餐廚垃圾預(yù)處理工藝研究及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

童勝寶 ，劉文剛 ，王 智

(1. 光大環(huán)境科技(中國(guó))有限公司，南京 211106；2.光大環(huán)保技術(shù)裝備(常州)有限公司，江蘇 常州 213011)

前 言

隨著我國(guó)人民生活水平的不斷提高，產(chǎn)生的餐廚垃圾數(shù)量日益增多，在環(huán)保嚴(yán)要求的背景下，要大力提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)和自主創(chuàng)新, 根據(jù)餐廚垃圾的特點(diǎn), 開發(fā)資源化處理技術(shù)[1]。國(guó)內(nèi)餐廚垃圾處理起步較晚，存在著工藝簡(jiǎn)單，處理量小，設(shè)備故障率高等缺點(diǎn)。一方面，餐廚垃圾預(yù)處理質(zhì)量不高，不能滿足后段厭氧的進(jìn)料需要，油脂提取率較低，有機(jī)質(zhì)資源浪費(fèi)嚴(yán)重。另一方面，現(xiàn)有的處理設(shè)備結(jié)構(gòu)不合理，處理能力不足，故障率高，影響運(yùn)行效果。本文通過(guò)細(xì)致的研究分析，研發(fā)了一套餐廚垃圾預(yù)處理工藝，對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)，并在光大宿遷餐廚項(xiàng)目上運(yùn)行良好。

1 餐廚垃圾特點(diǎn)

我國(guó)餐廚垃圾受到地域、季節(jié)、群體、生活習(xí)慣、飲食結(jié)構(gòu)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等因素影響，組分差異大且復(fù)雜，總體來(lái)說(shuō)主要有以下特點(diǎn)。

(1)餐廚垃圾含水率高，大約在75%～85%之間[2]。

(2)由于國(guó)內(nèi)垃圾分類體系不健全，餐廚垃圾常?；烊肷罾?，含有筷子、瓷片、鐵塊等固體硬質(zhì)雜物。

(3)生物質(zhì)能高，碳水化合物、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等組分含量高[3]，資源化利用程度低，其中豐富的油脂回收利用難度大。

由于餐廚垃圾的這些特點(diǎn)，就要求處理工藝和設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中穩(wěn)定性好、抗沖擊和磨損能力強(qiáng)[3]，且各級(jí)分選達(dá)到設(shè)計(jì)要求，否則容易引起后面設(shè)備的故障。

2 工藝說(shuō)明

目前國(guó)內(nèi)餐廚垃圾預(yù)處理工藝主要可分為水洗、壓榨和打漿三類，表1對(duì)列舉了這幾種處理工藝的特點(diǎn)并進(jìn)行了對(duì)比分析。由于各個(gè)餐廚垃圾處理項(xiàng)目的出發(fā)點(diǎn)和目標(biāo)不同，所以對(duì)工藝的選擇差別較大，如有的項(xiàng)目?jī)H需對(duì)垃圾簡(jiǎn)單處理后進(jìn)行減量焚燒，所以傾向于壓榨工藝。但是，當(dāng)餐廚垃圾作為獨(dú)立的項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)行時(shí)，油脂產(chǎn)生量、厭氧產(chǎn)沼氣量都是影響其盈利的關(guān)鍵因素。

表1 國(guó)內(nèi)主要餐廚垃圾處理工藝分析

本文研發(fā)餐廚垃圾預(yù)處理工藝主要針對(duì)于獨(dú)立運(yùn)行的餐廚垃圾處理項(xiàng)目，是一種精分選、高提油、濃有機(jī)質(zhì)的處理工藝。它由接料斗、分揀機(jī)、一級(jí)破碎機(jī)、制漿篩分機(jī)、沉砂機(jī)、壓濾機(jī)、組合加熱器、三相分離機(jī)及水池構(gòu)成。能夠完成餐廚垃圾的粗分選、破碎分選、制漿除雜、漿液蒸煮、液相提油等工序，餐廚垃圾依次經(jīng)處理，最后被細(xì)分為固、液、油三種物質(zhì)，工藝路線如圖1所示。

