餐廚垃圾兩級(jí)分選工藝優(yōu)化試驗(yàn)研究

張力 鄭云鋒 李科 朱雅萍 吳元 屈陽

（維爾利環(huán)保科技集團(tuán)股份有限公司，江蘇常州 213125）

1 引言

餐廚垃圾泛指賓館、飯店、餐館以及機(jī)關(guān)部門產(chǎn)生的濕垃圾，主要由蔬菜、肉類、食品調(diào)和物以及少量雜物組成，富含糖類、蛋白質(zhì)等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，有機(jī)質(zhì)占比高達(dá)80%～93%，同時(shí)富含油脂，具有較高的資源化利用價(jià)值［1-4］。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，餐廚垃圾產(chǎn)生量逐漸增大，我國(guó)也陸續(xù)開始出臺(tái)針對(duì)餐廚垃圾處理的指導(dǎo)性政策，工程上主要為“預(yù)處理＋終端利用”的模式，終端利用有厭氧堆肥、好氧堆肥、生態(tài)飼料等［5-8］。

國(guó)內(nèi)餐廚垃圾預(yù)處理的主流工藝為分選擠壓工藝［9］，在分選機(jī)高轉(zhuǎn)速下，可以將餐廚垃圾中的有機(jī)質(zhì)和雜物進(jìn)行有效分離，但部分雜物同時(shí)被破碎成較小粒徑進(jìn)入漿料中，帶來了有機(jī)質(zhì)、油脂損失率高等問題。兩級(jí)分選是在分選機(jī)前添加大物質(zhì)分選機(jī)，大物質(zhì)分選機(jī)具有獨(dú)特的刀頭形式以及較低的轉(zhuǎn)速，在該剪切力下大塊惰性雜物不會(huì)被打碎，但足以打散原始餐廚垃圾，可承擔(dān)絕大部分的除雜工作［10-11］；精分選更多的是承擔(dān)打漿的功能。目前關(guān)于兩級(jí)分選的優(yōu)化研究較少［12］，本研究以某自主研發(fā)的兩級(jí)分選設(shè)備為對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，進(jìn)一步降低餐廚垃圾中有機(jī)質(zhì)和油脂損失率。

2 材料與研究方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)備與材料

試驗(yàn)依托于常州某餐廚垃圾處理廠，其餐廚垃圾原料性質(zhì)見表1。

表1 餐廚垃圾原料基礎(chǔ)性質(zhì) %

試驗(yàn)設(shè)備采用常州金源機(jī)械設(shè)備有限公司提供的大物質(zhì)分選機(jī)（WSDA20）和精分選機(jī)（結(jié)構(gòu)如圖1所示）、程序箱式電爐（SXL-1008，4 kW，300～1 000 ℃，上海精宏儀器）、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG—9246，10～300 ℃，上海精宏儀器）。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

2.2 研究方法

本研究分為兩部分：第一部分為大物質(zhì)分選機(jī)的參數(shù)優(yōu)化，研究調(diào)整設(shè)備主軸的轉(zhuǎn)速（44，78，95，136 r/min）以及篩網(wǎng)孔徑（5，4，3 cm）對(duì)分選料的物理組分和理化性質(zhì)的影響；第二部分為精分選的工藝改進(jìn)，研究精分選機(jī)加裝噴淋裝置對(duì)餐廚垃圾處理效果的影響。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同轉(zhuǎn)速對(duì)大物質(zhì)分選處理效果的影響

圖2 為不同轉(zhuǎn)速下大物質(zhì)分選機(jī)分選料（篩上物）的占比（篩網(wǎng)孔徑為3 cm），分選料的占比與轉(zhuǎn)速呈正比關(guān)系，在低轉(zhuǎn)速下，餐廚垃圾來不及破碎就被排出，導(dǎo)致分選料（篩上物）占比較高，高達(dá)4.78%；而隨著轉(zhuǎn)速的提高，對(duì)餐廚垃圾的剪切力越來越強(qiáng)，大部分有機(jī)質(zhì)破碎后透過篩網(wǎng)進(jìn)入到后續(xù)精分選中。轉(zhuǎn)速136 r/min 時(shí)分選料占比為3.32%。

圖2 不同轉(zhuǎn)速下大物質(zhì)分選機(jī)分選料的占比

圖3 為不同轉(zhuǎn)速下大物質(zhì)分選料的物理組分，大物質(zhì)分選料主要包括有機(jī)質(zhì)（剩余物）、骨頭、塑料以及其他雜物。

圖3 大物質(zhì)分選料物理組分（95 r/min）

隨著轉(zhuǎn)速的加大，有機(jī)質(zhì)含量逐漸降低，表明轉(zhuǎn)速提高有利于降低分選過程的有機(jī)質(zhì)損失，同時(shí)可以從圖4 中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速在95，136 r/min 時(shí)，有機(jī)質(zhì)占比差距較小（32.12%，31.24%），表明轉(zhuǎn)速在95 r/min 時(shí)已經(jīng)可以對(duì)餐廚垃圾中的有機(jī)質(zhì)進(jìn)行有效的破碎。

