关于含高淀粉和高油脂的餐厨垃圾智能处理系统浅议

谢伟雪, 刘孝敏, 魏蒙恩

(1.兰州资源环境职业技术学院，兰州 730021；2.甘肃自然能源研究所，兰州 730046)

餐厨垃圾含高有机物、高含水率、高油脂、高盐分的特性，直接破碎排入下水道会增加管路的压力，堵塞甚至腐蚀下水道，也会使污水处理厂的压力增大。餐厨垃圾是城市生活垃圾中有机相的主要组成部分，因而也是极宝贵的有机资源[1]。餐厨垃圾易腐烂、发酵、发臭等，处置不当会造成环境污染，对人们的生活带来危害。餐厨垃圾含高有机物和高油脂，属于较高的资源型废弃物。餐厨垃圾的有效处理能够避免地沟油重回餐桌，保证食品卫生安全和人民身体健康，同时能利用其油脂及其它有机物，从而降低餐厨垃圾对环境的污染，将其变废为宝，实现餐厨垃圾“资源化、无害化、减量化”的目标。

对于西北地区餐厨垃圾因其自身含有高淀粉、高油脂、高面粉和高辣椒粉等特点，易造成环境污染，产生大量恶臭物质。对于这种餐厨垃圾，由于淀粉等对油脂的包埋，现有餐厨垃圾处理装置在油水分离时分离很不彻底，分离效率较低，如不对油脂有效的去除分离，在收运处置过程中易造成食品卫生安全隐患等一系列问题。本文以兰州资源环境职业技术学院校园产生的餐厨垃圾为例，针对本地区餐厨垃圾含有高淀粉、高油脂、高面粉和高辣椒粉等特点，研究高校校园餐厨垃圾处理系统。

1 餐厨垃圾的特点

通过对兰州市兰州资源环境职业技术学院学生食堂为期一周的观察和调查[2～4]，调查发现餐厨垃圾的产生量与学生的饮食习惯、男女生比例有一定关系，普遍女生产生的餐厨垃圾量多于男生，这是由女生自身的特点决定的，学院食堂也采取了相应措施如女生饭菜供给量根据实际需要相应减少，可以从源头上减少餐厨垃圾的产生量。对校园餐厨垃圾进行取样分析得出校园餐厨垃圾的组成主要为剩米饭、馒头、面条、剩蔬菜、骨肉、动植物油等食品残留、盛过饭菜的塑料袋、塑料勺、吸管、餐巾纸、纸杯等，其中剩米饭、馒头、面条、剩蔬菜、骨肉、动植物油等食品残留数量最多，主要以高淀粉、高油脂、高含水率、有机物、高面粉和高辣椒粉为主。

2 餐厨垃圾处理流程

针对高淀粉和高油脂餐厨垃圾的特点，设计处理流程[5]如图1所示。

图1 校园高淀粉餐厨垃圾处理流程Fig.1 Process flow of high starch kitchen waste in Campus

高淀粉和高油脂餐厨垃圾通过滤网和破碎机去除悬浮污染物并得到适宜的粒径，将废料排放到固液分离装置。固液分离装置通过重力分离方法将餐厨垃圾中固液进行分离，分离后的餐厨固体废物通过重力作用送到餐厨固体收集箱，可通过堆肥、厌氧发酵、热解等处理方法处理回收资源化。分离后的餐厨液体进入油水分离装置，通过加热箱产生高温，轴流风机将热空气吹向油水分离装置内部，对油水分离装置中的废物进行加热[6-7]，温度升高到40℃时搅拌器开始搅拌，边加热边搅拌，经过搅拌加热后的油水进行分离，分离后的餐厨油通过刮油板刮到餐厨油收集箱，分离后的餐厨废水进入餐厨废水收集箱，餐厨油和餐厨废水可以进行相应的回收和处理。

3 餐厨垃圾处理系统

高淀粉和高油脂餐厨垃圾处理系统[8～14]包括：前处理装置、固液分离装置、油水分离装置、加热箱、PLC，如图2所示。

注：1-破碎机；2-滤网；3-红外线检测器；4-PLC；5-出料阀；6-输送管；7-固液分离装置；8-加热槽；9-固体收集箱；10-液体输送管；11-液体容器；12-搅拌器；13-刮油板；14-餐厨油收集箱；15-废水收集箱；16-加热箱；17-太阳能板；18-蓄电池；19-散热风扇；20-轴流风机；21-温度控制器；22-物料输送器；23-出风口；24-出油口；25-出水口；26-废水出口阀门；27-滑槽；28-滑块；29-曲柄连杆机构；30-液位传感器；31-电磁阀；32-驱动电机

