitary System Overflows, SSOs)，是美國城鎮地區公共污水管線維護主要問題(NCDENR_DPPEA, 2002)。台灣地區已有公共污水下水道用戶接管區域，也常因油脂阻塞而造成民眾不方便，抱怨陳情事件連連，使得稽查人力不足之營運管理單位更形捉襟見肘，例如台北市政府及溪頭風景區管理局等，也影響下水道系統生命週期與操作維護整體服務品質。
　　探究油脂問題產生本源，雖然建築技術規則建築設備篇第36條：「建物排水中含油脂、沙粒….應在排入公共下水道前依規定設置油脂截留器或分離器」；內政部營建署於87年9月25日頒訂，並於98年5月27日修正(台內營字第 號)之『建築物污水處理設施設計技術規範』第三章、設施規範與設計之3.2前處理設施乙節明確宣示：「建築物作為非一般住家用途所附設之餐廳、旅館之廚房等場所排放之污水……，並應先經油脂截留器處理」(第3.2.1節)及「油脂截留器之構造與機能」 (第3.2.2節)，但道高一尺魔高一丈，以住家建物申請之建照，任意變更為餐廳使用者比比皆是，但遲未見到相關建物與下水道主管單位，嚴格取締並積極正面訂定較具體設計準則、施工規範及標準圖說等，也給了不肖廠商胡亂施作之空間。
　　歸納油脂問題於歐美日等下水道建設普及地區，已有甚多探討與積極作為（包含教育宣導），其中套裝油脂截留器已遍佈世界各地，多年前台北市曾努力於油脂截留器研究，但最終仍淪落成為廠商惡性競爭之工具，目前也僅能於官方網站上公佈：「油脂截留器容量公式計算、水質、清理週期及構造與機能….」，施工廠商往往任取所好交由非專業鐵工廠訂製，概以方便現場空間且價格便宜為導向，殊不知其關係油脂截留器操作使用中之定期維護頻率，加上必須建立專業售後服務網，才是決定發揮其油脂去除功能之關鍵。因此本文首先探討都市污水油脂之特性，說明可行之處理方法，並針對餐廳最常裝設之油脂截留器，以台北市、香港及美國作功能計算之比較，希望對國內未來訂定油脂截留器設計準則，與事業單位選購、廠商製造及設計者規劃有所幫助。
二、油脂來源及特性
1. 油脂來源
　　污水中之油脂(Fats, Oils and Greases，常以FOG代表)主要有二種型態，第一種為石化類油脂(Petroleum-based oil and grease)，屬於非極性溶液，多屬特定事業或工廠產生排出，可依水污染防治法管制，另一種為動、植物性油脂(Animal and vegetable-based oil and grease)，主要來源散佈於污水收集區內之餐飲業，較不易管制，而一般家戶污水中雖也含有油脂，但不屬於應裝置油脂截留器之管制對象。
Fats and Oils 是三醯基甘油脂(triesters of glycerol)，也稱為三酸甘油脂triglycerides)，脂類 (Fats)室溫下為固體，如來自奶油、豬油或含油之肉類；油類(Oils)室溫下為液體，以植物為來源，如玉米、芝麻、大豆、花生及橄欖。
　　可食用(edible)之油類與脂類之脂肪酸組成常不相同，差異在於鏈長、飽和或不飽和及含奇數或偶數碳原子。另外“Grease” 常用於污水中之名詞，其包含油類、脂類 、臘質(waxs)及其他組成等(Wakelin and Forster, 1997)，由於Fats, Oils and Greases在污水管理上並不易區別，故常以FOG來表示餐廳及廚房污水中所含之動、植物性油脂。
2. 油脂型態
　　油脂在水中主要有四種型態：
(1)自由油(free oil)：餐廳廚房污水最主要之油脂型態，也是油脂截留器主要去除對象。
(2)機械乳化油(mechanically emulsified oil)：將油及水經由攪拌而分散成10-20μm之小油滴稱之。高溫及植物油易產生機械乳化油，需要更久之停留時間才可與水分離。
(3)化學乳化油(chemically emulsified oil)：主要與清潔劑及鹼質反應產生，油顆粒小於1μm，無法經由上浮與水分離(與停留時間關係小可忽略)。
