1、地溝油的資源化地溝油的資源化研究報(bào)告創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)學(xué)院生物技術(shù)131組長：劉一東組員：胡妍 王世偉 曹鈞 馮童盈一、研究背景地溝油是指從餐飲業(yè)回收的，質(zhì)量、衛(wèi)生極差，水分、過氧化值和酸值嚴(yán)重超標(biāo)的非食用油。中國人一年的動、植物油消費(fèi)總量大約是2250 萬噸，每年能產(chǎn)生至少300-500 萬噸地溝油。以前這些油的處理途徑只有初加工或簡單的深加工，所有的這些方法都存在著技術(shù)落后，設(shè)備簡陋，污染嚴(yán)重，衛(wèi)生狀況惡劣等相同的問題。它的存在危害了人類的身體健康、破壞了生態(tài)環(huán)境。因此，通過地溝油的資源化利用，實(shí)現(xiàn)廢物再利用，保障人們的飲食安全具有重大意義。二、現(xiàn)狀分析1、國外地溝油回收利用狀況面對餐飲業(yè)每天產(chǎn)生的

2、大量廢油脂，世界各國現(xiàn)在還沒有一個(gè)統(tǒng)一的處理方案，大都將其作為肥皂、肥料以及一些小型油酸廠的原料進(jìn)行利用。近年來很多國家競相發(fā)展脂肪酸工業(yè)，回收廢油脂生產(chǎn)生物柴油這是一個(gè)很好的方案。日本每年食用油脂的消費(fèi)量約為200萬噸，被廢棄部分高達(dá)40萬噸，其中企業(yè)單位所產(chǎn)生的廢食用油回收后用于生產(chǎn)肥皂粉或飼料?，F(xiàn)在有的肥皂粉工廠兼設(shè)了生化柴油工廠，最典型的是經(jīng)營了廢食用油回收工作的染谷商店和LONFORD有限公司，目前LONFORD公司的車輛都使用自己生產(chǎn)的生物柴油燃料，在日本大約有3000輛車使用生物柴油燃料。在美國，美國食用廢油回收主要經(jīng)過兩個(gè)步驟。在餐館和家庭廚房的洗碗槽下方都裝有“廚房廢物粉碎機(jī)

3、”。第一步，人們需要進(jìn)行初次篩選，先將那些肉渣、菜葉之類不太油膩的食物，通過這個(gè)機(jī)器直接打碎后從下水道排出；第二步，那些油分含量高的食物不能放入粉碎機(jī)，而是需要專門收集起來，倒入專用垃圾桶里，等待專門的公司前來回收。在德國，德國餐館必須與政府簽訂“泔水回收合同”。詳細(xì)規(guī)定了泔水由哪家企業(yè)回收、何時(shí)回收、回收后由誰加工等。同時(shí)，開餐館前，必須購置油水分離的設(shè)備。餐廳所有泔水通過管道進(jìn)入泔水處理設(shè)備。經(jīng)過沉淀、分離等6道程序，地溝油就分離出來了。這個(gè)處理設(shè)備是按照最嚴(yán)格的歐洲油脂分離標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。分離出來的油由政府特批的公司統(tǒng)一回收，這些公司許多都是上市企業(yè)，規(guī)模很大?；厥諄淼膹U油，除了制成生物柴油

4、外，不少企業(yè)還從中提煉出特殊成分，用于生產(chǎn)化學(xué)品、有機(jī)肥料等。德國聯(lián)邦衛(wèi)生部一名官員對記者說，德國地溝油回收利用率已達(dá)到100%。在英國，英國大部分住宅集中區(qū)，都設(shè)有一個(gè)藍(lán)色的大型廢油收集桶。據(jù)倫敦市政環(huán)境事務(wù)人員巴拉迪介紹，這是專門回收家庭廢油的，附近小區(qū)的居民都可以將自家使用過的廢油用玻璃瓶收集起來，統(tǒng)一倒在桶里。桶內(nèi)可存放1000升油。在油桶上方，安裝有一個(gè)過濾網(wǎng)，方便居民過濾食物殘?jiān)?。英國對于餐飲行業(yè)廢油的處理辦法有三種：將廢油倒入政府免費(fèi)發(fā)放的容器中；再由政府認(rèn)可的公司負(fù)責(zé)收集；最終將這些油加工成可利用的生物柴油等產(chǎn)品。此外加拿大、阿根廷、亞太地區(qū)和非洲的一些國家也先后對利用地溝油生

