餐廚及廚余垃圾處理新型三相分離工藝

餐廚垃圾是餐飲行業(yè)、單位、家庭及學(xué)校等集體食堂在食品加工及使用過(guò)程中產(chǎn)生的食物廢棄物及食物殘?jiān)目偡Q。廚余垃圾是指居民日常生活及食品加工、飲食服務(wù)等活動(dòng)中產(chǎn)生的廢棄物，主要以菜葉、果皮、蛋殼組成。隨著我國(guó)居民生活水平的不斷提高，如何兼顧處理效率與工藝經(jīng)濟(jì)性，最大限度的處理餐廚及廚余垃圾正日漸成為國(guó)內(nèi)環(huán)衛(wèi)行業(yè)面臨的新難題。

目前國(guó)外主要采取堆肥、厭氧消化、飼料化再利用等工藝處理餐廚及廚余垃圾，以將餐廚及廚余垃圾轉(zhuǎn)化為高附加值的有機(jī)質(zhì)原料為主要處理方向。國(guó)內(nèi)對(duì)于廚余及餐廚垃圾采取了包括厭氧消化、肥料化、飼料化、昆蟲(chóng)養(yǎng)殖、制備生物柴油、厭氧發(fā)酵等多種工藝。其中南方地區(qū)的昆蟲(chóng)養(yǎng)殖及飼料化處理已經(jīng)有多個(gè)投產(chǎn)案例，如江蘇常州餐廚垃圾綜合處置工程對(duì)食物垃圾采取預(yù)處理+厭氧消化+沼氣發(fā)電，對(duì)餐廚廢油采用預(yù)處理+生物柴油制取，并已正式投產(chǎn)運(yùn)行。本研究所闡述的新型三相分離工藝以北京某區(qū)的餐廚及廚余垃圾為研究對(duì)象，分析研究如何高效有序的處理餐廚及廚余垃圾，并盡可能將其中的高價(jià)值成分轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，以提升整體工藝的經(jīng)濟(jì)性。

1、實(shí)驗(yàn)過(guò)程簡(jiǎn)介

1.1 處理工藝簡(jiǎn)介

新型三相分離工藝指的是通過(guò)物理切割、截留等方式對(duì)物料逐步處理，并將物料轉(zhuǎn)化為液態(tài)均值混合物，最終通過(guò)各類三相分離機(jī)械實(shí)現(xiàn)物料分離成為固相、液相、渣相三相的一種處理工藝。與傳統(tǒng)三相分離工藝不同，新型三相分離工藝通過(guò)在前段架設(shè)多級(jí)過(guò)濾及物料漿液化流程，大大提升了三相分離效果，能夠保證最終產(chǎn)物中各項(xiàng)物質(zhì)的純度，為提升工藝經(jīng)濟(jì)性及做進(jìn)一步深度處理創(chuàng)造了有利條件。同時(shí)，該工藝后端還通過(guò)外排漿液箱回流換熱，及回流清洗設(shè)備等多種設(shè)計(jì)最大限度的改善了傳統(tǒng)三相分離工藝用水量大、熱源需求高、整體能耗偏大等問(wèn)題，為該工藝拓展了更多的應(yīng)用方向，大大提升了工藝的實(shí)用價(jià)值。該類工藝中的核心設(shè)備為將物料制成漿液的制漿設(shè)備及各類三相分離設(shè)備。制漿機(jī)的主要工作原理是以物料中的水作為工作介質(zhì)，通過(guò)機(jī)械攪拌運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)物料共同運(yùn)動(dòng)，使物料在隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中形成不同速度流層，不同速度的漿液流層之間會(huì)發(fā)生揉搓、摩擦、疏解、分離等作用，形成相應(yīng)的水力沖擊和水力剪切，從而在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)垃圾中的組分實(shí)現(xiàn)有效分離，形成更易處理的細(xì)化漿液。制漿設(shè)備中常用有造紙行業(yè)所使用的水力制漿機(jī)及礦業(yè)工程所使用的注漿機(jī)、泥灰機(jī)等等。對(duì)于餐廚及廚余垃圾，水力制漿機(jī)能耗更低，分割效果好，因此更適合新型三相分離工藝。

三相離心設(shè)備是指通過(guò)離心、旋轉(zhuǎn)、電磁吸附等方式將物料分為油相、渣相、水相的一類分離提純?cè)O(shè)備。各類三相分離設(shè)備中，常見(jiàn)的有臥螺式、立式、蝶式等多種形式，考慮到現(xiàn)場(chǎng)面積及油相分離效果，臥螺式具有布局緊湊、占地空間小、易于維護(hù)、易于調(diào)整分離物質(zhì)的各項(xiàng)占比等優(yōu)勢(shì)，因此更適合新型三相分離工藝。綜上，該工藝選擇水力制漿機(jī)及臥式三相分離機(jī)作為工藝核心設(shè)備。