3.1 前处理装置

餐厨垃圾前处理装置主要包括破碎机、滤网、红外线检测器、出料阀、输送管。

主要作用是高淀粉餐厨垃圾经过滤网将大块垃圾去除后，通过破碎机得到适宜的粒度，当破碎机中的垃圾达到一定量后，将废料通过输送管排放到固液分离装置。

3.2 固液分离装置

餐厨垃圾固液分离装置主要包括物料输送器、餐厨固体收集箱。

主要作用是通过重力分离方法将餐厨垃圾中的固液进行分离，分离后的餐厨固体废物通过物料输送器进入固体收集箱，分离后的液体经液体输送管输送至油水分离装置。

3.3 油水分离装置

餐厨垃圾油水分离装置主要包括加热槽、液体输送管、液体容器、搅拌器、刮油板、餐厨油收集箱、废水收集箱、物料输送器、出风口、出水口、废水出口阀门、滑槽、滑块、曲柄连杆机构、液位传感器、电磁阀、驱动电机。

主要作用是经分离后的液体经液体输送管输送至油水分离装置的液体容器内，对油水废液进行加热，搅拌器进行搅拌，边进液边加热边搅拌，实现均匀加热，使淀粉溶化，淀粉中所包埋的油脂释放出来并上升至水面上方，通过刮油板不断将油脂刮向出油口，使油脂流入餐厨油收集箱。液体容器内的液体经油水分离后，打开废水出口阀门，将废水放入废水收集箱。

3.4 加热箱

餐厨垃圾加热箱主要包括加热槽、太阳能板、蓄电池、散热风扇、轴流风机、温度控制器、出风口。

主要作用是加热箱内的加热槽产生的热量被轴流风机经出风口吹入液体容器内部，对油水废液进行加热。通过温度控制器可掌握控制加热箱内的温度，一般控制温度在40～80℃之间，即保证淀粉快速溶解，又保护加热箱不受损坏。

3.5 PLC控制系统

餐厨垃圾PLC控制系统与预处理装置的红外线检测器、电磁阀、油水分离装置的液位传感器和驱动电机相连接。

主要作用为两个方面，一是当破碎机中的垃圾达到一定量后，红外线检测器向PLC发出信号，PLC控制出料阀动作，将废料通过输送管排放到固液分离装置，之后PLC控制出料阀5关闭。二是当液体容器内的液面到达出油口时，液位传感器向PLC发出信号，PLC控制电磁阀关闭，停止进液，并控制曲柄连杆机构的驱动电机开启，滑块在曲柄连杆机构的带动下在滑槽内作往复运动，刮油板随滑块作往复运动，不断将油脂刮向出油口，使油脂流入餐厨油收集箱，当液面下降至出油口以下时，PLC接收到来自液位传感器的信号，控制曲柄连杆机构的驱动电机关闭，刮油板停止刮油，并控制电磁阀开启。

4 餐厨垃圾处理系统的优势

4.1 本餐厨垃圾处理系统是针对高淀粉和高油脂餐厨垃圾，对其中的油脂进行有效分离去除和处理的设备，通过加热槽产生高温，轴流风机将热空气吹向油水分离装置的液体容器内部，对其中的液体进行加热，边进液体边加热，加热均匀且效率高，淀粉经加热溶解，释放其中所包埋的油脂，油脂被释放后上升至水面以上，有利于油水分离，可大幅提升油水分离效果；另外，通过散热风扇加强了对流，一方面有利于将热空气吹向液体容器内部；另一方面有利于加热箱的通风散热，起到保护加热箱的作用。

4.2 本餐厨垃圾处理系统在油水分离装置引入加热箱调节油水分离的温度，并采用温度控制器，有利于控制温度的高低，提高油水分离效率；本实用新型采用热风加热方式，更安全可靠，不会导致物料焦糊。

4.3 本餐厨垃圾处理系统设计了结构简单的油水分离装置，利用搅拌器与加热箱相配合，边搅拌边加热，有利于淀粉的溶解，且促进油脂上升，进一步提高油水分离效率，使分离更加彻底；刮油板通过往复运动，不断将油脂刮向出油口，使油脂从水面分离。

4.4 本餐厨垃圾处理系统可实现智能化控制，当红外线检测器检测到破碎机中的餐厨垃圾较多时，向PLC发出信号，PLC控制出料阀动作，将废料排放到固液分离装置，大大提高了设备的利用率和工作效率；当液位传感器检测到液体容器内的液面达到指定高度时，向PLC发出信号，PLC控制曲柄连杆机构的驱动电机开启并控制进液，刮油板开始工作；通过智能控制可达到节能的效果，使能源得到有效利用。餐厨垃圾处理系统自动化程度高，使用方便，运行维护简单，实用性强。

5 结 论

本餐厨垃圾处理系统是一种智能化、除油分离效率高、实现资源化利用的餐厨垃圾处理系统，对于西北地区高淀粉和高油脂的餐厨垃圾可进行高效地油水分离，实现了餐厨垃圾中高淀粉和高油脂等组成的去除。同时充分利用太阳能等绿色清洁能源维持运转，自动化程度高，运行维护简单，实用性强。