废弃食用油脂中温厌氧发酵特性研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
中国沼气Ｃｈｉｎａ
８／ｏｇａｓ
２０１６，３４（５）
２７
废弃食用油脂中温厌氧发酵特性研究
李 凛１，张云飞２，李
强２，邓雅月２，邓 宇２，尹小波２，贺静２
（１．成都理工大学材化院生物工程系，成都６１００５９；２．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）
摘要：为了研究废弃食用油脂中温厌氧发酵特性，对废弃食用油脂进行了中温３５℃±１℃批式发酵，主要考察 了不同原料与接种物比（Ｆ／Ｉ）和碳氮比（Ｃ／Ｎ）条件下，甲烷产量和ＦＶＡ的变化情况，并运用修正的Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型 对其产气模型进行动力学拟合。实验结果表明，在中温条件下，Ｆ／Ｉ比值为１：６，１：３，１：２和２：３时，废弃油脂都能 较好地进行厌氧发酵产甲烷，最大产甲烷产量分别为７３７，４１８，３４２和３００ ｍＬ・ｇ。１，Ｉ＇ｓ。采用修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型分 别对１：６，１：３，１：２和２：３实验组产甲烷曲线进行拟合，得到产甲烷潜力分别为８２３．６８，４６１．１２，３７９．４３和３３９．２０ ｍＬ・ｇ～ＴＳ，最大产甲烷速率分别为５６．２５，３１．０３，２４．７９和２０．６３ ｍＬ・ｄ。ｇ～ＴＳ。Ｃ／Ｎ值为２８：１，１４：１，７：１和 ４：１时，随着Ｃ／Ｎ减小最大产甲烷产量不断增大，分别为１８５，３０８，３９５和４６０ ｍＬ・ｇ。髑。 关键词：废弃食用油脂；厌氧发酵；Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型 中图分类号：￥２１６．４；Ｘ７０３ Ｍｅｓｏｔｈｅｒｍ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—１１６６（２０１６）０５—００２７—０５ Ｗａｓｔｅ
酸‘１１１。
１．２．３动力学分析 对于批式厌氧发酵产甲烷过程，有一定程度上 甲烷产量是微生物生长的一个函数。实验采用 Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程（１）来拟合累积产甲烷曲线：
１．１实验材料 实验所用厌氧污泥取自某制药厂厌氧消化器， 为黑色絮凝状物质，污泥取回后于塑料瓶内密封， 置于４。Ｃ冰箱中保存。 实验所用废弃油脂取自某川菜馆废弃煎炸油，
ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；Ｇｏｍｐｅｒｔｚ ｍｏｄｅｌ．
废弃食用油脂主要是指在食品加工产业和餐饮 业中产生的不可再食用油脂。随着社会的不断发 展，人们生活水平随之提高，废弃食用油脂的产生量 也在逐年上涨。我国每年的产生的废弃食用油脂约 在４００—８００万ｔ，合理的处置和利用废弃油脂对于 改善生态环境、缓解能源危机、促进经济可持续发展 等方面都将起到推动作用¨Ｊ。采用废弃油脂产甲 烷，不仅实现废弃物资源化，化解日益紧张的能源供 需矛盾，而且可以有效解决有机废物造成的环境污
和的或不饱和的脂肪酸，常见的饱和酸有肉豆蔻酸
（Ｃ１４）、软脂酸（Ｃ１６）、硬脂酸（Ｃ１８）等，不饱和酸
项目来源： 四川省应用基础研究项目（２０１５ＪＹ００５４）；四川省食用菌创新团队资助项目 作者筒介： 李凛（１９８０一），男，副教授，主要从事微生物发酵方面的工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｌｉｎ＠ｅｄｕｔ．ｅｄｕ．ＣＢ 通信作者： 贺静，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｅｊｉｎｇ＠ｃａａ８．ｃｎ
甲烷产量已扣除了接种污泥的空白。由图２所示，
１．２．１实验设计 Ｆ／Ｉ实验中，发酵瓶体积为１００ ｍＬ，有效反应体
