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摘 要： 摘 要：本文主要研究餐廚垃圾處理過程中，加熱方式、溫度、壓力等參數(shù)對餐廚垃圾油相、水相、固相分離效果的影響。實驗結(jié)果表明：加熱設(shè)備蒸汽直噴加熱的方式，固液分離固渣含水率降低 5%～9%，提油率從 2.76%提升到 3.23%;加熱裝置物料溫度 70℃，固液分離設(shè)備壓力為
摘 要：本文主要研究餐廚垃圾處理過程中，加熱方式、溫度、壓力等參數(shù)對餐廚垃圾油相、水相、固相分離效果的影響。實驗結(jié)果表明：加熱設(shè)備蒸汽直噴加熱的方式，固液分離固渣含水率降低 5%～9%，提油率從 2.76%提升到 3.23%;加熱裝置物料溫度 70℃，固液分離設(shè)備壓力為 4bar，油相、水相及固相的分離效果更佳。
關(guān)鍵詞：餐廚垃圾;加熱;溫度;壓力;固液分離
餐廚垃圾作為居民日常生活、餐飲、食堂等產(chǎn)生的高油脂、高鹽分、有機(jī)含量高、成分復(fù)雜的生活垃圾，其中的油脂是生產(chǎn)生物柴油、硬脂酸和油酸等產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料，具有很高的再生利用價值。 根據(jù)油脂不同的存在形式，通過增大油粒直徑、增大水與油的密度差、降低水的絕對粘度的方式提高油脂與水相、固相的分離[1]。 目前，由于餐廚垃圾中廢油脂以固相內(nèi)部的油脂存在方式為主， 較難實現(xiàn)分離，實驗表明，對餐廚垃圾進(jìn)行濕熱處理，可促進(jìn)餐廚垃圾中固相內(nèi)部的油脂液化浸出[2-4]。 實際工程中應(yīng)采用“自動分選+機(jī)械打漿+加熱+固液分離”的預(yù)處理措施。
針對餐廚垃圾中的油脂主要采用加熱方式， 實現(xiàn)油脂及有機(jī)質(zhì)可利用資源的物質(zhì)最大化分離。 與油脂分離相關(guān)的主要設(shè)備為加熱設(shè)備、 固液分離設(shè)備及離心分油設(shè)備。 加熱是對餐廚垃圾進(jìn)行加熱，提高水油分離度;固液分離則是實現(xiàn)固相、液相的分離;離心分油是利用離心分離的方式，實現(xiàn)油水固相的分離。
隨著生活垃圾分類政策的落地、 地溝油非法收集受限，餐廚垃圾中的油脂含量不斷升高。 餐廚垃圾中油脂和有機(jī)質(zhì)分離率的提高對餐廚垃圾的資源化、 減量化效率有著重要的作用。 針對工程實際應(yīng)用中，餐廚垃圾加熱水解方式、固液分離運行工況參數(shù)的實驗研究，為餐廚垃圾工程化應(yīng)用提供參考。
1 試驗材料與方法
1.1 試驗設(shè)備
研究餐廚垃圾油脂分離設(shè)備相關(guān)的加熱設(shè)備及固液分離設(shè)備，其中加熱裝置包括漿料進(jìn)口、中間軸攪拌輸送、加熱裝置、出料閥門、泄壓口及出料口，主要原理是利用外部加熱的方式實現(xiàn)油脂分離，具體外形如圖 1 所示。 固液分離裝置包括機(jī)架、濾筒、液壓裝置等，主要原理是利用壓力擠壓的方式實現(xiàn)固液分離，具體外形如圖 2 所示。
1.2 實驗方法
1.2.1 加熱方式不同對油脂分離效果的影響
分別采用“夾套間接加熱+中間軸間接加熱”及“內(nèi)倉直噴加熱+中間軸間接加熱”兩種方式，研究兩種加熱方式的工況下，實際餐廚垃圾處理產(chǎn)生固渣含水率。
1.2.2 壓力及溫度對三相分離效果的影響
在固液分離設(shè)備中設(shè)置堵頭壓力調(diào)節(jié)器， 通過調(diào)節(jié)堵頭對固液分離機(jī)出口物料的壓力， 同時通過控制加熱裝置調(diào)節(jié)餐廚垃圾的溫度，研究不同工況下，固液分離設(shè)備出渣的含水率。