(4)溶解油(dissolved oil)：去污劑中含氯等化學物質會使FOG溶於水中，此類清潔劑應被禁用。
3. 油脂阻塞管線可能原因
　　雖然油脂含量過高，是造成污水管線阻塞的主要原因，但其結塊機制並非單一物質(油脂)或因子造成，污水中鹼性物質、溫度、鈣與鎂離子、清潔劑種類、管線尺寸與材質、流量與流速等，都會影響阻塞的程度與結塊形成速度。
餐廳廚房排出含油脂之污水，即使有裝設油脂截留器，也很容易通過，而污水管線又多屬疏水性(hydrophobic)及親油性(oleophilic)材料，故油脂容易黏附於管壁，再黏著水中固體物後，造成結塊並累積而阻塞水流。
　　當油脂與鹼性物質，如NaOH，同時存在並有足夠熱能，會將甘油(glycerol)釋出，並形成鹼性長鏈脂肪酸鹽(salts of fatty acid)，即是肥皂(soaps)，上述反應即為皂化作用(saponification)。肥皂可溶於水，但當水中存在鈣鹽或鎂鹽時(硬水)，鈉鹽被替代，而行成礦化肥皂(mineral soaps)，礦化肥皂不溶於水且會沉積(Metcalf
& Eddy, 2003)，阻礙管線通水。
　　不同離子特性之清潔劑，對油脂之乳化效果(emulsification)也不同，使乳化後之油脂分散度不同而產生不同之油脂粒徑分佈。高效率之清潔劑使油脂乳化後，FOG保持懸浮狀而無法上浮去除，而使油脂造成之問題加劇。
三、處理方法
　　油脂分離裝置包括重力式油脂截留器、API(American petroleum institute)、PPI(Parallel plate interceptor)、CPI(Coagulated plate interceptor)及吸附式油脂截留器等(歐陽嶠暉，2007)，另外加壓浮除(Arnold,
1995)及電解浮除法(Electrocoagulation) (Chen et al., 2000; MLA,
2003)也都有實廠案例。多數餐廳仍以裝置重力式油脂截留器為主，若採加壓浮除可提高去除效果，其餘型式多屬工廠去除廢水中油脂使用，本文討論將以重力式油脂截留器為主。
　　英文文獻中提及之grease trap/interceptor/separator，中文統稱「油脂截留器」，通常Grease trap用於中小型餐廳(100~400用餐人數/天)之廚房內，而Grease
interceptor 容積介於500~750加侖(1.9~2.8立方公尺)，多置於廚房外或室外空間，另外Grease separator常用於英國(ORACWA, 2009)，但上述並無嚴謹之定義或區別，故常使用 grease separation device 為統稱，不再區別尺寸大小或置於室內/室外位置(NCDENR_DPPEA,
影響油脂截留器尺寸之設計因子包括：溫度、停留時間、流量、油脂濃度、清除頻率及化學藥劑(或清潔劑)使用等(NPCA, 2005)，另外排出標準(或稱納管標準)也影響設計尺寸大小。
　　有學者研究( Chu & Ng, 2000)在固定停留時間下(30min)，油脂去除率(80~85%)與進流濃度(400~1,600mg/L)無關，因為此情形下去除率決定於油滴顆粒大小(the size of the oil droplets)，另外停留時間與去除率關係以數學模式求得，於10、20及30 min下，分別為60%、70%及74%，可供決定停留時間與去除效率之參考。
四、油脂截留器設計比較
　　本文所指油脂截留器係以處理污水中動、植物性油脂為主，其形態多屬自由油(free oil)，依不同國家或都市，有不同之容積設計建議值，且其油脂納管標準差異甚大，如表4-1所列，影響設計所需容積。
台灣地區油脂納管標準介於20~65mg/L之間；香港環境署依排放水量其油脂納管標準介於20~100mg/L之間；美國環保署及一些城鎮訂定廢水中油脂排入下水道的標準介於150~200 mg/L之間，其中以台灣地區標準最嚴格，但美國許多城市下水道為合流式，管徑大且水流快，與台灣以發展分流式系統不同，需加以考量。