积为６０ ｍＬ，接种厌氧污泥量为１．８９ ＴＳ。设置不同
的废弃食用油脂与厌氧污泥比分别为１：６，１：３，ｌ：２， ２：３，５：６和０：１，其中０：１实验组为空白实验，用去 离子水补充反应体积至６０ ｍＬ。Ｃ／Ｎ实验中，在反 应体积６０ ｍＬ中加入接种厌氧污泥量为１．８
Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ
Ａｎａｅｒｏｂｉｃ
Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ
ｗｉｔｈ
Ｅｄｉｂｌｅ
ｏｎ／ＬＩ ｏｆ
Ｌｉｎｌ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎ－ｆｅｉ２，ＬＩ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｑｉａｎ９２，ＤＥＮＧ
Ｙａ－ｙｕｅ２，ＤＥＮＧ Ｙｕ２，Ｙｉｎ
Ｘｉａｏ－ｂ０２，耻Ｊｉｎ９２／（１．ＣｏＨｅｇｅ
ａｎｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｉｏｇａｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
Ｍｉｎｉｓｔｒｙ
ｏｆ Ａｇｒｉ－
ｃｕｌｔｕｒｅ，ｎｅ
Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｕｒａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
１材料与方法
油脂加入０．６９ ＴＳ，厌氧污泥与废弃食用油脂比为 ３：ｌ，加人ＮＨ。ＣＬ作为氮源，Ｃ／Ｎ分别设置为２８：１， １４：１，７：１，４：１，３：１和１：０，其中１：０实验组为空白 实验。 实验开始前，向反应瓶内冲人氮气５ ｍｉｎ以排 出空气保持反应瓶内的厌氧环境，３５。Ｃ±１ ｏＣ培养 箱内静置培养，发酵时间为３０ ｄ。每天记录一次产 气量、甲烷含量，３ ｄ测定１次挥发酸。每组样品设 置３个平行，数据分析取其平均值。 １．２．２分析方法 日产气量：在发酵周期内采用排水集气法，每 天定时通过量筒直接读取；甲烷含量：采用气相色谱 （ＧＣ－２０１０，岛津日本）检测，检测条件为ＴＣＤ检测 器温度２００℃，进样口温度１５０℃；ＴＳ和ＶＳ采用重 量法测定ｕ ０｜；挥发性脂肪酸（ＶＦＡ）：采用气相色谱 仪（Ａｇｌｉｅｎｔ７８２０Ａ，美国）测定，气相色谱条件为 ＦＦＡＤ柱，ＦＩＤ检测器，柱温为２５０℃，载气为氦气， 定量测定方法为外标法，主要测定乙酸、丙酸和丁
万方数据
２８
中国沼气Ｃｈｉｎａ ８／ｏｇ∞２０１６，３４（５）
有棕榈油酸（Ｃ１６，单烯）、亚油酸（Ｃ１８，二烯）、亚麻 酸（Ｃ１８，三烯）等。在餐厨垃圾发酵中，过高的油脂 浓度会抑制餐厨垃圾的厌氧发酵产甲烷过程Ｍ Ｊ，油 脂的厌氧降解成为厌氧发酵中的难点。在厌氧消化 过程中，油脂经过水解生成长链脂肪酸，长链脂肪酸 在产酸产氢菌的作用下生成乙酸和Ｈ，／ＣＯ，，最后在 产甲烷菌的作用下生成甲烷。已有的研究表明，油 脂水解产物——长链脂肪酸会对后续反应产生毒性 效应并抑制厌氧细菌的活性，长链脂肪酸抑制的机 理为长链脂肪酸吸附在细胞壁上，影响了代谢过程 中底物和产物的传质过程ｏ７｜。废弃食用油脂中主 要成分是高级脂肪酸甘油酯，几乎不含氮，因而在发 酵中需要外加氮源来调节碳氮比。已有的研究表明 废弃食用油脂的厌氧发酵的影响因素较多，比如油 脂发酵浓度、接种物的浓度和碳氮比Ｃ／Ｎ）等［８曲］。 实验采用批式发酵的方法考察不同原料接种物 比（ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ／ｉｎｏｃｕｌｕｍ，Ｆ／Ｉ）和碳氮比（Ｃ／Ｎ）条件 下对废弃食用油脂产甲烷潜力的影响。对不同Ｆ／Ｉ 条件下废弃食用油脂厌氧发酵特性进行研究并采用 修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型对产甲烷曲线进行拟合。