通過調(diào)整加熱設(shè)備及固液分離設(shè)備的運行參數(shù)，研究設(shè)備改造后餐廚垃圾提油率的變化。
1.3 監(jiān)測指標(biāo)
提油率：實際餐廚垃圾處理工程中，統(tǒng)計單位時間油脂的產(chǎn)量及餐廚垃圾的處理量， 油脂產(chǎn)量占餐廚垃圾總量比例即為系統(tǒng)的提油率。
固渣含水率：取固液分離設(shè)備脫水后的固渣，通過烘箱 105℃烘干 2h，測定前后固渣的重量，確定固液分離系統(tǒng)固渣含水率。
2 實驗結(jié)果及分析
2.1 間接加熱固渣含水率
設(shè)備初始狀態(tài)，未進(jìn)料的狀態(tài)下開展實驗。 第 1 天未通蒸汽，通過間接加熱的方式提高餐廚垃圾漿料溫度。 研究不通蒸汽的情況下，固液分離固渣含水率的變化。 實驗過程中，每天清洗固液分離設(shè)備 1～2 次，設(shè)備運行期間，每 2h 取樣一次，當(dāng)日固渣含水率取均值。
由圖 3 可知，第 1 天出渣比較干，固渣平均含水率為 65%，停機(jī)后進(jìn)行沖洗;第 2 天出渣含水率明顯高于前一天，出渣含水率提高至 68%;第 3 天后，固液分離系統(tǒng)出渣成團(tuán)，含水率范圍為 72%～75%，主要原因是固液分離設(shè)備中餐廚垃圾漿液很粘稠，出現(xiàn)了篩網(wǎng)堵塞的情況。 說明固液分離設(shè)備前段的加熱設(shè)備未完全實現(xiàn)油脂的分離，導(dǎo)致固液分離液相中含油，物料粘性較強(qiáng)，堵塞了篩網(wǎng)。
2.2 蒸汽直接加熱固渣含水率
設(shè)備經(jīng)沖洗完成后，開展通蒸汽情況下，固液分離設(shè)備出渣情況的研究。 通過控制蒸汽量調(diào)節(jié)物料溫度。 本文研究物料溫度 55℃、70℃，壓力 2.5bar、4.0bar 情況下，固液分離設(shè)備出渣情況及固渣含水率情況。
2.2.1 物料平均溫度 55℃、壓力 2.5bar
由圖 4 可知， 固液分離機(jī)出渣含水率初期穩(wěn)定在 68.16%，比改造前的 73.5%分別降低了 5.34%，出渣成堆體狀，不會平鋪，滿足固液分離直接出渣外運的條件。 但第 3 天和第 4 天，含水率提高。 發(fā)現(xiàn)此種現(xiàn)象產(chǎn)生是在餐廚垃圾收集料倉滿料的情況下，由于料倉餐廚垃圾脫水困難，固液分離前端漿料含水率非常高，導(dǎo)致固液分離機(jī)出料相對較高，超過了 70%，但是前端漿料含水率降低后，固液分離機(jī)出渣含水率就降低至 66%～69%。 相比未通蒸汽，通蒸汽的情況下，固渣含水率降低了 5%～6%。
2.2.2 物料平均溫度 70℃、壓力 4.0bar
提高物料的溫度及固液分離壓力，測定固液分離機(jī)出渣含水率變化情況，由圖 5 可知，固液分離設(shè)備出渣含水率變化范圍為 62.67%～68%，運行過程滿料倉分選機(jī)漿料含水率高的 1～2h，其余時間固渣含水率比較穩(wěn)定，比平均溫度 55℃、 堵頭壓力 2.5bar 的情況， 含水率下降了 3%～ 4%，出渣成堆體狀，滿足固液分離直接出渣外運的條件。謝雪偉等[5]研究餐廚垃圾油水分離的實驗條件最佳分離條件為 80℃， 溫度要求與本項目溫度接近。 考慮運行成本，加熱物料溫度控制在 70℃。
2.3 設(shè)備改造對油脂提取率的影響
