餐饮废油资源化利用现状及发展趋势

王 敏 吴 澎

(山东农业大学食品科学与工程学院；山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室，泰安 271018)

餐饮废油是指已利用过的被丢弃、再无直接食用价值、内含大量重金属与细菌和病毒的油脂[1]，若处理方式不恰当，就会引发一系列危害[2]。餐饮废油在餐厨垃圾中占有较大的比例，而我国餐厨垃圾在生活垃圾中占有高达30%～50%的比例[3]。餐厨垃圾中的含油量较高，我国部分地区与欧洲一些国家相比尤为突出(图1)，若能处置得当，会有很大的回收利用价值[4]。

回收利用餐饮废油，将其化害为利，变餐饮废油为有利资源，不仅可以消除对食品安全和资源环境的潜在危害，而且有补充我国石油消费的作用[5]，从而实现经济效益、社会效益和环境效益的统一。当今，不可再生资源即将消耗殆尽，世界各国无一例外都将面临环境污染和化石能源枯竭带来的压力。变废为宝，充分发挥可再生能源的作用，用以减少化石能源的消耗是大势所趋。其中，生物质能源在诸多可再生能源中起到不可替代的作用。原料是制约我国生物质产业发展的重要因素，摸清我国生物质原料资源状况和分布特征，是发展生物质产业的基础[6]。如何进行餐饮废油的资源化利用已成为各国广泛关注的问题，也是目前社会各界人士致力解决的一个重要课题。

1 各国餐饮废油的收集、提取模式

1.1 餐饮废油收集、提取的必要性

餐厨垃圾含有的大量油脂，容易在物料表面形成泡沫和浮渣层，阻碍沼气的溢出，减少发酵液中可收集利用的甲烷气体量，导致厌氧系统中厌氧活性微生物的损失。油脂代谢产生的长链脂肪酸对厌氧消化过程起着强烈的抑制作用，提油是餐厨垃圾厌氧消化前的必要步骤。可浮油、分散油、乳化油、溶解油、固相内部油脂是餐饮废油的主要存在形式[7]。其中，可浮油是用以衡量餐厨垃圾提油性的重要指标。然而，原始餐厨垃圾中，可浮油含量很低，餐厨垃圾提油前需要经过预处理，增强水分和油脂的扩散性能，破坏细胞的结构，使细胞内油脂释放，使固相内部油脂浸出，以提高油脂回收率。

餐饮废油处理不当不仅会带来食用油掺假等食品安全领域的难题，其与废水产生的油水混合物会造成严重的土壤污染、水环境污染，氧化产生的副产物还会造成大气污染，引起人体不适，餐饮废油放任不管百害而无一利[8]。因此，对餐饮废油进行集中收集提取十分必要。研究表明，我国从产品获得经济收益的角度，餐厨垃圾处理方式从优至劣依次为：湿热提油加厌氧消化、全部厌氧消化、仅湿热提油、仅直接提油[9]。

1.2 各国餐饮废油收集、提取方法

各国餐饮废油的收集方法、提取方式各不相同。美国有专门收集含油量高的餐厨垃圾的全封闭垃圾桶，由专门的人员负责，再统一进行回收，不允许将其放入粉碎一般餐厨垃圾所用的食物残渣粉碎机[10]。新西兰在回收餐饮废油方面也有专门的对策，明确规定了餐饮废油和脂肪由专门指定的公司收集，不允许私自将餐饮废油直接倾倒丢弃，而应该储存在单独的容器中，等待专人收集。德国必须购置按照最严格的欧洲油脂分离标准设计的油水分离设备，分离出来的油由政府特批的公司统一回收[11]。英国大部分住宅集中区都有一个容量为1 000 L的废油收集桶，桶上方的过滤网可起到过滤作用，避免居民将食物残渣倒入垃圾桶，废弃油脂要装在酸奶瓶或密封容器内[12]。加拿大等国家专设废油垃圾桶或废油收集井，由政府指定专门回收废油的公司来收集。

1.3 餐饮废油处理装置

我国为充分利用餐饮废油，一些处理设备应运而生(表1)。这些餐饮废油处理设备的应用十分便捷，在一定程度上为餐饮废油的回收工作提供了便利，解决了部分因餐饮废油造成的生活难题，如异味扩散、下水道堵塞等。

