废弃食用油再利用

生物质能课外读书报告姓名：吴东灵

学号：20114151

班级：新能源科学与工程1班

目录

1背景与现状..........................................................................3

2国外的处理方式..................................................................3

2.1美国.............................................................................................3

2.2英国..............................................................................................3

2.3日本..............................................................................................4

3利用废弃食用油的方式......................................................4

3.1制备日用洗涤用品......................................................................4

3.2制备表面活性剂..........................................................................4

3.3制备润滑剂..................................................................................4

3.4制备沼气......................................................................................4

3.5制备生物柴油..............................................................................5

4废弃食用油转为生物柴油..................................................5

4.1酸/碱催化法................................................................................5

4.2超临界甲醇醇解技术..................................................................6

4.3近临界甲醇醇解技术SRCA.......................................................7

4.4生物酶催化法..............................................................................7

5总结......................................................................................9

6参考文献............................................................................10

废弃食用油的利用

1背景与现状

众所周知，我国的饮食特点复杂而多样，而食用油是日常饮食中不可或缺。进入21世纪以来，我国食用油人均消费水平增长迅速。据统计，2010年我国的食用油人均消费水平约为20千克，已经很接近世界水平了，这几年又以年均5%左右的速度增长。大量的使用食用油后必然会产生为数不少的废弃食用油。

根据废弃食用油来源与组成，大致可以将其分为3类：餐饮过程中产生的废油或泔水油，洗涤餐具流入下水道的地沟油和食品加工过程中的含油脚皂。废弃食用油是不可再食用的，废弃食用油中的炸货油在高温状态下长期反复使用，会与氧气接触而发生水解、氧化、聚合等复杂反应，并产生一些具有致癌作用的物质和醛、酮、内酯等具有刺激性气味的物质。地沟油中含有黄曲霉素、各种病菌、重金属等有毒有害成分，对人体健康十分有害。但是这并不意味着这些数量可观的废油一无是处，一旦它们被合理地处理和应用，将会产生巨大的环境和经济效益。

我国对废弃食用油的处理并不是很好，相反，有不少人学会了“变废为宝”。持续上涨的食用油价吸引了商人去千方百计把这种废油提取出来，并利用一定的土法技巧将其加工成食用油脂，达到以假乱真的程度，于是市场上流入了很多“地沟油-食用油”，让消费大众胆战心惊。随着废食用油数量的蒸蒸日上，滥用废食用油的现象屡禁不止，同时人们对能源消费的需求也在增加，重视废食用油的管理和再利用很有必要。相比之下，国外的不少国家对废食用油的资源回收和能源化做的都不错，值得我们借鉴和学习。

2国外的处理方式

2.1美国

在美国几乎看不到地沟油，因为他们认为将废弃的食用油排到下水道中会对环境和污水管道产生很大的危害，所以在餐馆和家庭厨房的洗碗槽下方都装有“厨房废物粉碎机”。食用废油回收主要经过两个步骤：第一步，人们要对厨余垃圾进行初次筛选，即将不太油腻的食物（如肉渣、菜叶等）放入这个设备，经直接打碎后从下水道排出；第二步，对于那些含油量高的的食物和废油，需要用专门的垃圾桶收集起来，然后统一由美国食用废油回收公司进行回收。这些公司必须取得卫生和环保部门颁发的经营许可证，并拥有专业的运输、回收及加工设备。公司会定期从餐馆和居民区回收废油。餐馆如果私自将废油卖给其他机构或个人，一经发现，将被停业。通过这种模式的收集处理，美国的餐饮业将废弃的食用油转化为低碳排放的清洁能源。每年有超过11亿升的植物油得到能源化。

2.2英国

英国每年产生的废弃食用油也不可小视，但是这些废油都有十分透明的去向，一是处理成无毒、清洁、可再生、可降解的生物柴油，直接用于车辆燃料或与普通柴油混合使用。二

是用来作为有特殊设备的电厂的发电燃料，形成了富有特色的“绿色产业”。在住宅区都设有一个蓝色的大型废油收集箱，在家家户户都自备收集废油的玻璃瓶，大家会自觉地统一倒在蓝桶里。对于餐饮行业，政府会免费发放装废油的容器，再由政府认可的公司负责收集。无论多少，严格禁止私自处理废油，将其排入水槽后已经发现会被处以高额罚款。

