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摘 要： 摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，餐廚垃圾處理逐漸成為環(huán)境治理中的重要問題。由于我國(guó)人口眾多，餐廚垃圾產(chǎn)量巨大，因此在餐廚垃圾收運(yùn)處理上存在極大的難度。針對(duì)我國(guó)北方餐廚垃圾的成分進(jìn)行分析，根據(jù)分析的餐廚垃圾成分設(shè)計(jì)了一種中小型餐廚垃圾處理設(shè)
摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，餐廚垃圾處理逐漸成為環(huán)境治理中的重要問題。由于我國(guó)人口眾多，餐廚垃圾產(chǎn)量巨大，因此在餐廚垃圾收運(yùn)處理上存在極大的難度。針對(duì)我國(guó)北方餐廚垃圾的成分進(jìn)行分析，根據(jù)分析的餐廚垃圾成分設(shè)計(jì)了一種中小型餐廚垃圾處理設(shè)備。該餐廚垃圾處理設(shè)備由三相分離系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)、烘干滅菌系統(tǒng)及自動(dòng)控制系統(tǒng)組成，以制作干飼料為主要目的，同時(shí)析出并統(tǒng)一收集油液，用于后期制作生物柴油等燃料。
關(guān)鍵詞：餐廚垃圾;成分分析;工藝流程;設(shè)備系統(tǒng)
餐廚垃圾主要是由于人們?cè)诓妥郎系睦速M(fèi)行為以及食品加工運(yùn)輸過程處理不當(dāng)導(dǎo)致新鮮的食物受到污染所產(chǎn)生的。受我國(guó)飲食習(xí)慣的影響，在餐桌上的食品浪費(fèi)尤為嚴(yán)重。我國(guó)的餐廚垃圾多數(shù)集中在城市，而我國(guó)城市垃圾中餐廚垃圾占 50% 以上。這不僅形成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，也給人們的身體健康帶來了嚴(yán)重威脅 [1]。所以，如何有效處理餐廚垃圾已經(jīng)成為我國(guó)推進(jìn)城市化建設(shè)道路上必須克服的問題。餐廚垃圾成分復(fù)雜，其中脂肪、蛋白質(zhì)等有機(jī)物占比高達(dá) 75%，同時(shí)水分占垃圾總重量的 80% 以上。因此，餐廚垃圾具有極高的回收再利用價(jià)值。但是，餐廚垃圾大部分混合在人們的生活垃圾中不易區(qū)分，大大增加了餐廚垃圾處理的難度。當(dāng)前，我國(guó)的生活垃圾分類項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行了試點(diǎn)運(yùn)行。為了更好地配合垃圾分類，推進(jìn)我國(guó)城市化建設(shè)，如何及時(shí)有效地處理餐廚垃圾成為亟需解決的問題。
餐廚垃圾已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們的生活和社會(huì)環(huán)境。目前，大型的垃圾處理設(shè)備已經(jīng)得到實(shí)際應(yīng)用，但是大部分的餐廚垃圾產(chǎn)地與大型垃圾處理設(shè)備相距較遠(yuǎn) [2-3]，因此急需設(shè)計(jì)一種中小型可移動(dòng)餐廚垃圾處理設(shè)備，從而高效處理餐廚垃圾。
1 餐廚垃圾成分分析
對(duì)某高校食堂的餐廚垃圾進(jìn)行抽樣分析，餐廚垃圾的成分組成見表 1，餐廚垃圾的營(yíng)養(yǎng)成分組成見表 2。
3 餐廚垃圾處理工藝
根據(jù)餐廚垃圾成分分析，餐廚垃圾主要處理工藝如下
3.1 三相分離
我國(guó)的飲食習(xí)慣決定了餐廚垃圾含有大量的油脂，而餐廚垃圾中的油脂分離回收后經(jīng)生物處理可以轉(zhuǎn)化為生物柴油，有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。不進(jìn)行分離直接處理餐廚垃圾，會(huì)使其中的油脂不利于后期的生物處理。
