CN103008327A - 一种餐厨垃圾预处理方法及其设备 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种餐厨垃圾预处理方法及其设备，该方法包括：餐厨垃圾来料后，先将大型包装物破碎、去除；对物料进行中温水解和粗破碎，提取油脂并去除部分杂质；对产物进行细破碎及分离处理；或者直接对产物进行固液分离，之后对固相产物进行堆肥处理，液相产物进行发酵处理。其破碎分离设备包括机壳、筛网、旋转式刀具、离心叶片以及带动旋转式刀具和离心叶片的电机。其水解除油设备顶部集成有除油器、搅拌器以及可调角度的条形格栅挡板，内部设有夹套式加热装置，底部设有出料口及重物质储料斗，出料口处附有大孔径筛网。本发明简化了餐厨垃圾的厌氧消化预处理工艺，提高了提油率，缩短了流程，并降低了工程投资。

Description

一种餐厨垃圾预处理方法及其设备

技术领域

本发明涉及一种垃圾处理方法及其设备，特别是涉及一种餐厨及厨余垃圾的预处理方法及其设备。 

背景技术

餐厨垃圾是指食品加工、饮食服务、餐饮过程中产生的食物残渣、残液和废弃油脂等废弃物，我国大中城市中每万人日产生餐厨垃圾约1.0-1.2吨，具有垃圾量大，含水量高，含油量高，组成复杂，有机物含量高，易腐烂等的特点。餐厨垃圾处理不当易造成恶劣的环境污染，且容易滋长病原微生物、霉菌毒素等有害物质；同时，餐厨垃圾中营养物质含量丰富，具有较大的资源化潜力，特别是油脂含量较大，对餐厨垃圾进行科学的预处理，实现油脂回收和物料分离是将其资源化利用的关键。 

餐厨垃圾的处理具有以下几种方式：填埋、焚烧、厌氧消化、饲料/肥料化技术：填埋处理虽然处理量大，运行费用低，但是存在资源浪费，渗滤液量大，有害物质滋生，恶臭气体等问题，在当前土地资源紧缺、人们对环境影响的关注度越来越高的大前提下，填埋处理技术明显不适合我国餐厨垃圾的实际情况；焚烧处理具有处理量大，减容性好等优点，但是对垃圾低位热值有一定要求，且餐厨垃圾水分含量高会增加焚烧助燃剂的消耗，增加处理成本，同样不适合餐厨垃圾处理；厌氧消化虽然存在工程投资大，工艺较为复杂的缺点，但是具有能回收生物质能，不存在同源性的 问题，有机物分解产生的甲烷出路较好等优点，适合用于处理餐厨垃圾；饲料/肥料化技术具有资源化程度较高、产品有农用价值，占地面积小等优点，但是对有害有机物及重金属等的污染无法很好解决、无害化不彻底，不能从根本上解决餐厨垃圾同源性的问题，对其用作饲料存在一定的顾虑，而且处理过程不封闭，容易造成二次污染，有机肥料质量受餐厨垃圾成分制约很大，堆肥处理周期较长，占地面积大，卫生条件相对较差。 

综上所述，最适合餐厨垃圾处理的技术是厌氧消化。目前餐厨垃圾厌氧消化的预处理主要是采用破袋、各级分选、机械破碎、打浆匀质、脱油。前处理使用的设备一般为流水线，由破袋机、滚筒筛、磁选机、破碎机、打浆混合池等组成，设备间以皮带机或是螺旋输送机相连接。不但这些设备占地面积庞大，成本过高，而且餐厨垃圾中的物料成分十分复杂，有机质和无机质通常会缠绕和粘附在一起，导致分选效率不高，造成大量的有机质流失，而且处理过程中恶臭气体的散发，会给操作人员的健康带来负面影响。此外，油脂最后进行分离，容易去除不完全，不仅会降低工程的收益，而且还会会影响后续厌氧发酵的效率。 

