單琪 唐潤東 陳思明 陳檜鈴 王麗爽 肖志剛
摘要:隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高,中國食用油脂及動(dòng)物肉制品消費(fèi)量逐年增長(zhǎng),隨之油脂廢棄物也越來越多,并造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。近年來,關(guān)于油脂廢棄物的處理技術(shù)方面的研究越來越多,并取得了豐厚的研究成果。文章綜述了國內(nèi)外油脂廢棄物主要處理技術(shù)的研究現(xiàn)狀,并展望了未來相關(guān)技術(shù)的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞:油脂廢棄物;廢物處理;廢物利用;資源循環(huán)利用
中圖分類號(hào):TU993.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:ADOI:10.16465/j.gste.cn431252ts.20210625
當(dāng)前我國對(duì)油脂廢棄物的收集和處理基本處于無序狀態(tài),這些油脂廢棄物對(duì)食品安全、生態(tài)環(huán)境等造成了很大的負(fù)面影響。為了能夠有效實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)再利用,可以通過對(duì)廢棄的油脂進(jìn)行提煉后,再回流到市場(chǎng)。但如廢棄的油脂僅通過簡(jiǎn)單的提煉后就投入市場(chǎng),部分油脂可能因提煉不純而含有有害物質(zhì)成分,甚至包括一些致癌物質(zhì),將對(duì)消費(fèi)者的身體健康帶來危害。我國作為人口龐大的國家之一,如果能夠合理地開發(fā)和利用廢棄油脂資源,不僅能夠有效地實(shí)現(xiàn)資源的再循環(huán)利用,同時(shí)也可以降低我國能源資源的過度消耗,有助于推動(dòng)我國綠色環(huán)境建設(shè),同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)我國產(chǎn)業(yè)綠色經(jīng)濟(jì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的重要發(fā)展途徑。
1油脂廢棄物概述
油脂廢棄物是指食品加工業(yè)和餐飲業(yè)等行業(yè)中所形成的不能夠再使用的動(dòng)植物油脂[1]。近些年,生活水平不斷的提升,對(duì)食用油的用量及質(zhì)量等方面也提出了更高的要求。但是我國人口基數(shù)龐大,且大多數(shù)人缺乏節(jié)省意識(shí),導(dǎo)致我國每年產(chǎn)生的廢油脂居高不下,給廢棄油脂回收再利用帶來了挑戰(zhàn)[2-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界每年產(chǎn)生約3 000萬t油脂廢棄物[4];我國餐飲行業(yè)每年產(chǎn)生400 ~ 800萬t廢棄油脂,屠宰行業(yè)每年產(chǎn)生屠宰廢棄物超過60萬t,其中含有大量廢棄動(dòng)物脂肪[5]。
廢棄油脂中油脂皂腳占比最大,在有關(guān)技術(shù)還未應(yīng)用和推廣之前,廢棄油脂皂腳僅作為酸化油、低級(jí)皂用等處理,甚至是直接廢棄,從而導(dǎo)致大量的資源浪費(fèi)[6]。近年來,我國提煉技術(shù)不斷提升,在實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用等方面發(fā)揮了巨大的作用[7]。例如以廢棄油脂皂腳為原料制備生物柴油,實(shí)現(xiàn)了變廢為寶,這是廢棄油脂處理技術(shù)的巨大突破。該技術(shù)在我國廢物利用和處理方面實(shí)現(xiàn)了更大范圍的應(yīng)用。此外,油脂廢棄物已在制備動(dòng)物飼料、混凝土制品,以及化工原料等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了廣泛的應(yīng)用,為我國資源循環(huán)利用方面建立了良好的發(fā)展基礎(chǔ)網(wǎng)。
2國內(nèi)研究現(xiàn)狀
2.1皂化處理