圖4 不同轉(zhuǎn)速下大物質(zhì)分選料的物理組分

分選料占比與分選料中有機(jī)質(zhì)占比的乘積表征大物質(zhì)分選過程中的有機(jī)質(zhì)損失率，綜合圖2、圖4，轉(zhuǎn)速為95，136 r/min 時(shí)的有機(jī)質(zhì)損失率為1.09%，1.03%。對(duì)大物質(zhì)分選后的漿料進(jìn)行含雜率檢測(cè)，含雜率為去除有機(jī)質(zhì)部分剩余雜質(zhì)的濕重占比，轉(zhuǎn)速95 r/min 的含雜率為7.85%，轉(zhuǎn)速136 r/min 的含雜率為8.56%，表明轉(zhuǎn)速越小越能保證雜質(zhì)的完整性，漿料中含雜率低，同時(shí)考慮到轉(zhuǎn)速95 r/min 的能耗低于136 r/min，因此大物質(zhì)分選機(jī)轉(zhuǎn)速優(yōu)選為95 r/min。

3.2 不同篩網(wǎng)孔徑對(duì)大物質(zhì)分選處理效果的影響

根據(jù)以上研究結(jié)果，后續(xù)研究以轉(zhuǎn)速95 r/min進(jìn)行試驗(yàn)，篩網(wǎng)3，4，5 cm 的大物質(zhì)分選料占比分別為3.42%，2.98%，2.56%，表明篩網(wǎng)孔徑與分選料的占比呈正比，對(duì)不同篩網(wǎng)孔徑下分選料的物理組分進(jìn)行分析，分析結(jié)果見圖5。結(jié)果顯示，篩網(wǎng)孔徑增大后有機(jī)質(zhì)占比從32.12%升高至35.23%，原因在于篩網(wǎng)變大，有機(jī)質(zhì)在分選機(jī)中的停留時(shí)間變短，來不及打碎的有機(jī)質(zhì)直接從篩上物出口排出，有機(jī)質(zhì)損失率隨著篩網(wǎng)的增大而減少，分別為1.09%，0.99%，0.90%。由于篩網(wǎng)的加大，雜質(zhì)的完整度變高，分選后的漿料對(duì)應(yīng)篩網(wǎng)3，4，5 cm 分選后漿料的含雜率分別為7.85%，7.46%，6.83%，雖然5 cm 下的有機(jī)質(zhì)損失率高于3 cm 和4 cm，但考慮到這部分有機(jī)質(zhì)較少，帶來的沼氣收益較低，而含雜率過高會(huì)加快對(duì)設(shè)備的磨損，因此大物質(zhì)分選機(jī)篩網(wǎng)孔徑優(yōu)選為5 cm。

圖5 不同篩網(wǎng)孔徑下大物質(zhì)分選料的物理組分

3.3 噴淋對(duì)精分選處理效果的影響

精分選在整個(gè)兩級(jí)分選系統(tǒng)中主要承擔(dān)制漿的功能，同時(shí)也可去除剩余部分的雜物，精分選料中仍以有機(jī)質(zhì)部分為主，損失了較多的有機(jī)漿液和油脂，本研究在精分選機(jī)上加裝噴淋管進(jìn)行試驗(yàn)，見圖6。

圖6 精分選機(jī)加裝噴淋管

噴淋液為餐廚垃圾經(jīng)過預(yù)處理后的三相離心出水，可循環(huán)利用。圖7 為三相出水噴淋前后的精分選外觀圖，可以看到噴淋后物料變得清爽，大部分的油脂均被洗出。

圖7 精分選料的外觀

相關(guān)檢測(cè)數(shù)據(jù)見表2。結(jié)果顯示，精分選料噴淋前后的物料占比分別為10.45%和5.00%，含油率分別為2.37%和0.55%，實(shí)際油脂損失率為0.25%和0.03%，表明增加噴淋裝置可以顯著減少油脂損失。

表2 精分選機(jī)加裝噴淋后檢驗(yàn)分析%

4 結(jié)論

目前兩級(jí)分選為餐廚垃圾預(yù)處理的主流工藝，本試驗(yàn)對(duì)餐廚垃圾兩級(jí)分選系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。

在大物質(zhì)分選機(jī)方面對(duì)轉(zhuǎn)速和篩網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果顯示，分選機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)分選料的量成反比，轉(zhuǎn)速越快，餐廚垃圾破碎程度越大，分選料越少，在轉(zhuǎn)速為95 r/min 和136 r/min 時(shí)的有機(jī)質(zhì)損失率接近，分別為1.09%和1.03%，但考慮到轉(zhuǎn)速越快雜質(zhì)的破碎程度也加大，同時(shí)95 r/min 能耗更低，因此大物質(zhì)分選機(jī)轉(zhuǎn)速優(yōu)選為95 r/min；篩網(wǎng)孔徑越大，大物質(zhì)分選料越多，篩網(wǎng)3，4，5 cm 對(duì)應(yīng)的有機(jī)質(zhì)損失率分別為1.09%，0.99%，0.90%，分選漿液含雜率為7.85%，7.46%，6.83%，考慮到篩網(wǎng)加大導(dǎo)致的有機(jī)質(zhì)產(chǎn)氣收益低，而含雜率降低有利于減少后端設(shè)備的磨損和維護(hù)，因此篩網(wǎng)孔徑優(yōu)選為5 cm。

精分選機(jī)加裝噴淋后油脂損失率從0.25%降低至0.03%，表明噴淋液可以有效洗去精分選料上的油脂和有機(jī)質(zhì)，提高資源化利用率，減少油脂損失。