軍業環保--廢棄油脂的處理技術及現狀

由于餐飲業的興起,中國廚余垃圾總量不斷增加并且在運輸過程中易腐爛發臭滋生微生物,對環境和人體造成了嚴重危害的同時制約了城市發展。傳統的處理方式包括填埋、焚燒、堆肥和機械破碎,比較先進的方式有飼料化處理和生物柴油制備。廚房垃圾含油量高,通過人工簡單的脫酸與取水、脫色和過濾等方法制造出“假食用油”也就是俗稱的地溝油,回流到食用油市場和餐飲業會嚴重危害人民的身體健康。

餐廢棄油脂是烹飪過程中產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主要有以下幾個特點:餐飲油脂的有機質含量高,孫通[1]經過對重慶大學周邊的餐飲油脂監測后發現餐飲油脂有很高的熱值;餐飲油脂中的鹽含量非常高,緣由與幾千年來中國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,來源復雜且含有大量的對人體有害的細菌和病原體,尤其是在夏季,其中的細菌和病原體會大量繁殖,對人類生命的安全構成了巨大威脅。

廢棄油脂中豐富的油脂可以通過處理后制成肥皂、柴油和航空燃料。目前餐飲油脂的處理主要有以下技術:(1)微生物發酵技術。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酵后的產物作為牲畜飼料發酵產物,無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毒素的積累,由于禽畜患病不斷,許多國家都對直接使用餐飲油脂作為牲畜飼料的行為進行限制。(2)皂化處理技術。用甘油三脂能夠與鈉鹽等堿性物質發生反應來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材料,采用非均相法進行皂化試驗。

1 厭氧降解消化處理技術

1.1 污泥厭氧消化

在嚴格厭氧的條件下,通過各種微生物的共同代謝將各種復雜有機物如蛋白質和多糖等形成終端產物(如大量CH4氣體等)的過程。傳統的厭氧消化過程有水解階段與酸化階段、乙酸階段和產甲烷階段,目前認識到的產甲烷菌主要有乙酸代謝型、甲基代謝型和CO2營養型3種途徑代謝類型。

1.2 油脂的厭氧降解

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

1.3 聯合厭氧消化技術

因為單獨對污泥進行厭氧消化和單獨厭氧消化油脂不能實現有效的厭氧消化,并且油脂降解過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質含量的餐飲油脂混合形成共消化基質,使用稀釋的污泥來緩解長鏈脂肪酸的毒性來達到協同處理的效果。

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源十分廣泛,而且點火性良好、不易腐蝕容器,同時熱值可以超過80%以上的傳統石化燃料油,在自然狀況下能實現生物降解的優良環保特性。

廢棄油脂向生物柴油的轉換方法包括以下幾個方面。

(1)酯交換法。酯交換法是利用低碳醇在催化劑的情況下,通過甲氧基取代長鏈脂肪酸上的甘油基,形成長鏈脂肪酸甲酯,縮短了碳鏈長度,從而降低黏度增加流動性,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精煉不同的原料來轉化原有的生物燃油基團,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題,滿足生物燃料制備的要求。(4)甘油酯化和甲酯反應。甘油酯化法是使脂肪酸與甘油在高溫下反應生成甘油酯,然后進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熱量[4]。

3 生產生物表面活性劑

生物表面活性劑是指由微生物第二代謝產生的代謝物。它既具有親水基團又具有疏水基團其結構可生物降解,環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用于許多行業[5]。

3.1 生物表面活性劑的制備方法及現狀

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酵法。酶合成方法的生產條件相對簡單和產物易于回收。微生物發酵法以發酵培養為基礎,該方法的主要優點是可合成多種類型的生物表面活性劑。

3.2 對植物廢棄油脂的處理

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

3.3 轉化成鼠李糖脂

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。研究發現影響廢油轉化為鼠李糖脂的因素有碳源和氮源等。將廢油轉化為鼠李糖脂,不僅為廚余廢油的安全處理開辟了一條新途徑,而且降低了生產鼠李糖脂的成本且有易降解性能,在石油工業和土壤修復等領域有廣泛的應用。

通過厭氧消化技術處理的廢棄油脂可以有效結合低熱值污泥消除污泥或者污水中的油脂,疏通下水管道;利用廢油生產柴油可以緩解中國的化石燃料危機高效節能利用廢棄物;轉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有很大的應用空間;用于生產鼠李糖脂以廢棄油脂為碳源,不僅降低了鼠李糖脂的生產成本并且更環保,而且通過控制碳源可以生產出許多更有利的糖脂。