5、產(chǎn)生物柴油的技術(shù)進(jìn)行過研究并取得了一定成果。2、國內(nèi)地溝油回收利用狀況中國人一年的動、植物油消費(fèi)總量大約是2250 萬噸，每年能產(chǎn)生至少300-500 萬噸地溝油。由于沒有建立起地溝油進(jìn)行回收再利用的體制，每年產(chǎn)生大量地溝油只有少量被正規(guī)利用，而大量地溝油通過非法渠道進(jìn)入流通領(lǐng)域2。（1） 正規(guī)的回收利用我國地溝油利用方式:一是進(jìn)行簡單加工提純，直接作為抵擋皮革加脂劑等工業(yè)油脂；二是進(jìn)行水解制取工業(yè)油酸、硬脂酸等；三是國外比較流行的制取生物柴油（脂肪酸甲酯）。2000年，福建漳州籍的民營企業(yè)家葉活動到奧地利考察，歐洲正在推廣的從動植物油中提煉生物柴油的做法讓他大開眼界?；貒?，他們于2001年

6、創(chuàng)辦了研發(fā)型生產(chǎn)企業(yè)福建卓越新能源發(fā)展有限公司，組織技術(shù)研發(fā)和設(shè)備研制，如今企業(yè)已形成年產(chǎn)4萬噸生物柴油的生產(chǎn)能力3。北京科技大學(xué)已于2009年開展了用“地溝油”分解的脂肪酸作為選礦捕收劑的研究工作，并取得了滿意的試驗(yàn)結(jié)果。目前該項(xiàng)技術(shù)已開始在部分鋼鐵企業(yè)應(yīng)用，并正在申請國家專利。據(jù)了解，目前針對廢棄油脂的應(yīng)用主要有生物柴油的制備及生產(chǎn)肥皂、動物飼料、化工原料等。北京科技大學(xué)環(huán)境工程系的老師從污染處理角度出發(fā)，創(chuàng)新性地提出了利用“地溝油”進(jìn)行選礦藥劑的制備的綜合利用技術(shù)。使用該工藝，首先經(jīng)過預(yù)處理方法將“地溝油”中的雜質(zhì)進(jìn)行去除，進(jìn)而根據(jù)工藝需要，進(jìn)行脂肪酸或脂肪酸鈉的制備，獲得的副產(chǎn)物甘油還

7、是一種重要的化工原料4。（2） 非法的回收利用多數(shù)飯店、餐館的隔油池附近道路狹窄，不便機(jī)械化清理，往往還是靠人工撈取。不少餐飲店的餐廚廢油的收購權(quán)都已經(jīng)承包給專人，收購方和餐飲企業(yè)間建立比較穩(wěn)定的購銷關(guān)系，外人不得插足，每年按餐館規(guī)模支付一定的費(fèi)用幾千元到兩三萬元數(shù)額不等，支付給一些大酒店的價(jià)格甚至到四五萬元。地溝油的職業(yè)回收者，只需一把鏟子、幾個(gè)破舊鐵桶、一把手電筒，外加一輛電動車就可以滿載而歸。加工餐廚廢油的黑作坊多半隱蔽在城鄉(xiāng)接壤的養(yǎng)豬場周圍，設(shè)備原始簡單，一口鍋，一個(gè)灶，步驟是撇出浮上來的油，再加入火堿等去臭、脫色、水洗、沉淀，這時(shí)的油黃亮黃亮且無異昧；再與正宗的色拉油摻在一起，通過各

