餐厅垃圾微波处理实验
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇餐厅垃圾微波处理实验范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
本文作者：原一高 王欣欣 张肖肖 单位：东华大学机械工程学院
引言
近年来，随着人们生活水平的提高，餐厨垃圾的产生量越来越多。餐厨垃圾极易腐败变质，产生各种细菌、病原菌并散发出恶臭气体，严重污染环境，危害人类健康，对餐厨垃圾进行“减量化、无害化、资源化”处理已经引起了全社会的广泛关注［1-2］。但现行的餐厨垃圾处理方式(如堆肥处理、饲料化处理等)因存在垃圾分类、收运、储存困难，易造成二次污染等局限，在实际应用过程中效果并不理想［3-5］。因此，基于餐厨垃圾的特点，对餐厨垃圾处理新技术与新设备开展研究具有重要的实际意义。在人口集中的餐厅、饭店或居民小区等场所对餐厨垃圾进行就地加热干燥处理，可从源头上减少城市生活垃圾量，杜绝二次污染，且便于垃圾收运、储存及后续的堆肥、生产饲料等资源化再处理，是一种很有发展前景的餐厨垃圾处理方式［6-8］。梁晓军等［9］采用传统电加热方式对餐厨垃圾就地脱水技术进行了研究;王殿奎等［10］基于电磁加热技术设计了餐厨垃圾干燥设备;刘玉德等［11］研制了一种餐厨垃圾热风干燥处理装置，但这些技术与设备均存在热效率低、耗能大、处理时间长等不足。微波是近年来发展较快的一种加热方式，与其他干燥方式比，微波干燥具有加热速度快、热效率高和杀菌等优点，在食品加工、制药等行业得到了普遍应用［12-14］。为此，本文针对餐厨垃圾的特点，设计了一种餐厨垃圾微波干燥实验装置，并进行了餐厨垃圾微波干燥实验，以期为餐厨垃圾处理新设备的设计提供实验依据。
1实验装置设计
餐厨垃圾包括食物加工下脚料与食用残余，是由米、面、果蔬、动植物油、肉、骨及废餐具、纸巾、塑料等组成的混合物。餐厨垃圾中水分含量很高，约占垃圾总量的70%～90%［15-16］，而水分是餐厨垃圾腐败变质的基础，因此脱水成了餐厨垃圾处理的必要环节。但由于餐厨垃圾中有机质含量高，且颗粒细小，采用重力或机械(如螺杆挤压机、离心机等)方式对餐厨垃圾进行脱水处理，一方面很难在短时间内将含水率降至较低水平;另一方面排放的污水还会造成周边环境的二次污染。考虑到上述情况，设计实验装置时，采用了不进行预脱水，而将原始餐厨垃圾粉碎后直接倒入干燥室进行微波干燥处理的设计方案。图1为实验装置的结构示意图。干燥室采用圆筒结构，微波发生器安置在干燥筒中部，通过电加热方式对筒内物料加热。在干燥室内设置一个螺旋搅拌器，由交流调速电机驱动实现对物料的搅拌。由于失水后的餐厨垃圾黏性大，为防止餐厨垃圾与搅拌轴黏连而产生“抱轴”现象，将螺旋搅拌器设计成无芯轴的螺旋搅龙式结构。干燥过程中，螺旋搅拌器具有:①通过搅拌使筒体内部物料受热均匀;②通过刮擦作用，避免不断失水的餐厨垃圾在筒体内表面黏结;③避免加热过程中物料结团、堆积;④处理完成后自动出料。在干燥筒左端设一进气管，可利用离心风机向干燥室内通风;在干燥室右端设一排气管，依靠离心风机或真空泵将餐厨垃圾干燥过程中产生的废气排出。在餐厨垃圾处理过程中，干燥室内的螺旋搅拌器可通过预先设定的程序以10～50r/min的速度、1～5min的时间间隔进行正、反向旋转，使餐厨垃圾均匀加热。出料时，在电机驱动下，螺旋搅拌器以10～50r/min的速度正向旋转，将干燥的餐厨垃圾由出料口匀速排出。
