葡萄酒廢棄物處置新見解：零廢物排放驅(qū)動(dòng)的能源/資源回收策略

陳佳新，王 南，張卓駒，張 磊，費(fèi) 強(qiáng)，馬英群

（1. 西安交通大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院陜西省能源化工過(guò)程強(qiáng)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安710049；2.遼寧科技大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，遼寧 鞍山 114051）

1 研究亮點(diǎn)

*開發(fā)了一種從葡萄酒廢棄物中全組分回收能源/資源的集成技術(shù)，該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)葡萄酒廢棄物零排放；

*乙醇水溶液可一鍋回收葡萄酒廢棄物中的葡萄籽油和多酚；提取后的剩余殘?jiān)缮a(chǎn)甲烷和有機(jī)肥。

2 背景

葡萄酒廢棄物的妥善處置對(duì)減少碳排放和促進(jìn)葡萄酒產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。葡萄籽作為葡萄酒廢棄物的代表成分之一，富含高價(jià)值的葡萄籽油和多酚。但是，目前提取葡萄籽油和多酚的技術(shù)需分多步進(jìn)行，且需使用多種有機(jī)萃取劑，回收流程繁瑣復(fù)雜，無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。為了提高回收效率、節(jié)約提取成本，本研究擬采用乙醇水溶液一鍋回收葡萄籽油和多酚。此外，葡萄籽油和多酚提取后仍會(huì)剩余約70%的固體殘?jiān)?，其富含碳水化合物、木質(zhì)素和蛋白質(zhì)等組分，可用于制備高價(jià)值生物基產(chǎn)品，本研究擬采用厭氧消化技術(shù)，將剩余固體殘?jiān)D(zhuǎn)化為甲烷和有機(jī)肥，以實(shí)現(xiàn)廢棄葡萄籽的全資源化和零排放。

3 研究方法

將8 g 粉碎后的葡萄籽和32 mL 乙醇水溶液加入錐形瓶中，通過(guò)單因素試驗(yàn)探究pH（6～10）、乙醇含量（25%～55%）和溫度（30～70 ℃）對(duì)葡萄籽油和多酚提取效率的影響。提取后通過(guò)離心分離回收葡萄籽油，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)水-乙醇相回收粗多酚。提取后剩余的固體殘?jiān)鼊t通過(guò)厭氧消化生產(chǎn)甲烷，將固體殘?jiān)蛥捬踅臃N污泥以1∶2（以VS 計(jì)）進(jìn)行混合，在37°C 和100 r/min 條件下進(jìn)行厭氧消化實(shí)驗(yàn)。

4 主要研究結(jié)果

本研究對(duì)乙醇水溶液一鍋回收葡萄籽油和多酚的提取條件（溫度、pH 和乙醇含量）進(jìn)行了優(yōu)化。綜合考慮提取效率和成本，選取溫度50 ℃、乙醇含量40%、pH=8 為葡萄籽油和多酚提取的最佳條件。在此條件下，1 g 廢棄葡萄籽可回收約（122.17±1.40）mg 的葡萄籽油和（23.82±1.47）mg（沒食子酸當(dāng)量）的多酚。采用厭氧消化技術(shù)將提取后剩余的固體殘?jiān)D(zhuǎn)化為甲烷，最終累積甲烷產(chǎn)量（以VS 計(jì)）達(dá)到（157.08±8.06）mL/g，占沼氣的64.41%，而厭氧消化后的沼渣可作為有機(jī)肥使用。經(jīng)測(cè)試，所獲得的葡萄籽油和有機(jī)肥分別符合GB 2716—2018 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)植物油和NY/T 525—2021 有機(jī)肥料，而獲得的粗多酚具有良好的抗氧化性和抗菌活性。

5 結(jié)論與展望

本研究開發(fā)的乙醇水溶液一鍋提取耦合厭氧消化集成技術(shù)可為廢棄葡萄籽處置提供一種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行的資源化方法。采用該方法，1 kg 廢棄葡萄籽能夠回收約122 g 葡萄籽油、24 g 多酚、109 L 甲烷（來(lái)源于約458 g 總固體）和352 g 有機(jī)肥，可實(shí)現(xiàn)廢棄葡萄籽的全組分能源/資源回收和零排放。本研究可為未來(lái)葡萄酒廢棄物管理提供新的思路，有助于實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的終極目標(biāo)。