8、種渠道銷往城鄉(xiāng)接合部的農(nóng)副產(chǎn)品交易市場。三、研究內(nèi)容1、地溝油的資源化技術(shù)及方法以及他們的優(yōu)缺點(diǎn)（1）地溝油制生物柴油國內(nèi)地溝油制備生物柴油的發(fā)展，在現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域，以酯交換反應(yīng)為基礎(chǔ)利用地溝油制備生物柴油的方法層出不窮，如硫酸催化制備生物柴油、磷酸催化制備生物柴油、包衣酶催化制備生物柴油、地溝油固定化脂肪酶合成生物柴油、1甲基3丁基咪唑氫氧化物催化制備生物柴油、采用固酸、固堿兩步非均相催化制備生物柴油15等。其中多數(shù)工藝是以地溝油與甲醇為底物制取生物柴油，其不同的只是所采用的催化劑和反應(yīng)條件各異。A、硫酸催化制備生物柴油張勇16利用地溝油以硫酸為催化劑制備生物柴油采用兩步酯化工藝：第一步，在醇

9、油摩爾比10:1、催化劑用量1%、反應(yīng)溫度70oC、反應(yīng)時(shí)間4 h的條件下，用硫酸催化使地溝油產(chǎn)生預(yù)酯化反應(yīng)，主要是將地溝油中的游離脂肪酸轉(zhuǎn)化為脂肪酸甲酯；第二步，酸催化轉(zhuǎn)酯化反應(yīng)，反應(yīng)在醇油摩爾比20:1、催化劑用量6%、反應(yīng)溫度70OC、反應(yīng)時(shí)間4h的條件下進(jìn)行，主要是進(jìn)一步將地溝油中的甘三脂轉(zhuǎn)化為甲酯和甘油。此實(shí)驗(yàn)甘油酯的酯化率可達(dá)到86.89%。符太軍等17以硫酸為催化劑，采用酯交換法進(jìn)行生物柴油的實(shí)驗(yàn)室制取試驗(yàn)，通過正交分析取得較理想的反應(yīng)條件為：反應(yīng)溫度70OC，物配比30:1，催化劑為6%原料油，反應(yīng)時(shí)間3h。4個(gè)因素對轉(zhuǎn)化率的影響依次為油醇摩爾比反應(yīng)時(shí)間催化劑的量反應(yīng)溫度?？子?/p>

10、平、鄭冀魯18在酸性催化劑（H2SO4）的作用下先通過水解反應(yīng)對地溝油進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行酯化，將地溝油轉(zhuǎn)化成生物柴油。實(shí)驗(yàn)表明，最佳反應(yīng)條件為：醇油摩爾比5.3:1，催化劑（H2SO4）的量為油的1.3%，反應(yīng)溫度65oC，反應(yīng)時(shí)間2h，生物柴油得率高達(dá)90%。B、磷酸催化制備生物柴油鐘鳴等19以地溝油為原料，磷酸為催化劑，與甲醇發(fā)生酯交換反應(yīng)制備生物柴油，所得產(chǎn)品性能指標(biāo)接近礦物柴油。通過正交實(shí)驗(yàn)得出了制備生物柴油的最佳條件為：反應(yīng)溫度70oC，醇油摩爾比30:1，催化劑用量為原料油質(zhì)量的8%，反應(yīng)時(shí)間5h。在此條件下，生物柴油的收率為85%以上。C、包衣酶催化制備生物柴油酶促合成生物柴油

