謝偉雪, 劉孝敏, 魏蒙恩

(1.蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730021；2.甘肅自然能源研究所，蘭州 730046)

餐廚垃圾含高有機(jī)物、高含水率、高油脂、高鹽分的特性，直接破碎排入下水道會(huì)增加管路的壓力，堵塞甚至腐蝕下水道，也會(huì)使污水處理廠的壓力增大。餐廚垃圾是城市生活垃圾中有機(jī)相的主要組成部分，因而也是極寶貴的有機(jī)資源[1]。餐廚垃圾易腐爛、發(fā)酵、發(fā)臭等，處置不當(dāng)會(huì)造成環(huán)境污染，對(duì)人們的生活帶來(lái)危害。餐廚垃圾含高有機(jī)物和高油脂，屬于較高的資源型廢棄物。餐廚垃圾的有效處理能夠避免地溝油重回餐桌，保證食品衛(wèi)生安全和人民身體健康，同時(shí)能利用其油脂及其它有機(jī)物，從而降低餐廚垃圾對(duì)環(huán)境的污染，將其變廢為寶，實(shí)現(xiàn)餐廚垃圾“資源化、無(wú)害化、減量化”的目標(biāo)。

對(duì)于西北地區(qū)餐廚垃圾因其自身含有高淀粉、高油脂、高面粉和高辣椒粉等特點(diǎn)，易造成環(huán)境污染，產(chǎn)生大量惡臭物質(zhì)。對(duì)于這種餐廚垃圾，由于淀粉等對(duì)油脂的包埋，現(xiàn)有餐廚垃圾處理裝置在油水分離時(shí)分離很不徹底，分離效率較低，如不對(duì)油脂有效的去除分離，在收運(yùn)處置過(guò)程中易造成食品衛(wèi)生安全隱患等一系列問(wèn)題。本文以蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院校園產(chǎn)生的餐廚垃圾為例，針對(duì)本地區(qū)餐廚垃圾含有高淀粉、高油脂、高面粉和高辣椒粉等特點(diǎn)，研究高校校園餐廚垃圾處理系統(tǒng)。

1 餐廚垃圾的特點(diǎn)

通過(guò)對(duì)蘭州市蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)生食堂為期一周的觀察和調(diào)查[2～4]，調(diào)查發(fā)現(xiàn)餐廚垃圾的產(chǎn)生量與學(xué)生的飲食習(xí)慣、男女生比例有一定關(guān)系，普遍女生產(chǎn)生的餐廚垃圾量多于男生，這是由女生自身的特點(diǎn)決定的，學(xué)院食堂也采取了相應(yīng)措施如女生飯菜供給量根據(jù)實(shí)際需要相應(yīng)減少，可以從源頭上減少餐廚垃圾的產(chǎn)生量。對(duì)校園餐廚垃圾進(jìn)行取樣分析得出校園餐廚垃圾的組成主要為剩米飯、饅頭、面條、剩蔬菜、骨肉、動(dòng)植物油等食品殘留、盛過(guò)飯菜的塑料袋、塑料勺、吸管、餐巾紙、紙杯等，其中剩米飯、饅頭、面條、剩蔬菜、骨肉、動(dòng)植物油等食品殘留數(shù)量最多，主要以高淀粉、高油脂、高含水率、有機(jī)物、高面粉和高辣椒粉為主。

2 餐廚垃圾處理流程

針對(duì)高淀粉和高油脂餐廚垃圾的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)處理流程[5]如圖1所示。

