废弃食用油脂两相厌氧发酵酸化条件优化.doc

废弃食用油脂两相厌氧发酵酸化条件优化 贺静1，邓雅月1，李凛2，李政伟1，尹小波1，邓宇1 （1.农业部沼气科学研究所，农业部农村可再生能源开发利用重点实验室，成都 610041； 2.成都理工大学材化院生物工程系，成都 610059） 摘 要：油脂的水解和长链脂肪酸的降解是油脂厌氧发酵过程中的限速步骤，提高水解酸化阶段挥发性脂肪酸(volatile fatty acid，VFA)的产率，有助于后续甲烷化反应的进行。利用响应面方法(response surface methodology，RSM ) 对废弃食用油脂两相厌氧发酵水解产挥发酸条件进行优化，考察了初始pH值、原料负荷、反应时间和接种量对产生挥发酸浓度的影响，提出采用该工艺的数学模型及优化后的工艺参数。结果表明，各影响因子对挥发酸的影响顺序为：接种量＞反应时间＞原料负荷＞初始pH值，方程的F值为15.65，相关系数为0.9359，调整相关系数为0.8761，说明数学模型可以较好地模拟真实的反应曲面。优化得到最佳的工艺参数为初始 pH值6.2、负荷300 g/L、反应时间8 d、接种量40%，在该条件下，实际产挥发酸7221.0 mg/L，与预测值7224.0 mg/L吻合且重现性较好。厌氧产甲烷试验表明，酸化废弃油脂未酸化油脂甲烷产量、甲烷含量、总COD去除率VS去除率分别提高了44%、11%、28%和51%经酸化处理比未酸化油脂的厌氧发酵时间T80缩短了 28%，为废弃食用油脂的两相厌氧发酵中试提供了参考。 关键词 废弃食用油脂；两相厌氧消化；水解酸化；响应面法 中图分类号 X712 文献标识码 A 文章编号 贺静，邓雅月，李凛，等。废弃食用油脂两相厌氧发酵酸化条件优化 [J]. 农业工程学报，2015， ()：- He Jing, Deng Yayue, Li Lin, et al. Process optimization of wasted edible oil hydrolytic acidification in two-phase anaerobic digestion.(Transactions of the CSAE), 2015, ()：-.(in Chinese with English abstract)0 引 言 据报道中国年均消费食用油达21×106t，其中产生废油4×106～8×106t[1]，回收利用废弃食用油脂，可替代石油资源生产生物柴油、沼气、表而活性剂、精细化学品和大宗化学品等[2-4]。全球面临能源危机环境污染，将废弃食用油脂转化为，改善生态环境缓解能源危机推动可持续发展。 油脂的水解和长链脂肪酸的降解是油脂厌氧消化过程中的限速步骤[5-7]。利用废弃食用油 收稿日期：2015-04-17 修订日期：2015-08-14 基金项目：863计划（2013AA102805-02；公益性行业（农业）科研专项（201303099-01）；四川省应用基础项目（2015JY0054）。 作者简介：贺静，女，陕西西安人，副研究员，博士，硕士生导师，研究方向为能源微生物与生物质能源开发利用。成都 农业部沼气科学研究所，610041。 Email：hejing@caas.cn 脂直接厌氧消化产沼气的过程常常发生中间代谢产物长链脂肪酸抑制，甚至导致厌氧消化系统崩溃[8-9]。而采用“水解产酸-产甲烷”两相厌氧消化工艺可以将产酸过程和产甲烷过程分离开，提供产酸和产甲烷微生物各自生长所需的最佳条件[10-11]，可避免产甲烷过程的挥发酸累积导致的抑制[12]。Kim等的研究表明两相厌氧消化处理油脂废水可以提高油脂负荷，促进厌氧消化和增加产气量[13-14]。产酸过程提供的发酵产物挥发酸影响产甲烷 [15]，在酸化工艺中通过投加脂肪酶可促进水解[5]，但是会增加成本。现有工艺主要针对的是油脂废水处理，而针对食用油脂废弃物的处理和以提高挥发酸产率为目标的油脂水解工艺优化研究鲜有报道。 响应面分析法可以在给定的区域获得因素的最佳组合和响应值的最优值[16]，广泛用于优化培养条件和工艺条件等领域[17(18]。因此，本文以废弃食用油脂作为原料，利用响应面法优化油脂生物水解产挥发酸(Volatile Fatty Acid, VFA)（包括乙酸、丙酸和丁酸）的最佳工艺条件。采用中心组合设计(central composite design, CCD) 设计，用Design Expert对试验结果进行了分析，建立了以VFA浓度为响应值的二次多项式。对水解产挥发酸工艺条件优化，试验结果预测，并在条件下废弃食用油脂水解和产甲烷，为废弃食用油脂的“水解产酸-产甲烷”两相产沼气试提供了的