ａ
ｇｏｏｄ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｔ ｔｈｅ ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ ｔｏ ｉｎｏｃｕｌｕｍｓ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｅｔｈａｎｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ７３７，４１８，３４２，３００ ｍＬ・ｇ。１，Ｉ’ｓ，ｒｅｓｐｅｃ．
ｒａｔｉｏ（Ｆ／Ｉ）ｏｆ
ｌ：６，１：３，１：２ ａｎｄ ２：３，ｉｔ ｏｂｔａｉｎｅｄ
ｔｏ
Ａｐｐｆｉｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｓｔｕｄｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｅｓｏｔｈｅｌｌｌｌ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｅｄｉｂｌｅ ｏｉｌ．ｂａｔｃｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ
沉淀４８ ｈ后，过滤以除去上层泡沫和下层固体杂
Ｐｆ＝Ｐ×ｅｘｐ｛一ｅｘｐ【！塑！二掣＋ｌ】）（１）
式中：只为ｔ时刻的累计甲烷产量，ｍＬ・ｇ‘１ＴＳ； 不同Ｆ／Ｉ条件下废弃食用油脂厌氧发酵产气 接种厌氧污泥量一定，在不同的原料接种物比
Ｐ为最终甲烷产量，ｍＬ・ｇ～ＴＳ；Ｒｍ为最大产甲烷 速率，ｍＬ・ｄ～ｇ～ＴＳ；Ａ为延滞期，ｄ；Ｐ，Ｒｍ和Ａ 可以通过批式厌氧发酵实验数据拟合得到。
ｗａｓｔｅ ｅｄｉｂｌｅ ｏｉｌ ａｓ ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ ｕｎｄｅｒ ３５ ｏＣ±ｌ ｏＣ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｉｔｓ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ＶＦＡ ｖａｒｉ－ ａｔｉｏｎｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｗｅｒｅ ｆｉｔｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｇｏｍｐｅｒｔｚ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｉｔｓ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｅｄｉｂｌｅ ｏｉｌ ｏｂｔａｉｎｅｄ
进行拟合，拟合结果如图４和表２所示。
９００ ８００ ｝７００
辈６００
Ｅ ５００
壤ｋ血
ｌ：６ ｌ：３ ｌ：２ ２：３ ５：６ １：ｌ Ｆ／Ｉ
齑】４００
鎏裟
１００ Ｏ
图４
甲烷产量的修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程拟合曲线 表２修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程参数
图２不同Ｆ／Ｉ条件下单位质量底物的甲烷产量
ＶＦＡ是厌氧发酵过程中有机物水解的产物，同 时也是产甲烷菌的利用底物，ＶＦＡ浓度是评价水解 酸化和产甲烷平衡中的一项重要指标【１２－１４］。由图 ３可知，各实验组ＶＦＡ呈现先上升后下降的趋势， 在第７天达到峰值。 Ｆ／Ｉ为５：６和ｌ：１这２个实验组，ＶＦＡ也是一 直上升到第７天达到最大值２５００ ｍｇ・Ｌ‘１和３８００ ｍｇ・Ｌ～，可以看出挥发酸出现了累积，导致该实验 组厌氧发酵受到抑制，以致甲烷产量非常低。 Ｆ／Ｉ为１：６，１：３，１：２，２：３的４个实验组，ＶＦＡ 在第７天达到峰值，之后随着发酵时间而逐渐下降 的，因为这４组中产生的挥发酸能迅速被产甲烷菌 利用产生甲烷。这４组实验组的ＶＦＡ变化均在厌 氧菌的适应范围内，因此，这４组的产甲烷效果良 好。
