厨房垃圾湿热处理的影响因素

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湿热处理是在含水环境中通过厨房垃圾处理器热水解反应处理餐厨垃圾，使其结构和性能发生物理化学变化，促进固体脂肪溶出的方法。反应完成后，上层为油相，下层为固相。固相可通过过滤后处理，最终可制成饲料或肥料，而上层油脂也可进一步回收利用。

为了优化餐厨垃圾湿热处理工艺参数,对温度、加热时间、加水率等因素进行了U24(63)均匀试验,考察了各因素对产物还原糖、有机质含量和总能的影响。并进一步对温度、加热时间进行了2因素5水平的完全试验,分析了各因素对湿热产物的影响机理。结果表明,各因素对处理产物还原糖含量、有机质含量的影响显着性从高到低的顺序为:温度、加热时间、加水率,对总能影响较显着的因素为加水率;最适宜的工艺条件为:温度120℃,加热时间80min,加水率50%;随着温度的上升和加热时间的延长,产物pH值呈大致下降趋势,可溶性有机物和还原糖含量明显升高,有机质含量、总能变化不显着,产物脱水性能有所改善。说明湿热处理对餐厨垃圾的营养结构和脱水性能具有较大影响。

1 餐厨湿热处理

湿热处理是在含水环境中通过热水解反应处理餐厨垃圾，使其结构和性能发生物理化学变化，促进固体脂肪溶出的方法。反应完成后，上层为油相，下层为固相。固相可通过过滤后处理，最终可制成饲料或肥料，而上层油脂也可进一步回收利用。与其他方法相比，它不仅实现了资源化，而且更容易实现消毒灭菌。

为了改善餐厨垃圾脱水和脱油性能，提高处理效果，对餐厨垃圾湿热工艺中的温度和加热时间等主要影响因素分析了湿热处理产物的比阻、脱水率和可浮油含量等指标的变化规律，构建了餐厨垃圾固相脂质浸出反应动力学模型，研究了湿热处理参数对餐厨垃圾脱水和脱油性能的影响机理。结果表明，湿热处理初期，垃圾脱水率下降，加热40min后，脱水率开始上升，且温度越高，上升越快，180℃加热100min达最高;随着温度的升高和加热时间的延长，餐厨垃圾脱油性能呈上升趋势，温度越高，上升趋势越明显;当温度达到160℃，加热时间达80min时，垃圾固相油脂基本浸出完全，继续升温和加热，部分油脂发生水解等化学反应，可浮油量开始降低;垃圾固相脂质浸出符合一级反应动力学。

2 湿热处理对脱水量的影响

餐厨垃圾中的水分主要以游离水、间隙水、毛细管结合水、表面吸附水、内部水等5种形式存在，其中游离水以连续相存在于垃圾固体颗粒外围，通过过滤即可去除;间隙水存在于固体颗粒之间，只存在较弱的范德华力，可通过压滤脱除;而毛细管结合水、表面吸附水、内部水与固体颗粒结合较紧密，需要较高的能量方可脱除。

餐厨垃圾脱水主要是利用外力使垃圾中水分的存在形式发生转化，然后进行固液分离的过程。可见，单位餐厨垃圾脱水量主要取决于垃圾的游离水含量。

单位垃圾脱水量随加热时间的变化结果显示在湿热处理初期，淀粉颗粒吸水膨胀、蛋白质胶粒水合及水与氨基酸侧链上的氨基、果胶物质未酯化的羧基形成氢键等，使部分游离水进入固相而成为其他形式的水，造成单位垃圾脱水量呈下降趋势。继续加热，则有机物开始溶解、液化甚至水解，垃圾分子移动性(即分子的旋转移动和平动移动性的总度量，用Mm表示)增强，单位垃圾脱水量开始上升，且温度越高则上升趋势越明显。

3 湿热处理对于脱出液的影响

为探明湿热处理后餐厨垃圾脱出液水质、水量的变化规律，有效提高其处理效率，对不同湿热条件下单位餐厨垃圾脱水量、脱出液的pH、总悬浮固体(SS)、溶解性COD(SCOD)、氮的存在形式及其浓度、油脂含量的变化规律进行了试验研究。结果表明，随着温度的上升和加热时间的延长，餐厨垃圾脱出液pH值有所下降，并且在温度达180℃、加热时间为40min时pH〈4.5，故在生物处理前需进行调节;湿热处理使餐厨垃圾脱出液的SCOD值大幅上升，180℃下加热100min后达最高值(为211400mg/L);湿热处理使SS值呈下降趋势;湿热处理初期有机氮浓度增加，达到180℃且加热时间〉60min后有机氮开始向氨氮转化。另外，湿热处理使餐厨脱出液的可浮油含量增加，有利于废油脂的分离、回收。

4 湿热处理参数对餐厨垃圾脱水和脱油性能的影响

餐厨垃圾含水率可高达约90%，脂肪含量(以垃圾干重计)最高可达约30%。其中水分的迁移流动特性，油脂的易氧化酸败和易挥发等特性，使此类垃圾比普通生活垃圾更易于污染环境，处理处置难度更大。所以，脱水、脱油成为餐厨垃圾处理技术的关键环节，而餐厨垃圾中的废油脂又是优良的生物能源和上等的化工原料[1]。因此，改善餐厨垃圾脱水脱油性能对于它的处理处置与资源回收具有重要意义。Neyens和Roshanravan等人认为湿热处理可以改变垃圾中的水分及脂类的存在形式，从而影响垃圾的脱水、脱油性能[2，3]。为了进一步探索湿热处理对餐厨垃圾的脱水、脱油性能的影响机理及变化历程，本文通过试验，对餐厨垃圾湿热处理产物脱水率、比阻、可浮油含量随温度、加热时间的变化规律进行了分析，并构建了餐厨垃圾固相脂质浸出的反应动力学，为优化餐厨垃圾湿热处理工艺提供理论依据。