2.3日本

早在20世纪中期，日本的大型餐饮业、食品加工业产生的废油就被加工成饲料、肥皂、涂料等，之后又有企业开始内部收集废油，通过专用的精炼设备，将之加工成生物柴油，用于自社各店铺间商品运输车的燃料。食品加工厂、餐饮业等排出的废食用油在搬运、加工、处理时都是在严格的法律监督和管理下进行。排出时要填传票来说明废油的来源、处理场所和相关负责人，以便作为责任追究依据。对于家庭废油，大家的分类意识很强，也有由政府主导的以地域为单位组成的非营利法人和志愿者及一般家庭消费者回收各个小家庭的废油并加工成生物柴油。

3利用废弃食用油的方式

任何一种垃圾都是放错地方的资源。正确有效地利用废弃食用油，既可以减少牟暴利者对它非法利用的机会，又可以充分做到变废为宝，是一举多得的事。那么如何来利用呢？利用废弃食用油的方式其实有不少，可以大致分为以下几种：

3.1制备日用洗涤用品

地沟油的主要成分与制取洗涤皂的相似，所以完全可以用地沟油中的三甘油脂与碱发生皂化反应，得到产物甘油和洗涤皂。也有人用地沟油皂化产物、表面活性剂及无磷复合配方洗涤助剂为原料，成功加工为无磷洗衣服。用地沟油可以直接皂化生产肥皂和洗衣服，可谓是一种不可多得的廉价优质原料。

3.2制备表面活性剂

表面活性剂具有增泡、增稠、去污、乳化和防锈等功能，常常被用来作为增稠剂、增泡剂、稳泡剂或乳化剂。将收集的废弃油脂在碱性环境下经酯交换反应得到脂肪酸甲酯，或在酸性环境下水解产生脂肪酸，两者均可与乙醇胺反应，其产物为烷醇酰胺，是一种优良的表面活性剂。与用普通的天然油脂相比，这种制备方法明显降低了成本。

3.3制备润滑剂

很多机械设备中都需要润滑剂，它可以有效地降低磨损。制备润滑剂时可以用废弃食用油中代替硬油脂或硬脂酸甘油脂，通过合理的提纯和配比，应用一定的分子蒸馏技术，可以得到基础性润滑油。

3.4制备沼气

废弃食用油含有充足的碳源可供微生物发酵，于是就可以考虑利用它进行厌氧发酵，已有该方面的研究证实了此法的可行性。原理的简单阐述：废油脂中含有大量的脂肪酸，在油脂水解过程中，脂肪酶发挥着重要的作用，很多微生物具有分泌脂肪酶的能力，如细菌、酵母菌和真菌等。对于长链脂肪酸的分解，主要是硫酸盐还原菌和产甲烷菌与产乙烷菌的共生菌群两种菌群。

废油脂厌氧消化主要包括以下几个过程：废油脂在脂肪酶的作用下转化成脂肪酸甘油。甘油经催化反应最终转化为二氧化碳和水。长链脂肪酸的降解是通过β-氧化，将其转化为乙酸、乙醇、丁酸、丁醇和丙醇等小分子物质。这些分子较小的有机酸和醇类等经过产乙酸菌和产甲烷菌生成CH4和co2。

3.5制备生物柴油

生物柴油的制备是以动植物油脂、微生物油脂为原料，与烷基醇通过酯交换反应和酯化反应生成，性质与石化柴油类相似，可以直接用于内燃机及车辆燃料。而且生物柴油具有可再生、污染小、易降解等优点，是一种发展潜力巨大的可再生清洁能源。用废弃生物油制取生物柴油是目前比较热门的一种变废为宝的手段，下面对它重点介绍。

