疊螺式餐廚廢棄物脫水機的設(shè)計
行業(yè)動態(tài)
餐廚廢棄物是餐館、食堂等場所人們就餐后的剩余物及廚房下腳料，包括谷物、蔬菜、肉、動植物油、水等。李蜀予等研究表明，對餐廚廢棄物采用脫油干燥飼料化的處理模式比較適合寧夏乃至西北地區(qū)的地理氣候、飲食習(xí)慣和經(jīng)濟發(fā)展水平。根據(jù)該處理模式，提取餐廚廢棄物中的油脂后，剩余物需經(jīng)干燥以獲得干物質(zhì)。但是，脫油處理后的剩余物含水率很高，直接進行干燥將導(dǎo)致干燥環(huán)節(jié)負荷較大。若在干燥前利用機械方式脫水，將會大大減輕干燥環(huán)節(jié)的負荷，從而有效地較低干燥環(huán)節(jié)的能耗。
疊螺式脫水機具有能耗低、噪音小、易操作、自清潔等優(yōu)點，近年來在污泥脫水等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。本文探討疊螺式脫水機在餐廚廢棄物脫水處理中的適用性，并根據(jù)餐廚廢棄物的特點，給出關(guān)鍵的設(shè)計參數(shù)，為疊螺式餐廚廢棄物脫水設(shè)備的設(shè)計提供參考。
1 餐廚廢棄物含水特性及疊螺式脫水機的適用性分析
1.1 餐廚廢棄物中的水分存在形式
根據(jù)物料中水分的存在形式不同，可將其分為游離水、間隙水、毛細管結(jié)合水、表面吸附水和內(nèi)部結(jié)合水等，游離水和間隙水可通過機械脫水壓濾脫除，而毛細管結(jié)合水、表面吸附水、內(nèi)部結(jié)合水與固體顆粒結(jié)合較緊密，需要較高的能量方可脫除。脫油之后的餐廚廢棄物的濕基含水率為82%～95%，主要以游離水存在，含量大于90%。疊螺式餐廚廢棄物脫水機就是以脫除餐廚廢棄物中的游離水為目的的設(shè)備。
1.2 疊螺式脫水機在餐廚廢棄物脫水中的適用性
餐廚廢棄物是一種黏度大、油脂含量高的特殊性質(zhì)的物料，與石油污泥的黏度和密度等物性相近。疊螺式脫水機在石油污泥脫水處理的成功運用，為其在餐廚廢棄物脫水中的應(yīng)用提供了可借鑒的工程實例。
1.3 疊螺式餐廚廢棄物脫水機的結(jié)構(gòu)及工作原理
疊螺式餐廚廢棄物脫水機由濾筒、螺旋軸、進出料口及背壓板等部件構(gòu)成。濾筒是脫水機的關(guān)鍵部件，疊螺式餐廚廢棄物脫水機利用多重固定環(huán)和活動環(huán)交替疊摞形成濾筒，內(nèi)置的螺旋軸推動餐廚廢棄物在筒內(nèi)運動。旋轉(zhuǎn)的螺旋軸使活動環(huán)在徑向做圓周運動，相對固定環(huán)產(chǎn)生游動，濾筒因而不易堵塞。在濾筒前段，餐廚廢棄物中的液體可從固定環(huán)和活動環(huán)之間的間隙自然排出，在后段，螺旋腔內(nèi)體積不斷收縮，內(nèi)壓不斷增大，餐廚廢棄物中的水分被擠出。這種結(jié)構(gòu)有機地結(jié)合了過濾濃縮技術(shù)和壓榨技術(shù)，將餐廚廢棄物的濃縮和壓榨脫水工作在濾筒內(nèi)完成。從進料口到出料口，固定環(huán)與活動環(huán)的間隙逐漸變小，螺旋軸的螺距逐漸變小，通過背壓板可產(chǎn)生很大的壓力，使餐廚廢棄物經(jīng)過充分脫水后，從出料口排出。
2 設(shè)計條件及設(shè)計參數(shù)確定
以寧夏保綠特處理廠日處理量60t餐廚廢棄物為例，進行疊螺式餐廚廢棄物脫水機的設(shè)計。
2.1 螺旋軸結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
螺旋軸是疊螺式餐廚廢棄物脫水機核心部件之一。螺旋軸的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有螺旋軸直徑、壓縮比、螺旋槽深度等。
2.1.1 螺旋軸直徑
螺旋軸的直徑與生產(chǎn)能力（Q）有關(guān)，近似生產(chǎn)能力公式為：Q=60πDpA(nrφc/cosβ)
