温度对餐饮垃圾油脂提取的影响.pdf

广 东 化 工 2023 年 第 16 期 148 第 50 卷 总第 498 期 温度对餐饮垃圾油脂提取的影响温度对餐饮垃圾油脂提取的影响 胡兵，王海慧(苏州腾康环保科技有限公司，江苏 苏州 215000)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 7075 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。关键词餐饮垃圾；温度；油脂提取率；油脂水杂率；浓水含油率；固形物含水率 中图分类号X705 文献标识码A 文章编号1007-1865(2023)16-0148-04 Effect of Temperature on Oil Extraction from Catering Waste Hu Bing,Wang Haihui(Suzhou Tengkang Environmental Technology Co.,Ltd.,Suzhou 215000,China)Abstract:In view of the problem of grease extraction of catering waste,the engineering test of the Dazhou catering waste project was carried out,the temperature of the heating tank was set,and a 15-day sampling test was carried out,and four sets of index data were recorded:grease extraction rate,grease water impurity rate,concentrated water oil content rate and solid moisture content.It can be obtained by analysis:when the heating temperature of organic slurry in the heating tank was lower than 60,the oil extraction rate was the lowest,the oil content of concentrated water was the highest,the oil impurity rate of oil was the highest,and the moisture content of solid matter was the highest.When the heating temperature of organic slurry in the heating tank is 7075,the oil extraction rate of oil extraction is the best,the oil content of concentrated water is the lowest,the oil impurity rate is the lowest,and the moisture content of solid matter is the lowest;When the heating temperature of organic slurry in the heating tank is higher than 80,the oil extraction rate is almost fixed,and the oil content of concentrated water,oil impurity rate and solid moisture content also tend to be fixed.Keywords:catering waste；temperature；grease extraction rate；grease water impurity rate；concentrated water oil content；solid moisture content 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 6080，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。图图 1 工艺流程图工艺流程图 Fig.1 Process flow diagram 收稿日期 2023-02-25 作者简介 胡兵(1982-)，男，江苏洪泽人，硕士，主要研究方向为固体废弃物处理与资源化。2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 149 图图 2 加热前有机浆料、加热及三相分离后粗油脂加热前有机浆料、加热及三相分离后粗油脂 Fig.2 Organic slurry before heating,crude oil after heating and three-phase separation 1.2 关键设备 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。