收稿日期：
２０１６旬７－２１
染等问题旧１。 国外由于饮食习惯不同，他们的废弃油脂包括
脂肪（ｆａｔ），油（ｏｉｌ），油脂（ｇｒｅａｓｅ），简称ＦＯＧ。ＦＯＧ
的来源主要是含油脂废水中经过除油器之后所得到 的废弃油脂∞。Ｊ。我国产生的废弃食用油脂大部分 是餐厨垃圾产生的，其主要成分是高级脂肪酸甘油 酯，油脂中的脂肪酸大多是正构含偶数碳原子的饱
ｒａｔｅ ｗｅｒｅ
ｐｏｔｅｎｔｉａｌ
ｗｅｒｅ
５６．２５，３１．０３，２４．７９，ａｎｄ
ａｎｄ ４：１，ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｐｏ－
ｔｅｎｔｉａｌ ｗｅｒｅ １８５，３０８，３９５，ａｎｄ ４６０ ｍＬ・ｇ“Ｔｓ ｒｅｓｐｅｃｌｉｒｅｌｙ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ Ｃ／Ｎ ｒａｔｉｏ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅ ｅｄｉｂｌｅ ｏｉｌ；ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ；ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ａ
ｔｉｖｅｌｙ．Ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅｓｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｅｔｈａｎｅ ｙｉｅｌｄ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ８２３．６８，４６１．１２，３７９．４３，３３９．２０ ｍＬ・ｇ～ＴＳ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ２０．６３ ｍＬ・ｄ～ｇ～ＴＳ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｎｄ ｕｎｄｅｒ ｔ｝Ｉｅ ｃ／Ｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ２８：１，１４：１，７：１
ｇＴＳ，
万方数据
中国沼气Ｃｈｉｎａ ８ｉｏｇｏ岱２０１６，３４（５）
随着物料比的增加，废弃食用油脂的单位Ｔｓ产甲 烷率在不断的下降，表明产甲烷过程随物料比增加 逐渐受到抑制，原因是废弃食用油脂加入过多，水解 生成ＶＦＡ的速率远高于其消耗速率，中间代谢产物 对产甲烷菌产生抑制，造成菌群活性受到抑制。
２结果与分析
２．１
质。处理后的样品作为厌氧发酵的原料，测定油密
度为０．９２８
ｇ・ｍＬ～。
表１实验原料性质
（％）
特性分析
（Ｆ／Ｉ）情况下（１：６，１：３，１：２，２：３，５：６，１：１和０：１）
１．２
实验步骤
厌氧发酵累积甲烷产量和单位质量底物的甲烷产量 如图１和图２所示。空白组实验中即０：１组累积甲 烷产量无明显增加，仅为９．６ ｍＬ，这表明系统中接 种的厌氧污泥产甲烷量不高。原料接种物比从１：６ 到５：６的均能够正常产甲烷，各实验组累积产甲烷 量都呈现出不断增加的趋势，第２１天总产甲烷量到 达峰值（２３０ ｍＬ到２７０ ｍＬ之间）。图２中的实验组
４００ ３５０ ｇ ３００
４０００ ３５００ ｉ、３０００
罾２５００
墓２。０，０∞０
鞑Hale Waihona Puke Baidu０００
５００ ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０
嘲２５０ 廿－媸２００
．｝Ｌ １５０
时问／ｄ
图３不同Ｆ／Ｉ条件下废弃油脂厌氧消化过程的ＶＦＡ变化
篓１００
５０ ０