由此可见，上述现有的餐厨垃圾预处理方法及其设备在方法、设备与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种可以提高提油率，缩短预处理流程，降低工程投资，提高工程收益的新的餐厨垃圾预处理方法及其设备，实属当前业界极需改进的目标。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种餐厨垃圾预处理方法及其设备，使其可以简化餐厨垃圾的厌氧消化预处理工艺，提高提油率，缩短预处理流程，降低工程投资，提高工程收益，从而克服现有的餐厨垃圾预处理方法的不足。 

为解决上述技术问题，本发明一种餐厨垃圾预处理方法，包括以下步骤：A.餐厨垃圾来料后，先将大型包装物破碎、去除；B.对物料进行中温水解和粗破碎，提取油脂并去除部分杂质；C1.对产物进行细破碎及分离处理；或者C2.直接对产物进行固液分离，之后对固相产物进行堆肥处理，液相产物进行发酵处理。 

作为本发明的一种改进，所述的中温水解之前还包括一磁选步骤，对物料中的金属物品进行磁选、分离和回收。 

所述的中温水解的温度保持在55-60℃。 

所述的中温水解、提取油脂的具体过程为：使物料在6小时内升温并保持在55-60℃，并进行可形成涡流的搅拌；之后停止搅拌2小时后，通过回流55-60℃的沼液抬升液面，使浮油溢流并提取油脂；提取油脂后，对剩余物料进行缓慢搅拌，将浮于表面的轻杂质富集去除，其余重物质通过重力作用沉降分离；使物料停留至满6～12小时后出料。 

所述的分离处理是指：将浆料、轻物质和重物质三相分离，对浆料进行厌氧消化处理，轻重物质分别进行压实处理。 

此外，本发明还提供了一种应用于上述的餐厨垃圾预处理方法的破碎分离设备，包括机壳、筛网、旋转式刀具、离心叶片以及带动旋转式刀具和离心叶片的电机，其中：筛网和离心叶片安装在机壳内，旋转式刀具安装在筛网内，离心叶片的前侧对应旋转式刀具下游位置，筛网与机壳之间形成物料收集腔；机壳上设有进料口、出料口、轻杂质出口和重杂质出口，进料口位于旋转式刀具上游位置并连通筛网内部与机壳外部，出料口连通物料收集腔与机壳外部，轻杂质出口连通离心叶片后侧与机壳外部，重杂质出口位于离心叶片下方。 

作为进一步改进，所述的旋转式刀具包括通过轴承安装在机壳内的主轴，以及安装在主轴上的甩片式刀体，离心叶片同轴安装在旋转式刀具的 主轴上，所述的电机安装在机壳外，并通过皮带或齿轮带动主轴转动。 

所述的刀体横截面为正六边形，可相对于主轴在可垂直主轴的方向上转动，位于下游位置的刀体长度逐渐缩小，并在筛网内还安装有与旋转式刀具错位布置的定刀。 

最后，本发明还提供了一种应用于上述餐厨垃圾预处理方法的水解除油设备，包括水解罐、格栅挡板、搅拌装置、除油装置以及为水解罐加热的加热装置，其中：水解罐上部设有进料口和轻物质出料口，下部设有出料口和回流管，底端设有出渣口，内部靠近顶端处安装有滤网或溢流堰，滤网或溢流堰外侧为油水分离区；格栅挡板可转动的安装在滤网或溢流堰的下方，轻物质出料口与格栅挡板的安装位置对应；搅拌装置安装在水解罐内，除油装置与水解罐的油水分离区连通。 

作为进一步改进，所述的搅拌装置包括安装在水解罐顶部或底部的搅拌电机，以及与搅拌电机相连的搅拌桨，搅拌桨为下粗上细的圆锥体结构，搅拌桨底端桨叶呈螺旋状排列且其剖面为倒梯形。 

