關于含高淀粉和高油脂的餐廚垃圾智能處理系統(tǒng)淺議

謝偉雪, 劉孝敏, 魏蒙恩

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

餐廚垃圾含高有機物、高含水率、高油脂、高鹽分的特性，直接破碎排入下水道會增加管路的壓力，堵塞甚至腐蝕下水道，也會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相的主要組成部分，因而也是極寶貴的有機資源[1]。餐廚垃圾易腐爛、發(fā)酵、發(fā)臭等，處置不當會造成環(huán)境污染，對人們的生活帶來危害。餐廚垃圾含高有機物和高油脂，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，同時能利用其油脂及其它有機物，從而降低餐廚垃圾對環(huán)境的污染，將其變廢為寶，實現(xiàn)餐廚垃圾“資源化、無害化、減量化”的目標。

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

1 餐廚垃圾的特點

通過對蘭州市蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術學院學生食堂為期一周的觀察和調查[2～4]，調查發(fā)現(xiàn)餐廚垃圾的產(chǎn)生量與學生的飲食習慣、男女生比例有一定關系，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決定的，學院食堂也采取了相應措施如女生飯菜供給量根據(jù)實際需要相應減少，可以從源頭上減少餐廚垃圾的產(chǎn)生量。對校園餐廚垃圾進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、動植物油等食品殘留、盛過飯菜的塑料袋、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、有機物、高面粉和高辣椒粉為主。

2 餐廚垃圾處理流程

針對高淀粉和高油脂餐廚垃圾的特點，設計處理流程[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濾網(wǎng)和破碎機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。固液分離裝置通過重力分離方法將餐廚垃圾中固液進行分離，分離后的餐廚固體廢物通過重力作用送到餐廚固體收集箱，可通過堆肥、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入油水分離裝置，通過加熱箱產(chǎn)生高溫，軸流風機將熱空氣吹向油水分離裝置內部，對油水分離裝置中的廢物進行加熱[6-7]，溫度升高到40℃時攪拌器開始攪拌，邊加熱邊攪拌，經(jīng)過攪拌加熱后的油水進行分離，分離后的餐廚油通過刮油板刮到餐廚油收集箱，分離后的餐廚廢水進入餐廚廢水收集箱，餐廚油和餐廚廢水可以進行相應的回收和處理。

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；2-濾網(wǎng)；3-紅外線檢測器；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-太陽能板；18-蓄電池；19-散熱風扇；20-軸流風機；21-溫度控制器；22-物料輸送器；23-出風口；24-出油口；25-出水口；26-廢水出口閥門；27-滑槽；28-滑塊；29-曲柄連桿機構；30-液位傳感器；31-電磁閥；32-驅動電機

3.1 前處理裝置

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

主要作用是高淀粉餐廚垃圾經(jīng)過濾網(wǎng)將大塊垃圾去除后，通過破碎機得到適宜的粒度，當破碎機中的垃圾達到一定量后，將廢料通過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。

主要作用是通過重力分離方法將餐廚垃圾中的固液進行分離，分離后的餐廚固體廢物通過物料輸送器進入固體收集箱，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、出風口、出水口、廢水出口閥門、滑槽、滑塊、曲柄連桿機構、液位傳感器、電磁閥、驅動電機。

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，對油水廢液進行加熱，攪拌器進行攪拌，邊進液邊加熱邊攪拌，實現(xiàn)均勻加熱，使淀粉溶化，淀粉中所包埋的油脂釋放出來并上升至水面上方，通過刮油板不斷將油脂刮向出油口，使油脂流入餐廚油收集箱。液體容器內的液體經(jīng)油水分離后，打開廢水出口閥門，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、太陽能板、蓄電池、散熱風扇、軸流風機、溫度控制器、出風口。

主要作用是加熱箱內的加熱槽產(chǎn)生的熱量被軸流風機經(jīng)出風口吹入液體容器內部，對油水廢液進行加熱。通過溫度控制器可掌握控制加熱箱內的溫度，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)與預處理裝置的紅外線檢測器、電磁閥、油水分離裝置的液位傳感器和驅動電機相連接。

主要作用為兩個方面，一是當破碎機中的垃圾達到一定量后，紅外線檢測器向PLC發(fā)出信號，PLC控制出料閥動作，將廢料通過輸送管排放到固液分離裝置，之后PLC控制出料閥5關閉。二是當液體容器內的液面到達出油口時，液位傳感器向PLC發(fā)出信號，PLC控制電磁閥關閉，停止進液，并控制曲柄連桿機構的驅動電機開啟，滑塊在曲柄連桿機構的帶動下在滑槽內作往復運動，刮油板隨滑塊作往復運動，不斷將油脂刮向出油口，使油脂流入餐廚油收集箱，當液面下降至出油口以下時，PLC接收到來自液位傳感器的信號，控制曲柄連桿機構的驅動電機關閉，刮油板停止刮油，并控制電磁閥開啟。

4 餐廚垃圾處理系統(tǒng)的優(yōu)勢

4.1 本餐廚垃圾處理系統(tǒng)是針對高淀粉和高油脂餐廚垃圾，對其中的油脂進行有效分離去除和處理的設備，通過加熱槽產(chǎn)生高溫，軸流風機將熱空氣吹向油水分離裝置的液體容器內部，對其中的液體進行加熱，邊進液體邊加熱，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，通過散熱風扇加強了對流，一方面有利于將熱空氣吹向液體容器內部；另一方面有利于加熱箱的通風散熱，起到保護加熱箱的作用。

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；本實用新型采用熱風加熱方式，更安全可靠，不會導致物料焦糊。

4.3 本餐廚垃圾處理系統(tǒng)設計了結構簡單的油水分離裝置，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，且促進油脂上升，進一步提高油水分離效率，使分離更加徹底；刮油板通過往復運動，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)可實現(xiàn)智能化控制，當紅外線檢測器檢測到破碎機中的餐廚垃圾較多時，向PLC發(fā)出信號，PLC控制出料閥動作，將廢料排放到固液分離裝置，大大提高了設備的利用率和工作效率；當液位傳感器檢測到液體容器內的液面達到指定高度時，向PLC發(fā)出信號，PLC控制曲柄連桿機構的驅動電機開啟并控制進液，刮油板開始工作；通過智能控制可達到節(jié)能的效果，使能源得到有效利用。餐廚垃圾處理系統(tǒng)自動化程度高，使用方便，運行維護簡單，實用性強。

5 結 論

本餐廚垃圾處理系統(tǒng)是一種智能化、除油分離效率高、實現(xiàn)資源化利用的餐廚垃圾處理系統(tǒng)，對于西北地區(qū)高淀粉和高油脂的餐廚垃圾可進行高效地油水分離，實現(xiàn)了餐廚垃圾中高淀粉和高油脂等組成的去除。同時充分利用太陽能等綠色清潔能源維持運轉，自動化程度高，運行維護簡單，實用性強。