圖1 餐廚垃圾預(yù)處理工藝

該套工藝的主要產(chǎn)出為為固體廢渣(粗渣和細(xì)渣)、貧油廢水和油脂，其中餐廚垃圾提油率能夠達(dá)到98%左右(視收料情況),大于國(guó)內(nèi)大部分提油工藝[4]，詳見(jiàn)表2所示。另外，通過(guò)全物料破碎、制漿后進(jìn)厭氧(TS=10%～12%)，避免了簡(jiǎn)單壓榨工藝造成的有機(jī)質(zhì)損失[3]，又能保證厭氧消化的進(jìn)料質(zhì)量。

表2 工藝各段出料情況

3 主要設(shè)備情況

本工藝的主要設(shè)備有分揀機(jī)、破碎機(jī)、篩分機(jī)、壓濾機(jī)、沉沙機(jī)、離心機(jī)等，其中分揀機(jī)、破碎機(jī)、篩分機(jī)和壓濾機(jī)是自主設(shè)計(jì)和改進(jìn)，目前已經(jīng)開發(fā)出10t/h和15t/h兩條處理能力生產(chǎn)線。

3.1 分揀機(jī)

該設(shè)備位于接料斗后端，主要功能是將大尺寸雜物從餐廚垃圾中揀出，鑒于我國(guó)餐廚垃圾的尺寸特點(diǎn)，該設(shè)備主要篩選出粒徑在50～60 mm的大雜物，包括易拉罐、瓷片、塑料袋、大骨頭等。

圖2 分揀機(jī)的結(jié)構(gòu)外形圖及內(nèi)部實(shí)體圖

如圖2所示，該設(shè)備的主要工作原理是利用搖擺臂將物料擠出環(huán)形格柵網(wǎng)，從而將大于格柵尺寸的雜物揀出，小尺寸雜物及液體從格柵孔流出，進(jìn)入工藝后段，相比滾筒篩，該設(shè)備具有尺寸小、功率低的特點(diǎn)，采用液壓驅(qū)動(dòng)，搖擺臂(共10個(gè))最大角度120°轉(zhuǎn)速為30～40次/min，可以根據(jù)物料情況調(diào)整轉(zhuǎn)速，以達(dá)到連續(xù)分揀的效果。

3.2 破碎機(jī)

經(jīng)分揀機(jī)處理后的物料進(jìn)入破碎機(jī)，該設(shè)備的主要作用是將物料切割、破碎，提供滿足后段工藝要求的物料。破碎機(jī)由內(nèi)筒和外筒組成，兩個(gè)筒以不同的速度旋轉(zhuǎn)[6]，進(jìn)料在兩筒之間通過(guò)，被內(nèi)外筒上安裝的刀片組切割破碎，經(jīng)隨機(jī)破碎后的物料粒徑在22mm左右。

該設(shè)備采用液壓驅(qū)動(dòng)，外筒轉(zhuǎn)速20～30rpm，內(nèi)筒轉(zhuǎn)速200～300rpm，均可根據(jù)出料情況調(diào)整內(nèi)外筒轉(zhuǎn)速差。為了達(dá)到有效破碎，物料在設(shè)備內(nèi)的停留時(shí)間要求在10min以上，所以要根據(jù)進(jìn)料速度確定設(shè)備尺寸。

圖3 破碎機(jī)外形圖及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體圖

3.3 制漿篩分機(jī)

該設(shè)備由錘頭和篩網(wǎng)組成，對(duì)破碎機(jī)處理后的粗漿液進(jìn)行高速打碎，完成進(jìn)一步制漿，同時(shí)篩分出不易打碎的、利用價(jià)值較低的細(xì)小雜物如粗纖維、塑料片等。主要是利用可活動(dòng)錘頭的打擊作用，不斷的捶打物料，從而得到需要的漿料，如圖4所示。

圖4 制漿篩分機(jī)外形圖及實(shí)體圖

制漿篩分機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到900rpm，屬于高速制漿設(shè)備，所以錘頭材料采用硬質(zhì)合金鋼，且設(shè)計(jì)成可活動(dòng)結(jié)構(gòu)，碰到硬物時(shí)能夠起到保護(hù)錘頭的作用，安裝傾角為10°，篩網(wǎng)尺寸35×15mm，以進(jìn)一步對(duì)雜物進(jìn)行篩分。

