摘 要：随着社会的发展和人们生活水平的提高，餐厨垃圾处理逐渐成为环境治理中的重要问题。由于我国人口众多，餐厨垃圾产量巨大，因此在餐厨垃圾收运处理上存在极大的难度。针对我国北方餐厨垃圾的成分进行分析，根据分析的餐厨垃圾成分设计了一种中小型餐厨垃圾处理设备。该餐厨垃圾处理设备由三相分离系统、破碎系统、烘干灭菌系统及自动控制系统组成，以制作干饲料为主要目的，同时析出并统一收集油液，用于后期制作生物柴油等燃料。
关键词：餐厨垃圾;成分分析;工艺流程;设备系统
餐厨垃圾主要是由于人们在餐桌上的浪费行为以及食品加工运输过程处理不当导致新鲜的食物受到污染所产生的。受我国饮食习惯的影响，在餐桌上的食品浪费尤为严重。我国的餐厨垃圾多数集中在城市，而我国城市垃圾中餐厨垃圾占 50% 以上。这不仅形成了严重的资源浪费，也给人们的身体健康带来了严重威胁 [1]。所以，如何有效处理餐厨垃圾已经成为我国推进城市化建设道路上必须克服的问题。餐厨垃圾成分复杂，其中脂肪、蛋白质等有机物占比高达 75%，同时水分占垃圾总重量的 80% 以上。因此，餐厨垃圾具有极高的回收再利用价值。但是，餐厨垃圾大部分混合在人们的生活垃圾中不易区分，大大增加了餐厨垃圾处理的难度。当前，我国的生活垃圾分类项目已经进行了试点运行。为了更好地配合垃圾分类，推进我国城市化建设，如何及时有效地处理餐厨垃圾成为亟需解决的问题。
餐厨垃圾已经严重影响到人们的生活和社会环境。目前，大型的垃圾处理设备已经得到实际应用，但是大部分的餐厨垃圾产地与大型垃圾处理设备相距较远 [2-3]，因此急需设计一种中小型可移动餐厨垃圾处理设备，从而高效处理餐厨垃圾。
1 餐厨垃圾成分分析
对某高校食堂的餐厨垃圾进行抽样分析，餐厨垃圾的成分组成见表 1，餐厨垃圾的营养成分组成见表 2。
3 餐厨垃圾处理工艺
根据餐厨垃圾成分分析，餐厨垃圾主要处理工艺如下
3.1 三相分离
我国的饮食习惯决定了餐厨垃圾含有大量的油脂，而餐厨垃圾中的油脂分离回收后经生物处理可以转化为生物柴油，有很高的经济价值。不进行分离直接处理餐厨垃圾，会使其中的油脂不利于后期的生物处理。
3.2 破碎
餐厨垃圾中的大块杂物会影响餐厨垃圾处理的效果和效率，增加了餐厨垃圾的处理难度。所以，餐厨垃圾破碎处理尤为重要。
3.3 烘干灭菌
餐厨垃圾中的水分含量占垃圾总量的 65% 以上。三相分离后仍有相当一部分水分没有排出，所以烘干是制作干饲料必不可少的步骤。此外，餐厨垃圾中含有大量的细菌和微生物，直接制成饲料会危害家禽家畜，而高温及紫外线灭菌工艺能有效保障家禽家畜的健康 [3]。
4 餐厨垃圾处理设备系统设计
该设备采用三相分离、大块废料筛除、破碎途径烘干灭菌等工艺处理餐厨垃圾，工作流程如图 1 所示。
该设备为一体式结构，占地面积小，可独立完成对餐厨垃圾的处理。基本结构如图 2 所示，主要包括三相分离系统、破碎系统、烘干灭菌系统及外壳。
4.1 三相分离系统餐厨垃圾处理设备的三相分离系统位于入料口下方，能达到将餐厨垃圾中的固体、水分和油脂分离的目的。设备中的三相分离系统包括箱体和旋流分离器两部分;箱体底部设有出料口，侧壁设有出油口和排水口，箱体内侧设有导流斜面，斜面上开有横置凹槽和小孔。
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原料通过进料口进入旋流分离器中进行旋流分离。含量较高、密度较大的底流通过底流出口落入螺旋输送机，含量较少、比重较小的溢流液通过溢流口落入箱体中。溢流液经过箱体的斜面时，会被斜面上的不规则凹槽和小孔将细小的油雾聚合到一起变成大的油滴，然后落入箱体中进行物理沉积。经过箱体内滤网过滤可析出油液，并通过出油口流出。此外，箱体上设有排水口，可将废水排出 [4]。
因为第一次固液分离时底流中有残余的油液，为了充分分离需进行二次分离。在二次分离中，含量较高的底流通过底流出口落入废料储存罐，分离废水和油液的方式与第一次分离相同。三相分离系统如图 3 所示。
4.2 破碎系统