表1 餐饮废油处理设备及其特点

2 各国餐饮废油资源化利用现状

2.1 国外餐饮废油资源化利用现状

餐饮废油可以作为原材料规模化生产其他产品，例如多种节能材料和化工产品，还可提炼成生物柴油燃料甚至航空燃油，开发利用价值很大[18,19]。

日本京都自1997年起，从餐饮场所及住户家庭回收餐饮废油，将其再资源化，用以生产甲基醚燃料，提供给垃圾车和客车使用。并于2001年起实施《食品废弃物循环法》，于2004年开始运行废油回收设施，每天可以回收5 000 L以上废油，用以保证提炼符合质量标准的生物燃料。这一规模化做法，有效利用了餐饮废油并设法有效抑制垃圾的产生[20]。日本Euglena公司2018年10月在日本横滨建成了日本第一套生产可再生航煤和柴油的示范装置，以餐饮废油等为原料，采用生物燃料异构转化工艺，制造创新型极高的可再生柴油，并与诸多公司合作[21]。英国政府与生物燃料系统合作，将收购的餐饮废油提供给生物柴油生产商，回收的餐饮废油转化成生物燃料或倒入焚化炉，用于发电。不仅避免了废油的再次被餐饮业使用，也保护了自然环境[22]。在美国威斯康星州，一家回收餐饮废油的公司免费提供餐饮废油的储存容器，并上门以每加仑50美分到2美元的价格回收,用来生产生物柴油，且美国现在已经有名为格里芬工业公司的大型油脂公司，能把废食用油或动物脂肪转变为质量很好的生物柴油[23]，美国还将餐饮废油制成一种液态聚合物，作为一种节能涂料将其涂在房顶上，可以调节房顶的吸热状况，使夏天房间内凉爽，冬天房间内温暖，减少空调与壁炉的使用，达到节能减排的效果。阿联酋几乎全部的餐厨废油都被用来生产符合国际标准的生物柴油，其燃烧后产生的二氧化碳要少于传统柴油燃烧后的二氧化碳量，且适用范围广。德国从回收的餐饮废油中提取出特殊的化学成分，用来生产生物柴油、功能性化学品、有机化肥等产品。荷兰皇家航空公司将餐饮废油进行脱氧处理后，继而提炼成“加氢可再生飞行燃料”[24]。

从这些国家的经验可以看出，各国纷纷重视餐饮废油的利用，并出台了有关政策予以支持，用餐饮废油为原料生产的产品具有较高的使用价值，并具有在市场推广的潜力。

2.2 国内餐饮废油资源化利用现状

为防止餐饮废油回收利用走向餐桌，开展了鉴别方法研究。余盖文等[25]为确立餐饮废油的快速、可靠辨识指标，以菜籽油为样本考察加工、研究多种热处理方式对油脂紫外光谱的影响，该方法对餐饮废油的快速辨别具有重要意义。曾骥孟等[26]利用荧光分光光度计技术发明了一种地沟油快速检测方法，可快速简单鉴定食用油中是否掺有地沟油，具有特异性好、方便、快速的优点，结合磁珠分离核酸技术和聚合酶链式反应以达到自动化提取和方便检测的目的，操作简单、用时短。毛锐等[27]应用低场核磁共振结合化学模式识别对油脂种类及餐饮废油进行鉴别，最终得出聚类分析法可更好甄别餐饮废油，更好地实现食用油与餐饮废油区分的结论。

传统上，餐饮废油可用作添加剂作为动物饲料的原料，但有关法规限制了餐饮废油在动物饲料中的使用[28]。目前，进行简单的加工提纯、进行水解制取工业油酸与硬脂酸、利用醇解制取生物柴油、生物转化等四种技术是我国餐饮废油利用的主要途径[29，30]。