11、的主要問題是反應(yīng)系統(tǒng)中甲醇達(dá)到一定量后，酶易中毒失活、壽命短等。包衣酶是用表面活性劑進(jìn)行包衣，由于包衣后的固定化酶受到表面活性劑分子的保護(hù)，變得更耐有機(jī)溶劑，從而可提高酶的活性。陳文偉等22以地溝油為原料，用三階段包衣酶催化制備生物柴油。選用谷氨酸二烷基酯核糖醇非離子型表面活性劑作包衣劑，第一步加入油和1/3的甲醇，第二步再加入13甲醇，第三步加入剩下的1/3甲醇。通過甲醇的三階段加入和固定化酶的包衣解決酶法制備生物柴油的問題，取得了較好的效果。實(shí)驗(yàn)選取反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、包衣酶用量、醇油摩爾比和水分添加量為影響酯化率的主要因素，通過二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)得優(yōu)化的工藝條件為：三階段反應(yīng)時(shí)間各

12、9.4h，反應(yīng)溫度54OC，包衣酶用量18.7%，醇油摩爾比3.6:1，水分添加量17.2%，在最佳條件下的酯化率為93.68%。D、采用固酸、固堿兩步非均相催化制備生物柴油陳安等29根據(jù)地溝油酸值高的特點(diǎn)，采用固酸、固堿兩步非均相催化法制備生物柴油。此法避免了均相酸法耐酸設(shè)備價(jià)格高、反應(yīng)時(shí)間長、酯化率低、有廢水等缺點(diǎn)；克服了均相堿催化酯交換反應(yīng)對高酸值地溝油易皂化、產(chǎn)率低、產(chǎn)生大量廢水等弊病；同時(shí)，也克服了兩步均相法產(chǎn)生大量廢水、影響環(huán)境的不足。固酸非均相催化游離脂肪酸酯化（第一步預(yù)酯化）的最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)時(shí)間2h，醇油摩爾比6:1，固酸催化劑為油重的2.5%，助溶劑四氫呋喃為3%，反應(yīng)

13、溫度71OC，酯化率97.41%。固堿非均相催化油脂酯化（第二步酯化）的最佳反應(yīng)條件為：反應(yīng)時(shí)間2.5h，醇油摩爾比10:1，固堿催化劑為油重的2.0%，助溶劑四氫呋喃為3%，反應(yīng)溫度71oC，酯化率96.36%。李為民等30也是第一步預(yù)酯化反應(yīng)利用硫酸催化并通過正交試驗(yàn)得到最佳條件：濃硫酸用量為2%、甲醇用量為16%、反應(yīng)溫度為70OC、反應(yīng)時(shí)間為4h；第二步酯交換反應(yīng)利用氫氧化鉀催化并通過正交試驗(yàn)得到最佳條件：甲醇用量為20%，KOH用量為1%，反應(yīng)溫度為65OC、反應(yīng)時(shí)間為2h。制備所得生物柴油達(dá)到國家生物柴油標(biāo)準(zhǔn)要求。優(yōu)點(diǎn)：a.具有優(yōu)良的環(huán)保特性。主要表現(xiàn)在由于生物柴油中硫含量低，使得

14、二氧化硫和硫化物的排放低，可減少約30%(有催化劑時(shí)為70%)；生物柴油中不含對環(huán)境會造成污染的芳香族烷烴，因而廢氣對人體損害低于柴油。檢測表明，與普通柴油相比，使用生物柴油可降低90%的空氣毒性，降低94%的患癌率；由于生物柴油含氧量高，使其燃燒時(shí)排煙少，一氧化碳的排放與柴油相比減少約10%(有催化劑時(shí)為95%)；生物柴油的生物降解性高。b.具有較好的低溫發(fā)動機(jī)啟動性能。無添加劑冷濾點(diǎn)達(dá)-20oC。c.具有較好的潤滑性能。使噴油泵、發(fā)動機(jī)缸體和連桿的磨損率低，使用壽命長。d.點(diǎn)火性能佳。生物柴油的關(guān)鍵指標(biāo)十六烷值較高，一般大于50(石油柴油為45-50)，所以具有良好的點(diǎn)火性能。而且它的抗爆