3.2 破碎
餐廚垃圾中的大塊雜物會(huì)影響餐廚垃圾處理的效果和效率，增加了餐廚垃圾的處理難度。所以，餐廚垃圾破碎處理尤為重要。
3.3 烘干滅菌
餐廚垃圾中的水分含量占垃圾總量的 65% 以上。三相分離后仍有相當(dāng)一部分水分沒有排出，所以烘干是制作干飼料必不可少的步驟。此外，餐廚垃圾中含有大量的細(xì)菌和微生物，直接制成飼料會(huì)危害家禽家畜，而高溫及紫外線滅菌工藝能有效保障家禽家畜的健康 [3]。
4 餐廚垃圾處理設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)
該設(shè)備采用三相分離、大塊廢料篩除、破碎途徑烘干滅菌等工藝處理餐廚垃圾，工作流程如圖 1 所示。
該設(shè)備為一體式結(jié)構(gòu)，占地面積小，可獨(dú)立完成對(duì)餐廚垃圾的處理�；窘Y(jié)構(gòu)如圖 2 所示，主要包括三相分離系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)、烘干滅菌系統(tǒng)及外殼。
4.1 三相分離系統(tǒng)餐廚垃圾處理設(shè)備的三相分離系統(tǒng)位于入料口下方，能達(dá)到將餐廚垃圾中的固體、水分和油脂分離的目的。設(shè)備中的三相分離系統(tǒng)包括箱體和旋流分離器兩部分;箱體底部設(shè)有出料口，側(cè)壁設(shè)有出油口和排水口，箱體內(nèi)側(cè)設(shè)有導(dǎo)流斜面，斜面上開有橫置凹槽和小孔。
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原料通過進(jìn)料口進(jìn)入旋流分離器中進(jìn)行旋流分離。含量較高、密度較大的底流通過底流出口落入螺旋輸送機(jī)，含量較少、比重較小的溢流液通過溢流口落入箱體中。溢流液經(jīng)過箱體的斜面時(shí)，會(huì)被斜面上的不規(guī)則凹槽和小孔將細(xì)小的油霧聚合到一起變成大的油滴，然后落入箱體中進(jìn)行物理沉積。經(jīng)過箱體內(nèi)濾網(wǎng)過濾可析出油液，并通過出油口流出。此外，箱體上設(shè)有排水口，可將廢水排出 [4]。
因?yàn)榈谝淮喂桃悍蛛x時(shí)底流中有殘余的油液，為了充分分離需進(jìn)行二次分離。在二次分離中，含量較高的底流通過底流出口落入廢料儲(chǔ)存罐，分離廢水和油液的方式與第一次分離相同。三相分離系統(tǒng)如圖 3 所示。
4.2 破碎系統(tǒng)
該設(shè)備的餐廚垃圾破碎系統(tǒng)有粗篩和破碎兩個(gè)作用。粗篩機(jī)過濾餐廚垃圾中體積過大的固體雜質(zhì)，一方面保證餐廚垃圾飼料的質(zhì)量，另一方面延長(zhǎng)破碎機(jī)的使用壽命。粗篩機(jī)包括進(jìn)料口、濾網(wǎng)、刮刀、排料斜面、廢料排料口和刀架出料口，其中刮刀設(shè)計(jì)為弧形。減速器通過膜片聯(lián)軸器連接到雙齒輥式破碎機(jī)。雙齒輥式破碎機(jī)包括進(jìn)料口、機(jī)殼、傳動(dòng)齒輪保護(hù)殼、出料口、主動(dòng)輥、從動(dòng)輥、剔齒裝置和傳動(dòng)齒輪。其中，主動(dòng)輥和從動(dòng)輥為細(xì)碎輥，在齒輥上方設(shè)有進(jìn)料口，并與粗篩機(jī)出料口相連。機(jī)座的下方設(shè)有出料口，出料口與集料箱相連。
針轉(zhuǎn)動(dòng)，物料倒入濾網(wǎng)，刮刀通過刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)將大塊異物帶到廢物排料口通過排料斜面去除，而合格的餐廚垃圾通過濾網(wǎng)落入破碎機(jī)中。減速器將電機(jī)動(dòng)力扭矩通過聯(lián)軸器提供給破碎機(jī)主動(dòng)破碎齒輥，然后經(jīng)過齒輪傳遞給從動(dòng)輥。這里破碎輥齒為細(xì)破碎輥齒，輥齒之間若有異常物料黏著，可通過剔齒刀剔除。破碎后的物料通過箱體底部排出。破碎系統(tǒng)如圖 4 所示。
4.3 烘干滅菌系統(tǒng)
