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中国餐厨废油的产生现状与资源化技术分析

关注:日期:2018-03-20

为了摸清中国餐厨废油现状,消除环境污染,保障人民饮食安全,通过跟踪调查,研究了中国城市餐厨废油的产生现状、危害,并对目前现有餐厨废油资源化技术进行了系统分析。分析结果表明,中国餐厨废油产生量大面广,容易造成较为严重的环境风险和健康威胁。现有餐厨废油资源化技术主要包括生产生物柴油技术、生产硬脂酸和油酸技术、生产肥皂或洗衣粉技术、生产润滑油技术、生产混凝土制品脱模剂技术等。

餐厨废油包括煎炸废油、泔水油和地沟油等源自于餐饮业的废油脂,成分主要是烹调用植物油和食品中动物油脂,化学组成主要为脂肪酸甘油酯。其中,煎炸废油来自于餐饮业的煎炸工序,由于反复高温煎炸,容易产生具有致癌作用的脂肪酸类聚合物,这类废油产生源相对集中,容易收集。泔水油主要是指从餐厨垃圾中分离回收的废油,这类废油是植物油和动物油的混合物,主要来自餐厨垃圾处理厂,容易收集和集中管理。地沟油是从下水道或饭店隔油池中获取的废油脂。地沟油中含有大量污水中的飘浮物、饭店冲洗碗筷使用的表面活性剂等,并极易酸败变质、滋生霉菌,产生致癌物,这类废油在三种废油中卫生状况最差,一般由小商贩私下收集后卖给加工商。

餐厨废油具有鲜明的废物和资源的二重性,需要进行无害化处理和资源利用。在目前管理体系相对不完善的形势下,由于利益驱使,餐厨废油极易被不法商贩加工为食用油重新回到餐桌,严重威胁居民健康。尤其是在夏季大排档和路边摊等餐饮点存在较大监管难度,掺加了废油产品的食用油容易进入食物链。因此,在充分研究中国餐厨废油产生现状及其环境风险和健康风险的基础上,通过法律手段、行政手段、经济手段相结合,正确引导餐厨废油物流路径,控制废油出口,并采用合理可行的工艺技术,将餐厨废油深加工为高附加值的化工原料,从而消除环境污染,实行资源利用,对于保障人民身体健康、发展循环经济具有重要意义。

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中国餐厨废油产生现状

改革开放以来,我国国民经济长足进步,城市人口迅速增长,人民生活水准不断提高,城市餐饮业日益繁荣,使餐厨废油的产生量空前增长。

研究表明,餐厨废油的产生量约为餐厨垃圾产生量的10%-20%,不同经济水平和餐饮习惯的地区略有区别。2006年我国全国城市餐饮业零售额超过1万亿元,2017年全国城市餐饮业零售额达到39643.7亿元,而且平均每年以10.7%的速度增长。这笔消费中,约20%-30%为餐厨垃圾和餐厨废油付了帐。以城市人口平均每人每天产生餐厨垃圾0.1kg计算,2015年末全国城镇人口7.21亿,加之外来人口,增长约20%-40%,城镇人口总计可达约9.3亿,则全国城镇年产餐厨垃圾4000多万吨,餐厨废油400多万吨,加上肉联厂下脚料及动物内脏提炼的动物脂肪和厨房抽油烟机集油槽收集的废油,餐厨废油的产生量仍会增加10%左右。目前,北京市每天产生的餐厨垃圾约2500吨、餐厨废油约300吨,其中地沟油约100吨、煎炸废油和泔水油共约200吨。苏州市1000多家大型饭店餐厅及1000多家企、事业食堂,每天餐厨垃圾产生量400t/d以上,餐厨废油约60吨,其中地沟油约30吨,煎炸废油约15吨,泔水油约15吨。

