CN114958489A - 一种序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***，该***包括依次连通的卸料池、破碎机、粗分选设备、细分选制浆设备、除砂除杂机、热调质单元、三相离心分离器和二次提纯单元；其中，热调质单元由若干个并联的热调质罐构成，与细分选制浆设备连通，罐体的外周壁上设有外盘加热管，用于对除砂除杂后的有机浆液进行间接热调质处理；二次提纯单元由若干个并联的二次提纯罐构成，与三相离心分离器连通，用于将三相离心分离器获得的粗油脂进行二次加热提纯处理，得到油脂成品。本发明通过设置外盘加热管对有机浆液进行间接热调质处理，再配合二次直接加热提纯的方式，能够显著提高油脂的品质，尤其是油脂酸价和皂化值，降低水渣残留量。

Description

一种序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***及方法
技术领域
本发明涉及环境保护及食品安全技术领域，尤其涉及一种序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***及方法。
背景技术
餐厨废弃物是指宾馆、饭店、餐馆、机关、部队、院校和企事业单位在食品加工、用餐等过程中产生的食物残渣。其主要特点是：区域性差异显著；营养丰富，蛋白质、脂肪、纤维素等营养成分含量高；高含水率(70％～87％)、高油脂含量(2％～3％)。餐厨废弃物的处置要求是：在保障消毒灭菌效果及尽量避免外源性污染的前提下，尽可能的回收再利用其资源，包括其中的营养成分及脂类。
现有餐厨废弃物综合处理项目主要采取预处理后进行厌氧消化、好氧堆肥及饲料化利用等处理技术。据不完全统计，采用厌氧消化作为预处理后资源化技术的项目约占总处理能力的80％。在餐厨废弃物厌氧消化工序之前进行热调质预处理以提高油脂回收率，提高整个工艺环节的经济性。
申请公布号为CN113333442A的发明专利申请公开了一种餐厨废弃物油脂提取***及方法，所述***包括餐厨车、餐厨料仓、除渣组件、加热调质罐、三相分离器、油脂缓冲罐、毛油储罐及厌氧硝化组件；其通过三相分离工艺，将物料分离成高浓度有机浆料及粗油脂。有机浆料进入后端厌氧消化，粗油脂进入毛油储罐储存，可直接出售或进一步进行预处理和各类化学处理，最终成为生物柴油；同时产生含水率较高的固渣以及剩余的有机浆液混合后输送至厌氧消化***，从而有效实现餐厨废弃物的油相物料回收再利用，以及固相物料及水相物料的及时对应处理，循环利用。但是，上述方法并没有对油脂品质做进一步研究，而油脂品质是决定油脂回收再利用的关键。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供了一种序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***及方法，不仅使得餐厨废弃物综合处理在连续生产线上实现餐厨废弃物中资源与能源的高品质回收，还可以有效的控制餐厨废弃物处理过程中带来的二次污染，提高回收油脂的品质。
具体技术方案如下：
一种序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***，包括依次连通的卸料池、破碎机、粗分选设备、细分选制浆设备、除砂除杂机、热调质单元、三相离心分离器和二次提纯单元；
卸料池，用于接收和储存餐厨废弃物，顶部设有进料口，底部设有固体出料口，进料口处设置蒸汽直冲加热器进行加热处理，底部设有沥水池；
破碎机：与卸料池的固体出料口连通，用于粉碎卸料池输出的固体餐厨废弃物；
粗分选设备：与破碎机连通，用于筛分去除破碎机粉碎后的固体餐厨废弃物中的大件杂质；
细分选制浆设备：与粗分选设备连通，用于进一步分选去除无机杂质和有机固体制浆，得到去除无机杂质的有机浆液；
