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温度对餐饮垃圾油脂提取的影响

2023-08-28 125 上传者：管理员

摘要：针对餐饮垃圾油脂提取问题，以达州餐饮垃圾项目进行工程试验，设定加热罐的温度，进行15天采样试验，分别对油脂提取率、油脂水杂率、浓水含油率、固形物含水率四组指标数据记录。通过分析可以得出：有机浆料在加热罐中加热温度低于60℃时，油脂提取率最低，浓水含油率最高，油脂水杂率最高，固形物含水率最高；有机浆料在加热罐中加热温度在70～75℃时，油脂提取率最佳，浓水含油率最低，油脂水杂率最低，固形物含水率最低；有机浆料在加热罐中加热温度在高于80℃时，油脂提取率几乎为定值，浓水含油率、油脂水杂率、固形物含水率也趋于定值。

关键词：
油脂提取率
油脂水杂
浓水含油率
温度
餐饮垃圾
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餐厨垃圾是餐饮垃圾和厨余垃圾的总称[1]。由于餐饮垃圾含水率高，易腐烂变质，采用传统的填埋法易产生大量渗滤液，而好氧堆肥处理易产生大量恶臭气体等造成二次污染[2]。采用焚烧法处理，餐饮垃圾燃烧热值较低，且产生大量有害气体，影响周边生态环境，也造成热量等资源的浪费[3]。为实现餐饮垃圾减量化、资源化、无害化，可利用餐饮垃圾回收粗油脂制备生物柴油等。

餐饮垃圾中的粗油脂是理想的生物油燃料和日用化工原料，可以回收再利用[4]。有相关研究表明，粗油脂对厌氧消化系统有抑制作用，其抑制作用机理是高浓度的长链脂肪酸(LCFA)吸附在细胞膜表面阻止物质的传递，未降解的油脂凝聚包裹着微生物，从而抑制了产酸和产甲烷菌的活性[5]。同时粗油脂也会增加污水中的总氮含量，从而加大对污水处理的难度。因此，提高对餐饮垃圾粗油脂的提油率是保障餐饮垃圾处理项目稳定高效运行至关重要。

目前我司餐饮项目实际工程中采用的餐饮垃圾油脂分离工艺是：前预处理(投料+分选+大渣挤压)→有机质制浆→加热→三相分离。常规的加热工艺主要为湿热水解，湿热水解可将餐饮垃圾中的大分子难降解有机物水解为易于被动植物吸收的小分子易溶性物质，也可杀灭病原体，同时也有利于其脱油和脱水性能的提高。

实际工程中，加热后的物料经三相分离后的油脂作为粗油脂销售给生物柴油企业作为原料，固相作为土壤改良剂的原料，液相作为厌氧产沼气的原料。我司将湿热水解工艺优化，加热温度控制在60～80℃，餐饮垃圾固相内部油脂液化浸出效果较好，既保证了粗油脂的提油率，也较大的降低了运行费用，提高了餐饮垃圾处理项目的经济价值。

本文对制浆后的餐饮垃圾在不同温度的分离效果进行比较分析。

1、工艺介绍

1.1工艺流程

餐饮垃圾经过前预处理后的有机浆料进入有机质制浆设备进行机械粉碎，98%以上的出料粒径<8 mm。有机质制浆设备带有除杂功能，经过螺旋离心分离，将物料中不易被破碎的柔性杂质(牙签、塑料片等)和重型物质分离出来，委外焚烧处理。粉碎后的有机质浆液进入加热罐进行加热处理，加热后的物料中的油脂粘度降低，便于后续三相分离提油。

工艺流程图如图1所示。

图1工艺流程图

图2加热前有机浆料、加热及三相分离后粗油脂

1.2.1有机质制浆设备

有机质制浆设备主要由机体、筛筒、推进器轴、传动装置组成。有机质制浆设备的主体结构是推进器轴和筛筒，推进器轴是由叶片和齿板组成。

有机质制浆设备如图3所示。

图3有机质制浆设备三维图

通过传动系统使推进器轴在一定转速下进行旋转，物料通过叶片推进进料，在重力和齿板冲击力的作用下，在高速旋转的离心力的作用下，物料充分分离，有效物料经筛网过滤从筛筒下端排出，而超标物料及杂物跟随齿板做旋转运动，汇流至出料口，从筛筒前端下部排出，完成了物料的除杂和过滤过程。

1.2.2加热罐

加热罐设备主要由本体、搅拌器、驱动装置等组成。

加热罐三维图见图4所示。

图4加热罐三维图

加热罐工作原理是：根据金属导热的特性，通过引进蒸汽，从而实现对物料的加热。再通过搅拌装置的持续搅拌，使物料可以均匀持续受热，从而达到充分灭菌、液化油脂等目的，提高产油率。