式中：Dp為第一段螺旋平均直徑，Dp=(D1+d1)/2，D1為螺旋軸外徑，d1為螺旋軸根徑，mm；A為第1段螺旋的法向截面積，A=(t·cosβ-b)(D1-d1)/2，t為第1段螺旋的螺距；b為第1段螺旋的螺葉厚度，mm；n為轉(zhuǎn)速，r/min；c為進料濃度，%；r為絕干物料的密度，kg/m3；φ為進料的填充系數(shù)，一般取0.4～0.6；β為第1段螺旋平均直徑處的螺旋角。
由上式可知，疊螺式餐廚廢棄物脫水機的生產(chǎn)能力和螺旋軸直徑、轉(zhuǎn)速成正比。在c=35%、r=1000kg/m3、φ=0.5、β=11°、b=5mm的條件下，根據(jù)我國的標(biāo)準(zhǔn)螺旋直徑，取螺旋軸直徑為300mm。
2.1.2 螺旋槽深度
螺旋槽深度是螺旋軸外半徑與根半徑之差，對于螺旋擠壓式脫水，一般取0.2～0.3倍螺旋軸外徑。此值過大，物料層變厚，不易脫水，較易發(fā)生打滑現(xiàn)象。易脫水的物料取上限，而難脫水的物料取較小值。餐廚廢棄物屬于難脫水物料，近來越來越趨向取較小值，這里取20mm。
2.1.3 螺距
螺旋軸螺距的大小對于一定直徑的螺旋來說，也就是螺旋升角的大小（tgβ=t/πD）。螺距較小時，餐廚廢棄物受到的軸向分力增加，徑向分力減小，動力消耗增加。一般進料端的第一個螺距?。?span style="font-family: Arial;">0.65～0.75）D，逐步減小到?。?span style="font-family: Arial;">0.3～0.5）D。進料端螺距t1=（0.65～0.75）D=195～225mm，這里取其中間值210mm。出料端螺距t2=（0.3～0.5）D=90～150mm，這里取其中間值120mm。
2.1.4 壓縮比
壓縮比是進料端第一個螺旋槽的容積與末端一個螺旋槽容積之比。壓縮比的大小直接影響物料的脫水率。物料層的壓力差與壓縮比成正比。脫水性能差的物料，壓力差較大，壓縮比取大些；脫水性能好的物料，壓力差較小，壓縮比取小些。根據(jù)相關(guān)資料，推薦壓縮比為1:2～1:4。
物料投進脫水機后，需迅速地受到擠壓，并且壓力的上升要比較平穩(wěn)，前段與后段的壓力差不要太大，使物料接受較長時間的擠壓脫水。
由于螺旋槽分為3段，根據(jù)均勻壓縮原理，壓縮比為：V3/V2=V2/V1
式中：V1、V2、V3為螺旋軸各段螺旋通道的容積。
餐廚廢棄物的脫水性能相對較差，根據(jù)公式進行驗算和修正后，壓縮比取1:4為宜。
2.2 轉(zhuǎn)速
螺旋軸轉(zhuǎn)速取決于物料在脫水機濾筒內(nèi)的停留時間，這與物料的濾水性、濾水量、出料含水量有關(guān)。一般推薦螺旋軸轉(zhuǎn)速為2～6r/min。為了增加餐廚廢棄物在濾筒內(nèi)的停留時間，螺旋軸轉(zhuǎn)速取2r/min為宜。
2.3 疊片尺寸及其間隙
2.3.1 疊片尺寸
根據(jù)螺旋軸的直徑，可確定固定環(huán)內(nèi)徑300mm、外徑345mm、厚度3mm?；顒迎h(huán)的內(nèi)徑須靠螺旋軸螺旋葉片的外緣驅(qū)動實現(xiàn)徑向游動，若將游動幅度設(shè)為10mm，則活動環(huán)的內(nèi)徑應(yīng)為290mm、外徑335mm、厚度3mm。
2.3.2 疊片間隙
疊片間的間隙是根據(jù)物料顆粒來決定的。根據(jù)餐廚廢棄物經(jīng)前期粉碎處理后顆粒的大小約為3mm，前段間隙應(yīng)為1mm，中段間隙應(yīng)為0.6mm，后段間隙應(yīng)為0.3mm。這應(yīng)與不同階段的脫水形式有關(guān)，即前段為濾，后段為擠。
3 結(jié)論
通過對疊螺式脫水機工作機理以及對餐廚廢棄物物性的分析，疊螺式脫水機可以用與餐廚廢棄物的脫水處理，并給出了相應(yīng)的設(shè)計參數(shù)。通過調(diào)節(jié)螺旋軸轉(zhuǎn)速、碟片間隙等參數(shù)，使疊螺式餐廚廢棄物脫水機達到更好的脫水效果，而其低轉(zhuǎn)速、無人值守、濾網(wǎng)不易堵塞、粘黏等優(yōu)點尤其適合于餐廚廢棄物的脫水。