除砂除杂机：与细分选制浆设备连通，用于对细分选制浆设备输出的有机浆液进行除砂和除杂处理；
热调质单元：由若干个并联的热调质罐构成，与细分选制浆设备连通，罐体的外周壁上设有外盘加热管，用于对除砂除杂后的有机浆液进行间接热调质处理；
三相离心分离器：与热调质罐连通，出口处设有油脂出料管、固体出料管和液体出料管，用于将热调质处理后的物料进行三相分离得到粗油脂、固形物和高温废水；
二次提纯单元：由若干个并联的二次提纯罐构成，与三相离心分离器连通，用于将三相离心分离器获得的粗油脂进行二次加热提纯处理，得到油脂成品。
现有的热调质方式主要采取蒸汽直接加热方式实现油脂回收，但是蒸汽冷凝会导致后续厌氧消化和污水处理量提高；本发明发现通过设置外盘加热管对有机浆液进行间接热调质处理，发现只要加热时间充分不仅可以实现油脂的有效回收，而且也能够进一步提高油脂品质；再配合二次直接加热提纯的方式，能够更佳显著地提高油脂的品质，尤其是油脂酸价和皂化值，降低水渣残留量，同时减少了后续厌氧及污水处理量。
进一步地，所述热调质罐为密闭式间接加热的热调质罐；其包括罐体和盖扣于罐体上的盖体，盖体与罐体可采用螺母连接实现密闭。密闭的作用主要在于以下三点：①保温，节约能耗；②可实现臭气收集以进行后续除臭；③安全，防止落物进入罐体。热调质罐的盖体为椭圆封头，罐体为锥体；外盘加热管可承受1.0MPa的饱和蒸汽压；当装料系数为0.8的时候，外盘加热管可在2小时内把介质从25℃加热到85℃；热调质罐带搅拌装置，每分钟转速可达30次以上；配温控、液位***及满溢报警和自动切断阀。
本发明热调质可以实现以下四个方面的功能：1)有效灭杀病原菌，去除异味；2)使垃圾中大分子的有机物水解为易于生物降解的小分子有机物；3)改变油脂在餐厨废弃物中的物理化学形态及与其它成分的结合方式，优化油脂界面特性，促进餐厨废弃物固相内部油脂高效溶出、上浮，改善餐厨废弃物中废油分离特性；4)通过提高物料均质性并降低粘度，提高物料管道输送能力。
进一步地，所述卸料池的料斗底部设有带沥水功能的螺旋给料机，固体出料口设置于螺旋给料机底部；所述沥水池还与细分选制浆池连通，沥水池的底部设有出液口，与出液口连通的细分选制浆池入料口处设有一级高压喷头。一级高压喷头用于将沥水池沥出液体高压喷入细分选制浆池内冲刷固体餐厨废弃物。
进一步地，所述三相离心分离器的液体出料暂存罐处设有第一废水出料支管和第二废水出料支管，第一废水出料支管与粗分选设备连通，第二废水出料支管与细分选制浆设备连通；第一废水出料支管和第二废水出料支管上均装有流量控制阀，所述粗分选设备和细分选制浆设备的入料口处均设有若干个二级高压喷头，二级高压喷头分别与第一废水出料支管和第二废水出料支管连通。上述结构用于将部分三相离心分离器分离的高温液体回流高压喷入粗分选、细分选制浆设备内冲刷固体餐厨废弃物，实现对筛上物进行清洗以进一步提取油脂和固体有机质；这样一方面实现餐厨废弃物中油脂及有机质损失率的进一步降低，同时可以实现物料预加热以降低热调质环节的能耗。
进一步地，所述三相离心分离器的油脂出料管与油脂暂存箱连通，油脂暂存箱与二次提纯罐连通，二次提纯罐与成品罐连通。
本发明还提供了一种连续高效提取餐厨废弃物油脂的方法，利用如上所述的***进行处理；步骤为：
(1)将餐厨废弃物倒入至卸料池内储存，并利用蒸汽直冲加热器对进入卸料池内部的餐厨废弃物进行蒸汽加热处理；
(2)步骤(1)的固体餐厨废弃物通过固体出料口流出，并依次通过破碎机、粗分选设备、细分选制浆池和除砂除杂机进行处理，得到除砂除杂后的有机浆液；
(3)将步骤(2)的有机浆液通入至热调质罐内进行间接热调质处理；
(4)将步骤(3)间接热调质处理后的浆液通入至三相离心分离器中进行三相分离，得到粗油脂、固形物和高温废水；
(5)将步骤(4)的固形物做资源化处理，粗油脂送至二次提纯罐内进行二次直接加热处理，得到纯化后的回收油脂。