酵都有受到一定抑制作用，因此不适合作为产甲烷 曲线拟合的数据来源，故用修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型对物 料比为１：６，１：３，１：２，２：３的四个实验组产甲烷数据
８／ｏｇａｓ
２０１６，３４（５）
２７
废弃食用油脂中温厌氧发酵特性研究
李 凛１，张云飞２，李
强２，邓雅月２，邓 宇２，尹小波２，贺静２
（１．成都理工大学材化院生物工程系，成都６１００５９；２．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）
摘要：为了研究废弃食用油脂中温厌氧发酵特性，对废弃食用油脂进行了中温３５℃±１℃批式发酵，主要考察 了不同原料与接种物比（Ｆ／Ｉ）和碳氮比（Ｃ／Ｎ）条件下，甲烷产量和ＦＶＡ的变化情况，并运用修正的Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型 对其产气模型进行动力学拟合。实验结果表明，在中温条件下，Ｆ／Ｉ比值为１：６，１：３，１：２和２：３时，废弃油脂都能 较好地进行厌氧发酵产甲烷，最大产甲烷产量分别为７３７，４１８，３４２和３００ ｍＬ・ｇ。１，Ｉ＇ｓ。采用修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型分 别对１：６，１：３，１：２和２：３实验组产甲烷曲线进行拟合，得到产甲烷潜力分别为８２３．６８，４６１．１２，３７９．４３和３３９．２０ ｍＬ・ｇ～ＴＳ，最大产甲烷速率分别为５６．２５，３１．０３，２４．７９和２０．６３ ｍＬ・ｄ。ｇ～ＴＳ。Ｃ／Ｎ值为２８：１，１４：１，７：１和 ４：１时，随着Ｃ／Ｎ减小最大产甲烷产量不断增大，分别为１８５，３０８，３９５和４６０ ｍＬ・ｇ。髑。 关键词：废弃食用油脂；厌氧发酵；Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型 中图分类号：￥２１６．４；Ｘ７０３ Ｍｅｓｏｔｈｅｒｍ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—１１６６（２０１６）０５—００２７—０５ Ｗａｓｔｅ
酸‘１１１。
１．２．３动力学分析 对于批式厌氧发酵产甲烷过程，有一定程度上 甲烷产量是微生物生长的一个函数。实验采用 Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程（１）来拟合累积产甲烷曲线：
１．１实验材料 实验所用厌氧污泥取自某制药厂厌氧消化器， 为黑色絮凝状物质，污泥取回后于塑料瓶内密封， 置于４。Ｃ冰箱中保存。 实验所用废弃油脂取自某川菜馆废弃煎炸油，
ｐｏｔｅｎｔｉａｌ；Ｇｏｍｐｅｒｔｚ ｍｏｄｅｌ．
废弃食用油脂主要是指在食品加工产业和餐饮 业中产生的不可再食用油脂。随着社会的不断发 展，人们生活水平随之提高，废弃食用油脂的产生量 也在逐年上涨。我国每年的产生的废弃食用油脂约 在４００—８００万ｔ，合理的处置和利用废弃油脂对于 改善生态环境、缓解能源危机、促进经济可持续发展 等方面都将起到推动作用¨Ｊ。采用废弃油脂产甲 烷，不仅实现废弃物资源化，化解日益紧张的能源供 需矛盾，而且可以有效解决有机废物造成的环境污
和的或不饱和的脂肪酸，常见的饱和酸有肉豆蔻酸
（Ｃ１４）、软脂酸（Ｃ１６）、硬脂酸（Ｃ１８）等，不饱和酸
项目来源： 四川省应用基础研究项目（２０１５ＪＹ００５４）；四川省食用菌创新团队资助项目 作者筒介： 李凛（１９８０一），男，副教授，主要从事微生物发酵方面的工作，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｉｌｉｎ＠ｅｄｕｔ．ｅｄｕ．ＣＢ 通信作者： 贺静，Ｅ—ｍａｉｌ：ｈｅｊｉｎｇ＠ｃａａ８．ｃｎ
甲烷产量已扣除了接种污泥的空白。由图２所示，
１．２．１实验设计 Ｆ／Ｉ实验中，发酵瓶体积为１００ ｍＬ，有效反应体
积为６０ ｍＬ，接种厌氧污泥量为１．８９ ＴＳ。设置不同
