餐厨垃圾固相油脂液化及分离回收的影响因素

2.2湿热处理对餐厨垃圾固相内部油脂液化浸出的影响
2.2.1湿热处理对餐厨垃圾可浮油含量的影响
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1μm的微小油珠悬浮分散在水相中；乳化油粒径大小为0.5～15μm；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。可见，可浮油含量是餐厨垃圾脱油性能的决定因素。所以油水混合的脱油性能通常以其中的可浮油含量来衡量。
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4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Mm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，形成亲水-亲脂平衡（hydrophile-lipophile balance，HLB）值为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[7-8]，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80min。

图4垃圾可浮油含量随加热时间变化规律
2.3粗粒化处理参数对餐厨垃圾脱出液油脂回收率的影响
粗粒化是油水分离中将分散油转化为上浮油的常用方法。为了提高餐厨废油的回收率，采用塑料纤维和金属丝2种粗粒化材料对餐厨垃圾脱出液油水混合物进行粗粒化处理。
2.3.1粗粒化床高对餐厨垃圾脱出液油脂回收率的影响
将经过湿热液化浸出之后的餐厨垃圾油水混合物进行粗粒化油水分离，塑料纤维和金属丝两种粗粒化材料的粗粒化床床高与油脂回收率关系曲线如图5所示。可以看出，通过粗粒化可以提高油脂回收率。主要是由于粗粒化床的截留和聚结作用以及油滴相互粘结凝聚等作用，使部分以分散油形态存在的小油滴变为大油滴，从而成为上浮油。开始，两种粗粒化床随着床层高度的增加油脂回收率均增加，在增加到25cm床高之后，塑料纤维床油脂回收率趋于稳定，说明此时粗粒化床达到动态饱和，35cm床高时油脂回收率达到最大值76.1%，而金属丝床在床高增加到35cm时，粗粒化床趋于动态饱和，此时油脂回收率为72.5%，说明此时粗粒化床对油脂的截留速率与粗粒化材料上的油脂脱附速率基本相等。继续增加床层高度，塑料纤维床床高大于45cm时，油脂回收率开始下降，金属丝床油脂回收率下降的拐点为床高50cm处，造成这种结果的原因是被截留下来的油脂粘附在粗粒化材料上随床层高度增加脱离下来的难度增大，导致部分油脂滞留在床层内部不能被回收。对比发现，塑料纤维粗粒化材料的粗粒化效果明显好于金属丝粗粒化材料，这与材料的表面特性有关。

图5粗粒化床中油脂回收率η与粗粒化床高H的关系