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內(nèi)環(huán)衛(wèi)行業(yè)面臨的新難題。
目前國外主要采取堆肥、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)過程簡介
1.1 處理工藝簡介
新型三相分離工藝指的是通過物理切割、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在前段架設(shè)多級(jí)過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設(shè)備。各類三相分離設(shè)備中,常見的有臥螺式、立式、蝶式等多種形式,考慮到現(xiàn)場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,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的物料通過滾筒篩后經(jīng)提升螺旋傳送至氣動(dòng)分料器,通過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)工藝流程圖見圖1。
1.2 分析項(xiàng)目與測定方法
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)⒂椭?、漿液的產(chǎn)出比例,分析其基本變化趨勢,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)占比圖見圖3。
從圖中可以分析得到以下結(jié)論:
(1)在來源穩(wěn)定的情況下,利用餐廚垃圾提取粗油脂具有長期可行性。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)通過好氧堆肥制成肥料,或?qū)⒉蛷N漿液作為原材料經(jīng)昆蟲飼養(yǎng)得到精細(xì)化蛋白質(zhì)飼料,或經(jīng)過厭氧細(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?,F(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)在來源穩(wěn)定的情況下,利用餐廚垃圾提取粗油脂具有長期可行性,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程的經(jīng)濟(jì)效益。