濕熱處理是在含水環(huán)境中通過熱水解反應(yīng)處理餐廚垃圾，使其結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生物理化學(xué)變化，促進固體脂肪溶出的方法。反應(yīng)完成后，上層為油相，下層為固相。固相可通過過濾后處理，最終可制成飼料或肥料，而上層油脂也可進一步回收利用。

為了優(yōu)化餐廚垃圾濕熱處理工藝參數(shù),對溫度、加熱時間、加水率等因素進行了U24(63)均勻試驗,考察了各因素對產(chǎn)物還原糖、有機質(zhì)含量和總能的影響。并進一步對溫度、加熱時間進行了2因素5水平的完全試驗,分析了各因素對濕熱產(chǎn)物的影響機理。結(jié)果表明,各因素對處理產(chǎn)物還原糖含量、有機質(zhì)含量的影響顯著性從高到低的順序為:溫度、加熱時間、加水率,對總能影響較顯著的因素為加水率;最適宜的工藝條件為:溫度120℃,加熱時間80min,加水率50%;隨著溫度的上升和加熱時間的延長,產(chǎn)物pH值呈大致下降趨勢,可溶性有機物和還原糖含量明顯升高,有機質(zhì)含量、總能變化不顯著,產(chǎn)物脫水性能有所改善。說明濕熱處理對餐廚垃圾的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)和脫水性能具有較大影響。

1 餐廚濕熱處理

濕熱處理是在含水環(huán)境中通過熱水解反應(yīng)處理餐廚垃圾，使其結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生物理化學(xué)變化，促進固體脂肪溶出的方法。反應(yīng)完成后，上層為油相，下層為固相。固相可通過過濾后處理，最終可制成飼料或肥料，而上層油脂也可進一步回收利用。與其他方法相比，它不僅實現(xiàn)了資源化，而且更容易實現(xiàn)消毒滅菌。

為了改善餐廚垃圾脫水和脫油性能，提高處理效果，對餐廚垃圾濕熱工藝中的溫度和加熱時間等主要影響因素分析了濕熱處理產(chǎn)物的比阻、脫水率和可浮油含量等指標(biāo)的變化規(guī)律，構(gòu)建了餐廚垃圾固相脂質(zhì)浸出反應(yīng)動力學(xué)模型，研究了濕熱處理參數(shù)對餐廚垃圾脫水和脫油性能的影響機理。結(jié)果表明，濕熱處理初期，垃圾脫水率下降，加熱40min后，脫水率開始上升，且溫度越高，上升越快，180℃加熱100min達最高;隨著溫度的升高和加熱時間的延長，餐廚垃圾脫油性能呈上升趨勢，溫度越高，上升趨勢越明顯;當(dāng)溫度達到160℃，加熱時間達80min時，垃圾固相油脂基本浸出完全，繼續(xù)升溫和加熱，部分油脂發(fā)生水解等化學(xué)反應(yīng)，可浮油量開始降低;垃圾固相脂質(zhì)浸出符合一級反應(yīng)動力學(xué)。

2 濕熱處理對脫水量的影響

餐廚垃圾中的水分主要以游離水、間隙水、毛細管結(jié)合水、表面吸附水、內(nèi)部水等5種形式存在，其中游離水以連續(xù)相存在于垃圾固體顆粒外圍，通過過濾即可去除;間隙水存在于固體顆粒之間，只存在較弱的范德華力，可通過壓濾脫除;而毛細管結(jié)合水、表面吸附水、內(nèi)部水與固體顆粒結(jié)合較緊密，需要較高的能量方可脫除。

餐廚垃圾脫水主要是利用外力使垃圾中水分的存在形式發(fā)生轉(zhuǎn)化，然后進行固液分離的過程。可見，單位餐廚垃圾脫水量主要取決于垃圾的游離水含量。

單位垃圾脫水量隨加熱時間的變化結(jié)果顯示在濕熱處理初期，淀粉顆粒吸水膨脹、蛋白質(zhì)膠粒水合及水與氨基酸側(cè)鏈上的氨基、果膠物質(zhì)未酯化的羧基形成氫鍵等，使部分游離水進入固相而成為其他形式的水，造成單位垃圾脫水量呈下降趨勢。繼續(xù)加熱，則有機物開始溶解、液化甚至水解，垃圾分子移動性(即分子的旋轉(zhuǎn)移動和平動移動性的總度量，用Mm表示)增強，單位垃圾脫水量開始上升，且溫度越高則上升趨勢越明顯。

