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渣的總稱。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)有多個投產(chǎn)案例，如江蘇常州餐廚垃圾綜合處置工程對食物垃圾采取預(yù)處理+厭氧消化+沼氣發(fā)電，對餐廚廢油采用預(yù)處理+生物柴油制取，并已正式投產(chǎn)運行。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、實驗過程簡介
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，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用價值。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)械攪拌運動帶動物料共同運動，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，從而在較短的時間內(nèi)對垃圾中的組分實現(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分料器，通過分料器將物料接入兩臺并聯(lián)運行的制漿除雜機(jī)。制漿除雜機(jī)為序批式工作，兩臺制漿機(jī)進(jìn)料時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。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，再外排至外運漿液儲罐，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 分析項目與測定方法
本研究將根據(jù)實際餐廚處理進(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，并給出單獨處理餐廚垃圾及同時處理餐廚及廚余垃圾情況下的固相殘渣、油脂、漿液的產(chǎn)出比例，分析其基本變化趨勢，并據(jù)此對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的相關(guān)數(shù)據(jù)。從圖2中可以看出，僅處理餐廚垃圾時，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，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處理餐廚及廚余垃圾時的相關(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處理餐廚及廚余垃圾時的相關(guān)數(shù)據(jù)。經(jīng)計算，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)特點相吻合。
(2)以餐廚垃圾的平均出油率計算，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，漿液占72.72%，渣相占22.81%，油占4.47%；同時處理餐廚及廚余垃圾時，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)含量相對較高，廚余垃圾中的渣類物質(zhì)含量相對較高。
(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。（來源：北京環(huán)境衛(wèi)生工程集團(tuán)有限公司南宮園區(qū)運營管理分公司）