烘干滅菌系統(tǒng)位于破碎機(jī)下方。餐廚垃圾中，固化物經(jīng)破碎機(jī)破碎成細(xì)小顆粒后，排入烘干滅菌系統(tǒng)。烘干滅菌系統(tǒng)對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行攪拌、烘干及高溫滅菌，包括攪拌組件、加熱模塊和紫外線滅菌燈。烘干滅菌系統(tǒng)底板由電磁加熱板組成，頂部設(shè)置有紫外線滅菌燈，進(jìn)料口內(nèi)部有翻料桿，確保物料受熱均勻，提高烘干效率 [5]。
餐廚垃制作干飼料是比較常見的餐廚垃圾處理方式。通過高溫及紫外線兩道滅菌工藝，大大降低了因?yàn)轱暳蟻碓炊a(chǎn)生傳染疾病的情況。該烘干滅菌系統(tǒng)的三維結(jié)構(gòu)剖面如圖 5 所示。
經(jīng)過烘干滅菌系統(tǒng)內(nèi)的烘干滅菌工藝流程后，物料經(jīng)過與糠、麩等輔料混合制成干飼料。
4.4 自動(dòng)控制系統(tǒng)控制部分采用外加擴(kuò)展 ADC 模塊的西門子公司的 s7- 300PLC，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、閉環(huán)控制、設(shè)備啟�？刂啤⒆詣�(dòng) / 手動(dòng)控制和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警等功能 [6]。溫度傳感器選用熱電偶溫度傳感器。控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖 6 所示。
自動(dòng)控制部分通過程序控制實(shí)現(xiàn)進(jìn)料、三相分離、垃圾破碎、烘干、滅菌以及出料等功能，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控工作情況且可進(jìn)行相關(guān)操作。通過數(shù)據(jù)采集模塊采集液位、溫度等數(shù)據(jù)，通過閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)設(shè)備的啟�？刂�。傳感器檢測(cè)到異常動(dòng)作數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)發(fā)出故障報(bào)警，可以通過按鍵手動(dòng)控制急停。顯示裝置可以實(shí)時(shí)顯示各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，便于對(duì)餐廚垃圾的處理狀況進(jìn)行估計(jì)。設(shè)備由 PLC 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，其電源、CPU、輸入輸出一體化，可搭配豐富的擴(kuò)展模塊，性能可靠，在工業(yè)控制中已廣泛使用。此外，此可編程控制器編程簡(jiǎn)單，降低了維護(hù)人員的工作難度。
5 結(jié)語(yǔ)
餐廚垃圾處理設(shè)備未來的發(fā)展趨勢(shì)是集自動(dòng)化、小型化、低能耗等功能于一體，正是該設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)所在。餐廚垃圾經(jīng)過處理后，脫去餐廚垃圾中的大部分油分、水分及廢料，保留餐廚垃圾中的營(yíng)養(yǎng)成分，減少垃圾固體部分造成的環(huán)境污染問題，明顯實(shí)現(xiàn)了垃圾就地減量，大大降低了運(yùn)輸成本。經(jīng)過該處理設(shè)備可以回收餐廚垃圾大部分的油脂作為生物柴油，大大提高了能源利用率。破碎系統(tǒng)可以過濾大部分餐廚垃圾中的廢料，并將餐廚垃圾破碎為細(xì)小顆粒用于制作飼料，因此對(duì)能源問題、環(huán)境保護(hù)、垃圾資源化及城市生活環(huán)境都有積極作用。——論文作者：王義文 1 付鵬強(qiáng) 1 宋錦東 2 石洪影 2 孫秋君 2
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