为解决餐饮废油的去向问题，社会各界人士纷纷响应，不同省份和地区有不同的响应措施。1999年，香港大学一名教授带领他的团队与九龙一家巴士公司合作，收集的废油来源于烧猪时滴出的油脂，经过各种处理环节，最终制作出一种可以作为燃料添加剂的生物柴油，这款柴油提供给部分巴士公司测试使用，获得良好的反响[31]。福建省主要回收厦门、福建等地区的餐饮废油，以此为原料建设了一座柴油生产基地，使厦门、福建等地区的餐饮废油得到了有效处理，不仅有效遏制了餐饮废油重回餐桌，保障了人们的饮食安全，还在环境保护方做出了突出贡献。上海从政策入手，引导公众树立环保意识，引导餐饮废油的合理化利用，基本形成了餐饮废油回收再利用链条，餐饮废油经过初加工处理后销售给以废油为原料的生物柴油企业[32]。2013年9月起，上海巴士一汽公司协同上海市食安办、同济大学相关部门，以餐饮废油为原料，通过酯交换工艺制成生物柴油，在公交车上使用时动力基本不减，颗粒物排放降低近一成。目前该公司已有多条线路的公交车使用生物柴油作为燃料。2015年3月，加注中国石化1号生物航空煤油的海南航空波音737-800客机载客完成了从上海飞北京的任务，该生物航空煤油以餐饮废油为原料生产而成，我国成为世界少数几个拥有生物航煤自主研发生产技术并成功商业化的国家[33]。我国与其他国家也展开相应的合作，2017年11月，海南航空HU497航班使用中石化利用餐饮废油生产的生物航煤，从北京首都国际机场飞往美国芝加哥，标志着中美绿色示范航线生物航煤航班首次启航[34]。

这些实例将餐饮废油充分利用，在环境保护与食品安全等方面起着不同凡响的作用。除此之外，我国其他地区也纷纷响应餐饮废油再利用的号召，餐饮废油再利用行业朝气蓬勃，呈现出蒸蒸日上的态势。

3 餐饮废油的主要利用形式

3.1 生物柴油

生物柴油也被称为“阳光燃料”，是一种可再生的生物质燃料，不仅对环境友好，而且能直接应用于现有柴油机，是化石燃料的理想替代品。我国餐饮废油产量很大，将其转化为生物柴油不仅能化废为宝，并且能降低其重上餐桌的风险。随着我国社会经济的发展以及国家对生物柴油产业的支持，国家自2007 年制定了首个生物柴油国家标准后，又颁发了许多有利于生物柴油行业发展的政策，生物柴油因其清洁环保且可再生的特点，得到了迅猛发展，生产生物柴油有利于缓解石化柴油的供应压力，且易于规模化、工业化，符合市场需求，社会效益显著[35]。

3.1.1 加氢与催化裂化技术制备生物柴油

目前，餐饮废油加氢、催化裂化工艺还处于工业试验阶段。张琳等[36]充分发挥餐饮废油的价值，使用催裂化技术生产生物柴油，研究得出了固体催化剂和处理过程中炭化温度的比例，为改善浮选补收性能确定了生物柴油与普通柴油的最佳比例。廖小华等[31]制备新型催化剂和混合脂肪酸，考察了催化剂使用量、反应时间与温度的关系，对餐饮废油制造生物柴油具有极高的参考价值。Farah Halek等[37]研究了使用多相催化剂利用餐饮废油生产生物柴油的方法，通过氧化钙和纳米黏土的初始离子交换反应获得合成催化剂的方法具有工艺简单、成本低廉的特点，适用于具有高游离脂肪酸含量的废油生产生物柴油，所生产的生物柴油样品中的甲酯产率均超过97%。王海超[38]以餐饮废油为原料，考察了几种固体碱催化剂合成生物柴油的催化效果，选出了催化效果较好的固体碱催化剂为产率能达到92%以上的KF/CaO催化剂，以此催化剂为基础，可进一步开发新型负载固体碱催化剂，为优化生物柴油制备创造条件。

催化裂技术生产的生物柴油兼容性好，在化学组成上与石化柴油相同，理化性质更加接近甚至优于石化柴油。与加氢工艺相比，餐厨废油催化裂化生产低碳烯烃、汽油及柴油前景更加广阔。废油加氢工艺受原料中水含量和固体杂质影响较大，原料预处理成本较高，而且还需要大量的高纯度氢气，而催化裂化工艺可以充分利用现有炼厂装置，节约设备投资，并生产出高质量的产品，缓解我国社会较高的汽柴油需求比这一现状，是一条餐厨废油行之有效的资源化利用途径。