的废弃食用油脂与厌氧污泥比分别为１：６，１：３，ｌ：２， ２：３，５：６和０：１，其中０：１实验组为空白实验，用去 离子水补充反应体积至６０ ｍＬ。Ｃ／Ｎ实验中，在反 应体积６０ ｍＬ中加入接种厌氧污泥量为１．８
Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ
Ａｎａｅｒｏｂｉｃ
Ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ
ｗｉｔｈ
Ｅｄｉｂｌｅ
ｏｎ／ＬＩ ｏｆ
Ｌｉｎｌ，ＺＨＡＮＧ Ｙｕｎ－ｆｅｉ２，ＬＩ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｑｉａｎ９２，ＤＥＮＧ
Ｙａ－ｙｕｅ２，ＤＥＮＧ Ｙｕ２，Ｙｉｎ
Ｘｉａｏ－ｂ０２，耻Ｊｉｎ９２／（１．ＣｏＨｅｇｅ
ａｎｄ
Ｍａｔｅｒｉａｌｓ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００５９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｂｉｏｇａｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ
Ｍｉｎｉｓｔｒｙ
ｏｆ Ａｇｒｉ－
ｃｕｌｔｕｒｅ，ｎｅ
Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｕｒａｌ Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
１材料与方法
油脂加入０．６９ ＴＳ，厌氧污泥与废弃食用油脂比为 ３：ｌ，加人ＮＨ。ＣＬ作为氮源，Ｃ／Ｎ分别设置为２８：１， １４：１，７：１，４：１，３：１和１：０，其中１：０实验组为空白 实验。 实验开始前，向反应瓶内冲人氮气５ ｍｉｎ以排 出空气保持反应瓶内的厌氧环境，３５。Ｃ±１ ｏＣ培养 箱内静置培养，发酵时间为３０ ｄ。每天记录一次产 气量、甲烷含量，３ ｄ测定１次挥发酸。每组样品设 置３个平行，数据分析取其平均值。 １．２．２分析方法 日产气量：在发酵周期内采用排水集气法，每 天定时通过量筒直接读取；甲烷含量：采用气相色谱 （ＧＣ－２０１０，岛津日本）检测，检测条件为ＴＣＤ检测 器温度２００℃，进样口温度１５０℃；ＴＳ和ＶＳ采用重 量法测定ｕ ０｜；挥发性脂肪酸（ＶＦＡ）：采用气相色谱 仪（Ａｇｌｉｅｎｔ７８２０Ａ，美国）测定，气相色谱条件为 ＦＦＡＤ柱，ＦＩＤ检测器，柱温为２５０℃，载气为氦气， 定量测定方法为外标法，主要测定乙酸、丙酸和丁
万方数据
２８
中国沼气Ｃｈｉｎａ ８／ｏｇ∞２０１６，３４（５）
有棕榈油酸（Ｃ１６，单烯）、亚油酸（Ｃ１８，二烯）、亚麻 酸（Ｃ１８，三烯）等。在餐厨垃圾发酵中，过高的油脂 浓度会抑制餐厨垃圾的厌氧发酵产甲烷过程Ｍ Ｊ，油 脂的厌氧降解成为厌氧发酵中的难点。在厌氧消化 过程中，油脂经过水解生成长链脂肪酸，长链脂肪酸 在产酸产氢菌的作用下生成乙酸和Ｈ，／ＣＯ，，最后在 产甲烷菌的作用下生成甲烷。已有的研究表明，油 脂水解产物——长链脂肪酸会对后续反应产生毒性 效应并抑制厌氧细菌的活性，长链脂肪酸抑制的机 理为长链脂肪酸吸附在细胞壁上，影响了代谢过程 中底物和产物的传质过程ｏ７｜。废弃食用油脂中主 要成分是高级脂肪酸甘油酯，几乎不含氮，因而在发 酵中需要外加氮源来调节碳氮比。已有的研究表明 废弃食用油脂的厌氧发酵的影响因素较多，比如油 脂发酵浓度、接种物的浓度和碳氮比Ｃ／Ｎ）等［８曲］。 实验采用批式发酵的方法考察不同原料接种物 比（ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ／ｉｎｏｃｕｌｕｍ，Ｆ／Ｉ）和碳氮比（Ｃ／Ｎ）条件 下对废弃食用油脂产甲烷潜力的影响。对不同Ｆ／Ｉ 条件下废弃食用油脂厌氧发酵特性进行研究并采用 修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型对产甲烷曲线进行拟合。
ａ
