餐厨废油高效分离回收工艺研究

理，探讨提高油脂分离回收效率的途径。 在油水分离装置内，一般流速都比较低，油滴流态处于Ｒｅ＜ｌ，处于层流区，
油滴的上升速度ｕ可按Ｓｔｏｋｅｓ定律计算：
式中，ｕ为油滴上浮速度，ｍ／ｓ；ｐＷ、ｐ０为水和油的密度，ｋｇ／ｍ３；ｇ为重力加 速度，ｍ／ｓ２；ｄ为油ｉｉｉｌ直径，ｍｌ∥为动力粘度，Ｐａ．ｓ。
由Ｓｔｏｋｅｓ定律可知，油在水中的上升速度与油滴直径的平方、水与油的密度差 成正比，而与水的绝对粘度成反比。即油滴直径越大，水与油的密度差越大，油滴
垃圾固相内部油脂含于垃圾固相细胞内或其他微观结构中，传统方法难以分 离。为了提高这部分油脂的回收效率，可行的方法为先将这部分油脂从固相内部浸 出，进入液相，然后利用油水分离的方法分离出来。本研究采用湿热浸出的方法， 提高固相内部油脂的分离回收效率。
１．２提高液相油脂分离回收皴率的途径 对于上浮油、分散油、乳化油、溶解油等液相油脂，可通过研究油水分离原
关键词：餐厨垃圾；油脂回收；湿热； 粗粒化；油水分离
餐厨垃圾是固形物、水和油脂等多 元多相体系，其中含有的废油脂是生产 生物柴油、硬脂酸和油酸等产品的优质 原料，具有很高的再生利用价值“－２Ｊ。 另一方面，这些废油脂的存在，对餐厨 垃圾的处理过程存在不利影响，如易粘 附器壁造成管路堵塞、包裹支撑介质、 干扰微生物生命活动等；也会对饲料 和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 癌物质口Ｊ、油脂的易氧化酸败和易挥发 等特性降低餐厨垃圾饲料化产品品质。 因此，餐厨垃圾油水分离和脂类物质的 回收是餐厨垃圾处理工艺中的一个重要 环节。
等５种形式存在。其中，可浮油滴径较大，静置后能较快上浮，以连续相油膜的形式 飘浮于水面；分散油以滴径大于１“ｍ的微小油珠悬浮分散在水相中；乳化油粒径大 小为０．５～１５¨ｍ；溶解油以分子状态分散于水中，与水形成均相体系，分离较难； 固相内部油脂多以固态与垃圾固相结合，几乎不能直接分离Ｈ。可见，可浮油含量是 餐厨垃圾脱油性能的决定因素。所以油水混合物的脱油性能通常以其中的可浮油含 量来衡量。 １．１提高垃圾固相内部油脂分离回收效率的途径
３８－４３．
【５］Ｈｋａｓａｋｉ Ｇ，Ｚｈａｎｇ Ｄ Ｌ．Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｏｉｌ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｆｒｏｍ Ｆｒａｃｔｕｒｅｄ，Ｏｉｌ—ｗｅｔ，Ｃａｒｂｏｎａｔｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｍ［Ｊ］．Ｓｐｅ．Ｊ．，２００４。９（２）：１５１—１６２． 【６］Ｈａｎｋｉｍ Ｎ Ｐ，Ｈａｒｗｅｌｌ Ｊ Ｈ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ Ｔｈｅｏｒｙ ｔｏ １ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｏｉｌ Ｐ，ｘ＇ｃｏｖｅｒｙ Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ［Ｉ］．Ｊ．Ｐｅｔ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ０１．，２００４，４２（１）：２９—５５． ［ＴｌＰ．ｏｄｉｏｎｏｖ Ｉ Ｖ．Ｎｅｗ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｏｉｌ Ｋｅｃｏｖｅｒｙ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ＰｒｏｂｌｅｍｓⅡ】．Ｎ砥． Ｋｈｏｚ．。２００３。（４）：１７－１８． ［８］Ｂｅｒｇｅｒ Ｒ．Ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ Ｐｒｏｂｌｅｍ ｉｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ［Ｊ］．Ｉｎｔ．Ｃｈｅｍ．Ｅｎｇ．，１９８９，２９（３）：