地溝油主要的成分為三脂肪酸甘油酯。地溝油經(jīng)皂化技術(shù)處理后可產(chǎn)生洗滌用的表面活性劑以及甘油,可用于制作日常生活中所需要的肥皂和洗衣粉,是不可多得的價(jià)廉且優(yōu)質(zhì)的原料[9-12]。鄧琪等[13]根據(jù)皂化機(jī)理對(duì)餐飲業(yè)的廢油脂進(jìn)行了深入的研究,通過有關(guān)實(shí)驗(yàn)制定出一套最優(yōu)的皂化工藝:皂化時(shí)間4 h,皂化溫度100 ℃,NaOH與廢油脂質(zhì)量比1:2,堿液濃度30%。趙玲等[14]以餐飲業(yè)廢油脂為原料,得出廢油脂脫色和皂化生產(chǎn)油脂的最佳工藝條件。高紅等[15]通過實(shí)驗(yàn)確定了反應(yīng)效果的影響因素,建立了最佳的反應(yīng)條件,即皂化溫度設(shè)定為100 ℃,皂化時(shí)間設(shè)定為4 h,脫色時(shí)間設(shè)定為25 min,并添加5%的活性白土,30%的堿液。上述研究,為我國餐飲業(yè)廢油脂的皂化方法提供了有力的依據(jù)。
2.2酯交換法
目前,能源戰(zhàn)略問題直接影響到國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和走向[16]。通過資源循環(huán)利可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的能源管理,確保我國能源戰(zhàn)略的實(shí)施。我國四川、福建等省地相繼建立了生物柴油試驗(yàn)工廠,實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)值1 000萬t的規(guī)模[17]。目前我國主要以地溝油與甲醛為底物的工藝方法來進(jìn)行提煉和制備生物柴油,而生物柴油的制備方法需根據(jù)催化劑的使用情況進(jìn)行工藝調(diào)整,提高生物柴油的產(chǎn)率[18-20]。戴璐璐[20)對(duì)地溝油的前期預(yù)處理和酸催化工藝進(jìn)行了研究,并以所得的低酸酯油為研究對(duì)象,以期望通過廢棄動(dòng)物油脂、堿催化酯交換反應(yīng)提取一種符合工業(yè)化生產(chǎn)需要的生產(chǎn)生物柴油。方建華等[21]通過制備的SO42-/TiO2-ZrO2固體酸催化劑,催化動(dòng)植物油的混合油脂與甲醇發(fā)生酯交換反應(yīng)制備生物柴油。王萌等[22]研究表明,在攪拌罐式反應(yīng)器中固定化脂肪酶用量為0.4%,含水量為10%,轉(zhuǎn)速設(shè)定為300 rad/min,其脂肪酸甲酯產(chǎn)率可以達(dá)到90% 以上。通過預(yù)處理的反應(yīng)液與0 #柴油直接混合用,其持續(xù)燃燒的時(shí)間高達(dá)100 h,并且還沒有明顯的積碳情況產(chǎn)生。
2.3其他處理
雖然我國科研人員發(fā)現(xiàn)地溝油的利用方法,但是我國生物柴油的研究相對(duì)于國外發(fā)達(dá)國家而言依然較為落后[23]。為了能夠?qū)崿F(xiàn)油脂廢棄物的資源循環(huán)利用達(dá)到最好的效果,南京工業(yè)大學(xué)與江蘇永林油脂化工有限公司合作研發(fā)了反應(yīng)分離耦合煉制技術(shù)、煉制過程強(qiáng)化技術(shù),以及基于二聚酸的油脂基集成技術(shù)[24]。通過水解、酯化、酯交換、氫化等反應(yīng)與精餾、多級(jí)分子蒸餾、膜濾、包結(jié)、冷凍等分離技術(shù)的耦合,以廢棄動(dòng)植物油脂為原料煉制油酸、亞油酸、甘油、二聚酸、異硬脂酸、植物甾醇和生物柴油,廢棄動(dòng)植物油脂中組分利用率達(dá)到95% 以上,實(shí)現(xiàn)了廢棄動(dòng)植物油脂資源高效利用。
3國外研究現(xiàn)狀
3.1脂肪酶水解
歐洲自20世紀(jì)90年代開始大量進(jìn)行生物柴油等方面的研究,為了能夠保障生物柴油的資源循環(huán)再利用,減少資源浪費(fèi)。歐洲各國政府實(shí)施了企業(yè)生產(chǎn)銷售流通稅收,不斷加強(qiáng)政策監(jiān)管,并在生物柴油的技術(shù)研發(fā)等方面給予了大力的支持。Du等[25]采用脂肪酶催化劑交換反應(yīng)生產(chǎn)生物柴油,產(chǎn)率高達(dá)92%,其工藝條件為酶用量65%,醇油比4:1,反應(yīng)溫度40 ~ 50 ℃。Kamini等3分離并純化了一種來源于隱球菌的脂肪酶。Tuter等[27]針對(duì)酶促合成生物柴油的轉(zhuǎn)化率和酶使用壽命開展了研究。
3.2轉(zhuǎn)化成鼠李糖脂