跟蹤監(jiān)測改造前及改造后月度的油脂產(chǎn)量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)提油率的變化如圖 6 所示， 第 1—3 月份未通蒸汽的情況下 ， 提 油 率 分 別 為 2.91% 、2.6% 、2.37% ， 平 均 提 油 率 2.76%。蒸汽加熱后系統(tǒng)提油率為 3.23%。說明采用蒸汽加熱后，系統(tǒng)提油率比改造前提高 0.47%。
2.4 設(shè)備改造對固液分離漿料噴射量影響
采用蒸汽直噴的方式， 有部分漿料通過漿料加熱裝置泄壓管溢出。 此部分物料可與水混合，經(jīng)離心后實現(xiàn)有機(jī)物的分離， 實現(xiàn)有機(jī)物最大化的進(jìn)入后續(xù)厭氧消化處理系統(tǒng)。 漿料溫度 70℃、壓力 4.0bar 的運行工況，固渣含水率較低，研究此工況的運行條件下，設(shè)備運行頻率、泄壓管開關(guān)程度對出渣情況及出渣占餐廚垃圾處理總量比重變化的影響。
漿料加熱裝置 50Hz 滿頻運行，泄壓管全開，固液分離機(jī)堵頭 50Hz 滿頻運行的情況，固液分離設(shè)備出渣占總出渣量平均為 39%，泄壓物料出渣量平均 61%，全部出渣占原始餐廚垃圾比重為 15.8%。 改造前外排渣總量出渣占原始餐廚垃圾比重為 16%。
2.4.1 泄壓管開關(guān)程度的影響
漿料加熱裝置 50Hz 滿頻運行，固液分離機(jī)堵頭 50Hz 滿頻，泄壓管關(guān)閉 1/2，固液分離機(jī)出渣口直接嚴(yán)重噴料，說明漿料加熱裝置和固液分離機(jī)內(nèi)存在壓力，而且直接傳遞到固液分離機(jī)出口，實際運行過程中需疏導(dǎo)壓力。
2.4.2 漿料加熱裝置運行頻率的影響
漿料加熱裝置 30Hz 頻率運行，固液分離機(jī)出渣占總出渣量平均為 26.7%， 泄壓物料出渣量平均為 73.3%，這說明降低漿料加熱裝置運行頻率不會增加固液分離機(jī)出渣量，反而導(dǎo)致泄壓物料量急速增加。 說明漿料加熱裝置 50Hz 運行效果較佳。
2.4.3 固液分離機(jī)運行頻率的影響
漿料加熱裝置 50Hz， 泄壓管全開， 固液分離分別在 60Hz 和 65Hz 超頻運行。固液分離機(jī)出渣占總出渣量平均值分別為 70%和 71.1%， 泄壓物料出渣量平均值分別為 30%和 28.9%，固液分離機(jī)出渣率升高。
漿料加熱裝置 60Hz，泄壓管全開，固液分離機(jī) 65Hz 超頻運行。 固液分離機(jī)出渣占總出渣量的 52.9%，泄壓物料出渣量平均值占總出渣量的 47.1%，固液分離機(jī)出渣比率比頻率 50Hz 降低 18.2%左右。
漿料加熱裝置 50Hz，泄壓管全開，固液分離 65Hz 超頻運行，系統(tǒng)出渣率原始餐廚垃圾比重為 16%，并無大的變化。 項目改造前利用自來水將漿料稀釋，實現(xiàn)有機(jī)物分離。 改造后，固液分離機(jī)出渣全部直接外運，節(jié)省自來水 0.5 噸/噸餐廚垃圾。
3 實驗結(jié)論
1)漿料加熱裝置采用蒸汽直噴加熱的方式后，固液分離設(shè)備固渣含 水 率 降 低 5%～9%， 系 統(tǒng) 提 油 率 實 測 從 2.76%提升到 3.23%。
2)漿料加熱裝置物料加熱溫度在 70℃，固液分離設(shè)備壓力為 4bar，油相、水相及固相的分離效果更佳。
3)漿料加熱裝置 50Hz，泄壓管全開，固液分離 65Hz 超頻運行，固液分離直接出渣量最大，但是系統(tǒng)出渣率原始餐廚垃圾比重改造前后無大的變化。 項目改造后，節(jié)省自來水 0.5 噸/噸餐廚垃圾。——論文作者：張懷玉
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