[发明专利]一种皂化预处理提高废油脂厌氧消化产甲烷的方法

说明书

本发明涉及一种利用皂化预处理提高废油脂厌氧消化产甲烷的方法，具体为先将废油脂与钙离子在室温且碱性条件下按照钙/油摩尔比为0.25‑1的范围内进行皂化反应，再将生成的钙皂加入厌氧消化反应器中，然后加入接种物，使钙皂与接种物的比值为0.5(gVS/gVS)，在温度为35‑37℃和转速为150rpm的条件下进行厌氧消化，促进了油脂中的长链脂肪酸的降解，提高了产甲烷量。与现有技术相比，本发明使得废油脂产甲烷速率提升、缓解长链脂肪酸的抑制作用、提高厌氧消化产甲烷菌的活性，且实施容易。

技术领域

本发明属于有机废弃物厌氧消化领域，具体涉及一种利用皂化预处理制备钙皂提高废油脂厌氧消化产甲烷性能的方法

背景技术

随着全球能源危机和温室效应日益加重，寻找清洁的、可持续的、可再生的能源备受关注。在这个趋势下，由于废油脂具有较高的产甲烷潜力，比碳水化合物高2.4倍，比蛋白质高2倍，故对废油脂的处理方式也由传统的填埋、焚烧转移到能将有机废物转化为沼气的厌氧消化技术。

厌氧消化是从生物质或生物固体废弃物中回收生物能量的一种有前景的技术，是目前较有效的废油脂处理方式之一。该技术能够通过厌氧微生物群落将生物可降解的底物转化为沼气(约55％～70％CH₄和30％～45％CO₂的混合物)用来燃烧或发电，其中，甲烷的燃烧产物是CO₂和H₂O，其无毒性且具有良好的经济效益，温室效应也远远低于氮氧化物。

废油脂在水解之后降解为长链脂肪酸，而长链脂肪酸的富集是抑制厌氧消化的主要原因，长链脂肪酸吸附到生物质表面，会进一步积聚在细菌和古细菌细胞表面，并限制底物的运输，随之而来的是造成污泥的浮选和冲刷，这会降低微生物对底物的接触性和利用率而最终影响甲烷产量；另外，长链脂肪酸对不同微生物群落(协同菌和产甲烷菌)存在毒性作用，最终导致产甲烷速率降低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述废油脂厌氧消化过程中出现的问题，而提供一种将废油脂与钙离子利用皂化反应制备成钙皂以减缓长链脂肪酸对废油脂厌氧消化的抑制作用，提高微生物的活性，提高产甲烷速率和甲烷产量的方法。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种利用皂化预处理提高废油脂厌氧消化产甲烷性能的方法，包括以下步骤:

(1)确定钙离子与长链脂肪酸的比率

设计Ca²⁺与LCFAs的三种比率，分别为0.25、0.5、1(mol/mol)。另外需要注意油脂是长链脂肪酸的三倍(基于摩尔量)，据此计算Ca²⁺的添加量，生成6种钙皂。

(2)钙皂的制备

步骤A：以低芥酸菜籽油作为废油脂材料。

菜籽油中的油脂成分一般由C16和C18组成。

步骤B：钙源选用了常用的两种类型：(a)无水硫酸钙(CaSO₄)；(b)氢氧化钙(Ca(OH)₂)。

步骤C：碱性溶液配制：用去离子水和固体氢氧化钠(Na(OH)₂，≥96.0％，40(MW))制备浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液。

步骤D：钙皂底物使用废油脂和钙源材料在碱性且常温条件下生成。

(3)确定钙皂生成

每隔一段时间取少量生成样品用傅里叶红外光谱仪(FTIR-HATR)扫描，直到有明显的钙皂特征峰的出现，停止搅拌。

(4)一种厌氧消化处理方式