ｇｏｏｄ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｔ ｔｈｅ ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ ｔｏ ｉｎｏｃｕｌｕｍｓ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｅｔｈａｎｅ ｙｉｅｌｄ ｏｆ７３７，４１８，３４２，３００ ｍＬ・ｇ。１，Ｉ’ｓ，ｒｅｓｐｅｃ．
ｒａｔｉｏ（Ｆ／Ｉ）ｏｆ
ｌ：６，１：３，１：２ ａｎｄ ２：３，ｉｔ ｏｂｔａｉｎｅｄ
ｔｏ
Ａｐｐｆｉｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｓｔｕｄｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｍｅｓｏｔｈｅｌｌｌｌ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｓｔｅ ｅｄｉｂｌｅ ｏｉｌ．ｂａｔｃｈ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｗｉｔｈ
沉淀４８ ｈ后，过滤以除去上层泡沫和下层固体杂
Ｐｆ＝Ｐ×ｅｘｐ｛一ｅｘｐ【！塑！二掣＋ｌ】）（１）
式中：只为ｔ时刻的累计甲烷产量，ｍＬ・ｇ‘１ＴＳ； 不同Ｆ／Ｉ条件下废弃食用油脂厌氧发酵产气 接种厌氧污泥量一定，在不同的原料接种物比
Ｐ为最终甲烷产量，ｍＬ・ｇ～ＴＳ；Ｒｍ为最大产甲烷 速率，ｍＬ・ｄ～ｇ～ＴＳ；Ａ为延滞期，ｄ；Ｐ，Ｒｍ和Ａ 可以通过批式厌氧发酵实验数据拟合得到。
ｗａｓｔｅ ｅｄｉｂｌｅ ｏｉｌ ａｓ ｆｅｅｄｓｔｏｃｋ ｕｎｄｅｒ ３５ ｏＣ±ｌ ｏＣ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｅｖａｌｕａｔｅ ｉｔｓ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｎｄ ＶＦＡ ｖａｒｉ－ ａｔｉｏｎｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｄａｔａ ｗｅｒｅ ｆｉｔｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｇｏｍｐｅｒｔｚ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ａｓｓｅｓｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｉｔｓ ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｅｄｉｂｌｅ ｏｉｌ ｏｂｔａｉｎｅｄ
进行拟合，拟合结果如图４和表２所示。
９００ ８００ ｝７００
辈６００
Ｅ ５００
壤ｋ血
ｌ：６ ｌ：３ ｌ：２ ２：３ ５：６ １：ｌ Ｆ／Ｉ
齑】４００
鎏裟
１００ Ｏ
图４
甲烷产量的修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程拟合曲线 表２修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ方程参数
图２不同Ｆ／Ｉ条件下单位质量底物的甲烷产量
ＶＦＡ是厌氧发酵过程中有机物水解的产物，同 时也是产甲烷菌的利用底物，ＶＦＡ浓度是评价水解 酸化和产甲烷平衡中的一项重要指标【１２－１４］。由图 ３可知，各实验组ＶＦＡ呈现先上升后下降的趋势， 在第７天达到峰值。 Ｆ／Ｉ为５：６和ｌ：１这２个实验组，ＶＦＡ也是一 直上升到第７天达到最大值２５００ ｍｇ・Ｌ‘１和３８００ ｍｇ・Ｌ～，可以看出挥发酸出现了累积，导致该实验 组厌氧发酵受到抑制，以致甲烷产量非常低。 Ｆ／Ｉ为１：６，１：３，１：２，２：３的４个实验组，ＶＦＡ 在第７天达到峰值，之后随着发酵时间而逐渐下降 的，因为这４组中产生的挥发酸能迅速被产甲烷菌 利用产生甲烷。这４组实验组的ＶＦＡ变化均在厌 氧菌的适应范围内，因此，这４组的产甲烷效果良 好。