图图 3 有机质制浆设备三维图有机质制浆设备三维图 Fig.3 Three-dimensional diagram of organic pulping equipment 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。图图 4 加热罐三维图加热罐三维图 Fig.4 Three-dimensional diagram of the heating tank 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。表表 1 加热罐主要参数表加热罐主要参数表 Tab.1 Main parameters of the heating tank 加热罐尺寸 24002925 加热罐容积 10 m3 加热方式 蒸汽盘管加热 热源 0.6 MPa 饱和蒸汽 保温 100 mm 岩棉+304SS 不锈钢 进料温度 20 加热罐搅拌方式 顶部中央搅拌 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。图图 5 三相离心机工作原理图三相离心机工作原理图 Fig.5 Working principle of three-phase centrifuge 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。表表 2 三相离心机主要参数表三相离心机主要参数表 Tab.2 Main parameters of three-phase centrifuge 处理量 6 t/h 转鼓直径 450 mm 主机转速 2800 RPM 主机频率 40 Hz 副机转速 2500 RPM 副机频率 35 Hz 2 温度对指标影响温度对指标影响 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 广 东 化 工 2023 年 第 16 期 150 第 50 卷 总第 498 期 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。表表 3 指标检测方法指标检测方法 Ta.3 Indicator detection methods 考核指标 标准 检测方法 油脂水杂率 GB/T 6533-2012 原油中水和沉淀物的测定 离心法 浓水含油率 HJ 637-2018 水质石油类和 动植物油类的测定 红外分光光度法 固形物含水率 HJ 1222-2021 固体废物水分和 干物质含量的测定 重量法烘干干燥法 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 46 所示。表表 4 达州项目数据表达州项目数据表-10 月月 6 日日(第第 1 天天)Tab.4 Data Sheet of Dazhou Project-October 6(the first day)加热罐 加热罐容积/m3 进料温度/出料温度/油脂提取率/%油脂水杂率/%浓水含油率/%固形物含水率/%1#10 20 50 6.583 4.863 0.539 83.31 2#10 20 55 7.342 3.925 0.465 82.65 3#10 20 60 7.953 3.357 0.383 81.81 4#10 20 65 8.122 2.983 0.262 80.51 5#10 20 70 8.182 2.850 0.262 78.35 6#10 20 75 8.223 2.730 0.258 77.94 7#10 20 80 8.293 2.680 0.255 77.21 8#10 20 85 8.313 2.610 0.252 76.96 表表 5 达州项目数据表达州项目数据表-10 月月 11 日日(第第 6 天天)Tab.5 Data Sheet of Dazhou Project-October 11(the sixth day)加热罐 加热罐容积/m3 进料温度/出料温度/油脂提取率/%油脂水杂率/%浓水含油率/%固形物含水率/%1#10 20 50 6.571 4.848 0.536 83.30 2#10 20 55 7.352 3.928 0.471 82.58 3#10 20 60 7.941 3.362 0.380 81.78 4#10 20 65 8.114 2.973 0.264 80.49 5#10 20 70 8.180 2.849 0.250 78.39 6#10 20 75 8.232 2.732 0.246 77.82 7#10 20 80 8.292 2.681 0.258 77.25 8#10 20 85 8.312 2.605 0.251 76.99 表表 6 达州项目数据表达州项目数据表-10 月月 16 日日(第第 11 天天)Tab.6 Data Sheet of Dazhou Project-October 16(the 11th day)加热罐 加热罐容积/m3 进料温度/出料温度/油脂提取率/%油脂水杂率/%浓水含油率/%固形物含水率/%1#10 20 50 6.575 4.854 0.548 83.34 2#10 20 55 7.354 3.932 0.469 82.67 3#10 20 60 7.945 3.348 0.374 81.69 4#10 20 65 8.113 2.975 0.258 80.47 5#10 20 70 8.190 2.851 0.269 78.46 6#10 20 75 8.224 2.718 0.251 77.88 7#10 20 80 8.295 2.689 0.260 77.23 8#10 20 85 8.314 2.608 0.258 76.97 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。