CN105057315A - 一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置及其除油水解方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置及其除油水解方法，包括罐体、设在罐体底部的排砂口和设在罐体上的排气孔，还包括设在罐体上的料浆循环喷射系统和清液循环喷射系统，料浆循环喷射系统包括设置在罐体上的出料口，出料口通过管道依次连通出料泵和自罐体顶部插入罐体内的自吸空气喷射器，清液循环喷射系统包括清液出口，清液出口通过管道依次连通进料泵和自罐体下部插入罐体内的清液喷射管，自吸空气喷射器出口和清液喷射管出口相对设置。本发明利用撞击流原理增加颗粒物与液体的冲刷，使附着夹杂在固相颗粒物中的油脂转化为漂浮油，其简化设备、充分利用水解时间，还利用水解的生物过程将固相油脂分解为漂浮油等易分离油脂。

Description

一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置及其除油水解方法

技术领域

本发明涉及有机废弃物处理和清洁能源开发领域，具体涉及一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置及其除油水解方法。

背景技术

我国餐厨垃圾的产生量与日俱增，全国年产餐厨垃圾约6000-7000万吨，催生了许多环境和食品安全问题。针对餐厨垃圾有机质含量高、水分含量高及油脂含量高的特点，对其进行资源化和能源化利用已成为一种发展趋势。其中，分离提取餐厨垃圾中的油脂用于制备生物柴油或油脂化工品，同时利用餐厨垃圾进行厌氧发酵制备沼气的方法得到越来越多的应用。由于油脂产品的附加值较高，并且油脂的存在会抑制餐厨垃圾厌氧发酵，大大降低产气效率，油脂的存在还会黏附在器壁上易造成管路堵塞。因此，餐厨垃圾在进行资源化利用时，油脂分离技术显得非常重要。

餐厨垃圾料浆中的油脂以漂浮油、分散油、乳化油、溶解油、固相内部油脂等5种形式存在。其中，漂浮油粒径较大，静置后能够较快上浮，以连续油膜的形式漂浮于水面；分散油以小油滴形状悬浮在液相中，该类油脂静置一段时间后就会聚集成较大的油珠上浮到水面；乳化油在液相中呈现乳浊状，相对上述两种油脂分离较为困难；溶解油以分子状态或化学状态分散于水相中形成中性油滴，粒径在几个纳米以下，油和水形成非常稳定的均相体系，用一般的物理方法很难去除；固相内部油脂多以固态形式与餐厨垃圾固相颗粒紧密结合，很难直接分离。餐厨垃圾中的油脂主要以固相内部油脂和漂浮油的方式存在，其他三种存在方式较少，其中固相内部油占总油脂含量的80％以上，漂浮油占10％-15％，其余方式的油脂不足5％。除此以外，由于餐厨垃圾料浆中固体含量达到10％～15％，漂浮油、分散油等较容易去除的油脂会吸附、夹杂在固体物质中，降低这些油脂的分离性能。由此看见，餐厨垃圾油脂分离的关键在于将固相内部油脂和固相间吸附、夹杂的油脂释放进入液相，降低油脂分离难度。

目前，对于固相油脂主要有湿热处理法，对于漂浮油和分散油则有微气浮法和粗粒化法。然而，湿热处理方法需要将餐厨垃圾加热到150℃左右的高温，工艺能耗较高；粗粒化法不仅需要粗粒化填料，增加设备成本，还需要控制严格的工艺条件以保证油脂回收效率；微气浮法虽然有不错的效果，但由于餐厨垃圾料浆中固相物质较多，易造成微气泡发生器的堵塞。与此同时，餐厨垃圾属于易腐有机废弃物，在厌氧发酵时通常需要预先水解，水解过程有助于油脂的释放。因此，将油脂分离与水解步骤结合在一起不仅能够减少设备、降低能耗，还有助于油脂的分离。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置及其除油水解方法。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，包括罐体、设在所述罐体底部的排砂口和设在所述罐体上的排气孔，还包括设在所述罐体上的料浆循环喷射系统和清液循环喷射系统，所述料浆循环喷射系统包括设置在所述罐体上的出料口，所述出料口通过管道依次连通出料泵和自所述罐体顶部插入罐体内的自吸空气喷射器，所述清液循环喷射系统包括清液出口，所述清液出口通过管道依次连通进料泵和自所述罐体下部插入罐体内的清液喷射管，所述自吸空气喷射器的出口和所述清液喷射管的出口相对设置。料浆循环喷射系统和清液循环喷射系统的相对设置，在本发明中利用撞击流原理增加颗粒物与液体的冲刷，使附着夹杂在固相颗粒物中的油脂转化为漂浮油。同时在料浆循环喷射系统中使用自吸空气喷射器，可在喷射过程中引入空气，在撞击区形成气泡，对油脂起到微气浮的作用，使分散油更快聚集在液面。

