餐廚垃圾是餐飲行業、單位、家庭及學校等集體食堂在食品加工及使用過程中產生的食物廢棄物及食物殘渣的總稱。廚余垃圾是指居民日常生活及食品加工、飲食服務等活動中產生的廢棄物，主要以菜葉、果皮、蛋殼組成。隨著我國居民生活水平的不斷提高，如何兼顧處理效率與工藝經濟性，最大限度的處理餐廚及廚余垃圾正日漸成為國內環衛行業面臨的新難題。
目前國外主要采取堆肥、厭氧消化、飼料化再利用等工藝處理餐廚及廚余垃圾，以將餐廚及廚余垃圾轉化為高附加值的有機質原料為主要處理方向。國內對于廚余及餐廚垃圾采取了包括厭氧消化、肥料化、飼料化、昆蟲養殖、制備生物柴油、厭氧發酵等多種工藝。其中南方地區的昆蟲養殖及飼料化處理已經有多個投產案例，如江蘇常州餐廚垃圾綜合處置工程對食物垃圾采取預處理+厭氧消化+沼氣發電，對餐廚廢油采用預處理+生物柴油制取，并已正式投產運行。本研究所闡述的新型三相分離工藝以北京某區的餐廚及廚余垃圾為研究對象，分析研究如何高效有序的處理餐廚及廚余垃圾，并盡可能將其中的高價值成分轉化為產品，以提升整體工藝的經濟性。
1、實驗過程簡介
1.1 處理工藝簡介
新型三相分離工藝指的是通過物理切割、截留等方式對物料逐步處理，并將物料轉化為液態均值混合物，最終通過各類三相分離機械實現物料分離成為固相、液相、渣相三相的一種處理工藝。與傳統三相分離工藝不同，新型三相分離工藝通過在前段架設多級過濾及物料漿液化流程，大大提升了三相分離效果，能夠保證最終產物中各項物質的純度，為提升工藝經濟性及做進一步深度處理創造了有利條件。同時，該工藝后端還通過外排漿液箱回流換熱，及回流清洗設備等多種設計最大限度的改善了傳統三相分離工藝用水量大、熱源需求高、整體能耗偏大等問題，為該工藝拓展了更多的應用方向，大大提升了工藝的實用價值。該類工藝中的核心設備為將物料制成漿液的制漿設備及各類三相分離設備。制漿機的主要工作原理是以物料中的水作為工作介質，通過機械攪拌運動帶動物料共同運動，使物料在隨著轉子旋轉的過程中形成不同速度流層，不同速度的漿液流層之間會發生揉搓、摩擦、疏解、分離等作用，形成相應的水力沖擊和水力剪切，從而在較短的時間內對垃圾中的組分實現有效分離，形成更易處理的細化漿液。制漿設備中常用有造紙行業所使用的水力制漿機及礦業工程所使用的注漿機、泥灰機等等。對于餐廚及廚余垃圾，水力制漿機能耗更低，分割效果好，因此更適合新型三相分離工藝。
三相離心設備是指通過離心、旋轉、電磁吸附等方式將物料分為油相、渣相、水相的一類分離提純設備。各類三相分離設備中，常見的有臥螺式、立式、蝶式等多種形式，考慮到現場面積及油相分離效果，臥螺式具有布局緊湊、占地空間小、易于維護、易于調整分離物質的各項占比等優勢，因此更適合新型三相分離工藝。綜上，該工藝選擇水力制漿機及臥式三相分離機作為工藝核心設備。
按照工藝流程主要分為除雜車間及三相分離車間兩部分。除雜車間通過多級鏈板將餐廚垃圾及廚余垃圾輸送至滾筒篩，利用滾筒篩將直徑大于70mm的物料截留在滾筒篩內，最終通過鏈板輸送至雜料箱內，并去往后續堆肥處理工藝。直徑小于70mm的物料通過滾筒篩后經提升螺旋傳送至氣動分料器，通過分料器將物料接入兩臺并聯運行的制漿除雜機。制漿除雜機為序批式工作，兩臺制漿機進料時間通過分料器切換進料，保證整條生產線是連續工作。制漿機中大于6mm的雜物如塑料、不銹鋼勺子、貝殼、小塊骨頭、金屬、酒瓶蓋等經制漿機排渣閥排至提雜輸送螺旋并送往二級除雜機(螺旋壓榨機）進行二次分離，經過壓榨后的雜物落在現有篩上物輸送皮帶上一并送入雜箱外運。壓榨濾液及螺旋瀝水一并自流至瀝水池，經潛污泵送回制漿除雜機；粒徑小于6mm的餐廚垃圾有機漿料及少量雜質則制成預處理漿液由漿液泵送至三相分離車間。