2微波干燥实验
2．1实验材料与方法实验所用餐厨垃圾由本校学生食堂提供，经多次实际测量，其水分平均含量为81%。实验时，将3kg含污油、水的餐厨垃圾缓慢倒入粉碎机中粉碎，粉碎后的物料通过进料口进入干燥室内，由螺旋搅拌器将干燥筒中的餐厨垃圾搅拌混匀，然后关闭进料口。之后，打开微波发生器(输出功率1．0kW)对餐厨垃圾进行加热。加热过程中，用离心风机向进气管输入空气通风，产生的废气则由与排气管相连的离心风机或真空泵抽出。干燥过程中，每间隔10min从出料口取出少量样品，用红外线快速干燥器(M277268型，北京中西科技公司)烘干至恒重，测定其含水率。首先考察了不同微波干燥方式对餐厨垃圾干燥效率的影响。实验中，采用了3种干燥方式:①微波通风干燥。实验装置的进、排气管分别接离心风机，由离心风机送风和排气;②微波真空干燥。关闭进气管，排气管接真空泵，由真空泵抽出干燥中产生的废气;③微波通风+微波真空组合干燥。实验装置的进、排气管先接离心风机送风和排气。干燥一段时间后，关闭进气管，排气管接真空泵，由真空泵抽气。此外，在微波通风干燥方式下，对搅拌器转速、时间间隔等对餐厨垃圾干燥效率的影响也一并进行了考察。
2．2结果与分析图2为微波干燥过程中餐厨垃圾含水率随加热时间的变化情况。由图可见，微波干燥方式对餐厨垃圾的干燥效率影响很大。采用微波通风方式进行餐厨垃圾干燥，其干燥过程可分为3个阶段:①加热阶段。该阶段内餐厨垃圾水分去除率较低;②急剧挥发阶段。该阶段内餐厨垃圾中的水分急剧挥发，含水率下降很快;③缓慢去除阶段。当餐厨垃圾含水率降至17%左右时，含水率开始缓慢下降。微波真空方式干燥餐厨垃圾的过程与微波通风方式有很大的不同，其干燥过程可分为缓慢脱水和急剧脱水2个阶段:在开始加热后相当长一段时间内，餐厨垃圾的含水率缓慢降低，当含水率降至30%左右后，含水率下降很快。原因可能在于:与常压干燥相比，真空条件下水的汽化温度明显降低，有利于水分的快速蒸发。而餐厨垃圾中含有大量水分，微波真空干燥初期，在微波的加热作用下大量的水蒸气集中于物料外的封闭空间内，因设备排湿能力较差，水蒸气不能及时排出而重新凝结于干燥筒内壁和物料表面，反而降低了餐厨垃圾的脱水率。只有当餐厨垃圾降低至一定含水率后，才能够充分发挥真空干燥的效能，加快餐厨垃圾的脱水速度。根据餐厨垃圾处理厂的实际经验，含水率低于10%的餐厨垃圾，可以在夏季、自然状态下放置数天而不会发生腐败变质，有利于储存、收运。为此，针对上述微波通风及微波真空两种方式的干燥特点，即:微波通风干燥前期餐厨垃圾失水速率较快，而后期非常缓慢;微波真空干燥对低含水率物料的干燥效率高，在微波干燥处理餐厨垃圾过程中，采用了前期微波通风与后期微波真空的组合干燥方式。实验结果表明，采用这种组合干燥方式，可显著提高餐厨垃圾的干燥效率，达到餐厨垃圾含水率低于10%的处理要求(见图2)。在微波通风干燥方式下，分别采用了不同的搅拌器转速、时间间隔对餐厨垃圾进行了干燥实验。结果表明，微波干燥过程中，搅拌器转速、正反转时间间隔对餐厨垃圾干燥效率的影响不大。
3结语
利用微波干燥加热速度快、热效率高和杀菌的特点，设计了一种实验用餐厨垃圾微波干燥装置，并利用该装置进行了餐厨垃圾的干燥实验。结果表明，实验装置操作简单，便于控制，可满足餐厨垃圾处理的实验要求。在微波干燥处理餐厨垃圾过程中，采用前期微波通风与后期微波真空的组合干燥方式，可明显提高餐厨垃圾的干燥效率。实验结果可为餐厨垃圾微波干燥处理设备的设计提供参考依据。