优选地，所述罐体内部设置有挡流板。在罐体内设置具有挡流板不仅有利于固相颗粒物的沉淀，还能够在挡流板下方形成独立区域，在蒸汽加热时，只需使独立区域内的温度达到要求即可溶出固相油脂，无需使全罐料浆达到相同温度，从而降低加热能耗。

进一步的，所述挡流板环状设置于所述罐体内部，所述挡流板为锥形台，所述挡流板位于所述自吸空气喷射器出口下方和所述清液喷射管出口上方，所述挡流板下侧设置有特富龙涂层。挡流板下方为向上斜面，有利于油脂上浮、并阻止固体颗粒上浮，挡流板上方为向下斜面，有利于上方固体颗粒回到挡流板下方区域。

优选地，所述罐体顶部为锥形。罐体顶部设计为锥形可以缩小液面面积，从而增加油脂厚度，有利于油脂的溢流。

优选地，所述自吸空气喷射器和所述清液喷射管均设置在罐体中轴线上，所述自吸空气喷射器的出口直径和所述清液喷射管的出口直径相等。

进一步的，所述自吸空气喷射器的出口和所述清液喷射管的出口间距为所述自吸空气喷射器的出口直径的2～8倍。

优选地，所述罐体顶部还设置有蒸汽喷射系统，所述蒸汽喷射系统包括蒸汽喷射套管和设置于所述罐体外部的温度传感器，所述蒸汽喷射套管以套管形式设置于所述自吸空气喷射器外部。

优选地，所述罐体顶部还设置有排油系统，所述排油系统包括位于罐体顶部的排油口、排油阀和略高于排油口上方的用于控制进料泵的液位计。

一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解方法，通过如下步骤实现：

(1)经除杂破碎后的餐厨垃圾通过进料泵进入罐体内，控制进料高度至排油口上方合适位置；

(2)使用蒸汽喷射套管对料浆加热，当温度传感器达到设置温度后，控制蒸汽喷射套管关闭，当温度传感器温度低于设置温度时，重新开启蒸汽喷射套管直至温度达到设置值；

(3)第一次加热结束0.5～1小时后，开启浓浆循环喷射系统和清液循环喷射系统，使上部清液与下部浓浆进行撞击，并持续10～20分钟，随后，每间隔2～4小时开启一次料浆循环喷射系统和清液循环喷射系统；

(3)最后一次撞击结束后，静置1～2小时，开启排油阀，使漂浮油脂自流至存储设备；

(4)油脂排净后，用出料泵将料浆送至厌氧发酵系统；

(5)开启排砂口排除固体杂质。

优选地，所述浓浆循环喷射系统和所述清液循环喷射系统的喷射流量比为1:1～1:4。

本发明的有益效果在于：

1)利用撞击流原理增加颗粒物与液体的冲刷，使附着夹杂在固相颗粒物中的油脂转化为漂浮油；

2)在料浆循环喷射系统中使用自吸空气喷射器，可在喷射过程中引入空气，在撞击区形成气泡，对油脂起到微气浮的作用，使分散油更快聚集在液面；

3)在罐内设置具有疏油涂层的挡流板不仅有利于固相颗粒物的沉淀，还能够在挡流板下方形成独立区域，在蒸汽加热时，只需使独立区域内的温度达到要求即可溶出固相油脂，无需使全罐料浆达到相同温度，从而降低加热能耗；

4)由于餐厨垃圾的预水解停留时间通常为16～24小时，因此，将油脂分离过程与预水解过程结合，不仅简化了设备，充分利用了水解时间，还能够利用水解的生物过程将固相油脂分解为漂浮油、分散油等易分离油脂。

附图说明

图1是本发明一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置正面剖视图；

其中：1、罐体；2、排油口；3、液位计；4、自吸空气喷射器；5、排气孔；6、进料泵；7、蒸汽喷射套管；8、挡流板；9、清液喷射管；10、温度传感器；11、出料泵；12、排砂口；13、排油阀；14、料管；15、清液循环阀；16、进料阀；17、浓浆循环阀；18、出料阀。