3.1.2 酯交换反应制备生物柴油

酯交换法是在催化剂作用下使餐厨废油与醇类发生酯交换反应，可以使用酸、碱或脂肪酶作为催化剂，生成一种长链脂肪酸的单烷基酯，即生物柴油。一般来说，利用餐饮废油制造生物柴油有两种工艺，即“两步法”，一是先降低原料酸值，再用酯交换法制备生物柴油：二是先将高酸值原料彻底水解，再用酯交换法制备生物柴油。王军超等[32]把餐饮废油当作原料，先进行脱色处理，再使用甲醇和浓硫酸作催化剂，进行酯交换反应，把制得的生物柴油用作煤泥浮选实验。郑梦祺等[39]同样以餐饮废油为原料，加上乙醇，在密闭的反应釜中用浓硫酸和对甲苯磺酸为催化剂，同时进行酯交换反应和酯化反应制生物柴油，并且酸催化一步法制备生物柴油技术对餐饮废油及其它高酸值油料均有很好的适用性，完全符合生物柴油指标要求。Rauf Foroutan等[40]利用鸡蛋壳中提取的氧化钙和氧化镁作催化剂，将餐饮废油进行酯交换生产生物柴油，并根据国际标准研究其闪点、运动黏度、密度、蒸馏点、浊点、倾点、十六烷值、氧化稳定性和酸值等物理特性。确定了最佳反应条件，生物柴油转化率最高为98.37%。连云港正丰生物能源公司采用由常州大学研发的酸碱两步催化连续酯交换法生产生物柴油，目前拥有多项发明专利，同时，在省科技厅牵线搭桥下共同合作正在引进消化吸收以色列TransBiodiesel公司的脂肪酶生物法生产生物柴油技术，将实现该技术由实验室走向工业化转化[41]。

酯交换法生产生物柴油适应性强、反应条件容易实现，是目前餐厨废油利用方案中经济优势相对显著的方法之一[42]。但酯交换反应过程受质量传递、催化剂稳定性影响较大[43]。

3.1.3 酶催化法制备生物柴油

各种制备生物柴油的方法中，酶催化法因反应条件温和、废液排放少，对餐饮废油品质要求较低而最具发展前景，并逐渐受到国内外研究者的重视。但酶催化法成本较高[44]，为解决酶催化法高成本这个阻碍，申渝等[45]采用固定化酶，可实现多次循环使用，降低成本。与传统化学方法相比，酶催化水解餐饮废油因反应条件温和、副产物少、能耗低、环境友好等优势而逐步受到人们的关注。酶催化的高成本主要来源于酶、辅助添加物或反应原料，且由于酶源太少，温度要求苛刻，目前多数尚处于实验室阶段，鲜见工业应用，但发展前景广阔。

目前，人们正在积极响应使用生物柴油代替化石燃料，以植物油脂为原料来制造的生物柴油价格偏高，推广应用难度较大。而将废食用油脂回收利用，制造生物柴油，在有效节约成本的同时，将餐饮废油化害为利，是一个很好的方案。

3.2 功能性化学品

餐饮废油的主要成分是三甘油酯，它的前身是天然的动物油脂或植物油脂。餐饮废油通过脱色、脱臭等预处理后可以用来直接酯化、皂化，是用来制备化工产品的重要原料，还可以用来生产诸多功能性化学品[46]。主要分为日常洗涤用品、表面活性剂、润滑剂、复合改良剂和其他制品等。

3.2.1 日常洗涤用品的制备

魏正妍等[47]将餐饮废油进行预处理，加之柑橘皮，制作出一款成本低廉且去污力极强的肥皂，具有操作简便无污染的特点，为从源头上杜绝餐饮废油的二次食用提供了技术支撑。盛金英[41]发明了一种将餐饮废油进行预处理、酸化、皂化、皂化液增效等步骤，生产洗衣专用皂液的方法，此款皂液容易在市场上推广并被消费者接纳认可。祝媛媛等[49]综合利用双氧水的化学脱色和活性白土吸附脱色将餐饮废油的深色褪去，配比芦荟提取为制作了一款透明肥皂，具有高保湿和滋润的功效。