表表 7 达州项目数据表达州项目数据表(平均值平均值)Tab.7 Data Table of Dazhou Project(average value)加热罐 加热罐容积/m3 进料温度/出料温度/油脂提取率/%油脂水杂率/%浓水含油率/%固形物含水率/%1#10 20 50 6.577 4.857 0.540 83.305 2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 151 续表 7 加热罐 加热罐容积/m3 进料温度/出料温度/油脂提取率/%油脂水杂率/%浓水含油率/%固形物含水率/%2#10 20 55 7.345 3.924 0.468 82.643 3#10 20 60 7.948 3.353 0.377 81.765 4#10 20 65 8.116 2.977 0.260 80.459 5#10 20 70 8.182 2.848 0.257 78.459 6#10 20 75 8.224 2.728 0.254 77.891 7#10 20 80 8.290 2.680 0.254 77.215 8#10 20 85 8.316 2.611 0.250 76.913 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。图图 6 温度对油脂提取率及浓水含油率的影响温度对油脂提取率及浓水含油率的影响 Fig.6 Influence of temperature on extraction rate of oil and oil content of concentrated water 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 7075 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 图图 7 温度对油脂水杂率的影响温度对油脂水杂率的影响 Fig.7 Influence of temperature on water impurity ratio of grease 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：(1)随着加热罐温度从 50 升高至 85，油脂水杂率从4.8%逐渐降低至 2.6%；(2)随着加热罐温度的逐级升高，油脂水杂率逐级降低，故油脂水杂率与温度成负相关关系；(3)当加热罐的加热温度低于 60 时，油脂水杂率最差，加热温度在 7075 时，油脂水杂率最佳，加热温度高于 80 时，油水水杂率几乎为定值。2.3.3 加热罐温度对固形物含水率的影响分析 根据固形物含水率数据表绘制折线图 8，见下图所示。图图 8 温度对固形物含水率的影响温度对固形物含水率的影响 Fig.8 Effect of temperature on moisture content of solid 由上图可知：(1)随着加热罐温度从 50 升高至 85，固形物含水率从 83.3%逐渐降低至 76.9%；(2)随着加热罐温度的逐级升高，固形物含水率逐级降低，故固形物含水率率与温度成负相关关系；(3)当加热罐的加热温度低于 60 时，固形物含水率最差，加热温度在 7075 时，固形物含水率最佳，加热温度高于 80 时，固形物含水率几乎为定值。3 结论结论 综上分析，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、油脂水杂率、固形物含水率均逐级降低。将温度分为三档，分别为60，7075，80。(1)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。蒸汽消耗量较低，加热时间较短，油脂提取率最低，从运行效果角度来说不合适。(2)有机浆料在加热罐中加热温度在 7075 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。在蒸汽消耗量与加热时间都是较合适的，且能提供最佳的经济价值。(3)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。蒸汽消耗量增加较大，加热时间延长较多，从运行成本角度来说不合适。(下转第 147 页)2023 年 第 16 期 广 东 化 工 第 50 卷 总第 498 期 147 从以上数据可以看出，各种絮凝剂处理污泥的最终污泥含水率均为82%左右，且C厂家的含水率最低，为81.36%。但从吨绝干泥药耗来看，B厂家消耗的絮凝剂量最少，为4.24 kg/t。3.2 成本分析 在选择最适合的絮凝剂时，一方面要考虑实际运行效果，另一方面要结合絮凝剂的市场价格。