餐廚垃圾篩下物預處理漿液進入三相分離車間后，首先進入高濃除渣器對漿料進行砂雜去除，高濃除渣器出水進入螺旋板換熱器與三相離心機分離出的熱漿液進行換熱，然后排至加熱罐。高濃除渣器排渣進入砂水分離器，由砂水分離器螺旋送入三相分離器出渣螺旋。漿料在加熱罐中加熱至80℃后，溢流進入加熱緩沖罐，之后泵送進入三相離心機進行三相分離，最終形成漿液相、油相、渣相三相。漿液一部分輸送至螺旋板換熱器進行余熱回收，再外排至外運漿液儲罐，進入相應水處理設施進行處理，另一部分漿液泵送回到水力旋流制漿機洗渣，經重復利用后排出體系；所得渣相去往后續堆肥處理工藝，所得油相由具有相關回收資質的廠家進行收集再利用，詳細工藝流程圖見圖1。
1.2 分析項目與測定方法
本研究將根據實際餐廚處理進出各類物料的重量數據分析新型三相分離處理工藝的處理效果，并給出單獨處理餐廚垃圾及同時處理餐廚及廚余垃圾情況下的固相殘渣、油脂、漿液的產出比例，分析其基本變化趨勢，并據此對餐廚垃圾及廚余垃圾的基本組成進行分析，結合新型三相分離工藝實際處理情況，還將為餐廚及廚余垃圾的處理方向給出合理化建議，以最大限度的提升處理工藝的經濟性。
2、數據與分析
2.1 新型三相分離工藝僅處理餐廚垃圾時的相關數據
圖2為2022年3月期間，該新型三相分離工藝僅處理餐廚垃圾時的相關數據。從圖2中可以看出，僅處理餐廚垃圾時，餐廚垃圾大部分轉化為漿液，少量轉化為渣相，剩余部分轉化為油相。經計算，平均每日處理垃圾291.9t，每日產生漿液212.3t，占72.72%，每日產生渣相66.59t，占22.81%，每日產油13.04t，占4.47%，詳細占比圖見圖3。
從圖中可以分析得到以下結論：
(1)在來源穩定的情況下，利用餐廚垃圾提取粗油脂具有長期可行性。在整月處理期間，餐廚垃圾的產油量基本保持穩定在4%~5%之間波動，說明在正常情況下，同一地區的餐廚垃圾中可提取的油脂數量基本恒定。因此，在垃圾來源區域確定的情況下，利用餐廚垃圾提取油脂進行再加工具有長期可行性。
(2）餐廚垃圾中最主要成分為水分。不難看出，漿液相占據了工藝產生的三相物質中的大部分，證明餐廚垃圾中的最主要成分是水分，因此想要最大限度的處理好餐廚垃圾，需要尋找有效解決產生漿液的辦法。目前常見的處理餐廚漿液的方式有利用餐廚漿液富含有機質的特點通過好氧堆肥制成肥料，或將餐廚漿液作為原材料經昆蟲飼養得到精細化蛋白質飼料，或經過厭氧細菌進行污水處理轉化為沼氣發電利用等多種方式進行處理。
2.2 新型三相分離工藝同時處理餐廚及廚余垃圾時的相關數據
圖4為2022年5月期間，該新型三相分離工藝同時處理餐廚及廚余垃圾時的相關數據。經計算，平均每日處理垃圾238.7t，每日產生漿液133.2t，占55.82%，每日產生渣相98.56t，占41.29%，每日產油6.88t，占2.88%，詳細占比圖見圖5。
從圖中可作出以下分析：
(1)餐廚垃圾及廚余垃圾均有類似的組成，其中的水分占到垃圾總體的絕大部分。但同時處理廚余垃圾后，所得產物中漿液及油相產比顯著下降，渣相產生量顯著增加，這與廚余垃圾含水率較低，含渣量較高的基礎特點相吻合。
(2)以餐廚垃圾的平均出油率計算，5月全月廚余垃圾的出油率不足1%，這也進一步證明，相較于餐廚垃圾，廚余垃圾作為單一原料通過離心分離工藝提取油脂的經濟效益較低。因此，應根據廚余垃圾特點選擇合適的后續處理工藝，如好氧堆肥或昆蟲養殖技術進行深度處理，充分利用廚余垃圾中豐富的有機質，實現垃圾的資源化利用。現有三相分離技術更適合作為廚余垃圾的預處理工藝，最大限度利用其中的油脂成分，提高廚余垃圾整體處理過程的經濟效益。
3、結論
(1)僅處理餐廚垃圾時，漿液占72.72%，渣相占22.81%，油占4.47%；同時處理餐廚及廚余垃圾時，漿液占55.82%，渣相占41.29%，油占2.88%。廚余垃圾的產油率顯著低于餐廚垃圾。
(2)餐廚垃圾與廚余垃圾中最主要成分為均為液態物質，兩者相比，餐廚垃圾中的油脂及液相物質含量相對較高，廚余垃圾中的渣類物質含量相對較高。
(3)在來源穩定的情況下，利用餐廚垃圾提取粗油脂具有長期可行性，對于廚余垃圾，三相分離工藝更合適作為預處理工藝以提高處理過程的經濟效益。（來源：北京環境衛生工程集團有限公司南宮園區運營管理分公司）
