探討提高餐廚垃圾毛油提取率的方法*

俞敏潔，張思運(yùn)，黃 吉，杭建強(qiáng)

(維爾利環(huán)?？萍技瘓F(tuán)股份有限公司，江蘇 常州 213125)

2020年9月中國(guó)明確提出2030年“碳達(dá)峰”與2060年“碳中和”目標(biāo)。工業(yè)級(jí)混合油UCO，即Used Cooking Oil，再生廢棄食用油脂是減碳大計(jì)中不擇不扣的明星產(chǎn)品。2022年俄烏戰(zhàn)爭(zhēng)導(dǎo)致的能源危機(jī)令歐洲各國(guó)面臨食用油緊缺的問題，需要廢油脂來替代食用油生產(chǎn)生物柴油。政策限制疊加能源危機(jī)影響，廢油脂資源供不應(yīng)求，我國(guó)UCO出口價(jià)格快速上漲，2022年6月出口單價(jià)已達(dá)1507美元/噸。而UCO中很大一部分來自于各大餐廚垃圾處理廠提煉的毛油，因此通過有效手段提高餐廚垃圾的毛油提取率，具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保意義。

毛油的提取工藝主要有隔油池分離和高速離心分離兩種[1]，目前餐廚垃圾處理廠采用的主流工藝為后者，即加熱含油漿液，然后進(jìn)入到三相離心機(jī)進(jìn)行分離，得到毛油、提油廢水和提油固渣，該種工藝自動(dòng)化程度高，處理速度及提取效率均優(yōu)于隔油池分離。下文探討的提高毛油提取率的方式也均基于高速離心分離法。

1 提高餐廚垃圾毛油提取率的可行方式

1.1 選擇合適的預(yù)處理工藝

目前國(guó)內(nèi)主流的餐廚垃圾預(yù)處理工藝有：分選破碎擠壓工藝[2]、兩級(jí)分選制漿工藝[3]。這兩種工藝的主要工藝路線如圖1所示。

圖1 分選破碎擠壓及兩級(jí)分選制漿工藝路線

兩級(jí)分選制漿工藝有兩道分選環(huán)節(jié)，分選出的雜物量較大，這些雜物裹挾著較多油脂，這部分油脂沒得到提取就隨雜物分離出系統(tǒng)。因此，兩級(jí)分選制漿工藝的毛油提取率比分選破碎擠壓工藝低一些。如圖2所示，是常州餐廚垃圾處理項(xiàng)目一期、二期工程分離出的雜物照片，兩期項(xiàng)目分別采用分選破碎擠壓、兩級(jí)分選制漿工藝，從表觀上看兩級(jí)分選制漿工藝分離出的雜物更濕，且表面清晰可見殘留的油脂。

(a)分選破碎擠壓工藝 (b)兩級(jí)分選制漿工藝圖2 常州餐廚垃圾處理項(xiàng)目分離出的雜物照片

經(jīng)化驗(yàn)分析，如表1所示，兩級(jí)分選制漿工藝的雜物含水率、含油率均高于分選破碎擠壓工藝，驗(yàn)證了前述觀點(diǎn)。因此，若項(xiàng)目建設(shè)單位看重毛油收益，追求高提油率，則建議選擇分選破碎擠壓工藝；若已選擇了兩級(jí)分選制漿工藝，則建議對(duì)分選出的雜物進(jìn)行淋洗或擠壓，盡可能避免雜物裹挾油脂造成油脂損失。

表1 兩種預(yù)處理工藝分選雜物的含水率及含油率

1.2 提高提油系統(tǒng)進(jìn)料的溫度

餐廚垃圾中的油脂以動(dòng)物油和植物油為主，動(dòng)物油比植物油熔點(diǎn)更高，一般45～50 ℃，室溫下常以固態(tài)存在。提高提油系統(tǒng)進(jìn)料溫度，可使固態(tài)動(dòng)物油熔化，以便通過離心分離出來。此外，提高提油系統(tǒng)進(jìn)料溫度，能降低漿液的粘度，提高流動(dòng)性，從而使?jié){液中的油珠抱團(tuán)聚結(jié)能力增強(qiáng)，形成大顆粒油珠，更利于離心分離[4]。通過常州餐廚垃圾處理項(xiàng)目一期工程實(shí)驗(yàn)測(cè)試，加熱至不同溫度的餐廚漿液進(jìn)入三相離心機(jī)后，溫度越高，毛油提取率越高，直至漿液溫度達(dá)到 100 ℃ 后達(dá)到峰值(毛油提取率=提取的油脂量/垃圾的含油量)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 毛油提取率隨溫度變化曲線圖

從圖3可知，80～100 ℃ 的溫度區(qū)間，毛油提取率升高趨緩。由于通常采用中溫厭氧反應(yīng)器處理餐廚提油廢水，因此提油廢水進(jìn)厭氧前需冷卻至35～40 ℃，且較高的提油溫度需要消耗大量的蒸汽能源，權(quán)衡升溫帶來的油脂收益增幅與冷卻設(shè)施投資、運(yùn)營(yíng)成本增幅之間的關(guān)系，建議將提油系統(tǒng)進(jìn)料溫度控制在 80 ℃ 左右，在該溫度下能得到較高的毛油提取率，也能節(jié)約冷卻設(shè)施投資以及蒸汽能源成本。