处理单位重量污泥的絮凝剂成本=处理单位重量污泥的絮凝剂用量絮凝剂价格，具体分析如下：(1)污泥投药量=药剂投加量(mL)药剂浓度()污泥体积(mL)106 mg/L(2)绝干污泥吨投药量=药剂投加量(mL)药剂浓度()污泥体积(mL)污泥含固率(%)103 kg/t 绝干污泥(3)绝干污泥吨处理成本=绝干污泥投药量(kg/吨绝干污泥)药剂单位价格(元/kg 药剂)元/t 绝干污泥 表表 4 各个厂家试验结果各个厂家试验结果 Tab.4 Test results of different manufacturers 厂家 含水率/%吨绝干泥 药耗/(kg/t)吨绝干泥 成本/(元/kg)A 81.59 5.01 1859 B 81.98 4.24 1898 C 81.36 5.27 1837 D 82.09 4.68 1910 E 82.48 5.09 1954 F 82.37 4.84 1941 注：污泥处置费 340 元/吨，药剂成本 25000 元/吨 根据以上公式，分别对六个厂的絮凝剂进行了成本分析，由表 4 可知，C 厂家的絮凝剂处理单位绝干污泥的成本最低。因此，综合考虑各种絮凝剂的处理效果、脱水泥饼的含水率等因素，最终确定 C 厂家的 4490 型号为生产运行选用的絮凝剂。3.3 连续运行试验 选定最优絮凝剂型号后，稠江污水处理厂已使用该絮凝剂稳定运行一个月，结果表明该絮凝剂在应用过程中显现出较好的适应性。生产数据见表 5 所示，基本上满足了污水处理厂脱水的需求。表表 5 4490 型号絮凝剂生产运行数据型号絮凝剂生产运行数据 Tab.5 Production and operation data of model 4490 flocculant 日期 絮凝剂/kg 产泥量/t 绝干泥药耗/(kg/t)含水率/%7.30 50.00 51.00 0.14 82.32 7.31 75.00 19.00 0.38 82.90 8.01 0.00 40.52 0.20 82.26 8.02 25.00 40.40 0.20 82.85 8.03 75.00 60.00 0.13 82.42 8.04 75.00 51.19 0.16 82.57 8.05 50.00 51.36 0.16 82.31 8.06 50.00 50.90 0.16 82.31 8.07 50.00 30.67 0.26 82.24 续表 5 日期 絮凝剂/kg 产泥量/t 绝干泥药耗/(kg/t)含水率/%8.08 50.00 41.28 0.20 82.60 8.09 75.00 51.14 0.16 82.32 8.10 50.00 51.13 0.16 82.47 8.11 50.00 62.67 0.13 82.57 8.12 75.00 52.79 0.15 82.35 8.13 75.00 61.65 0.13 82.44 8.14 100.00 71.72 0.11 82.62 8.15 50.00 61.73 0.13 82.53 8.16 75.00 61.38 0.13 82.28 8.17 50.00 50.58 0.16 82.70 8.18 75.00 51.36 0.16 82.67 8.19 75.00 50.69 0.16 82.27 8.2 100.00 62.90 0.13 82.23 8.21 75.00 60.17 0.14 82.26 8.22 100.00 61.14 0.13 82.23 8.23 100.00 60.05 0.14 82.24 8.24 75.00 60.63 0.14 82.57 8.25 100.00 61.97 0.13 82.47 8.26 75.00 64.75 0.13 82.57 8.27 75.00 63.36 0.13 82.71 8.28 75.00 62.12 0.13 82.70 8.29 57.81 49.21 0.17 82.47 4 结论结论 剩余污泥的脱水以及处置是污水处理厂运行的重要一环，其产生的费用占污水处理厂运行成本的 30%以上。其中絮凝剂的选型，起着关键的作用。在进行絮凝剂的选型时，应结合工艺、污水、污泥的特点。本试验通过对 6 个厂家提供的絮凝剂进行上机试验，最终选择出 C 厂家的 4490 型号絮凝剂。参考文献参考文献 1中华人民共和国住房与城市建设部2020 年城乡建设统计年鉴EB/OL(2021-10-11)2郝晓地，于文波，时琛，等污泥焚烧灰分磷回收潜力分析及其市场前景J中国给水排水，2021，37(4)：5-10 3戴晓虎我国污泥处理处置现状及发展趋势J科学，2020，72(06)：30-34+4 4贺明星，程文，任杰辉，等草酸、壳聚糖与 CaO 联合调理对污泥脱水性能的影响J中国环境科学，2020，40(7)：30293036 5方道斌，郭睿威，哈润华，等丙烯酰胺聚合物M北京：化学工业出版社，2006 6曾淑娟市政污水处理厂污泥脱水设备的选择J河南建材，2019(02)：324-325 (本文文献格式：吕晓峰，杨春荣，王竹挺城市污水处理厂污泥脱水絮凝剂的选择J 广东化工，2023，50(16)：145-147)(上接第 151 页)参考文献参考文献 1CJJ 184-2012餐饮垃圾处理技术规范S 2魏自民，夏天明，李鸣晓，等不同湿热预处理条件对餐厨垃圾厌氧发酵产氢的影响J环境科学研究，2013，26(11)：1239-1245 3李磊 污水厂污泥与厨余垃圾厌氧混合厌氧消化研究进展J 四川环境，2011，30(2)：93-96 4任连海，金宜英，刘建国，等餐厨垃圾固相油脂液化及分离回收的影响因素J清华大学学报(自然科学版)，2009，49(3)：386-389 5李小凤油脂对餐厨垃圾厌氧消化抑制效应的试验研究D重庆大学，2010 (本文文献格式：胡兵，王海慧温度对餐饮垃圾油脂提取的影响J广东化工，2023，50(16)：148-151)