Shimada等[28]將廢油轉(zhuǎn)化為鼠李糖脂,并對(duì)不同種類樹脂的反應(yīng)活性以及樹脂的再生方式等方面進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示,低的交聯(lián)密度能夠形成更高的活性,適宜的反應(yīng)條件為反應(yīng)時(shí)間4 h,油醇摩爾比1:10,反應(yīng)溫度50 ℃;在提煉過程中,采用三步法能夠增加再生樹脂利用次數(shù),且樹脂活性在經(jīng)過多次重復(fù)使用后仍然未發(fā)生任何變化。
3.3制備生物柴油
目前市場(chǎng)上廢油脂日益增多,促使越來越多的國家競(jìng)相發(fā)展生物柴油工業(yè),以期通過技術(shù)的改革實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的廢油脂制取生物柴油的循環(huán)再利用。Sharma等[29]以菜籽油為原料采用超臨界甲醇法合成生物柴油,研究結(jié)果表明,當(dāng)醇油摩爾比大于5.57:1時(shí),酯化反應(yīng)不完全,且甘油難于分離。Kuribayashi等[30]探討了離子交換樹脂合成生物柴油的反應(yīng)機(jī)理,結(jié)果顯示,堿性離子交換樹脂比酸性離子交換樹脂具有更高的活性,而且低交聯(lián)密度的具有更高的活性。
4結(jié)束語
國內(nèi)外學(xué)者對(duì)廢棄油脂處理技術(shù)的研究進(jìn)行了不斷探索,取得了比較豐碩的成果,并且也很注重廢棄油脂的回收利用技術(shù)的研究,然而這些處理技術(shù)大多數(shù)只停留在實(shí)驗(yàn)階段,投入到生產(chǎn)實(shí)踐中還需要進(jìn)一步研究。
廢油脂的回收利用,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)能源資源的高效利用,還對(duì)地區(qū)環(huán)境保護(hù)具有重要的作用。因此,相對(duì)于我國作為能源高度需求的國家而言,更應(yīng)該注重資源的循環(huán)利用,才能夠全面保障民生的健康發(fā)展和社會(huì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定。
參考文獻(xiàn)
[1]潘蘭佳,李杰,林清懷,等.廢油脂生物合成聚羥基脂肪酸酯的研究進(jìn)展[J].生物技術(shù)通報(bào),2020,36(7):190-199.
[2]李惠文,李志兵,苗長(zhǎng)林,等.廢油脂生物柴油的脫硫處理研究[J].中國油脂,2019,44(11):52-55+96.
[3]張振濤,崔鵬飛.廢油脂生物油替代量對(duì)瀝青混合料的影響[J].內(nèi)蒙古公路與運(yùn)輸,2017(3):16-20.
[4]郭旭,郝粼波,張波.國內(nèi)外廢棄油脂的處理情況及利用方式概述[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè),2014(7):29-33.
[5]袁營,劉天,趙雯生.廢舊油脂的精制及酯交換制備生物柴油的研究[J].上海化工,2014,39(6):9-13.
[6]張羽霄,杜宣利,楊帆,等.油脂無水脫皂工藝的研究進(jìn)展[J].中國油脂,2014,39(5):12-14.
[7]喬美姣.磷酸鈉在餐飲廢油制備生物柴油中的應(yīng)用[D].長(zhǎng)春:東北師范大學(xué),2014:45-47.
[8]左同梅.堿性離子液體催化制備生物柴油的工藝研究[D].常州:常州大學(xué),2014:22-35.
[9]張梟雄.生物質(zhì)一廢油脂共熱解制備生物油及油品改質(zhì)實(shí)驗(yàn)研究[D].天津:天津大學(xué),2014:53-55.
[10]韓蕾.廢棄油脂蒸汽裂解轉(zhuǎn)化規(guī)律研究[D].青島:中國石油大學(xué)(華東),2013:47-49.
[11]張鵬超,梅光軍,翁孝卿,等.用餐飲廢油脂制取一種浮選藥劑[J].現(xiàn)代礦業(yè),2013,29(3):47-50.
[12]李倩,徐慶濤,柴湘君,等.餐飲業(yè)廢油脂金屬鹽處理劑制備與性能測(cè)試[J].廣州化工,2013,41(3):3-4+17.
[13]鄧琪.餐飲業(yè)廢油脂脫色工藝與皂化工藝的研究[D].廣州:暨南大學(xué),2004:10-17.
[14]趙玲,尹平河,鄧琪.餐飲業(yè)廢油脂脫色及皂化工藝[J].暨南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與醫(yī)學(xué)版),2004,25(5):632-636.