1.3 厭氧進(jìn)水罐頂部富油層回流前端二次提油

提油后的餐廚漿液一般進(jìn)入?yún)捬跸到y(tǒng)進(jìn)一步處理。相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，采用三相離心機(jī)提油后的餐廚漿液含油率在0.3%～0.5%[5]，約合每噸提油廢水含油3～5 kg，而餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)的產(chǎn)水比約為1噸垃圾產(chǎn)1噸提油廢水。日處理餐廚垃圾200噸的項(xiàng)目則有600～1000 kg 的油脂被攜帶進(jìn)入?yún)捬?，若將這部分油脂回收，可為項(xiàng)目帶來更多收益。

提油廢水在進(jìn)入?yún)捬醴磻?yīng)器之前會(huì)在進(jìn)水罐內(nèi)緩存，罐內(nèi)廢水溫度在60～70 ℃，在此溫度下油水易于自然分層，油脂在進(jìn)水罐頂部富集。在進(jìn)水罐上部設(shè)置回流管道，將上層富油廢水用泵抽取回流至前端系統(tǒng)進(jìn)行二次提油，可以將提油廢水中油脂再次提取，提高項(xiàng)目油脂收益。表2是維爾利集團(tuán)建設(shè)運(yùn)營(yíng)的常州餐廚垃圾處理項(xiàng)目、西安餐廚垃圾處理項(xiàng)目、紹興餐廚垃圾處理項(xiàng)目(一期)的提油廢水含油率數(shù)據(jù)。這些項(xiàng)目均將厭氧進(jìn)水罐頂部油層回流前端二次提油，厭氧進(jìn)水含油率都控制在0.3%以下，處于行業(yè)領(lǐng)先。

表2 常州、西安、紹興餐廚項(xiàng)目提油廢水含油率數(shù)據(jù)表

1.4 提油系統(tǒng)出水回流淋洗垃圾

在餐廚垃圾預(yù)處理過程中，除了液相攜帶油脂外，還有一部分油脂被固相裹挾出系統(tǒng)，這部分油脂無法通過離心分離提取?；亓魈嵊拖到y(tǒng)出水至前端對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行淋洗，由于出水溫度在 70 ℃ 以上，可以將垃圾中的動(dòng)物油脂熔化，同時(shí)植物油脂也會(huì)在水洗過程中進(jìn)入到提油廢水中去，然后通過螺旋擠壓等方式將含油廢水分離出來，從而使餐廚垃圾中的油脂盡可能多的進(jìn)入液相，然后通過后端高速離心工藝將油脂最大化的提取出來。義烏某餐廚垃圾處理項(xiàng)目[6]，將三相提油機(jī)出水接引至篩分設(shè)備進(jìn)行垃圾淋洗，工藝優(yōu)化后毛油提取率提升至95%(提取的油脂量/垃圾的含油量)以上。

2 典型案例

由維爾利集團(tuán)建設(shè)運(yùn)營(yíng)的紹興餐廚垃圾處理項(xiàng)目(一期)于2018年建成投產(chǎn)，日處理餐廚垃圾 200 t/d，采用“機(jī)械預(yù)處理+厭氧消化”工藝，工藝路線如圖4所示。

圖4 紹興餐廚垃圾處理項(xiàng)目(一期)餐廚垃圾處理工藝路線圖

餐廚垃圾預(yù)處理系統(tǒng)采用“物料接收+分選破碎+擠壓脫水+除砂除雜+加熱提油”工藝，即分選破碎擠壓工藝。餐廚垃圾經(jīng)過分選破碎、擠壓脫水、除砂除雜等預(yù)處理后產(chǎn)生的漿液通過蒸汽直噴加熱至 80 ℃ ，進(jìn)入三相離心機(jī)進(jìn)行液、固、油的三相分離，分離得到的液相一部分回流至分選破碎單元，對(duì)餐廚垃圾進(jìn)行淋洗，另一部分輸送至厭氧進(jìn)水罐緩存，在緩存過程中進(jìn)水罐內(nèi)形成油水分層，通過回流泵將頂部富油層回流前端進(jìn)行二次提油。該項(xiàng)目綜合應(yīng)用以上方法提高毛油提取率，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，毛油提取率平均值約為4%(提取的油脂量/原生垃圾量)，優(yōu)于國(guó)內(nèi)餐廚垃圾出油率3.5%的行業(yè)平均水平[7]。

3 結(jié)論

1)分選破碎擠壓工藝的毛油提取率高于兩級(jí)分選制漿工藝。

2)毛油提取率隨提油系統(tǒng)進(jìn)料溫度的升高而提高，溫度超過 80 ℃ 時(shí)毛油提取率升高趨緩，權(quán)衡收益與成本，建議控制進(jìn)料溫度在 80 ℃ 左右。

3)三相離心機(jī)出水含油率在0.3%～0.5%，若將厭氧進(jìn)水罐頂部富油層回流前端進(jìn)行二次提油，厭氧進(jìn)水含油率可控制在0.3%以下。

4)將提油系統(tǒng)出水回流前端淋洗餐廚垃圾，可使油脂盡可能多的進(jìn)入液相，然后通過離心工藝將油脂最大化的提取出來。

5)紹興市循環(huán)生態(tài)產(chǎn)業(yè)園(一期)餐廚垃圾處理項(xiàng)目綜合應(yīng)用以上方法，將毛油提取率提高至4%(提取的油脂量/原生垃圾量)，優(yōu)于全國(guó)平均水平。