加热罐主要参数如表1所示。

表1加热罐主要参数表

1.2.3三相离心机

三相离心机结构主要由差速器，螺旋，转鼓、罩壳、机座、润滑系统、电机组成。

三相离心机工作原理见图5所示。

图5三相离心机工作原理图

三相离心机工作原理是：悬浮液经进料管、螺旋出料口进入转鼓。在高速旋转产生的离心力作用下，比重较大的固相颗粒沉积在转鼓内壁上，与转鼓作相对运动的螺旋叶片不断地将沉积在转鼓内壁上的固相颗粒刮下并推出排渣口，而澄清液因密度不同又分成内外两层，分别从重相液出口及轻相液出口排出后得到收集。

螺旋与转鼓之间的相对运动是由差速器实现的，差速器的外壳与转鼓相接，输出轴与螺旋相接，输入轴与副电机通过带传动或联轴器相联。主电机带动差速器外壳旋转的同时也带动了差速器输出轴的旋转，其输出轴按一定的速比将扭矩传递给螺旋的传动轴，实现了离心机对物料的连续分离过程。

三相离心机的主要参数如表2所示。

表2三相离心机主要参数表

2、温度对指标影响

2.1影响指标及指标检测

2.1.1影响指标

加热罐温度影响的指标有：

2.1.1. 1油脂提取率

(1)提油率：实际餐饮垃圾处理工程中，统计单位时间油脂的产量及餐饮垃圾的处理量，油脂产量占餐饮垃圾总量比例即为系统的提油率。

提油率=提取的油脂质量/(试样质量×含油率)

(2)油脂提取率：实际餐饮垃圾处理工程中，统计单个加热罐的油脂产量占单个加热罐有机浆料质量的比例。

油脂提取率=提取的油脂质量/试样质量

但在实际工程中，提油率较难得到准确值。故本项目采用油脂提取率作为本工程试验的主要参考指标之一。

2.1.1. 2油脂水杂率

油脂水杂率：油脂中含有的水杂含量占总粗油脂量的比率。

2.1.1. 3浓水含油率

浓水含油率：浓水中含有的油脂质量占总浓水质量的比率。

2.1.1. 4固形物含水率

固形物含水率：固形物中的含水量占总固形物质量的比率。

2.1.2指标检测方法

上述各指标的检测方法如表3所示。

2022年10月以达州餐饮项目进行工程试验，加热罐8台，分别计为1#加热罐、2#加热罐、3#加热罐、4#加热罐、5#加热罐、6#加热罐、7#加热罐、8#加热罐，每台加热罐10 m3，根据运行经验，有机浆液密度约为0.85 kg/m3，则加热罐满罐时有机质浆液8.5 t，加热罐初始有机浆料温度均为20℃，分别将1#～8#加热罐加热温度控制至50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃。

表3指标检测方法

2.2工程试验数据记录

2.2.1每日运行数据表

自2022年10月6日～10月20日进行15天采样试验，分别对油脂提取率、油脂水杂率、浓水含油率、固形物含水率四组指标数据记录。共计记录15天数据表。其中第1天、第6天、第11天数据表分别见表4～6所示。

表4达州项目数据表--10月6日(第1天)

表5达州项目数据表--10月11日(第6天)

表6达州项目数据表--10月16日(第11天)

2.2.2日平均运行数据表

将15天的数据进行加权求和求平均值，得到数据表见表7所示。

表7达州项目数据表(平均值)

2.3工程试验数据分析

1#～8#加热罐中的有机浆料初始温度均为20℃，分别将1#～8#加热罐加热温度控制至50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃所需的蒸汽消耗量分别为0.50 t、0.61 t、0.72 t、0.83 t、0.94 t、1.05 t、1.19 t、1.34 t；加热所需时间分别为32 min、36 min、41 min、47 min、54 min、62 min、72 min、85 min。

根据上述数据可知：蒸汽消耗量随着温度的升高而增多，加热时间随着温度的升高而延长。

2.3.1加热罐温度对油脂提取率及浓水含油率的影响分析

根据油脂提取率数据表及浓水含油率数据表绘制折线图6，见下图所示。

图6温度对油脂提取率及浓水含油率的影响

由上图可知：

(1)随着加热罐温度从50℃升高至85℃，油脂提取率从6.6%逐渐提高至8.3%，浓水含水率从0.55%逐渐降低至0.25%;

(2)随着加热罐温度的逐级升高，油脂提取率逐级升高、浓水含油率逐级降低，故油脂提取率与温度成正相关关系，浓水含油率与温度成负相关关系，油脂提取率与浓水含油率成反向相关关系；

(3)当加热罐的加热温度低于60℃时，油脂提取率最差，加热温度在70～75℃时，油脂提取率最佳，加热温度高于80℃时，油脂提取率几乎为定值。

2.3.2加热罐温度对油脂水杂率的影响分析

图7温度对油脂水杂率的影响

根据油脂水杂率数据表绘制折线图7，见下图所示。

由图7可知：