该设备的餐厨垃圾破碎系统有粗筛和破碎两个作用。粗筛机过滤餐厨垃圾中体积过大的固体杂质，一方面保证餐厨垃圾饲料的质量，另一方面延长破碎机的使用寿命。粗筛机包括进料口、滤网、刮刀、排料斜面、废料排料口和刀架出料口，其中刮刀设计为弧形。减速器通过膜片联轴器连接到双齿辊式破碎机。双齿辊式破碎机包括进料口、机壳、传动齿轮保护壳、出料口、主动辊、从动辊、剔齿装置和传动齿轮。其中，主动辊和从动辊为细碎辊，在齿辊上方设有进料口，并与粗筛机出料口相连。机座的下方设有出料口，出料口与集料箱相连。
针转动，物料倒入滤网，刮刀通过刀架的转动将大块异物带到废物排料口通过排料斜面去除，而合格的餐厨垃圾通过滤网落入破碎机中。减速器将电机动力扭矩通过联轴器提供给破碎机主动破碎齿辊，然后经过齿轮传递给从动辊。这里破碎辊齿为细破碎辊齿，辊齿之间若有异常物料黏着，可通过剔齿刀剔除。破碎后的物料通过箱体底部排出。破碎系统如图 4 所示。
4.3 烘干灭菌系统
烘干灭菌系统位于破碎机下方。餐厨垃圾中，固化物经破碎机破碎成细小颗粒后，排入烘干灭菌系统。烘干灭菌系统对餐厨垃圾进行搅拌、烘干及高温灭菌，包括搅拌组件、加热模块和紫外线灭菌灯。烘干灭菌系统底板由电磁加热板组成，顶部设置有紫外线灭菌灯，进料口内部有翻料杆，确保物料受热均匀，提高烘干效率 [5]。
餐厨垃制作干饲料是比较常见的餐厨垃圾处理方式。通过高温及紫外线两道灭菌工艺，大大降低了因为饲料来源而产生传染疾病的情况。该烘干灭菌系统的三维结构剖面如图 5 所示。
经过烘干灭菌系统内的烘干灭菌工艺流程后，物料经过与糠、麸等辅料混合制成干饲料。
4.4 自动控制系统控制部分采用外加扩展 ADC 模块的西门子公司的 s7- 300PLC，实现数据采集、闭环控制、设备启停控制、自动 / 手动控制和现场报警等功能 [6]。温度传感器选用热电偶温度传感器。控制系统的硬件结构如图 6 所示。
自动控制部分通过程序控制实现进料、三相分离、垃圾破碎、烘干、灭菌以及出料等功能，并且实时监控工作情况且可进行相关操作。通过数据采集模块采集液位、温度等数据，通过闭环控制实现设备的启停控制。传感器检测到异常动作数据时会发出故障报警，可以通过按键手动控制急停。显示装置可以实时显示各个设备的运行情况，便于对餐厨垃圾的处理状况进行估计。设备由 PLC 对系统进行控制，其电源、CPU、输入输出一体化，可搭配丰富的扩展模块，性能可靠，在工业控制中已广泛使用。此外，此可编程控制器编程简单，降低了维护人员的工作难度。
5 结语
餐厨垃圾处理设备未来的发展趋势是集自动化、小型化、低能耗等功能于一体，正是该设备的优点所在。餐厨垃圾经过处理后，脱去餐厨垃圾中的大部分油分、水分及废料，保留餐厨垃圾中的营养成分，减少垃圾固体部分造成的环境污染问题，明显实现了垃圾就地减量，大大降低了运输成本。经过该处理设备可以回收餐厨垃圾大部分的油脂作为生物柴油，大大提高了能源利用率。破碎系统可以过滤大部分餐厨垃圾中的废料，并将餐厨垃圾破碎为细小颗粒用于制作饲料，因此对能源问题、环境保护、垃圾资源化及城市生活环境都有积极作用。——论文作者：王义文 1 付鹏强 1 宋锦东 2 石洪影 2 孙秋君 2
参考文献
[1] 沙涛，迟子芳 . 餐厨垃圾处理设备的现状与发展趋势研究 [J]. 环境科学与管理，2015，(8)：41-43.
[2] 刘玉德，绳以健，石文天 . 餐厨垃圾处理设备研究 [J]. 北京工商大学学报(自然科学版)，2011，(6)：69-72.
[3] 何鸣 . 关于餐厨垃圾处理设备发展的思考与建议 [J]. 资源节约与环保，2016，(8)：166.
[4] 黎明 . 垃圾收运系统设备的应用 [J]. 工程技术，2018，(9)： 64-74.
[5] 罗文苑，刘鹏，徐超 . 小型餐厨垃圾处理设备的设计 [J]. 广船科技，2016，(3)：19-21.
[6] 张慧敏，黄程，汤国平 . 新型餐厨垃圾处理设备的研究 [J]. 食品工业，2018，(6)：219-222.