圖1 校園高淀粉餐廚垃圾處理流程Fig.1 Process flow of high starch kitchen waste in Campus

高淀粉和高油脂餐廚垃圾通過(guò)濾網(wǎng)和破碎機(jī)去除懸浮污染物并得到適宜的粒徑，將廢料排放到固液分離裝置。固液分離裝置通過(guò)重力分離方法將餐廚垃圾中固液進(jìn)行分離，分離后的餐廚固體廢物通過(guò)重力作用送到餐廚固體收集箱，可通過(guò)堆肥、厭氧發(fā)酵、熱解等處理方法處理回收資源化。分離后的餐廚液體進(jìn)入油水分離裝置，通過(guò)加熱箱產(chǎn)生高溫，軸流風(fēng)機(jī)將熱空氣吹向油水分離裝置內(nèi)部，對(duì)油水分離裝置中的廢物進(jìn)行加熱[6-7]，溫度升高到40℃時(shí)攪拌器開(kāi)始攪拌，邊加熱邊攪拌，經(jīng)過(guò)攪拌加熱后的油水進(jìn)行分離，分離后的餐廚油通過(guò)刮油板刮到餐廚油收集箱，分離后的餐廚廢水進(jìn)入餐廚廢水收集箱，餐廚油和餐廚廢水可以進(jìn)行相應(yīng)的回收和處理。

3 餐廚垃圾處理系統(tǒng)

高淀粉和高油脂餐廚垃圾處理系統(tǒng)[8～14]包括：前處理裝置、固液分離裝置、油水分離裝置、加熱箱、PLC，如圖2所示。

注：1-破碎機(jī)；2-濾網(wǎng)；3-紅外線檢測(cè)器；4-PLC；5-出料閥；6-輸送管；7-固液分離裝置；8-加熱槽；9-固體收集箱；10-液體輸送管；11-液體容器；12-攪拌器；13-刮油板；14-餐廚油收集箱；15-廢水收集箱；16-加熱箱；17-太陽(yáng)能板；18-蓄電池；19-散熱風(fēng)扇；20-軸流風(fēng)機(jī)；21-溫度控制器；22-物料輸送器；23-出風(fēng)口；24-出油口；25-出水口；26-廢水出口閥門(mén)；27-滑槽；28-滑塊；29-曲柄連桿機(jī)構(gòu)；30-液位傳感器；31-電磁閥；32-驅(qū)動(dòng)電機(jī)

3.1 前處理裝置

餐廚垃圾前處理裝置主要包括破碎機(jī)、濾網(wǎng)、紅外線檢測(cè)器、出料閥、輸送管。

主要作用是高淀粉餐廚垃圾經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)將大塊垃圾去除后，通過(guò)破碎機(jī)得到適宜的粒度，當(dāng)破碎機(jī)中的垃圾達(dá)到一定量后，將廢料通過(guò)輸送管排放到固液分離裝置。

3.2 固液分離裝置

餐廚垃圾固液分離裝置主要包括物料輸送器、餐廚固體收集箱。

主要作用是通過(guò)重力分離方法將餐廚垃圾中的固液進(jìn)行分離，分離后的餐廚固體廢物通過(guò)物料輸送器進(jìn)入固體收集箱，分離后的液體經(jīng)液體輸送管輸送至油水分離裝置。

3.3 油水分離裝置

餐廚垃圾油水分離裝置主要包括加熱槽、液體輸送管、液體容器、攪拌器、刮油板、餐廚油收集箱、廢水收集箱、物料輸送器、出風(fēng)口、出水口、廢水出口閥門(mén)、滑槽、滑塊、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、液位傳感器、電磁閥、驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

主要作用是經(jīng)分離后的液體經(jīng)液體輸送管輸送至油水分離裝置的液體容器內(nèi)，對(duì)油水廢液進(jìn)行加熱，攪拌器進(jìn)行攪拌，邊進(jìn)液邊加熱邊攪拌，實(shí)現(xiàn)均勻加熱，使淀粉溶化，淀粉中所包埋的油脂釋放出來(lái)并上升至水面上方，通過(guò)刮油板不斷將油脂刮向出油口，使油脂流入餐廚油收集箱。液體容器內(nèi)的液體經(jīng)油水分離后，打開(kāi)廢水出口閥門(mén)，將廢水放入廢水收集箱。

3.4 加熱箱

餐廚垃圾加熱箱主要包括加熱槽、太陽(yáng)能板、蓄電池、散熱風(fēng)扇、軸流風(fēng)機(jī)、溫度控制器、出風(fēng)口。

主要作用是加熱箱內(nèi)的加熱槽產(chǎn)生的熱量被軸流風(fēng)機(jī)經(jīng)出風(fēng)口吹入液體容器內(nèi)部，對(duì)油水廢液進(jìn)行加熱。通過(guò)溫度控制器可掌握控制加熱箱內(nèi)的溫度，一般控制溫度在40～80℃之間，即保證淀粉快速溶解，又保護(hù)加熱箱不受損壞。