收稿日期：
２０１６旬７－２１
染等问题旧１。 国外由于饮食习惯不同，他们的废弃油脂包括
脂肪（ｆａｔ），油（ｏｉｌ），油脂（ｇｒｅａｓｅ），简称ＦＯＧ。ＦＯＧ
的来源主要是含油脂废水中经过除油器之后所得到 的废弃油脂∞。Ｊ。我国产生的废弃食用油脂大部分 是餐厨垃圾产生的，其主要成分是高级脂肪酸甘油 酯，油脂中的脂肪酸大多是正构含偶数碳原子的饱
ｒａｔｅ ｗｅｒｅ
ｐｏｔｅｎｔｉａｌ
ｗｅｒｅ
５６．２５，３１．０３，２４．７９，ａｎｄ
ａｎｄ ４：１，ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ｐｏ－
ｔｅｎｔｉａｌ ｗｅｒｅ １８５，３０８，３９５，ａｎｄ ４６０ ｍＬ・ｇ“Ｔｓ ｒｅｓｐｅｃｌｉｒｅｌｙ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｏｆ Ｃ／Ｎ ｒａｔｉｏ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｓｔｅ ｅｄｉｂｌｅ ｏｉｌ；ａｎａｅｒｏｂｉｃ ｄｉｇｅｓｔｉｏｎ；ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
ａ
ｔｉｖｅｌｙ．Ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅｓｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｅｔｈａｎｅ ｙｉｅｌｄ，ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ８２３．６８，４６１．１２，３７９．４３，３３９．２０ ｍＬ・ｇ～ＴＳ，ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｍｅｔｈａｎｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ２０．６３ ｍＬ・ｄ～ｇ～ＴＳ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ａｎｄ ｕｎｄｅｒ ｔ｝Ｉｅ ｃ／Ｎ ｒａｔｉｏ ｏｆ２８：１，１４：１，７：１
ｇＴＳ，
万方数据
中国沼气Ｃｈｉｎａ ８ｉｏｇｏ岱２０１６，３４（５）
随着物料比的增加，废弃食用油脂的单位Ｔｓ产甲 烷率在不断的下降，表明产甲烷过程随物料比增加 逐渐受到抑制，原因是废弃食用油脂加入过多，水解 生成ＶＦＡ的速率远高于其消耗速率，中间代谢产物 对产甲烷菌产生抑制，造成菌群活性受到抑制。
２结果与分析
２．１
质。处理后的样品作为厌氧发酵的原料，测定油密
度为０．９２８
ｇ・ｍＬ～。
表１实验原料性质
（％）
特性分析
（Ｆ／Ｉ）情况下（１：６，１：３，１：２，２：３，５：６，１：１和０：１）
１．２
实验步骤
厌氧发酵累积甲烷产量和单位质量底物的甲烷产量 如图１和图２所示。空白组实验中即０：１组累积甲 烷产量无明显增加，仅为９．６ ｍＬ，这表明系统中接 种的厌氧污泥产甲烷量不高。原料接种物比从１：６ 到５：６的均能够正常产甲烷，各实验组累积产甲烷 量都呈现出不断增加的趋势，第２１天总产甲烷量到 达峰值（２３０ ｍＬ到２７０ ｍＬ之间）。图２中的实验组
４００ ３５０ ｇ ３００
４０００ ３５００ ｉ、３０００
罾２５００
墓２。０，０∞０
鞑Hale Waihona Puke Baidu０００
５００ ０ ５ １０ １５ ２０ ２５ ３０
嘲２５０ 廿－媸２００
．｝Ｌ １５０
时问／ｄ
图３不同Ｆ／Ｉ条件下废弃油脂厌氧消化过程的ＶＦＡ变化
篓１００
５０ ０
酵都有受到一定抑制作用，因此不适合作为产甲烷 曲线拟合的数据来源，故用修正Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型对物 料比为１：６，１：３，１：２，２：３的四个实验组产甲烷数据