按照工藝流程主要分為除雜車間及三相分離車間兩部分。除雜車間通過(guò)多級(jí)鏈板將餐廚垃圾及廚余垃圾輸送至滾筒篩，利用滾筒篩將直徑大于70mm的物料截留在滾筒篩內(nèi)，最終通過(guò)鏈板輸送至雜料箱內(nèi)，并去往后續(xù)堆肥處理工藝。直徑小于70mm的物料通過(guò)滾筒篩后經(jīng)提升螺旋傳送至氣動(dòng)分料器，通過(guò)分料器將物料接入兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的制漿除雜機(jī)。制漿除雜機(jī)為序批式工作，兩臺(tái)制漿機(jī)進(jìn)料時(shí)間通過(guò)分料器切換進(jìn)料，保證整條生產(chǎn)線是連續(xù)工作。制漿機(jī)中大于6mm的雜物如塑料、不銹鋼勺子、貝殼、小塊骨頭、金屬、酒瓶蓋等經(jīng)制漿機(jī)排渣閥排至提雜輸送螺旋并送往二級(jí)除雜機(jī)(螺旋壓榨機(jī)）進(jìn)行二次分離，經(jīng)過(guò)壓榨后的雜物落在現(xiàn)有篩上物輸送皮帶上一并送入雜箱外運(yùn)。壓榨濾液及螺旋瀝水一并自流至瀝水池，經(jīng)潛污泵送回制漿除雜機(jī)；粒徑小于6mm的餐廚垃圾有機(jī)漿料及少量雜質(zhì)則制成預(yù)處理漿液由漿液泵送至三相分離車間。

餐廚垃圾篩下物預(yù)處理漿液進(jìn)入三相分離車間后，首先進(jìn)入高濃除渣器對(duì)漿料進(jìn)行砂雜去除，高濃除渣器出水進(jìn)入螺旋板換熱器與三相離心機(jī)分離出的熱漿液進(jìn)行換熱，然后排至加熱罐。高濃除渣器排渣進(jìn)入砂水分離器，由砂水分離器螺旋送入三相分離器出渣螺旋。漿料在加熱罐中加熱至80℃后，溢流進(jìn)入加熱緩沖罐，之后泵送進(jìn)入三相離心機(jī)進(jìn)行三相分離，最終形成漿液相、油相、渣相三相。漿液一部分輸送至螺旋板換熱器進(jìn)行余熱回收，再外排至外運(yùn)漿液儲(chǔ)罐，進(jìn)入相應(yīng)水處理設(shè)施進(jìn)行處理，另一部分漿液泵送回到水力旋流制漿機(jī)洗渣，經(jīng)重復(fù)利用后排出體系；所得渣相去往后續(xù)堆肥處理工藝，所得油相由具有相關(guān)回收資質(zhì)的廠家進(jìn)行收集再利用，詳細(xì)工藝流程圖見(jiàn)圖1。

1.2 分析項(xiàng)目與測(cè)定方法

本研究將根據(jù)實(shí)際餐廚處理進(jìn)出各類物料的重量數(shù)據(jù)分析新型三相分離處理工藝的處理效果，并給出單獨(dú)處理餐廚垃圾及同時(shí)處理餐廚及廚余垃圾情況下的固相殘?jiān)?、油脂、漿液的產(chǎn)出比例，分析其基本變化趨勢(shì)，并據(jù)此對(duì)餐廚垃圾及廚余垃圾的基本組成進(jìn)行分析，結(jié)合新型三相分離工藝實(shí)際處理情況，還將為餐廚及廚余垃圾的處理方向給出合理化建議，以最大限度的提升處理工藝的經(jīng)濟(jì)性。

2、數(shù)據(jù)與分析

2.1 新型三相分離工藝僅處理餐廚垃圾時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)

圖2為2022年3月期間，該新型三相分離工藝僅處理餐廚垃圾時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)。從圖2中可以看出，僅處理餐廚垃圾時(shí)，餐廚垃圾大部分轉(zhuǎn)化為漿液，少量轉(zhuǎn)化為渣相，剩余部分轉(zhuǎn)化為油相。經(jīng)計(jì)算，平均每日處理垃圾291.9t，每日產(chǎn)生漿液212.3t，占72.72%，每日產(chǎn)生渣相66.59t，占22.81%，每日產(chǎn)油13.04t，占4.47%，詳細(xì)占比圖見(jiàn)圖3。