15、性優(yōu)于普通柴油。e.具有較好的安全性能。由于閃點(diǎn)高，生物柴油不屬于危險(xiǎn)品。因此，在運(yùn)輸、儲存、使用方面的安全性又是顯而易見的。f.具有良好的燃料性能。十六烷值高，使其燃燒性好于柴油，燃燒殘留物呈微酸性，使催化劑和發(fā)動機(jī)機(jī)油的使用壽命加長。g.具有可再生性能。作為可再生能源，與石油儲量不同，其通過農(nóng)業(yè)和生物科學(xué)家的努力，可供應(yīng)量不會枯竭。h.節(jié)能降耗。生物柴油其本身即為燃料，以一定比例與石油柴油混合使用可以降低油耗、提高動力性。i.氣候適應(yīng)性好。由于生物柴油不含蠟，低溫流動性佳，所以其使用區(qū)域廣泛。j.通用性好。無需改動柴油機(jī)，可直接添加使用，同時(shí)無需另添設(shè)加油設(shè)備、儲運(yùn)設(shè)備及人員的特殊技術(shù)訓(xùn)練

16、14。缺點(diǎn)：地溝油制取生物柴油的產(chǎn)業(yè)鏈短，缺少科研投入，能夠?yàn)樯a(chǎn)者帶來豐厚利潤的下游產(chǎn)品研制和開發(fā)嚴(yán)重不足，已開發(fā)和應(yīng)用的產(chǎn)品少，與國外相比明顯不足。目前還不具備大規(guī)模再加工利用脂肪酸甲酯和甘油的條件，多是把脂肪酸甲酯作為溶劑等銷售以增加利潤，并沒有進(jìn)行深加工。甘油也多轉(zhuǎn)售到甘油精煉廠，精制為普通甘油、醫(yī)藥甘油等銷售，有些廠家甚至不出甘油產(chǎn)品。（2）地溝油生產(chǎn)洗衣皂液地溝油的前身是天然油脂，是動物油脂和植物油脂的混合物，其主要成分是三脂肪酸甘油酯，它用堿皂化可以生成甘油及洗滌用的表面活性劑堿皂（如鈉皂、鉀皂等）。因此，地溝油是用來直接皂化生產(chǎn)肥皂和洗衣粉不可多得的價(jià)廉質(zhì)優(yōu)的原料。梁芳慧、尹平

17、河等14用雙氧水氧化地溝油中的色素，輔以活性白土吸附精制除去地溝油中的有色物質(zhì)，經(jīng)過脫色后的地溝油再經(jīng)皂化，其皂化后制成的皂料作為制取洗衣粉的主要原料。表面活性劑和洗滌助劑用量為可變因素，以L9（34）正交試驗(yàn)因素，確定最佳的皂料、表面活性劑和洗滌助劑用量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，地溝油皂料8%，碳酸鈉12%，直鏈烷基苯磺酸鈉（LAS）25，脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO9）4%，基酚聚氧乙烯醚（TX10）2%，偏硅酸鈉4%，4A沸石7%，檸檬酸鈉9%，其余為硫酸鈉，該種配方的去污效果和綜合性能與市售兩種產(chǎn)品相當(dāng)，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)洗衣粉，性能指標(biāo)測試符合國家標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)點(diǎn)：易于連續(xù)自動化,反應(yīng)速度快,生產(chǎn)能力高;節(jié)約能源

