小型餐厨垃圾处理设备的设计

罗文苑　刘　鹏　徐　超

（广船国际环保产业部（筹））

小型餐厨垃圾处理设备的设计

罗文苑刘鹏徐超

（广船国际环保产业部（筹））

针对国内餐厨垃圾的特点，餐厨垃圾处理的工艺流程，设计小型餐厨垃圾处理设备，并通过制造样机来论证设备的可靠性、安全性、实用性。

餐厨垃圾 工艺流程 处理设备

0　前言

餐厨垃圾是食物垃圾中最主要的一种，包括家庭、学校、食堂及餐饮行业等产生的食物加工下脚料、厨余垃圾和食用残余泔脚，其成分复杂，是油、水、果皮、蔬菜、米面，鱼、肉、骨头以及废餐具、塑料、纸巾等多种物质的混合物。厨余垃圾中糖类含量高，而泔脚则以蛋白质、淀粉和动物脂肪等为主，且盐分、油脂含量高，运输和保存比较困难。鉴于餐厨垃圾有机质含量高，在适宜的温度和湿度条件下，极易腐败变质的特点，餐厨垃圾处理设备正向小型化、集成化、自动化及原位处理方向发展，适合家庭或者小规模单位处理日常有机垃圾使用的小型化设备是今后研究的重点和目标。

1　餐厨垃圾处理工艺

根据餐厨垃圾的特点成分，垃圾处理的主要工艺流程如下：

餐厨垃圾→ 油水分离→破碎→固液分离。

⑴ 油水分离：国内的餐厨垃圾油脂含量大，直接处理的话会影响后期的生物转化处理和堆肥发酵处理的效果及效率，其次，餐厨垃圾的中油脂回收后经过处理，可以转化为生物柴油，有很高的经济价值。

⑵ 破碎：餐厨垃圾中的大块物质会影响其处理效率和效果，延长餐厨垃圾的处理时间，为了提高餐厨垃圾的后期生物转化或微生物处理效果和效率，需要先将餐厨垃圾进行细化破碎。

⑶ 固液分离：餐厨垃圾中的水分含量占垃圾总量的65%以上，在如此大的湿度下，不利于运输和储存，且对后期的生物转化或微生物处理都会有影响，为了减少能源的消耗，降低处理成本，首先要对餐厨垃圾进行固液分离。

2　餐厨垃圾处理设备的系统设计

该设备通过油水分离、物理研磨、螺杆挤压的方式将餐厨垃圾进行破碎脱渣、脱水的减量化处理。其工作流程见图1。设备为一体框架式的结构，其基本结构见图2，主要由主体框架、工作台面、油水分离装置、破碎装置、固液分离装置、清洗装置、水循环及过滤装置、自动控制系统等组成。

图1　工作流程图

图2　设备结构图

2.1破碎装置

餐厨垃圾处理设备的破碎装置位于入料口下方，破碎机使用的破碎设备，采用物理研磨方式实现粉碎，其破碎设备具有以下特点：

◆ 固定及旋转研磨器采用镍铬合金锻造成型，镍铬合金中采用的镍铬成分为57%，与一般304不锈钢含镍铬成分为27%相比较具有更高的切割强度和耐腐蚀性，使用寿命长。

◆感应马达转数为1725转/分钟，经数十年的使用验证，这个转速能够处理宽范围的破碎工作：可破碎硬度高的物料，可破碎动植物纤维组织的材料，可破碎水分含量高的物料，可破碎粘性强的物料。感应马达可正反转，提高固定及旋转研磨器的使用寿命。内置热过载保护器，防止因过热导致的马达损坏。

◆破碎机使用了三层密封确保设备密封性能，第二层的弹簧油封更提供了双重保护，防止马达进水和漏电油。

◆研磨腔上端连接处使用特制橡胶垫圈以降噪减震，使用双圆锥滚子轴承能有效防震。

2.2固液分离装置

固液分离装置的滤网、机身采用优质304不锈钢制造而成，螺杆采用进口的尼龙材料，具有很好的耐腐耐磨等特点，是其他同类产品使用寿命2-3倍。采用立式螺杆挤压方法，使渣水混合物在进料和螺杆挤压作用下将水分滤出，使固体垃圾减量达到80%。同时根据调整螺杆的压缩比，固体颗粒物的含水率可以低至60%。

