油水分离自动控制技术研究

冯永具

摘 要： 针对餐厨垃圾处理后的油水混合物取油困难的问题，本文提出了一套系统的解决方案，根据水和油的密度差及不相溶性的原理实现油、水分层，利用水和油导电性不同的原理，通过电极检测其微弱电信号送给比较器芯片作比较判断，从而实现对油、水分界面的检测，同时利用负压原理设计机构对油层进行收集储存，较好的解决了取油难的问题。

关键词： 密度差；导电性；电极检测；负压原理

1 引言

近年来，随着我国经济发展，城市生活水平的提高和人口的增长，城市垃圾排放量急剧上升，与其他垃圾相比，餐厨垃圾具有含水量、油脂含量、有机物含量及盐分含量高等特点，具有很大的处理回收价值。但目前在餐厨垃圾处理设备研制过程对餐厨垃圾废弃油的收集方法主要是将收集到的油水混合物静置后分层，通过人工观察判断分层情况再将油水分离器里分层后的水放出或油放出。这种方法不仅自动化程度低，收集到的油中仍然含有较多的水，含油量只有70%左右，再次提取的成本仍然较高，且该方法费时费力；同时，对于废油也无法有效的集中收集并进行其流向的管控和追溯，无法保证其资源化合理利用。因此，针对目前餐厨垃圾处理设备处理后油水分离提取困难的问题，本文提出了一套系统的油水自动分离控制技术方案。

2 分系统技术研究

2.1 油水分离器的设计

为使收集到的油、水、渣实现有效分层，将油水分离器分为集渣格、集油格和溢水格，结构示意图见图1所示。此结构设计能够有选择性的进行油水收集，将油水与渣相对分离，保证油水分离器内的油水相对纯净，有利于分层；同时，在油水分离器集油格里设置油面检测装置，其作用是将检测到油层位置以电信号的方式传递给控制系统，从而实现对空气泵的自动控制提油。

2.2油位检测原理

油水的分离采用物理分离的方式，即在油水分离箱装满油水后，延时一定时间，使油水充分静置分层，采用电极自动判断油水分层。电极在油中和水中的导电性不同，电极在水中具有一定的导电性，而在油中几乎呈绝缘状态。利用油与水的导电率不同可区分油与水，根据这一原理，提出了油水分层检测方法。

2.2.1 电极电路

待油水静置分层后，利用电极在水中导通而在油中不导通的原理，通过判断电极的通断状态实现对油层或水层的判断。根据这个原理设计了如图2所示的电极检测电路。

如图2所示，把一对电极和一个电阻串联起来加电，电极放在油水混合物中，电极一端接电源负极，电极正极接电阻，同时从电极的正极引出一个电压信号检测点。电极在油中和水中的导电性不同，电极在水中具有一定的导电性，而在油中几乎呈绝缘状态。那么，电极在不同油水成分中时，信号检测点的电压值就不同。当电极之间全是水层时，电极导通形成一定的电阻，与电阻R分压，当R足够大，那么电压就主要降落在R上，检测点的信号就会是一个小电压（低电平）；当电极之间全是油层或是油层与水层的混合层时，电极呈开路状态，检测点的电压就是电源电压Vcc（高电平），从而判断信号检测点的电压就能把油水区分出来。

用一对电极来检测油水界面，会受到油水突然波动的影响。如果油水波动，电极处于油层或水层的状态就不稳定。为了消除这种影响，同一层采用3对电极同时工作。上电极的3片正极处于同一水平，下电极的3片正极处于同一水平；且同一层电极之间也保持1mm至2mm的高度差，两层电极之间有一定的距离；公共负极处于油水分离箱底部并保证始终浸没在水中，通过该方式可解决在油水分层临界状态时出现的波动问题。