　　Metcalf &
Eddy (1991)建議典型油脂截留器停留時間大於30 min，另外油脂截留器清理頻率(通常為每週1次)也影響其設計容積，需注意「污泥沉澱容積」及「浮油所佔體積」，以免減低實際停留時間，其理論有效容積為：
　　　　　理論油脂截留器有效容積 = 污水停留時間容積+污泥沉澱容積+浮油所佔體積
　　不同設計參考公式，若已加入尖峰係數或安全係數，且規定清理頻率時，通常計算求得之油脂截留器有效容積≒污水停留時間容積，「污泥沉澱容積+浮油所佔體積」不另行計算。
　　以下將以台北市、香港及美國油脂截留器設計為例說明。
表4-1 台灣、香港及美國油脂之納管標準及放流標準
地區別/水量別
油脂限值(mg/L)
台北縣等(註1)
30(動植物)
各縣市政府網站
40(正己烷抽出物)
基隆市、新竹市
20(正己烷抽出物)
65(動植物)
放流水標準
10(正己烷抽出物)
環保署法規網站
Q≦100 CMD
香港環境署(1997)
100CMD＜Q≦600 CMD
600CMD＜Q≦800 CMD
800CMD＜Q≦1,000 CMD
1,000CMD＜Q
放流水標準
US EPA; Torontn
NPCA(2005) (註2)
D A Fort W K Stockton
註1.包含台北縣、宜蘭縣、苗栗縣、彰化縣、高雄縣、屏東縣、澎湖縣、台南市、金門縣、台北市、台中市。
註2.NPCA為National Precast Concrete
Association 簡稱。
　　下水道法及相關規定並無「油脂截留器」之名詞，但下水道用戶排水設備標準第六條說明：「用戶排洩之下水水質超過下水道機構公告下水道可容納排入之下水水質標準者，於排入下水道前應設置預先處理設施。」，雖然下水道法無油脂截留器之規範或標準，但可參考「建築物污水處理設施設計技術規範」第3.2.2條「油脂截留器之構造與機能」設置，該規範並以餐廳使用人數，建議臺灣地區油脂截留器之容積與尺寸，但卻未考量餐廳性質差異而有單位用餐人數污水產生量之不同，也不考量各縣市納管標準之差異。
　　另查CNS 1)訂有「油脂截留器性能試驗法」，以豬油為測試油脂，採批次進行70次測試，並以累積截留效率90%以上方屬合格，但卻無法應用於已知尖峰污水量及油脂納管標準時，油脂截留器之容積計算。
　　上述規定對不同類型之餐廳業者、設計者或各縣市下水道主管機關，仍無合適之油脂截留器設計尺寸或參考數據，故國內下水道用戶接管率最高之台北市，其衛工處對於接管區內應設置油脂截留器之用戶，有計算範例供參(台北市衛工處，2009)，其構造說明與「建築物污水處理設施設計技術規範」相同，摘要說明如後。
(1)至少應分隔成三室以上，除前後二室為污水進流與出流室外，第二室應為具足夠容量之除油室以進行油水分離。
(2)各室有效水深皆應大於30公分。
(3)除油室之有效容積計算應至少可容納廚房污水量之每小時平均量之1/6以上者。
(4)每分鐘之尖峰量若超過平均流量3倍以上且持續時間超過30分鐘者，有效容積應增為上述值之1.2至1.5倍。
　　其中第(3)點換算成停留時間為10分鐘，而第(4)點對設計者而言，直接將10分鐘乘以1.2~1.5倍(12~15分鐘)，要比實際量測每分鐘尖峰流量簡單。其建議計算公式如後，範例計算結果如表4-2所示，若以相同之污水流出量下進行有效容積之比較，則台北市範例計算結果遠低於香港範例，但台北市之油脂納管標準訂定反而較香港嚴格(詳表4-1所列)。
= (n×q÷t)×k　(公升/時)
= Q/6 (公升)
　　　　Q = 污水出流量(公升/時)
　　　　　　n = 每次用餐人數(人)
　　　　　　t = 每次用餐廚房污水持續出流時間(小時/次)
　　　　　　q = 每餐次每人產生之污水量(公升/人?次)
　　　　　　k = 安全係數
