餐厨垃圾油脂分离技术研究及应用

第２２卷第３期　・３６・　２０１４年６月　环境卫生工程　

Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｓａｎｉｔａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖ０ｌ｜２２　Ｎｏ．３　

Ｊｕｎｅ　２０１４　

餐厨垃圾油脂分离技术研究及应用　

靳俊平，宋玉山，张瑞清，刘淑玲，王琦，高波　（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津３０００７４）　摘要：结合实际工程数据，分析了不同城市餐厨垃圾的理化性质，对餐厨垃圾油脂分离原理进行研究。介绍了　４种餐厨垃圾油脂分离工艺技术路线，并针对不同性质的餐厨垃圾提出差异化的处理建议。　关键词：餐厨垃圾；油脂分离；湿热；离心　中图分类号：Ｘ７０５；　文献标识码：Ｂ文章编号：１００５—８２０６（２０１４）０３—００３６—０３　Ｒｅｓｅｒａｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｒｅａｓｅ　Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｆｏｏｄ　Ｗａｓｔｅ　Ｊｉｎ　Ｊｕｎｐｉｎｇ，Ｓｏｎｇ　Ｙｕｓｈａｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｒｕｉｑｉｎｇ，Ｌｉｕ　Ｓｈｕｌｉｎｇ，Ｗａｎｇ　Ｑｉ，Ｇａｏ　Ｂｏ　（Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ＣＯ．，Ｌｔｄ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７４）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｄａｔａ，ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃｏｅｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｆｏｏｄ　ｗａｓｔｅ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｉｔｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｇｒｅａｓｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｆ０ｏｄ　ｗａｓｔｅ　ｗａｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｆｏｕｒ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｇｒｅａｓｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｒｏｕｔｅｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ　ｏｆｆｏｏｄ　ｗａｓｔｅ．ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｏｏｄ　ｗａｓｔｅ；ｇｒｅａｓｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ；ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　

基于第３批试点城市的实施，国内餐厨垃圾处　理行业发展较快。目前，厌氧消化已经逐渐成为　餐厨垃圾处理技术的重要发展方向。但是，餐厨　垃圾中的油脂类物质阻碍厌氧消化，主要体现在　以下３个方面：在厌氧系统内部不断累积，影响产　甲烷菌的活性和系统的稳定性；油脂包裹支撑介　质，干扰微生物生命活动；油脂黏附器壁造成管　路堵塞等［　］。另一方面，餐厨垃圾中的油脂又是　理想的生物油燃料和日用化工原料，回收利用价　值较高。　１餐厨垃圾性质及含油量分析　根据国内饮食习惯，分区域对餐厨垃圾的含　油率进行总结分析，分析样本分别选取以下６个城　市：重庆市主城区［　、福州市城区［　、南京大学　食堂［　、清华大学紫荆食堂淮扬菜系餐厅［　、兰州　城区［　、天津市滨海新区［　。　１．１国内餐厨垃圾共同点　１）含水率高：７６％～８８．５％。　２）游离态脂肪比重大　３）易腐性：有机物含量高，在温度较高的条　件下很快腐败发臭，导致新的污染。　４）携带有病毒、致病菌和病原微生物。如不　经处理而直接利用，会造成病菌的传播、感染等　不良后果。　５）含有较高的潜在生物能：如能有效处理，　可实现资源的回收再利用，有利于降低能源的消耗。　６）与城市生活垃圾相比，其化学构成简单，　