4废弃食用油转为生物柴油

4.1酸/碱催化法

目前应用比较广泛的方法是传统的酸碱催化法。酸碱催化法是采用液体酸、碱作为催化剂，已在工业上大规模应用。碱催化法适用于酸值比较低的动植物油脂。首先要将废弃油脂进行预处理，之后经过碱催化甲酯化，得到流动性良好的生物柴油。但是碱催化时，废弃油脂含有游离脂肪酸，容易发生皂化反应而阻碍酯交换反应进行。用酸催化，对原料的要求较低，适用于游离脂肪酸含量较高的廉价原料，尤其是餐饮废油。常用的酸是浓硫酸、苯磺酸等，但是酸催化反应速率远低于碱催化，工艺要求也更高。

所以，有人提出了“两步法”。两步法指的是在酯交换反应之前先用酸对原料进行处理，用低碳醇把游离的脂肪酸转化为脂肪酸甲酯，然后在碱催化剂下将脂肪甘油酯上的甘油基取代下来，形成短链脂肪酸甲酯和甘油。

酸碱催化剂使用以后的分离困难，而且造成的污染严重，固体酸碱催化剂可以克服这个缺点，尚处于研究阶段。固体催化剂普遍存在催化效率低的问题，寻求高效的酸碱固态催化剂得到了广泛的研究，研究的比较多的是负载有so4的催化剂。鉴于传统催化剂难分离，2

固态催化剂效率低，有人提出了离子液体催化法。离子催化剂在催化中均相存在，反应后易于分离，并可循环使用，对设备的腐蚀小，是制备生物柴油的有潜力的催化剂。对于废弃食用油，酸性的离子液体催化剂取得的效果较好，图4-1是制备离子液体的反应原理图，具体机理不再深入。

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酸碱法技术存在资源利用不充分、腐蚀和环保的问题，是其自身使用的强酸碱造成

的，于是有人转向了不用酸碱催化剂的新技术。

4.2超临界甲醇醇解技术

超临界法的反应机理与酸碱催化法类似。由于在高压高压下，氢键被明显削弱，使得甲醇可以作为自由单体存在，甲醇分子直接轰击甘油三酯的羰基，最终酯交换反应通过甲醇盐的转移完成。典型的工艺流程如图1-5

：

这种方法有很多优点：1）对原料油中的水和脂肪酸不敏感，可用品质差的油脂作为原料；2）游离脂肪酸的酯化反应和甘油三酯的酯交换反应同时发生，缩短了时间，反应快速，工艺简单；3）不需要催化剂，后处理简单，反应后不用分离催化剂和副产物。但其自身也有不足：1）需要300度以上的高温和35~40MPa的高压，必然会消耗高能量，导致生产成本提高；2）反应时需要高的醇与油的摩尔比,需要高达40~42，导致回收甲醇的成本很大；3）如果反应不能控制在最优化水平下，则会有许多副反应发生（如热分解反应、不饱和脂肪酸甲脂的脱氢反应等），从而总体上降低了获得柴油的效率。

4.3近临界甲醇醇解技术SRCA

超临界法需要苛刻的反应环境，提高了制备生物柴油的成本，限制了该技术的推广，所以就有人研究接近临界状态时的转化效果。图1

是一个微型实验反应器装置图。

实验流程大致是：在接近甲醇的临界条件下，在温度260度，压力8MPa，醇/油摩尔比0.66的反应条件下反应，将甲醇和废食用油先送入具有加热和混合功能的设备进行混合，然后从反应器底部送入，顶部流出，进入冷却器，与冷物料换热以充分热量，产物经过冷凝后流入产物收集罐，过量的甲醇经分离后直接循环使用，而粗产品经精制后成为产品进入储罐。反应器温度通过电炉控制加热，反应压力由压控阀控制。

近临界制取技术，反应条件比较温和，弥补了超临界法高能量消耗的缺点，同时生物柴油生产率也可以得到保证，产品质量合格，化石能源消耗和温室气体排放量比传统的酸碱催化法低，值得进一步研究和推广。