　　　　　　V = 油脂截留器有效容量(公升)
　　香港環境署(HKEPD)建議油脂截留器於尖峰流量下，其停留時間需有20分鐘(香港環境署, 2002)，若油脂截留器具備自動清除油脂功能，其水力停留時間只要10分鐘可達到其應有的功能(香港環境技術中心, 1998)。
香港環境署參考日本空調和衛生學會(HASS)，以表4-3為設計因子參考值，建議油脂截留器設計流量如下(香港環境技術中心，1998；香港環境署, 2002)：
(1)污水排入流量 = 每日用餐數×每餐用水量×安全係數÷每日廚房使用時間(或以實際用水量計算平均每小時用水量)
(2)油脂截留量(kg) = 0.001 ×每日用餐數×每餐用水量×每餐油脂截留量×抽油週期(1 公升大豆油≒ 0.8公斤)
表4-2 台北市與香港環境署油脂截留器計算範例比較
用餐人數或
實際用水量
中午50人、晚上80人用餐
中午50人、晚上80人用餐，每餐最大用餐人數80人
實測中餐用水量2000公升
中餐及晚餐用水時間分別為4小時及5小時。
中餐用水時間為4小時
計算求得廚房
污水流出量
計算求得油脂截留器有效容積
178.1 公升
(查表求得)
台北市衛工處
台北市衛工處2009
香港環境署2002
香港環境署2002
表4-3 香港、台北市及美國油脂截留器污水量設計參考值
每餐用水量
截留量(公克)
香港環境技術中心(1998)
台北市衛工處(2009)
中小型餐廳
機關團體餐廳
美國傳統餐廳
(range:26-40)
Metcalf & Eddy, Inc.(2003)
資料來源：香港環境署，2002。
(3)隔油池的大小應與廚房的最大排水量相比，並能儲存污水達至二十分鐘。其容量不能少於250公升(55加侖）。
(4)隔油池的長度應相等於其高度的1.3倍至2.0倍。注意隔油池的盛水量，該佔全槽位置的三分之二，其餘的三分之一應作為自由水位高(freeboard)。
(5)隔油池的面積(長度×寬度），應相等於其高度的1,000至2,000倍。所有計算以毫米(mm)作為量度單位。
香港環境署為便利每小時用水量低於1,000公升之餐飲業，考慮安全係數及每週清理一次頻率計，以每小時平均用水量(既有)或廚房面積(新建)計算，可直接以表4-4查油脂截留器最小尺寸。
舉例：一間新的餐館，其設計廚房面積是30平方米。從表4-4可知，其所需油脂截留器容積稍少於1,220公升，以內插法求得約1,180公升。
表4-4 香港油脂截留器所需最小容積表
每小時平均
(平方公尺)
油脂截留器最小容積
尖峰流量下
長度×寬度/深度(1,000~2,000)
需找專業人員設計
資料來源：香港環境技術中心，1998。
　　美國環保署(USEPA)與區內城鎮規定之納管標準並不一致(表4-1)，建議之計算方式也不同(NPCA,
2005)，以Uniform Plumbing Code (UPC)及美國環保署為例說明如後，設計範例如表4-5所列。
(1). Uniform Plumbing
Code (UPC)
　　　截留器容積(公升) = (每小時用餐人數)×(每人每餐污水產生量)×(廢水排出時間)×(貯留係數)
　　　　　　其中?
　　　　　　　　　每小時用餐人數(#Meals/peak hour) = 總座位數(total
number of seats )
　　　　　　　　　每人每餐污水產生量 = 22.71公升(= 6 gallons，有洗碗機)
　　　　　　　　　廢水排出時間(time) = 2.5 小時
　　　　　　　　　貯留係數(storage factor) = 2
　　規定於尖峰流量下停留時間至少12分鐘，依表4-5計算結果分析，皆有大於12分鐘，且餐廳規模越大，停留時間也越長，至少都有20分鐘以上。
(2).美國環保署(USEPA)
　　　截留器容積(公升) = (座位數)×(每餐用水量)×(貯留係數)×(營業時間/2)×(負荷係數)
　　　　　　其中???