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点： 

1、首次将中温水解与提油整合为一体，将提油放在垃圾分选前，减少了油脂的流失； 

2、破碎分离设备将破碎、三相分离融为一体； 

3、水解除油和破碎分离两个核心设备均具有一定的破碎分离功能，组合使用效果更佳； 

4、本发明简化了餐厨垃圾的厌氧消化预处理工艺，提高了提油率，缩短了预处理流程，并可降低工程投资，提高工程收益，从而更适于推广应用。 

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。 

图1是本发明一种餐厨垃圾预处理方法的工艺流程示意图。 

图2是本发明的水解除油设备的结构示意图。 

图3是本发明的破碎分离设备的结构示意图。 

图4是本发明破碎分离设备的旋转式刀具横截面结构示意图。 

图5是本发明破碎分离设备的旋转式刀具的刀体结构示意图。 

具体实施方式

请参阅图1所示，本发明一种餐厨垃圾预处理方法，主要包括以下步骤：餐厨垃圾来料后，先经破袋机将大型包装物破碎、去除；利用水解除油设备对物料进行中温水解，通过加温，搅拌，粗破碎，分离，将物料加热的同时，将油脂提取去除，进入粗油加工工段，同时可以去除部分以塑料袋为主的轻杂质和以沙砾等为主的重杂质；最后，对产物进行处理。较佳的，在中温水解之前还包括一磁选步骤，具体为利用磁选机对物料中的金属物品进行磁选、分离和回收，以减少对后续设备的磨损。 

其中，请配合参阅图2所示，上述中温水解、去除油脂的过程在本发明专门设计的水解除油设备中完成。该设备主要包括水解罐21、格栅挡板22、搅拌装置23、除油装置24以及为水解罐21加热的加热装置25。 

水解罐21上部设有进料口211和轻物质出料口212，下部设有出料口213和回流管214，底端设有出渣口215，内部靠近顶端处安装有滤网或溢流堰26，滤网或溢流堰26外侧为油水分离区27。 

上述出料口213、回流管214和出渣口215处均可安装阀门，以控制其开启和关闭，并在出料口213处设置孔径为80mm的筛网。如图所示，还可在回流管214与出渣口215之间设置重物料储料斗216，并在重物料储料斗216与水解罐21的内腔之间也安装阀门。如采用滤网分隔油水分离区27，滤网的孔径优选为5mm。 

格栅挡板22可采用条形格栅挡板，可转动的安装在滤网或溢流堰26的下方，可通过驱动装置将其调整为水平或竖直状态，轻物质出料口212与格栅挡板22的安装位置对应。较佳的，格栅挡板22、轻物质出料口212与进料口211的水平位置自上而下依次排布。 

搅拌装置23包括安装在水解罐21顶部或底部的搅拌电机，以及与搅拌电机相连、伸入水解罐21底部进行搅拌的搅拌桨。搅拌桨优选为如图所示下粗上细的圆锥体结构，搅拌桨底端的桨叶剖面为倒梯形，该梯形桨叶呈可形成涡流的螺旋状排列，搅拌桨底部桨叶尺寸以距离出料口213的筛网20mm为宜。 

除油装置24包括除油机和亲油性收油管241，安装在水解罐21的油水分离区27侧壁，并与油水分离区27连通。 

加热装置25可采用如图所示包裹在水解罐21外的加热夹套，该加热夹套内部为空腔或盘管结构，视采热需要而定，下部设有热水进口251，上部设有热水出口252，热水进口251和热水出口252上均设有阀门。 

本发明的水解除油设备具有粗破碎、轻重杂质粗分离、中温水解、除油的功能，中温水解的温度以保持在55-60℃为宜。工作时，物料从进料口211进入水解罐21后，利用加热装置25对其进行加温，使物料在6小时内升温并保持在55-60℃。同时，通过搅拌电机带动搅拌桨对物料进行可形成涡流的搅拌，利用物料间的碰撞和水力剪切作用进行粗破碎，此时格栅挡板22处于水平状态。 

之后停止搅拌2小时后，通过回流60℃的沼液抬升液面至指定位置，油水混合物通过滤网或溢流堰26溢流至油水分离区27，并利用除油装置24将浮油提取去除。去除之后，将格栅挡板22调整为竖直状态，对物料进行缓慢搅拌，同时启动搅拌装置23对物料进行缓慢搅拌，将浮于表面的轻杂质富集于格栅挡板22后通过轻物质出料口212去除，其余重物质通过重力作用沉降至重物质储料斗216，实现初步分离。 