3.5 PLC控制系統(tǒng)

餐廚垃圾PLC控制系統(tǒng)與預(yù)處理裝置的紅外線檢測(cè)器、電磁閥、油水分離裝置的液位傳感器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連接。

主要作用為兩個(gè)方面，一是當(dāng)破碎機(jī)中的垃圾達(dá)到一定量后，紅外線檢測(cè)器向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC控制出料閥動(dòng)作，將廢料通過(guò)輸送管排放到固液分離裝置，之后PLC控制出料閥5關(guān)閉。二是當(dāng)液體容器內(nèi)的液面到達(dá)出油口時(shí)，液位傳感器向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC控制電磁閥關(guān)閉，停止進(jìn)液，并控制曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟，滑塊在曲柄連桿機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下在滑槽內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，刮油板隨滑塊作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷將油脂刮向出油口，使油脂流入餐廚油收集箱，當(dāng)液面下降至出油口以下時(shí)，PLC接收到來(lái)自液位傳感器的信號(hào)，控制曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)關(guān)閉，刮油板停止刮油，并控制電磁閥開(kāi)啟。

4 餐廚垃圾處理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

4.1 本餐廚垃圾處理系統(tǒng)是針對(duì)高淀粉和高油脂餐廚垃圾，對(duì)其中的油脂進(jìn)行有效分離去除和處理的設(shè)備，通過(guò)加熱槽產(chǎn)生高溫，軸流風(fēng)機(jī)將熱空氣吹向油水分離裝置的液體容器內(nèi)部，對(duì)其中的液體進(jìn)行加熱，邊進(jìn)液體邊加熱，加熱均勻且效率高，淀粉經(jīng)加熱溶解，釋放其中所包埋的油脂，油脂被釋放后上升至水面以上，有利于油水分離，可大幅提升油水分離效果；另外，通過(guò)散熱風(fēng)扇加強(qiáng)了對(duì)流，一方面有利于將熱空氣吹向液體容器內(nèi)部；另一方面有利于加熱箱的通風(fēng)散熱，起到保護(hù)加熱箱的作用。

4.2 本餐廚垃圾處理系統(tǒng)在油水分離裝置引入加熱箱調(diào)節(jié)油水分離的溫度，并采用溫度控制器，有利于控制溫度的高低，提高油水分離效率；本實(shí)用新型采用熱風(fēng)加熱方式，更安全可靠，不會(huì)導(dǎo)致物料焦糊。

4.3 本餐廚垃圾處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的油水分離裝置，利用攪拌器與加熱箱相配合，邊攪拌邊加熱，有利于淀粉的溶解，且促進(jìn)油脂上升，進(jìn)一步提高油水分離效率，使分離更加徹底；刮油板通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，不斷將油脂刮向出油口，使油脂從水面分離。

4.4 本餐廚垃圾處理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)智能化控制，當(dāng)紅外線檢測(cè)器檢測(cè)到破碎機(jī)中的餐廚垃圾較多時(shí)，向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC控制出料閥動(dòng)作，將廢料排放到固液分離裝置，大大提高了設(shè)備的利用率和工作效率；當(dāng)液位傳感器檢測(cè)到液體容器內(nèi)的液面達(dá)到指定高度時(shí)，向PLC發(fā)出信號(hào)，PLC控制曲柄連桿機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)啟并控制進(jìn)液，刮油板開(kāi)始工作；通過(guò)智能控制可達(dá)到節(jié)能的效果，使能源得到有效利用。餐廚垃圾處理系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，使用方便，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。

5 結(jié) 論

本餐廚垃圾處理系統(tǒng)是一種智能化、除油分離效率高、實(shí)現(xiàn)資源化利用的餐廚垃圾處理系統(tǒng)，對(duì)于西北地區(qū)高淀粉和高油脂的餐廚垃圾可進(jìn)行高效地油水分離，實(shí)現(xiàn)了餐廚垃圾中高淀粉和高油脂等組成的去除。同時(shí)充分利用太陽(yáng)能等綠色清潔能源維持運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)化程度高，運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)。