进一步地，步骤(3)中，所述间接热调质处理的温度为80～85℃，间接热调质处理的持续时间为60～70min；步骤(5)中，所述二次直接加热处理的温度为80～85℃，二次直接加热处理的持续时间为120～160min。
进一步地，步骤(3)中，所述外盘加热管的饱合蒸汽压强为1.0～1.2MPa，蒸汽冷凝水收集后回流至锅炉***。
进一步地，利用如上所述的***进行处理；步骤(1)中，所述一级高压喷头位于蒸汽管道支管，支管布设于卸料池四周，距离卸料池底部距离1/3处，管材选择防腐耐高温不锈钢材质，蒸汽出口直径为15mm～20mm，喷射方向为向下。
更进一步地，利用如上所述的***进行处理；步骤(4)中获得的部分高温废水经第一废水出料支管回流至粗分选设备，第二废水出料支管回流至细分选制浆池；
其中，回流的高温废水占步骤(4)获得的总高温废水的体积百分数为25～40％；经第一废水出料支管回流至粗分选设备的废水体积与经第二废水出料支管回流至细分选制浆池的废水体积的比例为1.2～1.6:1；
高压喷头距离物料的最小垂直距离为30-50cm，管材选择防腐耐高温不锈钢材质，出水口直径为20mm～30mm，喷射位置为物料正上方，高压喷头的喷射方向与物料转动方向角度为30-50度。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过设置外盘加热管对有机浆液进行间接热调质处理，再配合二次直接加热提纯的方式，能够显著提高油脂的品质，尤其是油脂酸价和皂化值，降低水渣残留量。
(2)本发明热调质后的高效厌氧消化产沼气、固形物用于生产有机肥/饲料、粗油脂用于生产生物多元醇，可以实现餐厨废弃物“分相”减量处理并“分品质”高效资源化利用，提高了废弃物利用效率，实现各尽所用；
(3)本发明提高了油脂回收率及油脂质量，不仅解决了后续油脂储存罐清理水渣困难的问题，也节约了额外的投资费用；
(4)本发明与直冲加热方式相比，蒸汽间接加热减少了废水处理量，节约了厌氧及污水处理设施的投资及运营费用；与直冲加热方式相比，间接式蒸汽加热方式可以避免臭气处理量，通过蒸汽冷凝水循环回收设备回到锅炉***可降低运营成本。
附图说明
图1为本发明连续性高效提取餐厨废弃物油脂的***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，以下列举的仅是本发明的具体实施例，但本发明的保护范围不仅限于此。
下列实施例中所涉及的油脂酸值的检测方法采用GB/T 5530-2005进行检测；碘值的检测方法为GB/T5532-2008进行检测；皂化值的检测方法为GB/T5534-2008进行检测。水杂的检测方法为GB/T 5528及GB/T 15688。
实施例1
本实施例提供了一种序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***，该***由依次连通的卸料池1、破碎机2、粗分选设备3、细分选制浆设备4、除砂除杂机5、热调质单元6、三相离心分离器7、油脂暂存罐8和二次提纯单元9构成；
其中，卸料池1用于接收和储存餐厨废弃物，顶部设有进料口，底部设有固体出料口，其进料口处设置有蒸汽直冲加热器对进入卸料池内部的餐厨废弃物进行蒸汽加热处理，以解决低温天气时餐厨废弃物中油脂结块、流动性差的问题；卸料池的料斗底部设有带沥水功能的螺旋给料机，螺旋给料机底部设有固体出料口，料斗内垃圾经螺旋给料机的固体出料口输送至破碎机内进行破碎；卸料池的下方设有沥水池11，料斗内产生的大量沥液存储至沥水池内，沥水池的底部设有出液口，出液口与细分选制浆池连通。破碎机2用于初步粉碎卸料池输出的固体餐厨废弃物，其入口与固体出料口连通，出口与粗分选设备连通，进入破碎机破碎后的物料的粒径不超过8mm。粗分选设备3用于分选去除破碎机粉碎后的固体餐厨废弃物中的大件杂质(例如塑料类)，其入口与破碎机连通，出口与细分选制浆池连通。细分选制浆池4用于进一步分选和制浆去除无机杂质得到有机浆液，在与液体出液口连通的细分选制浆池入料口处设有一级高压喷头，用于将沥水池沥出液体高压喷入细分选制浆池内冲刷固体餐厨废弃物。除砂除杂机5用于对细分选制浆池输出的有机浆液进行除砂和除杂处理，剔除的砂砾和纤维杂物外运处置，其入口与细分选制浆池4连通，出口与热调质单元6连通。
