廢棄油脂的處理技術(shù)及現(xiàn)狀

黃玲巍，單 榮，潘福強(qiáng)，曹 迪，董 程

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江大慶 163000；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院，黑龍江大慶 163000）

0 引言

由于餐飲業(yè)的興起，中國(guó)廚余垃圾總量不斷增加并且在運(yùn)輸過(guò)程中易腐爛發(fā)臭滋生微生物，對(duì)環(huán)境和人體造成了嚴(yán)重危害的同時(shí)制約了城市發(fā)展。傳統(tǒng)的處理方式包括填埋、焚燒、堆肥和機(jī)械破碎，比較先進(jìn)的方式有飼料化處理和生物柴油制備。廚房垃圾含油量高，通過(guò)人工簡(jiǎn)單的脫酸與取水、脫色和過(guò)濾等方法制造出“假食用油”也就是俗稱的地溝油，回流到食用油市場(chǎng)和餐飲業(yè)會(huì)嚴(yán)重危害人民的身體健康。

1 廢棄油脂的理化性質(zhì)

餐廢棄油脂是烹飪過(guò)程中產(chǎn)生的一種混合脂肪酸的甘油三酸酯混合物，餐飲油脂的理化性質(zhì)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：餐飲油脂的有機(jī)質(zhì)含量高，孫通[1]經(jīng)過(guò)對(duì)重慶大學(xué)周邊的餐飲油脂監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)餐飲油脂有很高的熱值；餐飲油脂中的鹽含量非常高，緣由與幾千年來(lái)中國(guó)一直保持著使用油脂加工成分的烹飪方法；廢棄油脂富含病原微生物，來(lái)源復(fù)雜且含有大量的對(duì)人體有害的細(xì)菌和病原體，尤其是在夏季，其中的細(xì)菌和病原體會(huì)大量繁殖，對(duì)人類生命的安全構(gòu)成了巨大威脅。

2 傳統(tǒng)處理技術(shù)及現(xiàn)狀

廢棄油脂中豐富的油脂可以通過(guò)處理后制成肥皂、柴油和航空燃料。目前餐飲油脂的處理主要有以下技術(shù)：①微生物發(fā)酵技術(shù)。龔仁等人[2]率先使用熱帶假絲酵母菌枯草芽孢桿菌與廢棄油脂混合發(fā)酵后的產(chǎn)物作為牲畜飼料發(fā)酵產(chǎn)物，無(wú)霉味且有淡淡的酒香味。廢棄油脂被用作飼料很容易引起牲畜體內(nèi)毒素的積累，由于禽畜患病不斷，許多國(guó)家都對(duì)直接使用餐飲油脂作為牲畜飼料的行為進(jìn)行限制。②皂化處理技術(shù)。用甘油三脂能夠與鈉鹽等堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)來(lái)生成脂肪酸金屬鹽和甘油。鄧琪等人[3]利用廢棄油脂作為試驗(yàn)材料，采用非均相法進(jìn)行皂化試驗(yàn)。

3 高效處理廢棄油脂的新途徑

3.1 厭氧降解消化處理技術(shù)

3.1.1 污泥厭氧消化

在嚴(yán)格厭氧的條件下，通過(guò)各種微生物的共同代謝將各種復(fù)雜有機(jī)物如蛋白質(zhì)和多糖等形成終端產(chǎn)物（如大量CH4氣體等）的過(guò)程。傳統(tǒng)的厭氧消化過(guò)程有水解階段與酸化階段、乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段，目前認(rèn)識(shí)到的產(chǎn)甲烷菌主要有乙酸代謝型、甲基代謝型和CO2營(yíng)養(yǎng)型3種途徑代謝類型。

3.1.2 油脂的厭氧降解

油脂厭氧降解過(guò)程，首先在水解酶的作用下油脂先水解為甘油和脂肪酸，其次甘油相對(duì)容易降解，可以在某些細(xì)菌作用下直接降解成小分子的酸和醇。

3.1.3 聯(lián)合厭氧消化技術(shù)

因?yàn)閱为?dú)對(duì)污泥進(jìn)行厭氧消化和單獨(dú)厭氧消化油脂不能實(shí)現(xiàn)有效的厭氧消化，并且油脂降解過(guò)程中的有許多抑制因素，使油脂的降解率低、消化成本高。將低熱值污泥和高有機(jī)質(zhì)含量的餐飲油脂混合形成共消化基質(zhì)，使用稀釋的污泥來(lái)緩解長(zhǎng)鏈脂肪酸的毒性來(lái)達(dá)到協(xié)同處理的效果。