物料停留满12小时后出料，将出料口213打开即可。停留时间可根据外部环境及垃圾性质等比例调整为6～12小时。重物质储料斗216内收集的杂质可随后经出渣口215排放，也可以根据具体情况进行累积后排放。动作全部完成后所有部件恢复到初始状态准备下次工作。 

对产物的处理可以是利用本发明破碎分离设备对产物进行破碎分离，并进行后续发酵处理的过程。 

请参阅图3所示，本发明的破碎分离设备有破碎和轻重物质分离的功能，主要由机壳8、筛网7、旋转式刀具6、离心叶片12以及带动旋转式刀具6和离心叶片12的电机组成。 

其中，筛网7和离心叶片12安装在机壳8内，旋转式刀具安装在筛网7内，离心叶片12的前侧对应旋转式刀具的下游位置，筛网7与机壳8之间形成物料收集腔16。机壳8上设有进料口9、出料口15、轻杂质出口13和重杂质出口14。进料口9位于旋转式刀具上游位置，并连通筛网7内部与机壳8外部。出料口15连通物料收集腔16与机壳8外部，轻杂质出口13连通离心叶片12后侧与机壳8外部，重杂质出口14位于离心叶片12下方。 

进一步来说，请配合参阅图4、图5所示，本发明的旋转式刀具包括上述通过轴承5安装在机壳8内的主轴4，以及安装在主轴4上的甩片式刀体6，刀体6可相对于主轴4在可垂直主轴4的轴向上转动。刀体6优选采用 如图所示横截面为正六边形的甩片式棱柱刀体，并通过刀架3以及刀架3上设置的刀体孔串设安装在主轴4上。主轴4转动时，刀体6随之甩动，利用处于前方的120°棱角对物料进行击碎，如遇不宜击碎的物料，则刀具会停滞甚至后退以让过该物料，在达到破碎效果的同时，可以延长刀具的寿命；同时，因为刀体为正六面体，某些棱角损坏后，可改变刀体6的安装销孔61，使其它棱角调整至前方进行破碎，大幅度降低了更换刀具的成本。 

更进一步的，旋转式刀具的前半部分（上游部分）刀体长度一致，后半部分（下游部分）逐渐缩短，总体呈螺旋状分布，更利于物料的搅碎和推进。此外，还可在筛网7内安装与旋转式刀具错位布置的定刀10。 

本发明中的旋转式刀具和离心叶片12可以采用相同转速或不同转速，可同步或不同步转动，均能达到所需要的技术效果，为了进一步简化设备结构，降低造价和动力消耗，以将离心叶片12和旋转式刀具安装在同一主轴4上为最佳，此时，在机壳外布置一台电机2，并将电机2与机壳8安装在同一机架1上，即可通过皮带或齿轮带动主轴4，并进一步带刀旋转式刀具和离心叶片12转动。 

离心叶片12可采用三片式结构，通过旋转离心作用对轻重杂质进行分离。筛网7的孔径通常为10-60mm，均可实现不同程度的分离效果，以10mm为最佳，并在靠近离心叶片12处将筛网7的口径逐渐缩小，更利于物料的分离和送入离心叶片12的前侧。 

工作时，电机2通过皮带（或齿轮）带动带动主轴4转动，则安装于主轴4上的刀架3、旋转式刀具和离心叶片12会一起转动，旋转式刀具和定刀10会将从进料口9进入设备的物料进行破碎，破碎后的物料透过筛网7进入物料收集腔16后经出料口15流出；不能通过筛网7的杂质在刀具6的带动下推流至离心叶片12处进行轻重杂质的分离，轻杂质通过轻杂质出 口13排出，重杂质通过重杂质出口14排出。 

当物料在水解除油设备中达到预定时间后，将产物输送至破碎分离设备。物料进入破碎分离设备后，利用高速旋转的刀具将物料破碎，并借助形成的离心力将浆料、轻杂质和重杂质三相分离，其中浆料通过筛网经浆料出口进入厌氧消化系统，轻杂质通过轻物质出口输出，重杂质通过重物质出口输出，实现三相分离，并对轻重物质分别进行压实后进行相应处理。 

