城镇规模化餐厨垃圾预处理设备的研究

我国厨余垃圾的成分差异

       受地域、季节、群体、生活习惯、饮食结构、社会经济条件等因素的影响，我国厨余垃圾的成分差异较大且复杂，一般具有以下特点。

(1)厨余垃圾含水量高，约75% ~ 85% 。

(2)由于生活垃圾分类体系不完善，厨房垃圾经常与生活垃圾混在一起，其中含有筷子、瓷片、铁块等固体和坚硬的杂物。

(3)生物质能高，碳水化合物、脂类、蛋白质等成分含量高，资源化利用程度低，其中富含的油脂难以回收利用。

       由于厨余垃圾的这些特性，要求处理工艺和设备在运行过程中具有良好的稳定性、较强的抗冲击性和耐磨性，并且各级的分选能够满足设计要求，否则容易造成后续设备的故障。

1 餐厨垃圾预处理与各子系统的关系。

       厨余垃圾的处理是一个复杂的过程，包括:餐厨垃圾预处理、厌氧消化、生物柴油制备、沼气利用、沼渣水处理、渗滤液处理等子系统。其中，厨余垃圾的预处理主要影响后续的厌氧消化和生物柴油提取，也影响后端设备的正常稳定运行，因此厨余垃圾的预处理尤为重要。

2 厨余垃圾预处理设备的功能和类型。

       餐厨垃圾预处理设备的功能是接收、分拣、粉碎、制浆、固液分离和原油提取。杂质(塑料、酒瓶、金属等)去除厨余垃圾，提取生物柴油进行资源化利用。

       厨余垃圾预处理设备的类型是一体化和模块化的。集成设备集接收、搅拌、粉碎、分选于一体，便于自动化加工。然而，它趋向于小型化并且加工规模小。模块式采用接收设备、粗选设备、精选设备、三相分离设备的模块化组合，处理规模大，设备占地面积大。由于采用了模块化的方式，便于维护和管理，同时所有的模块化设备应该相互匹配，协同运行。

       城市厨余垃圾的处理能力每天可达200吨以上，因此应采用模块化设备对厨余垃圾进行预处理。

3 餐厨垃圾预处理设备的机械设计要求。

3.1 接收设备的设计要求。

       餐厨垃圾接收设备用于实现餐厨垃圾的接收、储存、粉碎和运输功能。按每天200吨餐厨垃圾处理量计算，餐厨垃圾接收设备包括2台容积为75m3的接收料斗和4台双螺杆给料机。

设备设计要求如下:

1.接料斗的主材可内衬碳钢+316不锈钢，耐腐蚀。

2.接料斗顶部应有顶盖，顶盖可自动关闭，防止不出料时臭气溢出。

3.双螺旋给料机设置在接料斗底部，主要破碎大块垃圾和袋装垃圾，从餐厨垃圾中挤出渗滤液。

3.2粗选设备的机械设计要求。

       设备接收到的餐厨垃圾被输送到粗选设备，粗选设备主要包括大型物料分拣机和配套的液压泵站。

3.2.1大料分选机对厨余垃圾采用机械化分拣方式。

粉碎和分选。

3.2.2大物料分离器内部的旋转螺旋装置可以对大物料进行搅拌、粉碎、分离，大物料(如玻璃瓶、饮料瓶、易拉罐)经分拣后可以回收利用。

3.2.3大料分离器底部的格栅间隙设置为60mm，由螺旋装置搅拌破坏的小料经格栅筛分后输入细选设备。

3.2.4配套的液压泵站为大型分料器提供液压传动动力，工作压力≥25MPa，有利于保证大型分料器安全稳定运行。

3.3精细分离设备的机械设计要求。

       餐厨垃圾经过粗选设备后，由螺旋输送机送至细选设备进行细选。细选设备的作用:对粗选物料进行细选，将厨余垃圾中的小杂质物料分选出来，制浆形成有机浆料。精分选设备主要是精分选机，以及配套的变频电机和输送设备。

3.3.1精整机采用变频电机驱动，可适应机械化连续作业。

3.3.2磨浆机内部的螺旋装置高速旋转产生离心力，将粒径在20毫米以上的杂质分离出来，主要包括塑料、陶瓷、玻璃瓶、瓶盖、筷子、骨头、贝壳等。这些杂物应运输填埋处理。