3.2 制備生物燃油

與常用的石化燃油相比，生物燃油不僅原料來(lái)源十分廣泛，而且點(diǎn)火性良好、不易腐蝕容器，同時(shí)熱值可以超過(guò)80%以上的傳統(tǒng)石化燃料油，在自然狀況下能實(shí)現(xiàn)生物降解的優(yōu)良環(huán)保特性。

廢棄油脂向生物柴油的轉(zhuǎn)換方法包括以下幾個(gè)方面。

①酯交換法。酯交換法是利用低碳醇在催化劑的情況下，通過(guò)甲氧基取代長(zhǎng)鏈脂肪酸上的甘油基，形成長(zhǎng)鏈脂肪酸甲酯，縮短了碳鏈長(zhǎng)度，從而降低黏度增加流動(dòng)性，使其能作為燃料油使用。②油脂裂解法。與酯交換法相比催化裂解法的不同之處在于通過(guò)精煉不同的原料來(lái)轉(zhuǎn)化原有的生物燃油基團(tuán)，由此得到僅含有少量極性的燃料油，這從根本上改善了燃料油的性能。③微乳液法。廢棄油脂在乳化劑的作用下與溶劑混合降低黏度，解決了廢棄生物燃料的高黏度問(wèn)題，滿足生物燃料制備的要求。④甘油酯化和甲酯反應(yīng)。甘油酯化法是使脂肪酸與甘油在高溫下反應(yīng)生成甘油酯，然后進(jìn)行酯交換以獲得生物柴油。因此，生物燃料與普通燃料的組合可以提高發(fā)熱量[4]。

3.3 生產(chǎn)生物表面活性劑

生物表面活性劑是指由微生物第二代謝產(chǎn)生的代謝物。它既具有親水基團(tuán)又具有疏水基團(tuán)其結(jié)構(gòu)可生物降解，環(huán)境相容并且還具有選擇性和專一性，使生物表面活性劑廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)[5]。

3.3.1 生物表面活性劑的制備方法及現(xiàn)狀

制備方法主要包括天然生物材料提取法、酶合成法和微生物發(fā)酵法。酶合成方法的生產(chǎn)條件相對(duì)簡(jiǎn)單和產(chǎn)物易于回收。微生物發(fā)酵法以發(fā)酵培養(yǎng)為基礎(chǔ)，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可合成多種類型的生物表面活性劑。

3.3.2 對(duì)植物廢棄油脂的處理

為了從廢油制備生物表面活性劑，用微生物發(fā)酵不同的植物油。生物活性表面活性劑可以從廢油中生產(chǎn)，以減少環(huán)境污染。

3.4 轉(zhuǎn)化成鼠李糖脂

糖脂是最重要和最多樣化的生物表面活性劑，其中鼠李糖脂是最常見(jiàn)和廣泛使用的糖脂類。鼠李糖脂主要由銅綠假單胞菌代謝產(chǎn)生，其代謝活性最為突出，可以使用不同類型的廢油作為碳源，并且廚房廢油的利用率高。研究發(fā)現(xiàn)影響廢油轉(zhuǎn)化為鼠李糖脂的因素有碳源和氮源等。將廢油轉(zhuǎn)化為鼠李糖脂，不僅為廚余廢油的安全處理開(kāi)辟了一條新途徑，而且降低了生產(chǎn)鼠李糖脂的成本且有易降解性能，在石油工業(yè)和土壤修復(fù)等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)厭氧消化技術(shù)處理的廢棄油脂可以有效結(jié)合低熱值污泥消除污泥或者污水中的油脂，疏通下水管道；利用廢油生產(chǎn)柴油可以緩解中國(guó)的化石燃料危機(jī)高效節(jié)能利用廢棄物；轉(zhuǎn)化為生物表面活性劑，利用活性劑的乳化等用于疏通和輸送輸油管道的方面在未來(lái)有很大的應(yīng)用空間；用于生產(chǎn)鼠李糖脂以廢棄油脂為碳源，不僅降低了鼠李糖脂的生產(chǎn)成本并且更環(huán)保，而且通過(guò)控制碳源可以生產(chǎn)出許多更有利的糖脂。