2.2.2 电极设计

经过原理性的分析和实验比较得知：针状电极从油中进入水中时，其表面会附着一层油，导致比较器误翻转；竖直放置的电极检测的分层厚度等于电极的竖直方向的高度，检测效果不佳；而水平放置的矩形片状电极不仅解决了附油问题而且检测准确；所以电极最理想的检测状态是水平安装的片状物。通过对常用材料铜、铁、不锈钢、石墨实验分析可知。铜电极会发生电化学反应变黑，容器里有蓝色沉淀物；铁主要是氧化生锈；不锈钢和石墨都能满足要求，但石墨加工性不如不锈钢，所以最终选定水平放置的不锈钢薄片作电极。

2.3 油的管控设计

为便于对分离好的油的收集进行管控，需要设计一套自动管控系统。主要包括：身份识别模块、流量采集模块、数据处理存储和读取模块。通过存储下来的数据信息，可追溯油的去向，从而实现对地沟油的管控。

管控电路是以液位计和流量计作为采样元件。以ADC0809作为A/D转换芯片设计模数转换电路，将传感器变化产生的模拟电压信号转换成数字信号，再送经单片机进行数据处理。液位计检测的是储油箱内油的高度，信号经程序处理换算为储油量；流量计检测储油箱放油口放油的速度，信号经过单片机转换为用于监测放油量。

取油采用智能IC卡身份识别系统对收油人员进行身份识别，只有身份识别正确后，设备才能放油，放油量通过流量计监测记录。放完油后设备自动将本次放油量、放油时间和剩余油量实时传送至远程监测系统，远程监测系统通过专用检测软件将接收到的数据存储、数据处理、数据查询和报表打印等。

3系统设计

在单独进行了各部分技术研究的基础上，设计一套完整的油水分离自动控制系统。该系统主要由油水分离器、储油箱和电气控制系统组成；电气控制系统又包括油水分层检测电路，抽油、放油控制，管控电路等。油水分离系统结构示意图如图5所示。

系统工作流程包括：油水的收集沉降，油水分层的检测，抽油，油的储存，刷卡放油。具体运行过程如下：

系统的初始状态：油水分离器中注满水，液面维持在出水口位置；上电极和下电极都在水里；通气电磁阀、放油电磁阀和加水电磁阀都关闭，抽气泵停止，上、下浮球均导通，放油和油满指示灯灭。

油水的收集沉降：油水混合物不断流入油水分离器的集油格自然沉降，油层开始变厚，但液面不变，多余的水由出水口排出。随着油水混合物的不断收集，油层不断变厚。

分层检测及抽油控制：随着油层不断变厚，当油层漫过下电极时（油层漫过上电极不抽油），抽气泵启动抽油；同时加水电磁阀工作，往油水分离箱溢水格里加水。抽油后，油层开始变薄，当上电极进入水中时（下电极进入水中，泵不停止，继续抽油），单片机会发出信号使泵停止抽油，同时关闭加水电磁阀。

放油：当储油箱里的下浮球浸入油中时，控制面板上的放油指示灯亮，同时给身份识别系统供电，身份识别系统工作。此时刷IC卡进行身份识别，身份识别通过后，控制通气电磁阀和电动球阀工作，开始放油，通过流量计监测记录取油量。放油时通过读取时钟模块的时间信息，记录放油时间，并将该信息存入数据存储模块。

4 结束语

本文提出的油水分离自动控制技术方案经过了原理验证及工程样机的试验验证，试验过程中浮阀判断可靠性高，电极检测准确，系统整体运行稳定，最终取得的油纯度较高，达到95%以上，较好地解决了餐厨垃圾处理后油水提取的技术难题，具有较高的實用价值和市场前景。

参考文献

[1]餐厨垃圾油水分离技术与方法研究，曹书翰，陈立功，刘先杰，向硕，2012，环境卫生工程.

[2]餐厨废油高高效回收工艺研究，任连海，聂永丰，2009，城市管理与科技.

[3]基于餐厨垃圾处理设备的新型油水分离器，徐可可，李积彬，姚旺，2009，机电工程技术.