3 濕熱處理對于脫出液的影響

為探明濕熱處理后餐廚垃圾脫出液水質(zhì)、水量的變化規(guī)律，有效提高其處理效率，對不同濕熱條件下單位餐廚垃圾脫水量、脫出液的pH、總懸浮固體(SS)、溶解性COD(SCOD)、氮的存在形式及其濃度、油脂含量的變化規(guī)律進行了試驗研究。結(jié)果表明，隨著溫度的上升和加熱時間的延長，餐廚垃圾脫出液pH值有所下降，并且在溫度達180℃、加熱時間為40min時pH〈4.5，故在生物處理前需進行調(diào)節(jié);濕熱處理使餐廚垃圾脫出液的SCOD值大幅上升，180℃下加熱100min后達最高值(為211400mg/L);濕熱處理使SS值呈下降趨勢;濕熱處理初期有機氮濃度增加，達到180℃且加熱時間〉60min后有機氮開始向氨氮轉(zhuǎn)化。另外，濕熱處理使餐廚脫出液的可浮油含量增加，有利于廢油脂的分離、回收。

4 濕熱處理參數(shù)對餐廚垃圾脫水和脫油性能的影響

餐廚垃圾含水率可高達約90%，脂肪含量(以垃圾干重計)最高可達約30%。其中水分的遷移流動特性，油脂的易氧化酸敗和易揮發(fā)等特性，使此類垃圾比普通生活垃圾更易于污染環(huán)境，處理處置難度更大。所以，脫水、脫油成為餐廚垃圾處理技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而餐廚垃圾中的廢油脂又是優(yōu)良的生物能源和上等的化工原料[1]。因此，改善餐廚垃圾脫水脫油性能對于它的處理處置與資源回收具有重要意義。Neyens和Roshanravan等人認為濕熱處理可以改變垃圾中的水分及脂類的存在形式，從而影響垃圾的脫水、脫油性能[2，3]。為了進一步探索濕熱處理對餐廚垃圾的脫水、脫油性能的影響機理及變化歷程，本文通過試驗，對餐廚垃圾濕熱處理產(chǎn)物脫水率、比阻、可浮油含量隨溫度、加熱時間的變化規(guī)律進行了分析，并構(gòu)建了餐廚垃圾固相脂質(zhì)浸出的反應(yīng)動力學(xué)，為優(yōu)化餐廚垃圾濕熱處理工藝提供理論依據(jù)。

5 脫水率、SCOD、固相粗脂肪、淀粉含量和可浮油的測定

選取100℃、120℃、140℃、160℃、180℃共5個溫度水平，20min、40min、60min、80min、100min共5個加熱時間水平進行25組完全試驗。在每次實驗開始之前，須用二次去離子水將濕熱反應(yīng)器洗3遍，之后加入待處理的餐廚垃圾樣品600g于反應(yīng)器中，加300mL水，加蓋密封，加熱到規(guī)定溫度，作為0點開始計時，保溫達到規(guī)定時間，卸壓，取樣。取一部分樣品利用離心脫水機在3000r/min離心脫水30min，得油水混合物，測定脫水量、可浮油量。所得脫水量占所取樣品總含水量的百分比即為脫水率，脫水后的垃圾在80℃進行真空干燥，測定恒重后的固相粗脂肪含量;另一部分濕熱處理后樣品直接在60℃進行真空干燥，取恒重后的樣品測定淀粉含量。各指標(biāo)測定方法.垃圾脫水性能的測定測定原理借鑒污泥脫水性能的測定方法，用比阻來評價餐廚垃圾的過濾脫水性能。比阻(或稱比阻抗，r)在數(shù)值上等于粘滯度為1時，濾液通過單位重量的泥餅產(chǎn)生單位濾液流率所需的壓差。垃圾比阻愈大，越難過濾，脫水性能愈差，反之脫水性能愈好。垃圾定壓過濾符合卡門公式：

式中，t為過濾時間，s;V為濾液體積，cm3;p為過濾壓力，g/cm2;A為過濾面積，cm2;μ為濾液的動力粘滯度，g?(s/cm)-1;w為單位體積的濾液在過濾介質(zhì)上截留的干固體質(zhì)量，g/cm3;r為比阻，s2/g;Rf為過濾介質(zhì)的阻抗，/cm2。濕熱處理參數(shù)對餐廚垃圾脫水性能的影響。

結(jié)束語

由于餐廚垃圾易被微生物降解，目前主要集中在利用微生物發(fā)酵處理餐廚垃圾中各種可以利用的資源。生物處理法處理餐廚垃圾對環(huán)境的影響較小，且成本相對較低，可回收能源并產(chǎn)生對人類有益的二次產(chǎn)物，成為處理餐廚垃圾的主流方法。