固液分离机具有以下特点：

◆连续生产，处理能力大。

◆脱水效果好，固体垃圾含水率较低。

◆低能耗，低成本运行。

◆结构设计先进，适用范围广。

◆可以根据需要调节出料含水率，可保长期稳定运行。

◆全自动运行，操作维护简便。

2.3油水分离机

油水分离装置位于滤网正下方，采用波纹板聚结油水分离方式，选用表面具有亲油疏水性质的新型波纹板材，当含油废水通过聚结板堆时，一方面由于板材料亲油而不粘油，不仅有利于细微油珠的聚结增大，而且水可依靠重力下滑，板堆间隙不易堵塞，无需经常反洗。另一方面，由于波纹板的特殊结构使其具有比平板大得多的聚结表面积，并提供了流体在上面来回流动的曲折通道，使分散油珠产生最大程度的聚结。

油水分离的特点：

◆采用纯物理分离技术，不添加任何药剂，无化学污染，能耗低。

◆对乳化的油能起到快速分离作用，加快处理速度，含油废水处理量4t/h。

◆油水分离机底层设置有储油箱,配有液位计。

◆污水中的动植物油脂、石油类、SS等杂物去除率可达到95%以上。

2.4水循环及过滤系统

水循环及过滤系统，结构见图3，采用水箱分层设计，有效阻隔颗粒物进入过滤器；当水箱里的水到达浮球的限定开关时，水泵开始工作，将过滤后的水重新进入破碎腔，同时自来水阀自动关闭，当水箱里的水到达浮球的下限时，自来水水阀重新开启，使水泵不会空转，水箱配有溢水口，防止水回流至固液分离机和油水分离机，防止二次污染的同时，通过水的循环利用，做到节省用水。

图3　水循环及过滤系统

2.5清洗装置

清洗装置位于破碎腔入口及固液分离装置中。主要包括水管及水阀，用于对入料口、破碎腔和固液分离滤网进行清洗。由于餐厨垃圾易腐烂易变质，每次处理完后，采用喷淋的方式对设备进行清洗。

2.6自动控制系统

自动控制部分用于实现对处理设备的开启、关闭，通过程序控制实现对垃圾的破碎、油水分离、固液分离、出料、清洗等功能，并对工作情况进行操作和控制。设备由可编程控制器对系统进行控制，其电源、CPU、输入输出一体化，可搭配丰富的扩展模块，性能可靠，在工业控制中已广泛使用，且此可编程控制器编程简单，可降低维护人员的工作难度。图4为部分电控原理图

图4　电气控制图

3　结束语

该设备是集自动化、小型化、低能耗等功能于一体，是餐厨垃圾处理设备未来的发展趋势。餐厨垃圾经过处理后，脱去餐厨垃圾中的大部分油分、水分和盐分，保留餐厨垃圾中的养分，减少垃圾固体部分造成的土壤盐碱化，垃圾就地减量非常明显，大大降低了运输成本；经过油水分离机可以回收餐厨垃圾95%的油脂，显著提高堆肥、生物降解的效率。水循环系统使油水分离溢出的水通过水箱沉淀过滤重新进入破碎腔，处理过程中水能循环使用，达到节水功能，使设备处理用水量＜0.6m3/h。因此对环境保护、垃圾资源化、城市生活环境都有很大的积极作用。

设备已经成功试制并参加了2015年8月份在广州举行的环保装备展，展会上受到各方的广泛关注与好评，设备样机见图5。设备推出市场后，希望能为公司进入环保领域起到一定推动作用。

图5　餐厨垃圾处理机

[1]刘玉德，绳以健，石文天，蓝俞静，刘洋. 餐厨垃圾处理设备研究[J]. 北京工商大学学报，2011，第29卷第6期.

[2] 孙毅．《三菱FX/Q系列PLC应用技术》．人民邮电社出版社，2006年．

10.3969/j.issn.2095-4506.2016.03.004

罗文苑（1983--），女，助理工程师，机电一体化。刘 鹏（1982--），男，工程师，环保工程。徐 超（1979--），男，工程师，环保工程。

（2016-3-30）