3.4 壓濾機(jī)

壓濾機(jī)是本套工藝核心的設(shè)備(功率30kW)，主要作用是進(jìn)一步將物料中的細(xì)小纖維、懸浮物從物料中分離出來(lái)，其進(jìn)料是經(jīng)高溫蒸煮后的物料，它是餐廚垃圾提油前的最后一道防線，決定著離心機(jī)的提油效率和故障率，如圖5所示。

圖5 壓濾機(jī)外形圖及實(shí)體圖

壓濾機(jī)篩網(wǎng)采用螺旋槳葉和格柵的結(jié)構(gòu)，壓濾機(jī)的處理能力由篩筒尺寸和槳葉角度、轉(zhuǎn)速?zèng)Q定[6]。10t/h處理設(shè)備的篩筒直徑925mm，長(zhǎng)度1 200mm，設(shè)備采用高速篩分，轉(zhuǎn)速達(dá)到1 470rpm，槳葉和篩網(wǎng)的徑向間隙僅1mm，物料會(huì)高速通過(guò)篩網(wǎng)，所以對(duì)篩網(wǎng)的材料和加工質(zhì)量有著很高的要求，同時(shí)壓濾機(jī)篩網(wǎng)也是整個(gè)工藝中最易損壞的部件。

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

該套工藝在光大國(guó)際宿遷和吳江餐廚項(xiàng)目進(jìn)行了應(yīng)用，其中，宿遷項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理能力為100t/d，它是光大國(guó)際第二個(gè)餐廚垃圾處理項(xiàng)目，也是第一個(gè)自主工藝的項(xiàng)目，吳江項(xiàng)目處理能力為300t/d，共兩條處理線，每條處理能力15 t/h，這兩個(gè)項(xiàng)目預(yù)處理后端都是采用全混厭氧發(fā)酵工藝。

宿遷項(xiàng)目于2016年9月動(dòng)工建設(shè)，2017年10月底達(dá)到設(shè)計(jì)處理量，開始商業(yè)運(yùn)行，目前運(yùn)行良好，日處理量最高達(dá)到130t/d，設(shè)備故障率低，自動(dòng)化程度高，產(chǎn)出的漿液滿足厭氧發(fā)酵工藝的要求。

圖6為運(yùn)行過(guò)程中設(shè)備出料情況，可以看出經(jīng)過(guò)破碎機(jī)和制漿篩分機(jī)的處理后，物料呈現(xiàn)不同的粒徑狀態(tài)，制漿機(jī)出來(lái)的物料更加均勻，呈流體狀，能夠滿足壓濾和提油的要求。

對(duì)貧油廢水的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定(見(jiàn)表3所示)，經(jīng)過(guò)前端分揀、破碎、篩選、壓濾等工藝處理，至貧油廢水的總含固率為7%～10%，其中可揮發(fā)組分(VS)占比80%～90%，說(shuō)明物料中無(wú)機(jī)雜質(zhì)95%以上被剔除出去。三相廢水的含油率為600～900mg/L，即水中含油為0.06%～0.09%，證明油脂基本被分離出來(lái)。

圖6 破碎機(jī)(左)和制漿機(jī)(右)的出料情況

表3 部分工藝產(chǎn)出廢水的測(cè)試數(shù)據(jù)

5 總 結(jié)

5.1 本文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析餐廚垃圾的特點(diǎn)和其他工藝的不足，研發(fā)了一種全物料處理的餐廚垃圾處理工藝，并對(duì)各核心設(shè)備的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.2 結(jié)合餐廚垃圾的特點(diǎn)，本文對(duì)工藝設(shè)備的結(jié)構(gòu)、尺寸進(jìn)行了優(yōu)化，提升了設(shè)備的處理效果，降低了設(shè)備故障率，雜物揀出率達(dá)到95%以上，提油率達(dá)到98%以上，現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備的出料質(zhì)量滿足工藝要求。

5.3 本文研究的餐廚垃圾預(yù)處理工藝在宿遷和吳江餐廚項(xiàng)目成功應(yīng)用，效果良好，為后期餐廚垃圾處理項(xiàng)目的建設(shè)鋪平了道路。