從圖中可以分析得到以下結(jié)論：

(1)在來(lái)源穩(wěn)定的情況下，利用餐廚垃圾提取粗油脂具有長(zhǎng)期可行性。在整月處理期間，餐廚垃圾的產(chǎn)油量基本保持穩(wěn)定在4%~5%之間波動(dòng)，說(shuō)明在正常情況下，同一地區(qū)的餐廚垃圾中可提取的油脂數(shù)量基本恒定。因此，在垃圾來(lái)源區(qū)域確定的情況下，利用餐廚垃圾提取油脂進(jìn)行再加工具有長(zhǎng)期可行性。

(2）餐廚垃圾中最主要成分為水分。不難看出，漿液相占據(jù)了工藝產(chǎn)生的三相物質(zhì)中的大部分，證明餐廚垃圾中的最主要成分是水分，因此想要最大限度的處理好餐廚垃圾，需要尋找有效解決產(chǎn)生漿液的辦法。目前常見(jiàn)的處理餐廚漿液的方式有利用餐廚漿液富含有機(jī)質(zhì)的特點(diǎn)通過(guò)好氧堆肥制成肥料，或?qū)⒉蛷N漿液作為原材料經(jīng)昆蟲(chóng)飼養(yǎng)得到精細(xì)化蛋白質(zhì)飼料，或經(jīng)過(guò)厭氧細(xì)菌進(jìn)行污水處理轉(zhuǎn)化為沼氣發(fā)電利用等多種方式進(jìn)行處理。

2.2 新型三相分離工藝同時(shí)處理餐廚及廚余垃圾時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)

圖4為2022年5月期間，該新型三相分離工藝同時(shí)處理餐廚及廚余垃圾時(shí)的相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)計(jì)算，平均每日處理垃圾238.7t，每日產(chǎn)生漿液133.2t，占55.82%，每日產(chǎn)生渣相98.56t，占41.29%，每日產(chǎn)油6.88t，占2.88%，詳細(xì)占比圖見(jiàn)圖5。

從圖中可作出以下分析：

(1)餐廚垃圾及廚余垃圾均有類似的組成，其中的水分占到垃圾總體的絕大部分。但同時(shí)處理廚余垃圾后，所得產(chǎn)物中漿液及油相產(chǎn)比顯著下降，渣相產(chǎn)生量顯著增加，這與廚余垃圾含水率較低，含渣量較高的基礎(chǔ)特點(diǎn)相吻合。

(2)以餐廚垃圾的平均出油率計(jì)算，5月全月廚余垃圾的出油率不足1%，這也進(jìn)一步證明，相較于餐廚垃圾，廚余垃圾作為單一原料通過(guò)離心分離工藝提取油脂的經(jīng)濟(jì)效益較低。因此，應(yīng)根據(jù)廚余垃圾特點(diǎn)選擇合適的后續(xù)處理工藝，如好氧堆肥或昆蟲(chóng)養(yǎng)殖技術(shù)進(jìn)行深度處理，充分利用廚余垃圾中豐富的有機(jī)質(zhì)，實(shí)現(xiàn)垃圾的資源化利用。現(xiàn)有三相分離技術(shù)更適合作為廚余垃圾的預(yù)處理工藝，最大限度利用其中的油脂成分，提高廚余垃圾整體處理過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益。

3、結(jié)論

(1)僅處理餐廚垃圾時(shí)，漿液占72.72%，渣相占22.81%，油占4.47%；同時(shí)處理餐廚及廚余垃圾時(shí)，漿液占55.82%，渣相占41.29%，油占2.88%。廚余垃圾的產(chǎn)油率顯著低于餐廚垃圾。

(2)餐廚垃圾與廚余垃圾中最主要成分為均為液態(tài)物質(zhì)，兩者相比，餐廚垃圾中的油脂及液相物質(zhì)含量相對(duì)較高，廚余垃圾中的渣類物質(zhì)含量相對(duì)較高。

(3)在來(lái)源穩(wěn)定的情況下，利用餐廚垃圾提取粗油脂具有長(zhǎng)期可行性，對(duì)于廚余垃圾，三相分離工藝更合適作為預(yù)處理工藝以提高處理過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益。（來(lái)源：北京環(huán)境衛(wèi)生工程集團(tuán)有限公司南宮園區(qū)運(yùn)營(yíng)管理分公司）