餐厨垃圾两级分选工艺优化试验研究

张力 郑云锋 李科 朱雅萍 吴元 屈阳

（维尔利环保科技集团股份有限公司，江苏常州 213125）

1 引言

餐厨垃圾泛指宾馆、饭店、餐馆以及机关部门产生的湿垃圾，主要由蔬菜、肉类、食品调和物以及少量杂物组成，富含糖类、蛋白质等有机营养物质，有机质占比高达80%～93%，同时富含油脂，具有较高的资源化利用价值［1-4］。随着社会经济的不断发展，餐厨垃圾产生量逐渐增大，我国也陆续开始出台针对餐厨垃圾处理的指导性政策，工程上主要为“预处理＋终端利用”的模式，终端利用有厌氧堆肥、好氧堆肥、生态饲料等［5-8］。

国内餐厨垃圾预处理的主流工艺为分选挤压工艺［9］，在分选机高转速下，可以将餐厨垃圾中的有机质和杂物进行有效分离，但部分杂物同时被破碎成较小粒径进入浆料中，带来了有机质、油脂损失率高等问题。两级分选是在分选机前添加大物质分选机，大物质分选机具有独特的刀头形式以及较低的转速，在该剪切力下大块惰性杂物不会被打碎，但足以打散原始餐厨垃圾，可承担绝大部分的除杂工作［10-11］；精分选更多的是承担打浆的功能。目前关于两级分选的优化研究较少［12］，本研究以某自主研发的两级分选设备为对象进行优化改进，进一步降低餐厨垃圾中有机质和油脂损失率。

2 材料与研究方法

2.1 试验设备与材料

试验依托于常州某餐厨垃圾处理厂，其餐厨垃圾原料性质见表1。

表1 餐厨垃圾原料基础性质 %

试验设备采用常州金源机械设备有限公司提供的大物质分选机（WSDA20）和精分选机（结构如图1所示）、程序箱式电炉（SXL-1008，4 kW，300～1 000 ℃，上海精宏仪器）、电热恒温鼓风干燥箱（DHG—9246，10～300 ℃，上海精宏仪器）。

图1 设备结构

2.2 研究方法

本研究分为两部分：第一部分为大物质分选机的参数优化，研究调整设备主轴的转速（44，78，95，136 r/min）以及筛网孔径（5，4，3 cm）对分选料的物理组分和理化性质的影响；第二部分为精分选的工艺改进，研究精分选机加装喷淋装置对餐厨垃圾处理效果的影响。

3 结果与讨论

3.1 不同转速对大物质分选处理效果的影响

图2 为不同转速下大物质分选机分选料（筛上物）的占比（筛网孔径为3 cm），分选料的占比与转速呈正比关系，在低转速下，餐厨垃圾来不及破碎就被排出，导致分选料（筛上物）占比较高，高达4.78%；而随着转速的提高，对餐厨垃圾的剪切力越来越强，大部分有机质破碎后透过筛网进入到后续精分选中。转速136 r/min 时分选料占比为3.32%。

图2 不同转速下大物质分选机分选料的占比

图3 为不同转速下大物质分选料的物理组分，大物质分选料主要包括有机质（剩余物）、骨头、塑料以及其他杂物。

图3 大物质分选料物理组分（95 r/min）

随着转速的加大，有机质含量逐渐降低，表明转速提高有利于降低分选过程的有机质损失，同时可以从图4 中发现转速在95，136 r/min 时，有机质占比差距较小（32.12%，31.24%），表明转速在95 r/min 时已经可以对餐厨垃圾中的有机质进行有效的破碎。

图4 不同转速下大物质分选料的物理组分

分选料占比与分选料中有机质占比的乘积表征大物质分选过程中的有机质损失率，综合图2、图4，转速为95，136 r/min 时的有机质损失率为1.09%，1.03%。对大物质分选后的浆料进行含杂率检测，含杂率为去除有机质部分剩余杂质的湿重占比，转速95 r/min 的含杂率为7.85%，转速136 r/min 的含杂率为8.56%，表明转速越小越能保证杂质的完整性，浆料中含杂率低，同时考虑到转速95 r/min 的能耗低于136 r/min，因此大物质分选机转速优选为95 r/min。

3.2 不同筛网孔径对大物质分选处理效果的影响

根据以上研究结果，后续研究以转速95 r/min进行试验，筛网3，4，5 cm 的大物质分选料占比分别为3.42%，2.98%，2.56%，表明筛网孔径与分选料的占比呈正比，对不同筛网孔径下分选料的物理组分进行分析，分析结果见图5。结果显示，筛网孔径增大后有机质占比从32.12%升高至35.23%，原因在于筛网变大，有机质在分选机中的停留时间变短，来不及打碎的有机质直接从筛上物出口排出，有机质损失率随着筛网的增大而减少，分别为1.09%，0.99%，0.90%。由于筛网的加大，杂质的完整度变高，分选后的浆料对应筛网3，4，5 cm 分选后浆料的含杂率分别为7.85%，7.46%，6.83%，虽然5 cm 下的有机质损失率高于3 cm 和4 cm，但考虑到这部分有机质较少，带来的沼气收益较低，而含杂率过高会加快对设备的磨损，因此大物质分选机筛网孔径优选为5 cm。

图5 不同筛网孔径下大物质分选料的物理组分

3.3 喷淋对精分选处理效果的影响

精分选在整个两级分选系统中主要承担制浆的功能，同时也可去除剩余部分的杂物，精分选料中仍以有机质部分为主，损失了较多的有机浆液和油脂，本研究在精分选机上加装喷淋管进行试验，见图6。

图6 精分选机加装喷淋管

喷淋液为餐厨垃圾经过预处理后的三相离心出水，可循环利用。图7 为三相出水喷淋前后的精分选外观图，可以看到喷淋后物料变得清爽，大部分的油脂均被洗出。

图7 精分选料的外观

相关检测数据见表2。结果显示，精分选料喷淋前后的物料占比分别为10.45%和5.00%，含油率分别为2.37%和0.55%，实际油脂损失率为0.25%和0.03%，表明增加喷淋装置可以显著减少油脂损失。

表2 精分选机加装喷淋后检验分析%

4 结论

目前两级分选为餐厨垃圾预处理的主流工艺，本试验对餐厨垃圾两级分选系统进行了优化和改进。

在大物质分选机方面对转速和筛网进行了优化，结果显示，分选机转速对分选料的量成反比，转速越快，餐厨垃圾破碎程度越大，分选料越少，在转速为95 r/min 和136 r/min 时的有机质损失率接近，分别为1.09%和1.03%，但考虑到转速越快杂质的破碎程度也加大，同时95 r/min 能耗更低，因此大物质分选机转速优选为95 r/min；筛网孔径越大，大物质分选料越多，筛网3，4，5 cm 对应的有机质损失率分别为1.09%，0.99%，0.90%，分选浆液含杂率为7.85%，7.46%，6.83%，考虑到筛网加大导致的有机质产气收益低，而含杂率降低有利于减少后端设备的磨损和维护，因此筛网孔径优选为5 cm。

精分选机加装喷淋后油脂损失率从0.25%降低至0.03%，表明喷淋液可以有效洗去精分选料上的油脂和有机质，提高资源化利用率，减少油脂损失。