[15]高紅,梁鵬.利用餐飲廢油脂制備金屬皂工藝條件[J].食品研究與開發(fā),2014,35(6):66-69.
[16]李可盛,劉仕偉,李露,等.濕熱法在廢油脂處理中的應(yīng)用[J].化工科技,2012,20(6):19-21.
[17]袁美娟,薛文通.高效液相色譜在分析油脂成分方面的應(yīng)用[J].食品科技,2012,37(1):260-263.
[18]張俊燕.針對(duì)復(fù)雜基質(zhì)的快速樣品前處理解決方案[C]//BCEIA2011分析儀器應(yīng)用技術(shù)報(bào)告會(huì)論文集.北京:中國分析測(cè)試協(xié)會(huì),2011:392-413.
[19]丁建華,云田田.廢棄油脂在表面活性劑制備中的應(yīng)用[J].中國洗滌用品工業(yè),2011(4):69-72.
[20]戴璐璐.廢棄動(dòng)物油脂制生物柴油中固體堿催化劑的制備及應(yīng)用[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2014:16-34.
[21]方建華,陳波水,王九,等.SO42-/TiO2-ZrO2固體酸催化劑催化廢棄動(dòng)植物油脂制備生物柴油[J].化學(xué)與生物工程,2011,28(10):25-27.
[22]王萌,聶開立,魯吉珂,等.固定化脂肪酶無溶劑體系催化廢棄油脂生產(chǎn)生物柴油工藝及其應(yīng)用的研究[C]//第六屆全國化學(xué)工程與生物化工年會(huì)論文集.南京:南京市出版社,2010:1-7.
[23]劉夢(mèng)婷,侯靖,王澍,等.基于植物油中脂肪酸烷基酯含量變化鑒別廢棄油脂[J].中國油脂,2020,45(1):43-46.
[24]姚成,徐永林,賈鳳,等.基于廢棄動(dòng)植物油脂的油脂化學(xué)品煉制技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化[Z].江蘇省,南京工業(yè)大學(xué),2009-12-01.
[25] KUSDIANA D,SAKA S. Effects of water on biodiesel fuel production by supercritical methanol treatment[J]. Bioresource T echnology:Biomass,Bioenergy,Biowastes,Conversion Technologies,Biotransformations,Production Technologies,2004,91(3):289-295.
[26] KAMINI N R,F(xiàn)UJII T,IEFUJI H,et al. Production,purification and characterization of an extracellular lipase from the yeast,Cryptococcus sp S-2[J]. Process Biochemistry,2000,36(4):317-324.
[27] TUTER M,AKSOY H A,KOSE O. Immobilized Candida antarctica lipase-catalyzed alcoholysis of cotton seed oil in a solvent-free medium[J]. Bioresource Technology:Biomass,Bioenergy,Biowastes,Conversion Technologies,Biotransformations,Production Technologies,2002,83(2):125-129.
[28] SHIMADA Y,WATANABE Y,SUGIHARA A,et al. Enzymatic alcoholysis for biodiesel fuel production and application of the reaction to oil processing[J]. Journal of Molecular Catalysis B Enzymatic,2002,17(3/4/5):133-142.
[29] SHARMA M P,BARNWAL B K. Prospects of biodiesel production from vegetable oils in India[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews,2005,9(4):363-378.
[30] KURIBAYASHI H,F(xiàn)UKUMURA T,SHIBASAKI-KITAKAWA N,et al. Biodiesel production using anionic ion-exchange resin as heterogeneous catalyst[J]. Bioresource Technology:Biomass,Bioenergy,Biowastes,Conversion Technologies,Biotransformations,Production Technologies,2007,98(2):416-421.
Research Progress on the Treatment of Waste in Oleochemicals
Shan Qi,Tang Rundong,Chen Siming,Chen Guiling,Wang Lishuang,Xiao Zhigang
(Shenyang Normal University College of Grain Science and Technology,Shenyang,Liaoning 110034)
Abstract:With the constant improvement of the economic level,edible oils and animal meat consumption increased year by year in our country,the waste oil is also more and more,increasingly serious pollution to the environment,bring to people's life a series of influence,also caused the wide attention of scholars both at home and abroad,in recent years,the study of waste oil processing technology,more and more,This paper summarizes the treatment technology of oil waste at home and abroad,and puts forward the prospect of its future development. Key words:grease waste,waste treatment,waste utilization,resource recycling