18、;餾份可以控制;氣味好,可減少香料用量;可用純堿代替燒堿、不要漂白;因而生產(chǎn)成本低,效率高。缺點(diǎn)：利用地溝油生產(chǎn)耗資較大。這主要是因?yàn)槠洚a(chǎn)業(yè)鏈不夠完善，這使得很多中間商進(jìn)行價(jià)格炒作，使得地溝油價(jià)格大幅度上漲，甚至可以趕超生物柴油的價(jià)格；同時(shí)，由于地溝油的收購價(jià)格高，而進(jìn)一步的處置卻大多處于虧損狀態(tài)，因此而限制了“變廢為寶”的發(fā)展。（3）“地溝油”變身航空油從2011年9月開始，荷蘭皇家航空公司將實(shí)現(xiàn)新的突破，他們要對炒菜用過的油進(jìn)行加工，為飛機(jī)提供燃料?！暗販嫌汀弊冿w機(jī)燃油，成本猛增，但更高效、更綠色。SkyNRG公司采用了“加氫可再生飛行燃料”技術(shù)。先將植物油進(jìn)行脫氧處理，然后就是一系列的有

19、機(jī)化學(xué)過程，關(guān)鍵一步是進(jìn)行加氫裂化，在持續(xù)的氫氣壓力作用下，分子間碳鍵被破壞，生成較小的碳?xì)浠衔?，其產(chǎn)物就是不飽和烴，此時(shí)，就已經(jīng)很接近燃料了，然后再進(jìn)行“異構(gòu)化”，即將化學(xué)物質(zhì)的自身組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，真正成為所需要的“可再生飛行燃料”。優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)石油基航空煤油相比，這一舉措能降低二氧化碳排放，將有力緩解我國航煤資源緊缺壓力。缺點(diǎn)：a.生產(chǎn)成本過高，業(yè)內(nèi)人士指出，使用地溝油轉(zhuǎn)化的燃料，目前價(jià)格是普通化石燃料的3倍多，因?yàn)槠湟揽磕壳叭碌霓D(zhuǎn)化技術(shù)，處理成本還很高。“從目前的技術(shù)看，地溝油轉(zhuǎn)化為航空油，轉(zhuǎn)化率太低?！眀.集中原料供應(yīng)渠道不明確，非法收購者收購地溝油的價(jià)格比合法的廚余垃圾回收公司

20、高，所以生物質(zhì)燃料公司的利潤空間被嚴(yán)重壓縮。(4) “地溝油”生產(chǎn)乙醇、沼氣由中科院等離子體物理研究所科研人員經(jīng)過多年技術(shù)攻關(guān)，成功掌握了餐廚廢棄物生產(chǎn)乙醇和沼氣的能源化處置技術(shù)，并形成兩項(xiàng)發(fā)明專利。據(jù)介紹，該技術(shù)將餐廚廢棄物變身為四件“寶貝”，即生物柴油、乙醇、沼氣和生物肥料。餐廚廢棄物中的油脂先經(jīng)過分離精制變成生物柴油，然后碳水化合物和蛋白質(zhì)等成分經(jīng)過酶解、厭氧發(fā)酵等過程轉(zhuǎn)化為燃料乙醇，將乙醇發(fā)酵殘留物和其他有機(jī)成分通過發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，將沼氣工程的沼渣沼液通過處理變成生物肥料。優(yōu)點(diǎn)：其能源化思路有別于國內(nèi)以飼料化為主的技術(shù)路線，避免餐廚廢棄物再次進(jìn)入人類食物鏈，產(chǎn)生同源性積累引發(fā)疾病風(fēng)險(xiǎn)。缺

21、點(diǎn)：生產(chǎn)成本過高，利潤過低，這就造 成具備回收資質(zhì)的回收企業(yè)在獲取回收餐廚垃圾 優(yōu)先權(quán)時(shí)，不占據(jù)價(jià)格優(yōu)勢，缺乏市場競爭力， 所以難以發(fā)展。(5) 用“地溝油”制備選礦藥劑北京科技大學(xué)環(huán)境工程系的老師從污染處理角度出發(fā)，創(chuàng)新性地提出了利用“地溝油”進(jìn)行選礦藥劑的制備的綜合利用技術(shù)。使用該工藝，首先經(jīng)過預(yù)處理方法將“地溝油”中的雜質(zhì)進(jìn)行去除，進(jìn)而根據(jù)工藝需要，進(jìn)行脂肪酸或脂肪酸鈉的制備，獲得的副產(chǎn)物甘油還是一種重要的化工原料。優(yōu)點(diǎn)：避免環(huán)境污染、降低選礦成本、減少食品安全威脅。缺點(diǎn)：該技術(shù)是一項(xiàng)新工藝，雖前景較好，但并未得到廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用，有待進(jìn)一步推廣。2、再利用過程中的廢物處理(1)厭氧發(fā)酵