4.4生物酶催化法

除了上面提到的两种方法外，还有采用酶/细胞作为催化剂制备生物柴油的方法。此方法污染小，工艺简单，反应条件温和，需要的甲醇量小，可以处理高酸值的原料。固定化酶可以重复使用，废弃的酶可以用生物降解，不会对环境造成污染，反应产物分离简便。目前处于研究的热门点。

用于生物柴油生产的脂肪酶主要有酵母脂肪酶、毛霉脂肪酶、根霉脂肪酶、曲霉脂肪酶等，还有商业化的固定化脂肪酶和游离脂肪酶等。大致的工艺流程如图1-6：

但是，生物酶法也存在一些不足：

1）脂肪酶的价格昂贵，增加了成本；

2）甲醇等短链对脂肪酶具有毒性；

3）脂肪酶催化动力学机理研究欠缺，不利于反应的扩大和控制；

4）间歇反应工业时间长，不利于工业化生产。

针对这些不足，目前主要的研究是用固定化脂肪酶或细胞制生物柴油。

前面提到游离的脂肪酶不利于回收利用，为了便于回收实现再利用，降低脂肪酶的使用价格，将游离的脂肪酶进行固定化是一种尝试。酶的固定化技术发展于上个世纪60年代，在酶工程会议上推荐使用”immobilizedenzyme”术语，1980年给出了固定化酶的定义：借助于某些方法将酶与载体相结合或酶被集中限制在一定空间范围内进行的酶催化反应的技术即酶的固定化。酶经固定化后稳定性提高，酶反应过程能够进行严格控制，具有游离酶不可比拟的优点。如何实现酶的固定？由于酶本身的特性，在固定化时要避免高温、强酸、强碱等会导致酶失活的处理方式，使之在缓和的条件下进行。目前脂肪酶的固定载体有无机载体材料、天然/合成高分子载体材料等，而固定方式主要有吸附法、共价法、交联法、包埋法。

1）吸附法：利用酶与载体之间的非特异性吸附，将酶吸附在载体表面，包括离子吸附和物理吸附。

2）共价法：通过化学共价键结合的方法将酶上的非必要功能基与载体表面的功能基结合。酶与载体间结合坚固，不易脱落。

3）交联法：将酶分子和多功能团试剂发生共价交联得到三维网状结构的固定化方法，戊二醛是最常用的双功能团试剂，还有双重氨联苯胺、顺丁烯二酸酐也可作交联剂。

4）包埋法：将酶分子包埋于半透明的载体中制成固定化酶的方法，根据载体可分为网格行和微囊型，与共价法和交联法不同，该法一般不需要酶分子功能团的结合处理。

不同的固定方式各有优缺点，比较结果如下表：

固定化酶制取生物柴油的反应装置很多，按工作方式分有连续式和间歇式，按使用溶剂分有有机溶剂和无有机溶剂。下面以某一种固定床循环反应器（图5-1）为例，简单介绍一下用固定化酶有机溶剂连续式制取生物柴油的流程：现将地沟油预处理，将处理后的地沟油与甲醇、去离子水、正己烷按一定比例混合，再将混合液从反应器底部预热后经泵4进入反应器中心管上部，然后自上而下流，实现反应液的循环，而中心管外面夹层充满恒温循环水，

以保持反应器内温度恒定。

5总结

本文从普遍存在的现象——废弃食用油数量持续上升，而且处理途径不规范——提出了加强对废弃食用油的管理和实现废油能源化的必要性。接着举例介绍国外处理废弃食用油的各种方式，说明了废弃食用油确实可得到很好的利用，为我国借鉴和学习打下了基础。然后介绍了废弃食用油的利用方式，重点放在了用它来制取生物柴油上。围绕如何制取生物柴油，从传统的酸碱法到改进的超临界法和生物酶法，分别作了简介。

最后说一些我的个人观点，我国对废弃食用油已经有一些管制，但是并未实现责任明确化，希望政府可以加大资金投入，完善废弃食用油的处理机制；走透明处理路线，让废弃食用油来去有方向；走“城市包围农村”策略，先从城市开展，建立示范点，然后推广至农村，让大众能够早日放心受益。

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