热调质罐单元6由若干个并联的热调质罐构成，用于对除砂除杂后的有机浆液进行间接热调质处理，罐体的外周壁上设有外盘加热管进行加热；热调质罐为密闭式间接加热的热调质罐；其包括罐体和盖扣于罐体上的盖体，盖体与罐体可采用螺母连接实现密闭。密闭的作用主要在于以下三点：①保温，节约能耗；②可实现臭气收集以进行后续除臭；③安全，防止落物进入罐体。热调质罐的盖体为椭圆封头，罐体为锥体；外盘加热管可承受1.0MPa的饱和蒸汽压；当装料系数为0.8的时候，外盘加热管可在2小时内把介质从25℃加热到85℃；热调质罐带搅拌装置，每分钟转速可达30次以上；配温控、液位***及满溢报警和自动切断阀。每个罐体均与三相离心分离器的进料泵连通；热调质罐设置有效排渣措施，主要材质为SS304。
三相离心分离器7用于将热调质处理后的物料进行三相分离得到粗油脂、固形物和高温废水；其入口与热调质罐连通，出口处设有油脂出料管(与油脂暂存箱8相连)、固体出料管(与固体暂存料斗相连)和液体出料管(与液体暂存罐相连)；三相离心分离器的液体出料管设有第一废水出料支管和第二废水出料支管，第一废水出料支管与粗分选设备连通，第二废水出料支管与细分选制浆池连通；第一废水出料支管和第二废水出料支管上均装有流量控制阀；热调质罐的入料口处设有若干个二级高压喷头，二级高压喷头分别与第一废水出料支管和第二废水出料支管连通。固体出料管排出的物质进行资源化处理。
二次提纯单元8由若干个并联的二次提纯罐构成，用于将三相离心分离器获得的、油脂暂存箱暂存的粗油脂进行二次加热提纯处理，得到质量较好的油脂成品；其入口与油脂暂存箱连通，出口处设有油脂出料管。二次提纯罐有效容积5m3，采用锥底罐，锥体有效长度不小于1000mm，罐体材质为SUS304，设有除臭接口，其内部空气可由引风机引出进行除臭处理；设有蒸汽内盘管加热装置，能在2小时之内将满罐物料从25℃加热到90℃；罐体须有搅拌、温控、液位***及满溢报警和自动切断阀，并进行罐体保温。罐体设置有效排渣措施。油脂出料管与油脂暂存箱连通，油脂暂存箱与二次提纯罐连通，二次提纯罐与成品罐连通。经过二次提纯罐处理后的油脂输送至油脂成品罐，成品罐底部设置回流管，将底部含水杂的油脂回流至分选制浆池进行后续二次提油，输送管路及油罐需设置蒸汽盘管伴热，罐内设物力液位计和高位溢流管以准确实施物料液位控制。罐内设置满溢报警和自动切断阀门。
实施例2
本实施例采用实施例1所提供的***，提供了一种高效提取餐厨废弃物油脂的方法，具体步骤如下：
(1)将餐厨废弃物倒入至卸料池内储存，并利用蒸汽直冲加热器对进入卸料池内部的餐厨废弃物进行蒸汽加热处理；
其中，所述一级高压喷头位于蒸汽管道支管，支管布设于卸料池四周，距离卸料池底部距离1/3处，管材选择防腐耐高温不锈钢材质，蒸汽出口直径为15mm～20mm，喷射方向为向下；
(2)步骤(1)的固体餐厨废弃物通过固体出料口流出，并依次通过破碎机、粗分选设备、细分选制浆池和除砂除杂机进行处理，得到除砂除杂后的有机浆液；
(3)将步骤(2)的有机浆液通入至热调质罐内进行间接热调质处理；
其中，间接热调质处理的温度为85℃，持续时间为70min；
(4)将步骤(3)间接热调质处理后的浆液通入至三相离心分离器中进行三相分离，得到粗油脂、固形物和高温废水；