22、在地溝油資源化利用中會產(chǎn)生廢水和廢渣，廢水則經(jīng)過污水處理系統(tǒng)，變成中水回用；分離出的固體殘?jiān)?，可以通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生大量沼氣用來發(fā)電。厭氧發(fā)酵過程分為四個(gè)階段31，如下：第一階段：水解階段：包含蛋白質(zhì)水解、碳水化合物的水解和脂類水解。水解是復(fù)雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。大分子有機(jī)物因相對分子質(zhì)量巨大，不能透過細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。水解過程通常較緩慢，因此是含大分子有機(jī)物或懸浮物廢液厭氧降解的限速階段。大分子有機(jī)物首先在細(xì)菌胞外酶的水解作用下轉(zhuǎn)變?yōu)樾》肿游镔|(zhì)。胞外酶能否有效接觸到底物是影響水解速率的關(guān)鍵。因此大顆粒比小顆粒底物降解要緩慢得多。許多微生物可

23、以產(chǎn)生胞外酶，其中主要的水解酶有脂肪酶、蛋白酶和纖維素酶等。它們的作用是將復(fù)雜的大分子水解為可被微生物同化的單體。在有機(jī)聚合物占多數(shù)的廢物厭氧生物處理中，水解作用是整個(gè)過程的限速步驟。許多因素影響到水解速度。但水解速度常數(shù)和這些因素的關(guān)系尚不完全清楚。水解速度常數(shù)的大小通常只適用于某種條件下某一特定底物，因而不是普遍有效的。第二階段：發(fā)酵階段：包含氨基酸和糖類的厭氧氧化、較高級的脂肪酸與醇類的厭氧氧化。發(fā)酵可以被定義有機(jī)化合物即作為電子受體也是電子供體的生物降解過程。在此過程中，水解階段產(chǎn)生的小分子化合物在發(fā)酵細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端有機(jī)物，并分泌到細(xì)胞外。因此，這

24、一過程也稱之為酸化階段。這一階段的末端產(chǎn)物主要有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等。與此同時(shí)，發(fā)酵細(xì)菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)，因此為酸化廢物厭氧處理是產(chǎn)生更多的剩余污泥。發(fā)酵過程的末端產(chǎn)物組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與發(fā)酵的微生物種群。氫的有效去除使發(fā)酵細(xì)菌能產(chǎn)生更多的供其氧化并從中獲得能量的中間產(chǎn)物。氨基酸的分解需要兩種氨基酸參與，其中一個(gè)氨基酸分子進(jìn)行氧化脫氨，同時(shí)產(chǎn)生質(zhì)子使另外一種氨基酸的兩個(gè)分子還原，兩個(gè)過程同時(shí)伴隨著氨基酸的去除。由于氨基酸降解能夠產(chǎn)生NH3，因此這一過程會影響到溶液中的pH值。NH3的存在對厭氧過程非常重要，一方面NH3在高濃度

25、下對細(xì)菌有抑制作用；另一方面，它又是微生物的營養(yǎng)，因?yàn)榧?xì)菌利用氨態(tài)氮作為其氮源。第三階段：產(chǎn)乙酸階段：包含以中間產(chǎn)物中形成乙酸和氫氣和由氫氣和二氧化碳形成乙酸。發(fā)酵階段的末端產(chǎn)物(揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸等)在產(chǎn)乙酸階段進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。較高級的脂肪酸遵循氧化機(jī)理進(jìn)行生物降解。在其降解過程發(fā)酵酸化階段的末端產(chǎn)物在產(chǎn)乙酸階段被產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣和二氧化碳。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌能把揮發(fā)性脂肪酸降解為乙酸和H。其反應(yīng)如下：降解乙醇： CH3CH20H+H20C3HC00H+2H2 降解丙酸： CH3CH2COOH+2H2OCHC3OOH+3H2+C02 降解丁酸：CH3