具体实施方式

以下是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，包括罐体1、设在罐体1内部的挡流板8、设在罐体1外围的保温层、设在罐体1底部的进料口、出料口、排砂口12、温度传感器10、设在罐体1顶部的排气孔5和排油系统，还包括设置在罐体1上的料浆循环喷射系统、清液循环喷射系统和蒸汽喷射系统。

罐体1的形状可以选择为圆柱形、方形或者本领域技术人员可以想到的形状，在本实施例中优选罐体为圆柱形，圆柱形罐体顶部和底部均为锥形，顶部锥形坡度为25°～30°，底部锥形坡度为10°～15°。罐体底部设计为锥形有利于石头、玻璃等重杂质的沉淀，罐体顶部设计为锥形可以缩小液面面积，从而增加油脂厚度，有利于油脂的溢流。

挡流板8一体成型，其环状设置于罐体内部，挡流板8位于自吸空气喷射器4出口下方和清液喷射管9出口上方，挡流板8为锥形台，开口较大的一端与罐体1内壁无缝焊接，挡流板8宽度为罐体半径的1/3～1/2，本实施例中挡流板8下方为向上斜面，有利于油脂上浮、并阻止固体颗粒上浮，挡流板上方为向下斜面，有利于上方固体颗粒回到挡流板下方区域。

挡流板下侧表面喷涂设置有特富龙涂层，特富龙涂层为疏油涂层，在罐体内设置具有疏油涂层的挡流板不仅有利于固相颗粒物的沉淀，还能够在挡流板下方形成独立区域，在蒸汽加热时，只需使独立区域内的温度达到要求即可溶出固相油脂，无需使全罐料浆达到相同温度，从而降低加热能耗。

特富龙涂层，其为聚四氟乙烯Polytetrafluoroethene，英文缩写为PTFE，俗称“塑料王”，商标名在中国，由于发音的缘故，“Teflon”这一商标又被称之为特氟龙、铁氟龙、铁富龙、特富龙、特氟隆等等，皆为Teflon的音译。

这种材料的产品一般统称作“不粘涂层”，是一种使用了氟取代聚乙烯中所有氢原子的人工合成高分子材料。这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温和不粘性的特点，它的摩擦系数极低，一种表面能最小的固体材料。

排油系统包括位于罐体锥顶1/2处的排油口2、略高于排油口2上方的液位计3和排油阀13，液位计用于控制进料泵。在此实施例中，液位计优选为位于排油口2上方10厘米处。料浆循环喷射系统包括设置在罐体上的出料口，出料口通过管道依次连通出料泵11和自罐体顶部插入罐体内的自吸空气喷射器4，清液循环喷射系统包括清液出口，清液出口通过管道依次连通进料泵6和自罐体下部插入罐体内的清液喷射管9。

料浆循环喷射系统包括设置在罐体1上的出料口，出料口通过料管14依次连通出料泵11和自罐体顶部插入罐体内的自吸空气喷射器4；清液循环喷射系统包括位于罐体上的清液出口，清液出口通过料管14依次连通进料泵6和自罐体下部插入罐体内的清液喷射管9；自吸空气喷射器4和清液喷射管9出口相对，均位于罐体中轴线上，且间距为自吸空气喷射器4或清液喷射管9出口直径的2～8倍；自吸空气喷射器4出口位于挡流板8上方、清液喷射管9出口位于挡流板8下方。

蒸汽喷射系统包括温度传感器10和蒸汽喷射套管7，温度传感器10设置于挡流板8下方，蒸汽喷射套管7以套管形式安装在自吸空气喷射器4外部，启闭由温度传感器10控制。

本发明提出的餐厨垃圾除油水解方法的具体步骤是：

开启进料阀16、关闭清液循环阀15，经除杂破碎后的餐厨垃圾通过进料泵6进入罐体1内，通过液位计3控制进料高度至排油口2上方合适位置，即为排油口上方排气孔下方，在本实施例中优选通过液位计控制进料高度至排油口2上方10cm处。进料结束后，关闭进料阀16、开启清液循环阀15。蒸汽通过蒸汽喷射套管7对料浆进行加热蒸煮，当温度传感器10达到75℃后，停止通入蒸汽，当温度传感器10温度低于70℃时，重新通入蒸汽，保持测温区域温度>70℃，通过蒸煮过程将固相油脂释放至液相中。