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圾的脱油性能。垃圾湿热产物可浮油含 量随加热时间的变化如图２所示。可浮 油含量随加热时间的延长呈上升趋势， 并且温度越高，可浮油含量增长越快， 此时垃圾Ｍ。增强，水分和脂质以流体 形态在垃圾中的扩散性能增强，由于固 相内外存在化学势梯度，水分进入固相 内部，脂质由固相内部浸出进入液相， 形成可浮油。１００～１２０℃持续加热， 可浮油持续增加，１４０℃加热６０ｍｉｎ 后，可浮油含量不再变化。１６０℃加热 ８０ｍｉｎ，单位垃圾可浮油达到最大值， 为１３１．７ｍｌ／ｋｇ，继续加热，可浮油的 量开始下降，说明此时固相内部脂质已 基本完全浸出，继续加热会促进脂质的 化学变化。例如，脂质水解生成游离脂 肪酸和甘油，而游离脂肪酸又会对脂质 水解起催化作用，促进脂质进一步水 解。另外，淀粉水解产生的葡萄糖可 与脂肪酸酯化，形成ＨＬＢ值（亲水一 亲脂平衡值Ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｅ—Ｌｉｐｏｐｈｉｌｅ Ｂａｌａｎｃｅ ｖａｌｕｅ）为１～１６的单酯、双酯 和三酯，有助于油脂与水分形成Ｏ／Ｗ 型体系（水包油型体系，水为连续 相），使部分可浮油转变为乳化＇油【Ⅲ， 增加油脂的分离回收难度。因此，较适 于脱油的湿热处理条件为：１６０℃下加 热８０ｒａｉｎ。
餐厨废油高效分离回收工艺研究
口北京工商大学化学与环境工程学院任连海 口清华大学环境科学与工程系 聂永丰
摘要：为了提高餐厨垃圾废油分离回 收效率，系统分析了餐厨废油的存在形式及 提高其分离回收效率的途径，通过试验研 究。探讨了湿热温度、处理时间等湿热处理 参数对餐厨垃圾废油脂分离回收效率的影 响。结果表明，１６０℃湿热处理８０ ｒａｉｎ时。 餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出效果较佳。 进而，开发了湿热水解处理脱出液的重力分 离一粗粒化两段脱油工艺，并设计了粗粒化 油水分离器。
图１油水重力——相粒化两段分离工艺 实验装置简图
（３）实验步骤 参照图１所示的实验流程，第一 段，湿热处理后，利用油脂上浮装置２ 进行油水重力分离；第二段，从油脂 上浮装置２排出的油水混合液经粗粒化 床，进一步油水分离。收集回收废油， 进行测定。测定值与垃圾中油脂含量的 比值为餐厨废油回收率。 ２．２湿热处理对餐厨垃圾町浮油含量的 影响 餐厨垃圾中动物脂肪含量较高， 这些脂肪大部分以含油固体物质形式存 在，脱除较难。实验中发现，湿热水解 处理可以使固相内部油脂液化浸出，提 高餐厨垃圾中可浮油含量，从而影响垃
３重力—相粒化两段脱油工艺设计 ３．１工艺设计
基于上述研究，本文设计的两段粗粒化脱油工艺包括重力油水分离和粗粒化油 水分离两个工段，如图３所示。
图３重力一粗粒化两段油水分离工艺 一段重力油水分离装置由进液槽、油脂上浮槽和排水槽等３个连通的槽箱组 成。进液槽上部与油脂上浮槽连通，由于重力作用，密度较小的油脂浮于水的表 面，油脂上浮槽相对体积较大，其中的混合液停留时间较长，使油脂充分上浮，上 浮油通过排油口送入废油储存槽贮存。油脂上浮槽中的水由底部流入与之相连的排 水槽，排水槽与二段粗粒化油水分离器相连，进一步分离回收油水混合物中的分散 油和溶解油。 ３．２粗粒化油水分离器结构设计 为了提高油水分离效率，设计了二段粗粒化油水分离装置，其结构如图４所示。 入口构件采用孔箱式，以减少入口射流对流场的冲击和干扰，改善分离器中的 流动条件；粗粒化构件采用散装填料箱式塑料纤维粗粒化床，聚并构件采用平板式 聚结床，以提高粗粒化效果；集液构件采用双向式，可以防止液流从设备中排出时
本文通过实验研究了湿热水解处理 对垃圾脱油性能的影响规律及其机理，
收瞢日期：２００９—０７—０ｌ 作者俩舟：任连海（１９７１一）．舅，河北人．■士．捌教授。
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并进一步确定了餐厨垃圾固相内部油脂高效浸出的原理和技术，研发基于湿热水解 工艺的餐厨垃圾重力一粗粒化分离两段脱油工艺。
１提高餐厨废油分离回收效率的措施 在餐厨垃圾中，油脂主要以可浮油、分散油、乳化油、溶解油、固相内部油脂
～Ｉ№．Ｍａｎａｇｅｒｉ肺ａｌ Ｔｅ鳃ｃｈｎｏ貅Ｉ■ｌｏ■ｇ■ ｙｌ■ｌ
在水中的上升速度越快；水的绝对粘度越小，油滴的上浮速度也越快。因此，增大 油粒直径、增大水与油的密度差、降低水的绝对粘度，是提高油滴在水中上升速度 的３个有效途径。