26、CH2CH2COOH2CH3COOH+2H2 上述反應(yīng)只有在乙酸濃度低，液體中氫分壓也很低時(shí)才能完成。產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌可能是絕對厭氧菌或是兼性厭氧菌。通常把能將丙酸和丁酸和其他高級脂肪酸轉(zhuǎn)化為乙酸的微生物，通稱為OHPA菌。在厭氧反應(yīng)過程中，由OHPA菌代謝產(chǎn)生乙酸的氫氣約占總產(chǎn)甲烷基質(zhì)的54。由于這類微生物耐受pH值波動的能力較差，因此在厭氧降解過程中應(yīng)該將pH值控制在中性的范圍，并保持穩(wěn)定；此外，OHPA菌的倍增周期為2-6天，生長速率比產(chǎn)甲烷菌還慢。一旦OHPA菌受到抑制，反應(yīng)液中就會積累高濃度的丙酸和丁酸，其中前者對細(xì)菌的毒害作用很大。一般情況下，發(fā)酵細(xì)菌和OHPA菌的生長和代謝有賴于產(chǎn)

27、甲烷菌等為其處置基質(zhì)上脫下的氫。第四階段：產(chǎn)甲烷階段：包括由乙酸形成甲烷和從氫氣和二氧化碳形成甲烷。這一階段，產(chǎn)甲烷細(xì)菌通過以下兩個(gè)途徑之一，將乙酸、氫氣、碳酸、甲酸和甲醇等轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳和新的細(xì)胞物質(zhì)。其一是在二氧化碳存在時(shí)利用氫氣生成甲烷；其二是利用乙酸生產(chǎn)甲烷。在一般厭氧反應(yīng)器中，約70的甲烷由乙酸分解而來，30由氫氣還原二氧化碳而來。利用乙酸： CH3COOHCH4+CO： 利用H2和C02：H2+C02CH4+H20 此外，有些文獻(xiàn)中，將水解、酸化、產(chǎn)乙酸階段合并稱為酸性發(fā)酵階段，將產(chǎn)甲烷階段稱為甲烷發(fā)酵階段。（2）好氧堆肥厭氧發(fā)酵的殘留物是沼渣，沼渣中含有較全面的養(yǎng)分和豐富的

28、有機(jī)物，主要養(yǎng)分含量有：20%-30%的腐殖酸、0.8%-2.0%的全氮、0.4%-1.20%的全磷。沼渣的處理主要有兩種模式：一種是通過特殊的消毒工藝，制成富含生物蛋白質(zhì)的飼料；一種是通過堆肥，轉(zhuǎn)化成為高品質(zhì)的生物肥料。沼渣生產(chǎn)飼料，一般采用分選、蒸煮、壓榨、脫油工序進(jìn)行處理，但因?yàn)椴蛷N垃圾的特殊性質(zhì)，仍然存在一定安全隱患；一是由于其蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，高溫?zé)o法保證殺滅所有病毒；二是高溫加熱后，餐廚沼渣中的各種，油脂中酸價(jià)、過氧化值無法清除；三是餐廚沼渣含有動物源性成分，科學(xué)資料表明，使用同源性動物蛋白質(zhì)飼喂同種動物，將會有傳播疾病的風(fēng)險(xiǎn)。因此利用沼渣生產(chǎn)生物肥料將成為沼渣處理的一種主要趨勢。沼渣生產(chǎn)生物肥料，一般參照好氧堆肥技術(shù)，好氧堆肥的基本工序：前處理、主發(fā)酵(一次發(fā)酵