　　　　　　　　　每人每餐污水產生量(#liter/meal ) = 18.93 公升(=
5 gallons)
　　　　　　　　　貯留係數(Storage Factor) = 1.7
　　　　　　　　　營業時間(Hours Open) = 8 小時
　　　　　　　　　負荷係數(Loading factor) = 1
規定於尖峰流量下停留時間至少15分鐘，依表4-5計算結果分析，皆有大於12分鐘，且餐廳規模越大，停留時間也越長。
上述不論UPC或美國環保署，其廢水產生量為依照水管配件型式(如水槽、洗碗機與地板排水孔數)與數量換算而得(NPCA,
表4-5 美國EPA及UPC油脂截留器計算範例
尖峰污水產生量(a)
油脂截留器容積(b)
停留時間(c)
說明：(a)欄之污水產生量為依據假設之水槽數(# sinks)、洗碗機與地板排水孔數計算，詳NPCA, 2005。
　　　(b)欄與(c)欄之資料由UPC及USEPA公式自行演算。
　　　　　資料來源：NPCA, 2005。
4. 台北市、香港與美國設計範例比較
　　以座位20人餐廳之污水油脂截留器設計範例進行比較，如表4-6所列，計算求得尖峰污水產生量，香港與美國環保署較接近(11,200 vs.10,200公升/時)，台北市只有3,000公升/時，而油脂截留器容積因至少停留時間訂定不同，求得台北市、香港與美國環保署分別為500、3,733及2,550 公升，香港所需之容積最大，台北市最小，但台北市的油脂納管標準卻是最嚴格的。
表4-6 香港、台北市及美國餐廳污水產生量及油脂截留器容積之比較
座位數20位
座位數20位
座位數20位
用餐數360人(假設每人用餐以30min計)
用餐數480人(假設每人用餐以30min計)
用水時間為9小時
用水時間12小時
用水時間8小時
每餐污水量
安全係數1.5
安全係數3.5
(以storage factor=1.7 替代)
計算求得廚房污水流出量(尖峰流量)
3,000 公升/時
11,200 公升/時
10,200 公升/時
設計停留時間
油脂截留器容積(公升)
油脂納管標準(mg/L)
資料來源：自行整理。
五、結論與建議
　　經比較與分析台北市、香港與美國之油脂納管標準與油脂截留器設計功能計算之比較，發現國內油脂納管標準較嚴，停留時間卻較短之現象，將造成下水道機構稽查取締之困擾。以下則依據本文之結論，提出幾點建議供參。
1.加強油脂截留器操作使用宣導教育及建立專業售後服務網
　　避免油脂造成管線阻塞及影響污水處理效能，首要工作是教育用戶避免將含油脂污水排入水槽，例如：將油炸廢油單獨收集及回收、碗盤菜渣刮除後再清洗、避免用熱水洗碗盤(溫度應低於 60℃)等，且教育對象不只是餐廳及事業單位之現場工作人員，尚包括事業單位主管(或負責人)及廣大之一般用戶(家庭用戶)。而一般用戶因法令未規定需裝設油脂截留器，更需配合避免將高油脂污水排入，以免阻塞住家及公共之污水管線。
2.下水道主管單位與環保單位嚴格取締違法使用者
　　針對餐廳或違規使用之餐飲業加強稽查頻率，尤其對於剩餘殘留在碗盤上及清洗食材所排出之含油脂污水，才是餐廳裝設油脂截留器去除之對象，若現場工作人員無此認知，即使功能良好之設備也難發揮效能，不但增加維護及操作成本，若無法達到納管標準，將受處罰與增加公共管線阻塞風險。
3.中央主管機關應檢討並提出油脂截留器適宜之容積與尺寸
　　因地區特性，台灣地區各縣市訂定之污水中油脂納管標準較香港與美國嚴格，但參考台北市參考「建築物污水處理設施設計技術規範」求得之油脂截留器容積，卻遠低於香港與美國，建議中央主管機關依法推動(建築技術規則或下水道相關法規)，應以科學數據加以佐證，檢討並訂定符合台灣地區納管標準之油脂截留器適宜之容積與尺寸，以供業者、設計者與地方下水道機構有所依循。
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