精整机底部网格间隙设置为20毫米，可以筛出20毫米以下的物料。

3.3.4旋磨机采用高强度镍铬合金，具有较高的切削强度和耐腐蚀性，能破碎各种硬度较高的材料，研磨后的有机浆料细度小于5 mm，电机转速应达到每分钟1700转，旋磨机应配备热过载保护装置，防止设备过热损坏。

3.4三相分离设备的机械设计要求精细分离设备后的有机浆液进入三相分离设备。三相分离设备主要包括:加热制浆罐、三相分离器、离心泵和螺旋输送机。

3.4.1加热制浆罐以加热有机纸浆。根据经验值，当有机浆液加热到70℃左右时，固体废渣、浆液和油脂在后续的三相分离器中可以很好地分离。

3.4.2三相分离器采用高速离心分离，将固相(固体废渣)和液相(浆液和油脂)分离，然后利用油水比重不同，将浆液和油脂分离。

3.4.3分离出的固相(固体废渣)具有一定的热值，可外运进行焚烧处理。分离出的液相油脂用于制备生物柴油。分离出的液相浆液较多，COD值较高，通过后续厌氧消化系统。

4主要设备情况。

       该工艺的主要设备包括分选机、破碎机、筛分机、压滤机、沉砂机、离心机等。分选机、破碎机、筛分机和压滤机是独立设计和改进的。目前已开发10t/h和15t/h两条加工能力生产线。

4.1分拣机。

       该设备位于接料斗的后端，主要功能是从厨余垃圾中分拣出大型杂物。针对我国厨余垃圾的尺寸特点，该设备主要筛除粒径50-60 mm的大杂物，包括易拉罐、瓷片、塑料袋、大骨头等。

       该设备的主要工作原理是使用摇动。摆臂将物料挤出环栅，将大于栅尺寸的杂物分拣出来。小尺寸杂物和液体从格栅孔流出，进入工艺的后阶段。与滚筒筛相比，该设备具有体积小、功率低的特点。液压驱动，最大角度为120°的摆臂(共10个)转速为30 ~ 40次/分钟。转速可根据物料情况调节，达到连续分选的效果。

4.2破碎机。

       经过分选机处理的物料进入破碎机。该设备的主要功能是对物料进行切割和粉碎，提供满足后期工艺要求的物料。破碎机由内筒和外筒组成，两个筒以不同的速度旋转，参考文献中都没有进料在两个筒之间通过，并由安装在内筒和外筒上的刀片组切割和破碎，随机破碎的材料的粒度约为22毫米。

       该设备由液压驱动。外筒转速为20 ~ 30转/分，内筒转速为200 ~ 300转/分。内筒和外筒之间的转速差可以根据出料情况进行调节。为了实现有效破碎，物料在设备中的停留时间应大于10分钟，因此设备尺寸应根据进料速度确定。

4.3制浆筛分机

       粗纤维、塑料等细小杂物，易破碎，利用价值低。该设备由锤头和筛网组成，将破碎机处理后的粗浆高速破碎，完成进一步制浆，筛出碎片等。主要是利用活动锤头的敲击作用，不断敲打物料，以获得所需的浆料。

       制浆筛分机转速达到900转/分，属于高速制浆设备。因此锤头采用硬质合金钢制成，设计为可移动结构，遇到硬物时可保护锤头。安装角度为10°，筛网尺寸为35×15毫米，以便进一步筛分杂质。

4.4压滤机

       压滤机是该套技术的核心设备(功率30kW)，其主要功能是进一步分离物料中的细纤维和悬浮物。它的饲料是高温蒸煮的物料，是餐厨垃圾榨油前的最后一道防线，决定着离心机的榨油效率和故障率。

       压滤机的筛网采用螺旋桨叶片和格栅的结构，压滤机的处理能力由筛鼓的大小、叶片的角度和转速决定。10t/h处理设备的筛鼓直径925mm，长度1 200mm。设备采用高速筛分，转速达到1470转/分，叶片与筛网的径向间隙只有1毫米，物料会高速通过筛网，因此对筛网的材质和加工质量有很高的要求。同时，压滤机的滤网也是整个过程中最脆弱的部分。

5结论。

       餐厨垃圾预处理设备复杂，接收设备、粗分选设备、细分选设备和三相分离设备的模块化组合有利于餐厨垃圾预处理设备的稳定运行，保障后续生物柴油制备、厌氧消化和沼气利用。随着人们生活水平的提高，餐厨垃圾处理规模的增大，以及环保和资源化利用意识的增强，预处理组合设备将在我国许多城市得到越来越广泛的应用。