首次加热结束后，静置0.5～1小时，此时，装置上半部为清液，下半部为浓浆。保持出料阀18关闭、浓浆循环阀17打开。开启进料泵6和出料泵11，控制二者流量比为1:1～1:4，使上部清液与下部浓浆分别通过清液喷射管9和自吸空气喷射器4喷射在撞击区进行碰撞，并持续20分钟。通过清液与颗粒物的高速撞击，将夹杂附着在颗粒物上的油脂冲刷下来，与此同时，浓浆通过自吸空气喷射器时，可自动吸入空气，喷射撞击后形成微气泡，将油脂带至液面，上述撞击过程每间隔3小时进行一次，共进行6次。

最后一次撞击过程结束后，静置2小时，开启排油出口阀门，使漂浮油脂自流至存储设备。油脂排净后，开启出料阀、关闭浓浆循环阀。开启出料泵将料浆送至厌氧发酵系统。送料结束后，开启排砂口排除砂石等固体杂质，排砂结束后关闭排砂口。

餐厨垃圾在罐体中总停留时间控制在16～24小时，将油脂分离过程与预水解过程结合，不仅简化了设备，充分利用了水解时间，还能够利用水解的生物过程将固相油脂分解为漂浮油、分散油等易分离油脂。

综上所述，本发明利用撞击流原理增加颗粒物与液体的冲刷，使附着夹杂在固相颗粒物中的油脂转化为漂浮油，本发明将油脂分离过程与预水解过程结合，不仅简化了设备，充分利用了水解时间，还能够利用水解的生物过程将固相油脂分解为漂浮油、分散油等易分离油脂。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，包括罐体、设在所述罐体底部的排砂口和设在所述罐体上的排气孔，其特征在于，还包括设在所述罐体上的料浆循环喷射系统和清液循环喷射系统，所述料浆循环喷射系统包括设置在所述罐体上的出料口，所述出料口通过管道依次连通出料泵和自所述罐体顶部插入罐体内的自吸空气喷射器，所述清液循环喷射系统包括清液出口，所述清液出口通过管道依次连通进料泵和自所述罐体下部插入罐体内的清液喷射管，所述自吸空气喷射器的出口和所述清液喷射管的出口相对设置。

2.根据权利要求1所述的基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，其特征在于：所述罐体内部设置有挡流板。

3.根据权利要求2所述的基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，其特征在于：所述挡流板环状设置于所述罐体内部，所述挡流板为锥形台，所述挡流板位于所述自吸空气喷射器出口下方和所述清液喷射管出口上方，所述挡流板下侧设置有特富龙涂层。

4.根据权利要求1所述的基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，其特征在于：所述罐体顶部为锥形。

5.根据权利要求1所述的基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，其特征在于：所述自吸空气喷射器和所述清液喷射管均设置在所述罐体中轴线上，所述自吸空气喷射器的出口直径和所述清液喷射管的出口直径相等。

6.根据权利要求1或5所述的基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，其特征在于：所述自吸空气喷射器的出口与所述清液喷射管的出口间距为所述自吸空气喷射器的出口直径的2～8倍。

7.根据权利要求1所述的基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，其特征在于：所述罐体顶部还设置有蒸汽喷射系统，所述蒸汽喷射系统包括蒸汽喷射套管和设置于所述罐体外部的温度传感器，所述蒸汽喷射套管以套管形式设置于所述自吸空气喷射器外部。

8.根据权利要求1所述的基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解装置，其特征在于：所述罐体顶部还设置有排油系统，所述排油系统包括位于罐体顶部的排油口、排油阀和略高于所述排油口上方的用于控制所述进料泵的液位计。

9.一种使用权利要求1所述除油水解装置的餐厨垃圾除油水解方法，其特征在于，通过如下步骤实现：

(1)经除杂破碎后的餐厨垃圾通过进料泵进入罐体内，控制进料高度至排油口上方合适位置；

(2)使用蒸汽喷射套管对料浆加热，当温度传感器达到设置温度后，控制蒸汽喷射套管关闭，当温度传感器温度低于设置温度时，重新开启蒸汽喷射套管直至温度达到设置值；

(3)第一次加热结束0.5～1小时后，开启浓浆循环喷射系统和清液循环喷射系统，使上部清液与下部浓浆进行撞击，并持续10～20分钟，每间隔2～4小时开启一次料浆循环喷射系统和清液循环喷射系统；

(3)最后一次撞击结束后，静置1～2小时，开启排油阀，使漂浮油脂自流至存储设备；

(4)油脂排净后，用出料泵将料浆送至厌氧发酵系统；

(5)开启排砂口排除固体杂质。

10.根据权利要求9所述的基于撞击流原理的餐厨垃圾除油水解方法，其特征在于：所述浓浆循环喷射系统和所述清液循环喷射系统的喷射流量比为1:1～1:4。