在江苏省苏州市吴中区取样对三种餐厨废油成分进行测定,部分指标平均值如表1所示。

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餐厨废油的危害

餐厨废油主要组成元素为C、H和O,属于大分子疏水性有机物。由于经过反复高温煎炸,油脂中的小分子营养物大部分已挥发或聚合成大分子热稳定性物质,可生化性能较低,且含有一定量的苯并芘等致癌物,进入环境或被人体摄入,将造成严重的环境污染和健康威胁。具体表现在如下几个方面:

01污染水体

餐厨废油是重要的营养性水体污染物之一,进入水体会造成水质恶化和富营养化,并使污水处理厂生物处理单元处理效率显著降低。

02散发臭气

餐厨废油,尤其是地沟油,在空气中曝露时间很长,发生氧化酸败,散发挥发性脂肪酸类恶臭气体,严重影响环境,是引发公众强烈反应的主要原因之一。

03造成食品安全问题

由于餐厨废油经过反复高温煎炸,容易生成苯并芘、反式脂肪酸等对人体有害的物质,废油在空气中长期曝露,容易氧化酸败,产生大量毒素。在物流过程中容易混入有毒有害物质,滋生黄曲霉等细菌,产生具有强致癌作用的黄曲霉素等,一旦处理不当,重新进入食品链,将会严重影响人类健康,甚至可能造成重大食品安全事故。

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餐厨废油资源化技术现状分析

目前国内外关于餐厨废油资源化处理技术的报道较多,主要包括利用餐厨废油作为化工原料生产生物柴油、硬脂酸和油酸、肥皂、润滑油、混凝土制品脱模剂等产品的工艺技术,这些技术在实际中均有应用,并取得了一定的效果。

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生物柴油生产技术

利用餐厨废油脂生产生物柴油,常用的生产方法为预酯化-二步酯交换-酯蒸馏工艺。其流程为:经预处理的油脂与甲醇一起,加入硫酸作催化剂,在60℃常压下进行酯交换反应,生成脂肪酸甲酯(即生物柴油)。由于化学平衡的关系,在一步法中油脂到甲酯的转化率仅达到96%。为超脱这种化学平衡,通常采用二步反应,即通过一个特殊设计的分离器连续地除去初反应中生成的甘油,使酯交换反应继续进行,可获得高达99%以上的转化率。第二步,加入少量NaOH进行中和,去除多余的酸。由于碱催化剂的作用生成了肥皂,色素和其它杂质混合在少量的肥皂中,产生一深棕色的分离层,在分离操作时将其从酯层分离掉。通过这种精制作用可以高转化率获得浅色的脂肪酸甲酯。这里面最重要的一步反应是酯交换,反应过程如图1所示。

图1废油酯酯交换反应过程

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硬脂酸和油酸生产工艺

餐饮废油中含有大量硬脂酸和油酸,经工业提取分离后大量地应用于日用化工、纺织、医药、化学、建材、食品等行业中。其生产工艺主要是通过对油脂水解后,分离出各种脂肪酸(主要为硬脂酸、油酸)。其中油脂水解的方式大致分为常压下皂化分离和高压酸化分离2种类型,混合脂肪酸的分离方式大致分为冷冻压榨法、表面活性剂法、精馏法等。这几种方法虽然工艺成熟,但生产条件设备投资要求都较高,生产周期长,有一定污染,产品质量差,未见推广生产。郭涛等人借鉴上述经验,探索出一套在常温常压下能同时生产硬脂酸和油酸的工艺如图2所示。其中,脱色过程中,白土最好分3次加入,温度控制在120℃为宜,时间不超过25min。皂化过程中,皂化温度保持在100℃,皂化时间为4h,且氢氧化钠质量分数为8%时效果较佳。混合脂肪酸精制中pH值为8时,Pb(OH)2沉淀相对较少,最终硬脂酸纯度达到83%。其特点是油酸分离比较彻底,避免了常规工艺中利用熔点不同分离不彻底的弊端,产品品质较好。

图2利用餐厨废油生产硬脂酸和油酸工艺流程


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