收稿日期：２０１４—０３—１９　

有毒有害物质少，善加利用可实现“变废为宝”。　１．２各地餐厨垃圾不同点　不同区域餐厨垃圾的理化特性见图ｌ。　

嚣　第３期　靳俊平，等餐厨垃圾油脂分离技术研究及应用　・３７・　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滤液加热一隔油池　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滤液加热一离心　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¨ｌ　。　２．２．３浆料一平流沉淀池　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浆料湿热一离心　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％　左右的浆料泵人蒸煮釜进行湿热处理。宁娜［１　］通　过对湿热一离心法进行研究指出：随着温度升高和　加热时问延长，餐厨垃圾脱油性能呈上升趋势；　１２０℃下湿热处理８０　ｍｉｎ，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２　５００　ｒ／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。如果加热时问控制不好，使部分可浮油转变　为乳化油，增加了油脂的分离回收难度　］。　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　滴流态处于尺　＜１，处于层流区，油滴的上升速度　可按Ｓｔｏｋｅｓ定律计算：　靠（Ｐ　。　式中：“为油滴上浮速度，ｍ／ｓ；Ｐ　、ｐ。分别为　水和油的密度，ｋｇ／ｍ　；ｇ为重力加速度，ｍ／ｓ　；ｄ　为油滴直径，ｍ；　为动力黏度，Ｐａ・Ｓ。　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，油水混合液在这些孑Ｌ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，脱离多孑Ｌ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　・３８・　环境卫生工程　第２２卷　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，进人液相，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ｌ对以上几种技术措施进行比较。　表１餐厨垃圾油脂分离技术的比较　处理方案　优点　缺点　得油率，％处理成本　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：　滤液加热一隔油池、滤液加热一离心、浆料一平流　沉淀池、浆料湿热一离心。　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　要进行更加深人的研究，以指导规模化生产。　参考文献　［１］韩子兴，侯天明废水中油类的理化性状及含量测定技术［Ｊ］．化工环保，　２０００，２０（６）：３８—４３．　［２］Ｂｅｇｕｍ　Ｍ，Ｒａｉ　Ｖ　Ｒ，Ｌｏｋｅｓｈ　ｓ　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｍｙｃｏｆｌｏｒａ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｈｙｓｉｃｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｏｉｌ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｉｎｆｅｃｔｅｄ　ｓｕｎｆｌｏｗｃｒ，ｔｏｒｉａ　ａｎｄ　ｓｅｓａｍｅ　ｓｅｅｄｓ［Ｊ］．Ｆｏｏｄ　Ｓｃｉ　Ｔｅｃｈ　Ｍｙｓ，２００３，４０（６）：６２６—６２８．　［３］Ａｒｎｏｌｄ　Ｐ．Ｕｓｅｄ　ｃｏｏｋｉｎｇ　ｏｉｌ　ｔｕｒｎｅｄ　ｉｎｔｏ　ｄｉｅｓｅｌ　ｒｕｅ［Ｊ］．Ｂｉｏ　Ｃｙｃｌｅ，２００２，４３　（５）：４２—４３．　［４］重庆市主城区餐厨垃圾产量调查及理化性质分析报告［Ｒ］．重庆大学，　２００７．　［５］福州市餐厨垃圾成分调查分析报告［Ｒ］．福建师范大学，２０１１．　［６］王巧玲．餐厨垃圾厌氧发酵过程的影响因素研究［Ｄ］．南京：南京大　学，２０１２．　［７］任连海，聂永丰．餐厨废油高效分离回收工艺研究［Ｊ］．城市管理技术，　２００９（４）：５２—５５．　［８］兰州市餐厨垃圾资源化处理项目可行性研究报告［Ｒ］．中国市政工程西　北设计研究院有限公司，２００７．　［９］天津市滨海新区餐厨垃圾产量调查及理化性质分析报告ＪＲ］．天津大学，　２０ｌ２．　［１Ｏ］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］ｌ清华大学学报，２００９，４９（３）：３８７—３９０．　【１１ｊ　Ｙｏｕｎｇ　Ｇ　Ａ．Ｏｉｌ—ｗａｔｅｒ　ｓｅｐａｒａｔｏｒ　ｕｓｉｎｇ　ｈｙｄｒｏｃｙ　ｃｌｏｎｃｓ：Ａｎ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｅａｒｃｈ　ｆｏｒ　ｏｐｔｉｍｕｍ　ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｊ　Ｐｅｔｒｏｌ　Ｓｃｉ　Ｅｎｇ，１９９４（１１）：３７—５０．　［１２］宁娜，任连海，王攀，等．湿热一离心法分离餐厨废油脂［Ｊ］．环境科　学研究，２０１１，２４（１２）：１４３０—１４３４．　［１３］阚建全．食品化学［Ｍ］．北京：中国农业大学出版社，２００３．