此外，如果不是采用完全厌氧发酵，对产物的处理也可以是在水解除油后不经破碎分离，而直接进行固液分离，之后对固相产物进行堆肥处理，液相产物进行发酵处理。 

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种餐厨垃圾预处理方法，其特征在于包括以下步骤：

A.餐厨垃圾来料后，先将大型包装物破碎、去除；

B.对物料进行中温水解和粗破碎，提取油脂并去除部分杂质；

C1.对产物进行细破碎及分离处理；或者

C2.直接对产物进行固液分离，之后对固相产物进行堆肥处理，液相产物进行发酵处理。

2.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾预处理方法，其特征在于所述的中温水解之前还包括一磁选步骤，对物料中的金属物品进行磁选、分离和回收。

3.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾预处理方法，其特征在于所述的中温水解的温度保持在55-60℃。

4.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾预处理方法，其特征在于所述的中温水解、提取油脂的具体过程为：

使物料在6小时内升温并保持在55-60℃，并进行可形成涡流的搅拌；

之后停止搅拌2小时后，通过回流55-60℃的沼液抬升液面，使浮油溢流并提取油脂；

提取油脂后，对剩余物料进行缓慢搅拌，将浮于表面的轻杂质富集去除，其余重物质通过重力作用沉降分离；

使物料停留至满6～12小时后出料。

5.根据权利要求1所述的一种餐厨垃圾预处理方法，其特征在于所述的分离处理是指：将浆料、轻物质和重物质三相分离，对浆料进行厌氧消化处理，轻重物质分别进行压实处理。

6.一种应用于权利要求5所述的餐厨垃圾预处理方法的破碎分离设备，其特征在于包括机壳、筛网、旋转式刀具、离心叶片以及带动旋转式刀具和离心叶片的电机，其中：

筛网和离心叶片安装在机壳内，旋转式刀具安装在筛网内，离心叶片的前侧对应旋转式刀具下游位置，筛网与机壳之间形成物料收集腔；

机壳上设有进料口、出料口、轻杂质出口和重杂质出口，进料口位于旋转式刀具上游位置并连通筛网内部与机壳外部，出料口连通物料收集腔与机壳外部，轻杂质出口连通离心叶片后侧与机壳外部，重杂质出口位于离心叶片下方。

7.根据权利要求6所述的破碎分离设备，其特征在于所述的旋转式刀具包括通过轴承安装在机壳内的主轴，以及安装在主轴上的甩片式刀体，离心叶片同轴安装在旋转式刀具的主轴上，所述的电机安装在机壳外，并通过皮带或齿轮带动主轴转动。

8.根据权利要求7所述的破碎分离设备，其特征在于所述的刀体横截面为正六边形，可相对于主轴在可垂直主轴的方向上转动，位于下游位置的刀体长度逐渐缩小，并在筛网内还安装有与旋转式刀具错位布置的定刀。

9.一种应用于权利要求1-5中任一项所述餐厨垃圾预处理方法的水解除油设备，其特征在于包括水解罐、格栅挡板、搅拌装置、除油装置以及为水解罐加热的加热装置，其中：

水解罐上部设有进料口和轻物质出料口，下部设有出料口和回流管，底端设有出渣口，内部靠近顶端处安装有滤网或溢流堰，滤网或溢流堰外侧为油水分离区；

格栅挡板可转动的安装在滤网或溢流堰的下方，轻物质出料口与格栅挡板的安装位置对应；

搅拌装置安装在水解罐内，除油装置与水解罐的油水分离区连通。

10.根据权利要求9所述的水解除油设备，其特征在于所述的搅拌装置包括安装在水解罐顶部或底部的搅拌电机，以及与搅拌电机相连的搅拌桨，搅拌桨为下粗上细的圆锥体结构，搅拌桨底端桨叶呈螺旋状排列且其剖面为倒梯形。

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