（１）增大油粒直径 ａ．采用粗粒化材料 粗粒化床层材料表面具有亲油疏水性质。一般来讲，油、固表面接触角应小于 ９０。，接触角越小，亲油润湿性能越好。当油水混合液流经该多孔材料时，由于该 多孔材料床层内形成了许多直径小而又互相弯曲的孔道，油水混合液在这些孔道中 不断改变流动方向和速度，因而增加了油滴之间的碰撞机会，促使其聚结成较大的 油滴。另外，由于多孔材料垂直空间比较小（当量直径较小），故油水混合液水平 流动很短距离，水中细小的油滴就已经上升足够的高度被多孔材料粘住，而水则通 过该材料的多孔结构流过。当不断聚集的细小油滴聚合成较大的油滴时，其Ｓｔｏｋｅｓ 力就会大于表面粘力。该油滴受Ｓｔｏｋｅｓ力的驱动，脱离多孔材料向上浮升，直至最 终浮出水面。 ｂ．采用多层板结构。 采用低浮升高度的多层板结构，缩短油水混合液在设备中的停留时间。增大浮 升面积从而降低表面负荷。多层板板距越窄，表面积就越大，在相同处理量下，可 以脱出粒径更小的油滴，从而提高脱油效率（ｓ－９］；或在相同的脱油效率条件下，处理 量提高。 （２）增大水与油的密度差 由于随着温度的升高，水的密度变化不大，而油的密度则大大降低。因此，提 高油水混合物的温度，对油与水的分离是有益的。 （３）降低水的绝对粘度 提高油水混合液的温度，有利于降低水的绝对粘度。 针对上述理论分析，通过实验研究，摸索实际工程中餐厨垃圾脱出液中废油的 最佳分离回收条件。
圈２垃圾可浮油含量随加热时间变化规律
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图４粗粒化油水分离装量
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形成短路流或死区，使尽可能多的空间用于分离，从而最大限度提高设备的容积利 用率。
４结论 通过上述研究表明，湿热水解处理可大幅度增加可浮油含量，从而提高餐厨垃
参考文献 【１］Ｐｅｔｅｒ Ａｒｎｏｌｄ．Ｕｓｅｄ Ｃｏｏｋｉｎｇ Ｏｉｌ Ｔｕｒｎｅｄ ｉｎｔｏ Ｄｉｅｓｅｌ Ｆｕｒｌ［Ｊ］．ＢｉｏＣｙｃｌｅ，２００２，４３（５）：４２—４３． 【２】彭荫来，杨帆．利用餐饮业废油脂制造生物柴油Ⅱ１．城市环境与城市生态，２００１，１４（４）：
５４－５６．
【３］Ｂｅｇｕｍ Ｍ，ｇａｉ Ｖ Ｒ，Ｌｏｋｅｓｈ Ｓ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆＭｙｃｏｆｌｏｒａ ｏｎ Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃｏ—Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆＯｉｌ Ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｉｎｆｅｃｔｅｄ Ｓｕｎｆｌｏｗｅｒ，Ｔｏｒｉａ ａｎｄ Ｓｅｓａｍｅ Ｓｅｅｄｓ田．Ｊ．Ｆｏｏｄ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎ０１．，２００３，４０ （６）：６２６－６２８． 【４】韩子兴，侯天明．废水中油类的理化性状及含量测定技术ＬＩ］．化工环保，２０００，２０（６）：
圾脱油性能。湿热处理有利于餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出，可大幅度提高油脂 回收率。适宜的油脂液化浸出条件为：１６０℃下湿热处理８０ ｒａｉｎ。
利用粗粒化材料及多层板结构可以提高油水分离效果。鉴于此，开发了湿热水解 处理脱出液的重力分离—粗粒化两段脱油工艺，并设计了粗粒化油水分离器。可保证油 脂回收率达到８５％以上。
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实验药品：石油醚，分析纯；１＋１硫 酸，化学纯；无水硫酸钠，分析纯；氯 化钠，化学纯；乙醚，化学纯。
（２）实验流程与仪器 实验简易流程见图１。实验仪器 包括：Ｂｒｕｋｅｒ傅立叶变换红外分光光 谱仪，ＡＹ２２０型分析天平，ＤＦ２０６型 电热鼓风干燥箱，ＫＳＷ－１２—１２型马 福炉，Ｗ—Ｏ系列恒温油浴加热装置， １０００ｍＬ不锈钢湿热反应器，塑料纤维 粗粒化材料（密度０．３５９／ｃｍ３，孔隙 率８０％），细金属丝粗粒化材料（密度 ０．６５９／ｃｍ３，孔隙率８０％），气相色谱 （ＳＱ一２０６型）。
３７７－３８７．
【９］Ｐ．ｏｑｕｅｓ Ｈ，Ａｕｒｅｌｌｅ Ｙ．Ｒｅｃｅｎｔ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｏａｙ Ｅｍｕｅｎｔｓ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈｎ０１．，１９８６，１８（２）：９１－１０３． 【１０】刘邻渭．食品化学【Ｍ】．北京：中国农业出版社，２００２：５５—５７．
２餐厨垃ห้องสมุดไป่ตู้脱出液油水分离的实验研究
２．１实验条件
（１）材料与药品
餐厨垃圾采自清华大学学生紫荆食堂淮扬菜系餐厅，其理化指标见表１。其他
ｒ，＿？墨零≮翟气万霄＿焉嗣 襄１实验用餐厨垃圾营养指标和理化指标（以垃圾干基计）
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