其中，获得的部分高温废水经第一废水出料支管回流至粗分选设备，第二废水出料支管回流至细分选制浆池；回流的高温废水占步骤(4)获得的总高温废水的体积百分数为30％；经第一废水出料支管回流至粗分选设备的废水体积与经第二废水出料支管回流至细分选制浆池的废水体积的比例为1.2:1。
(5)将步骤(4)的固形物做资源化处理，粗油脂送至二次提纯罐内进行二次直接加热处理，得到纯化后的回收油脂；
其中，二次直接加热处理的温度为80℃，持续时间为120min。
结果：油脂酸价20.2mg/g，水杂1.25％，皂化值为188.6mgKOH/g。
本实施例对步骤(3)中间接热调质处理的时间和温度做了梯度试验，并对步骤(4)获得的粗油脂的油脂酸值、碘值、皂化值(表1)，以及步骤(5)获得的回收油脂的油脂酸值、碘值、皂化值(表2)进行检测，结果如表1～2所示。
表1不同加热温度和加热时间对粗油脂的油脂酸值、碘值和皂化值的影响
Figure BDA0003653885360000071
表2不同加热温度和加热时间对回收油脂的油脂酸值、碘值和皂化值的影响
Figure BDA0003653885360000072
Figure BDA0003653885360000081
对比例1
本对比例采用常规的直接加热热调质的处理方法，即在热调质罐内直接通入高温蒸汽实现温度迅速升高至95℃，而外盘管不进行使用，其余步骤与实施例2相同，并对最终获得的回收油脂的油脂酸值、水杂值、皂化值进行检测。
结果为：油脂酸价25.7±0.3mg/g，水杂3.27％±0.1％，皂化值为155.8±2.3mgKOH/g。
对比例2
本对比例不对二次提纯进行直接加热处理，其余步骤与实施例2相同，并对最终获得的回收油脂的油脂酸值、水杂值、皂化值进行检测。
结果为：油脂酸价23.7±0.2mg/g，水杂3.12％±0.0％，皂化值为168.4±1.8mgKOH/g。
实施例3
本对比例将步骤(4)的高温废水回流至粗分选设备和精分选制浆设备内，其余步骤与实施例2相同，并对最终获得的回收油脂的提取率、油脂酸值、水杂皂化值进行检测，不同回流比例时的检测结果如下：
(1)回流比例为1.6：1时，油脂提取率为4.2％±0.2％，酸价20.1±0.3mg/g，水杂1.56％±0.01％，皂化值为198.2±2.5mgKOH/g。
(2)回流比例为1：1时，油脂提取率为4.5％±0.1％，酸价19.5±0.2mg/g，水杂1.16％±0.02％，皂化值为194.7±1.1mgKOH/g。
(3)回流比例为2：1时，油脂提取率为3.8％±0.0％，酸价22.1±0.1mg/g，水杂2.06％±0.05％，皂化值为191.0±0.7mgKOH/g。

Claims (9)

1.一种序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***，其特征在于，包括依次连通的卸料池、破碎机、粗分选设备、细分选制浆设备、除砂除杂机、热调质单元、三相离心分离器和二次提纯单元；
卸料池，用于接收和储存餐厨废弃物，顶部设有进料口，底部设有固体出料口，进料口处设置蒸汽直冲加热器进行加热处理，底部设有沥水池；
破碎机：与卸料池的固体出料口连通，用于粉碎卸料池输出的固体餐厨废弃物；
粗分选设备：与破碎机连通，用于筛分去除破碎机粉碎后的固体餐厨废弃物中的大件杂质；
细分选制浆设备：与粗分选设备连通，用于进一步分选去除无机杂质和有机固体制浆，得到去除无机杂质的有机浆液；
除砂除杂机：与细分选制浆设备连通，用于对细分选制浆设备输出的有机浆液进行除砂和除杂处理；
热调质单元：由若干个并联的热调质罐构成，与细分选制浆设备连通，罐体的外周壁上设有外盘加热管，用于对除砂除杂后的有机浆液进行间接热调质处理；
三相离心分离器：与热调质罐连通，出口处设有油脂出料管、固体出料管和液体出料管，用于将热调质处理后的物料进行三相分离得到粗油脂、固形物和高温废水；
