CN103480629B - 一种餐厨垃圾固相微波湿热脱油的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于餐厨垃圾资源化预处理领域，具体涉及一种餐厨垃圾固相微波湿热脱油的方法。将一定粒径的经初步固液分离的餐厨垃圾固相加入微波湿热反应釜中并，加入一定量去离子水；密闭反应釜，设定特定的微波加热功率，加热使得反应釜升温至设定温度并恒温一定时间；冷却反应釜，离心分离收集固相产物。本发明可通过对温度、时间和微波功率的调节，实现对固相脱油效率的有效调控，该方法为餐厨垃圾固相的脱油处理提供了新的途径。

Description

一种餐厨垃圾固相微波湿热脱油的方法

技术领域

本发明属于餐厨垃圾资源化预处理领域，具体涉及一种餐厨垃圾固相微波湿热脱油的方法。

背景技术

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，城市生活垃圾产生量日益增大，尤其以餐厨垃圾增长最为迅猛。餐厨垃圾有机质含量高，极易腐烂，如果处置不当会对环境造成极大污染。但另一方面，餐厨垃圾营养丰富的特点也使其成为一种很好的资源化原料，如果加以合理利用，将创造巨大的资源化利用价值。

油脂是餐厨垃圾中含量比较高的物质，约占餐厨垃圾干物质的20%~30%。在餐厨垃圾资源化利用的过程中，油脂的存在对餐厨垃圾制作肥料等资源化产品的品质造成不利影响，如油脂发酵极易产生黄曲霉素等致癌物质。另一方面，油脂经过加工提炼可用作多种化工产品的原料，可以成为企业生产中所用的化学原料替代品，降低企业的生产成本。用作碳源可制备各种生物表面活性剂，如生物破乳剂、鼠李糖脂等。利用废油脂生产的脂肪酸甲酯（俗称生物柴油）是清洁可再生能源，其作为一种新型的液体燃料是优质的石油柴油代用品。由此可见，餐厨垃圾固相油脂的去除以及提纯，对餐厨垃圾中油脂以及其他物质的资源化利用均有重要的意义。

微波是频率约在300 MHz-300GHz的一种高频电磁波。常用的微波频率为2450 MHz。传统加热方式是根据热传导、对流和辐射原理使热量从外部传至物料，热量总是由表及里传递进行加热物料，物料中不可避免地存在温度梯度，故加热的物料不均匀，致使物料出现局部过热。微波加热技术与传统加热方式不同，它是通过被加热体内部极性分子高频往复运动，产生“内摩擦热”而使被加热物料温度升高，不须任何热传导过程，就能使物料内外部同时加热、同时升温，加热速度快且均匀，仅需传统加热方式的能耗的几分之一或几十分之一就可达到加热目的。相对于传统加热，微波加热具有加热速度快、加热均匀、节能高效、易于控制、选择性加热、安全无害等优点。

同时微波还具有破乳功能。微波辐射条件下形成高频变化的电磁场，使极性分子高速旋转，破坏油水界面膜的Zeta电位；当水(油)分子失去Zeta电位的作用后，自由上下运动，碰撞聚结，使得油水分离。同时，由于水分子吸收微波的能力比界面膜的油分子吸收能力强，则内相水滴吸收更多的能量而膨胀，使界面膜受内压变薄。另一方面，界面膜中的油由于受热而溶解度增高，使得界面膜的机械强度变低而更容易破裂。

除此之外，微波形成的磁场还使非极性的油分子磁化，形成与油分子轴线成一定角度的涡旋电场，该电场能减弱分子间的引力，降低油的粘度，从而增大油水的密度差。这些作用都使得油水分子能有效地碰撞聚结。水滴聚结到一定程度在重力作用下沉降到底层，实现油与水的分离。

湿热法处理工艺即将餐厨垃圾加水后置于密闭容器内加热，利用水作为导热介质、反应介质和溶剂，通过控制温度、加水量和时间等反应条件，使餐厨垃圾在一定的压力和温度作用下发生一系列物理化学反应。湿热技术可以改变垃圾营养结构和物理加工性能，对餐厨垃圾资源化非常有利。而将微波技术运用于餐厨垃圾湿热处理的过程中，能解决传统加热时间长、速率低、加热不均匀等问题，有效地促进固相油脂浸出的速率，提高废弃油脂的提纯回收率，对后续餐厨垃圾的资源化利用有重要的意义。目前现在没有专门用微波辅助湿热技术促使餐厨垃圾固相脱油的方法。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高效率、低能耗、同时具有破乳功效的餐厨垃圾固相脱油方法。

本发明提出的一种餐厨垃圾固相微波湿热脱油的方法，具体步骤如下：

将经初步固液分离的餐厨垃圾加入微波湿热反应釜中，并加入去离子水；密闭微波湿热反应釜，设定微波辐射功率为300～1500KW，加热使得微波湿热反应釜升温至100～180oC，并恒温20～100min，冷却微波湿热反应釜，经离心分离后收集固相产物。

