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餐厨垃圾油脂分离技术

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《环境卫生工程杂志》2014年第三期

1各地餐厨垃圾不同点

不同区域餐厨垃圾的理化特性见图1。从图1看出:液态含油率、含水率重庆市的最高,兰州市的最低。其主要原因是重庆市饮食以火锅为主,吃火锅剩余大量火锅底油,且其中有大量液态油;而兰州市饮食以面食和羊肉为主,餐厨垃圾中水分和含油量均较小。清华大学紫荆食堂由于取样单一,液态含油率也较高,但没有普遍意义。餐厨垃圾中粗脂肪的含量为17.02%~27.61%,最低的是重庆市,最高的是福州市和兰州市。

2餐厨垃圾油脂分离原理及处理技术

2.1餐厨垃圾油脂分离原理餐厨垃圾属于水相和固相的混合物,含水率高,其中的油脂以可浮油、分散油、乳化油、溶解油、固相内部油脂等5种形式存在[10]。其中:①可浮油滴径较大,静置后能较快上浮,以连续相油膜的形式飘浮于液相表面。②分散油以滴径大于lμm的微小油珠悬浮分散在水相中。③乳化油粒径大小为0.5~15μm;溶解油以分子状态分散于水中,与水形成均相体系,分离较难。④固相内部油脂多以固态与垃圾固相结合,几乎不能直接分离。对于餐厨垃圾油脂分离方法按原理可分为物理法(沉降、机械、离心、粗粒化、隔油池等)、物理化学法(湿热、浮选等)。

2.2餐厨垃圾油脂分离处理技术

2.2.1滤液加热-隔油池滤液是指餐厨垃圾在有孔接料斗、输送螺旋内通过挤压沥水产生的液体。滤液通过管道进入隔油池,隔油池中有加热措施。为增加油脂分离效率,隔油池常为多级。也可以在隔油池中增加气浮功能,通过微泡把油滴带到液面。此种方式可分离餐厨垃圾中的可浮油。对于餐厨垃圾中的溶解油、固相内部油脂则不能分离。此种方法对滤液的含渣量有要求,浮渣对油脂分离影响较大。相比其他分离方式,此种方式能耗最低。

2.2.2滤液加热-离心滤液被收集到沉淀池中,通过加热器把滤液加热,然后定量均匀流入卧式离心机,进行固液分离;把分离出的高含油脂液体再次加热,然后进入立式离心机进行油水分离。最后得到纯度较高的油脂。此种方式可分离餐厨垃圾中的可浮油、分散油。对于餐厨垃圾中的溶解油、固相内部油脂则不能分离。由于离心机的高速旋转,高流速对含油废水会造成严重的二次乳化[11]。

2.2.3浆料-平流沉淀池浆料是指将餐厨垃圾粉碎制成含固率为10%左右的物料。制成浆的浆料进入平流沉淀池,浆料在流动过程中,油滴会上浮到液面。由于浆料含固率较高,油滴和浆料难以分离,此种方式效果较差。

2.2.4浆料湿热-离心湿热法是近年来开发的一种新型有效的餐厨垃圾处理技术,该法在含水环境中对餐厨垃圾进行加热,可以改变垃圾的营养结构及物理性能,有利于餐厨垃圾的资源化。将餐厨垃圾进行粉碎制浆,将含固率为10%左右的浆料泵入蒸煮釜进行湿热处理。宁娜[12]通过对湿热-离心法进行研究指出:随着温度升高和加热时间延长,餐厨垃圾脱油性能呈上升趋势;120℃下湿热处理80min,餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出效果最佳,最佳离心转速为2500r/min时,餐厨垃圾废油脂分离回收率最高。此种方法,不仅可以分离可浮油,还可以分离餐厨垃圾内部固态油脂,大大提高了油脂提取效率。存在问题是,湿热分离油脂消耗大量的热量。如果加热时间控制不好,使部分可浮油转变为乳化油,增加了油脂的分离回收难度[13]。

2.3提高餐厨垃圾油脂分离效率的措施

2.3.1提高液相油脂分离回收效率的途径对于上浮油、分散油、乳化油、溶解油等液相油脂,可通过研究油水分离原理,探讨提高油脂分离回收效率的途径。在油水分离装置内,一般流速都比较低,油滴流态处于Re<1,处于层流区,油滴的上升速度可按Stokes定律计算。由Stokes定律可知,油在水中的上升速度与油滴直径的平方、水与油的密度差成正比,而与水的绝对黏度成反比。即油滴直径越大,水与油的密度差越大,油滴在水中的上升速度越快;水的绝对黏度越小,油滴的上浮速度也越快。因此,增大油粒直径、增大水与油的密度差、降低水的绝对粘度,是提高油滴在水中上升速度的3个有效途径。1)采用粗粒化材料增大油粒直径。粗粒化床层材料表面具有亲油疏水性质。一般来讲,油、固表面接触角应小于90°,接触角越小,亲油润湿性能越好。当油水混合液流经该多孔材料时,由于该多孔材料床层内形成了许多直径小而又互相弯曲的孔道,油水混合液在这些孔道中不断改变流动方向和速度,因而增加了油滴之间的碰撞机会,促使其聚结成较大的油滴。当不断聚集的细小油滴聚合成较大的油滴时,其Stokes力就会大于表面黏力。该油滴受Stokes力的驱动,脱离多孔材料向上浮升,直至最终浮出水面。2)增大水与油的密度差。由于随着温度的升高,水的密度变化不大,而油的密度则大大降低。因此,提高油水混合物的温度,对油与水的分离是有益的。3)降低水的绝对黏度。提高油水混合液的温度,有利于降低水的绝对黏度。针对上述理论分析,通过实验研究,摸索实际工程中餐厨垃圾脱出液中废油的最佳分离回收条件。

2.3.2提高垃圾固相内部油脂分离回收效率的途径垃圾固相内部油脂含于垃圾固相细胞内或其他微观结构中,传统方法难以分离。为了提高这部分油脂的回收效率,可行的方法为先将这部分油脂从固相内部浸出,进入液相,然后利用油水分离的方法分离出来。

3餐厨垃圾油脂分离技术的比较

餐厨垃圾成分复杂,是由固形物、水和油脂等组成的多元多相体系,传统的油水分离方式难以奏效。表1对以上几种技术措施进行比较。

4结论

1)通过对国内不同地区餐厨垃圾理化性质进行分析,提出4种典型的餐厨垃圾油脂分离技术:滤液加热-隔油池、滤液加热-离心、浆料-平流沉淀池、浆料湿热-离心。2)国内不同地区餐厨垃圾性质差异较大,在选择油脂分离工艺时,需要针对具体餐厨垃圾的理化性质,进行技术经济比选。通过对4种油脂分离技术进行比较,建议重庆等西南地区采取滤液提油或者隔油池提油,而福州和兰州地区采取湿热提油。3)餐厨垃圾油脂分离技术尚未完全成熟,需要进行更加深入的研究,以指导规模化生产。

作者:靳俊平宋玉山张瑞清刘淑玲王琦高波单位:中国市政工程华北设计研究总院有限公司

环境卫生工程杂志责任编辑:田老师    阅读:人次
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