二次提纯单元：由若干个并联的二次提纯罐构成，与三相离心分离器连通，用于将三相离心分离器获得的粗油脂进行二次加热提纯处理，得到油脂成品。
2.如权利要求1所述的序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***，其特征在于，所述卸料池的料斗底部设有带沥水功能的螺旋给料机，固体出料口设置于螺旋给料机底部；所述沥水池还与细分选制浆池连通，沥水池的底部设有出液口，与出液口连通的细分选制浆池入料口处设有一级高压喷头。
3.如权利要求2所述的序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***，其特征在于，所述三相离心分离器的液体出料暂存罐处设有第一废水出料支管和第二废水出料支管，第一废水出料支管与粗分选设备连通，第二废水出料支管与细分选制浆设备连通；第一废水出料支管和第二废水出料支管上均装有流量控制阀，所述粗分选设备和细分选制浆设备的入料口处均设有若干个二级高压喷头，二级高压喷头分别与第一废水出料支管和第二废水出料支管连通。
4.如权利要求1所述的序批次高效提取餐厨废弃物油脂的***，其特征在于，所述三相离心分离器的油脂出料管与油脂暂存箱连通，油脂暂存箱与二次提纯罐连通，二次提纯罐与成品罐连通。
5.一种序批次高效提取餐厨废弃物油脂的方法，其特征在于，利用如权利要求1所述的***进行处理；步骤为：
(1)将餐厨废弃物倒入至卸料池内储存，并利用蒸汽直冲加热器对进入卸料池内部的餐厨废弃物进行蒸汽加热处理；
(2)步骤(1)的固体餐厨废弃物通过固体出料口采取螺旋输送方式，依次通过破碎机、粗分选设备、细分选制浆设备和除砂除杂机进行处理，得到除砂除杂后的有机浆液；
(3)将步骤(2)的有机浆液通入至热调质罐内进行间接热调质处理；
(4)将步骤(3)间接热调质处理后的浆液通入至三相离心分离器中进行三相分离，得到粗油脂、固形物和高温废水；
(5)将步骤(4)的固形物做资源化处理，粗油脂送至二次提纯罐内进行二次直接加热处理，得到纯化后的回收油脂。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述间接热调质处理的温度为80～85℃，间接热调质处理的持续时间为60～70min；步骤(5)中，所述二次直接加热处理的温度为80～85℃，二次直接加热处理的持续时间为120～160min。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述外盘加热管的饱合蒸汽压强为1.0～1.2MPa。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用如权利要求2所述的***进行处理；步骤(1)中，所述一级高压喷头位于蒸汽直冲加热器的蒸汽管道支管，支管布设于卸料池四周，距离卸料池底部距离1/3处，管材选择防腐耐高温不锈钢材质，蒸汽出口直径为15mm～20mm，喷射方向为向下。
9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，利用如权利要求3所述的***进行处理；步骤(4)中获得的部分高温废水经第一废水出料支管回流至粗分选设备，第二废水出料支管回流至细分选制浆设备；
其中，回流的高温废水占步骤(4)获得的总高温废水的体积百分数为25～40％；经第一废水出料支管回流至粗分选设备的废水体积与经第二废水出料支管回流至细分选制浆设备的废水体积的比例为1.0～1.6:1；剩余高温废水进入后续资源化利用环节；
高压喷头距离物料的最小垂直距离为30-50cm，出水口直径为20mm～30mm，喷射位置为物料正上方，高压喷头的喷射方向与物料转动方向角度为30-50度。
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