本发明中，以初步固液分离的8~20目餐厨垃圾固相为原料，原料含油率为18~30%；加入去离子水作为介质，餐厨垃圾固相原料和溶剂去离子水的固液质量比为1:30～1:50，溶剂的加入量为微波湿热反应釜体积的30～70%。

本发明的有益效果在于：

1.本发明利用微波作为加热热源，在含水条件下对餐厨垃圾固相进行加热脱油，突破了以往以传统加热方式进行加热脱油的方法，为餐厨垃圾固相脱油提供了一条新的途径。

2. 本发明使餐厨垃圾的固相脱油效率较高，最高可达80~85%，克服了传统的餐厨垃圾脱油方式对于餐厨垃圾固相油脂很难去除的缺点。

3. 本发明采用微波加热，比传统加热方式迅速，可以在很短的时间达到设定温度，实验证明比电加热的时间缩短1倍左右，比盐浴加热时间缩短2倍左右；加热时间短，因此能耗低，实验证明能耗只是传统加热方式的几分之一。

4.本发明采用微波作为加热方式进行湿热脱油，餐厨垃圾固相油脂高效浸出的同时，由于微波的作用同时具有破乳功效，对浸出到液相的形成的乳化油同时具有破乳功效，这样更有利于浸出油脂的油水分离。

5.本发明采用微波作为加热方式进行湿热反应，餐厨垃圾固相油脂高效浸出的同时，由于微波的协同作用，使餐厨垃圾固相物质发生一系列变化，使得处理后的餐厨垃圾固相物质更加稳定，更利于后续资源化利用。

6.本发明产出的餐厨垃圾废油脂品质优，可作为生产洗涤剂、脂肪酸、混凝土制品脱模剂、生物柴油等化工和能源产品的原料，也可作为制备生物表面活性剂、单细胞蛋白等生物产品的有机碳源，具有广阔的发展前景和应用空间。

7.本发明处理后的餐厨垃圾固相物质性质更加稳定，不易腐化变质产生黄曲霉素类致癌物质，为后续饲料化或肥料化的资源化利用提供更优质的原料来源。

具体实施方式

下面通过实施实例进一步描述本发明。

实施例1

将经过预处理，粒径为8目、含油率为18.2% 的餐厨垃圾样品加入微波湿热反应釜中，同时加入300mL去离子水混匀，密闭反应釜搅拌，设定特定微波辐射功率为100W，加热使得反应釜升温至80oC并保持10min，冷却微波湿热反应釜，经离心分离后的固相产物，同时收集液相油脂，油脂脱除率可达60.3%。

实施例2

将经过预处理，粒径为10目、含油率为18.2% 的餐厨垃圾样品加入微波湿热反应釜中，同时加入300mL去离子水混匀，密闭微波湿热反应釜搅拌，设定特定微波辐射功率为800W，加热使得反应釜升温至80oC并保持60min，冷却微波湿热反应釜，经离心分离后的固相产物，同时收集液相油脂，油脂脱除率可达65.2%。

实施例3

将经过预处理，粒径为20目、含油率为29.5% 的餐厨垃圾样品加入微波湿热反应釜中，同时加入300mL去离子水混匀，密闭微波湿热反应釜搅拌，设定特定微波辐射功率为2000W，加热使得反应釜升温至80oC并保持120min，冷却微波湿热反应釜，经离心分离后的固相产物，同时收集液相油脂，油脂脱除率可达70.2%。

实施例4

将经过预处理，粒径为10目、含油率为22.3% 的餐厨垃圾样品加入微波湿热反应釜中，同时加入300mL去离子水混匀，密闭微波湿热反应釜搅拌，设定特定微波辐射功率为100W；加热使得微波湿热反应釜升温至100oC并保持10min，取出部分液相物质，测定Zeta电位为52.5mV，继续加热至100min，取出部分液相物质测定Zeta电位为47.8mV。可见微波作用使得液相Zeta电位降低，微波起到破乳作用。

实施例5

将经过预处理，粒径为10目、含油率为22.3% 的餐厨垃圾样品加入微波湿热反应釜中，同时加入300mL去离子水混匀，密闭微波湿热反应釜搅拌，设定特定微波辐射功率为2000W；加热使得微波湿热反应釜升温至100oC并保持10min，取出部分液相物质，测定Zeta电位为45.8mV，继续加热至120min，取出部分液相物质测定Zeta电位为32.6mV。可见微波作用使得液相Zeta电位降低，微波起到破乳作用。

Claims (1)

1.一种餐厨垃圾固相微波湿热脱油的方法，其特征在于具体步骤如下：

将经初步固液分离的餐厨垃圾加入微波湿热反应釜中，并加入去离子水；密闭微波湿热反应釜，设定微波辐射功率为100～2000W，加热使得微波湿热反应釜升温至80～180oC，并恒温10～120min，冷却微波湿热反应釜，经离心分离后收集固相产物；其中：

以初步固液分离的8~20目餐厨垃圾固相为原料，原料含油率为18~30%；加入去离子水作为介质，餐厨垃圾固相原料和溶剂去离子水的固液质量比为1:30～1:50，溶剂去离子水的加入量为微波湿热反应釜体积的30～70%。