3.2.2 表面活性剂的制备

张威等[50]利用餐饮废油与丙二胺直接反应合成了脂肪酰胺丙基·二甲基胺，该技术的研究开发对于废油制备阳离子型和两性表面活性剂的工业生产具有重要的实际意义。刘先杰等[51]以餐饮废油为原料，采用甘油酯法制备具有良好表面活性的脂肪酸二乙醇酰胺，通过均匀实验确定最优合成反应条件下油脂转化率为98.3%，除作为表面活性剂使用外，还可作为中间产物用于进一步加工，胺值和pH均达到国家标准要求。牛永武等[52]首次以餐饮废油为唯一碳源利用微生物转换合成露糖赤藓糖醇脂，产物产量及理化性质与大豆油为底物基本相当，该表面活性剂具有性能优良和稳定性好的特点。

3.2.3 润滑剂的制备

李雄等[53]在HND-26固体酸催化剂作用下,使精制餐饮废油水解得到的混合脂肪酸与新戊二醇发生酯化反应,制备出具有良好减摩抗磨性的脂肪酸新戊二醇酯型合成润滑剂基础油，最佳反应条件下脂肪酸转化率可达99.31%，该类基础油具有适宜的粘度，较高的黏度指数和较低的倾点。

3.2.4 复合改良剂的制备

张金喜[54]以90#基质沥青和基于餐饮废油制备的生物质重油为原材料，探究餐饮废油作为石油沥青抗老化剂的可行性，研究表明，随着生物质重油掺量的增加, 生物沥青的中温抗疲劳性能和低温性能均有着不同程度的提高。冯国东等[55]以成本低廉、来源广泛的餐饮废油为主要原料,通过酯交换、环氧化和开环等常用的化学反应制备出性能优良的聚氯乙烯增塑剂，在一定条件下可以完全替代石化基增塑剂。

3.2.5 其他功能性制品

陈硕平等[56]以餐饮废油为原料，将餐饮废油进行预处理后，再经盐析、抽滤、干燥等步骤获得皂化物，加酒精溶解注模，冷却后即得到一款火焰稳定、燃烧时间长的固体酒精。Li 等[57]研究了以Fe2O3、Al2O3、CaO及活性炭作为催化剂，在高温下催化餐厨废油制备合成气的工艺过程，结果表明，在750 ℃、Fe2O3催化作用下，废油转化率可达100%，H2和CO含量达到48%、10%，其余为副产物CH4、CO2、C2、C3等。徐旭等[58]采用酸化法对餐饮废油进行脱胶处理，采用活性白土进行脱色脱臭处理，制备的氨基醇酸浸渍漆性能完全可以达到标准要求，采用餐饮废油替代植物油试制出其中的醇酸树脂，降低了生产成本。

这些功能性化学品具有稳定的性质，质量可以与传统功能性化学品相媲美且成本低于使用传统原料，若能大规模投入生产，将对餐饮废油的多元化利用具有非常重要的现实意义。

3.3 生物转换技术

徐春笑等[59]研究了不同比例的虫卵添加量在黑水虻生物转化技术中对生物转化过程和鲜虫产量的影响，探索黑水虻生物转化技术对餐厨垃圾的减量化水平。黑水虻作为资源昆虫，通过其自身的取食行为和消化作用，将餐厨垃圾中的有机成分在体内消化分解后用于自身生长发育，这个过程中餐饮废油转化为生物油脂和蛋白质，可用来加工制备高附加值的昆虫蛋白源饲料、复合饲料中鱼粉的替代品及生物柴油[60]。减少了餐厨垃圾的体积和恶臭气体逸散量，避免滋生苍蝇并消除细菌[61，62]。利用好氧微生物对有机质进行生物降解，最终得到稳定高肥力腐殖质。在此基础上投入蚯蚓，利用蚯蚓生理新陈代谢作用，将餐厨垃圾里的有机质转化为营养物质[63]。国内外科学家利用生物精炼方法，开发出了一种废弃生物物质，用于回收或生产增值产品，酵母、真菌、细菌和藻类等微生物都已用于此目的[64]，项海等[65]研究了生物表面活性剂鼠李糖脂发酵液在含废油餐饮废水的好氧处理过程中的降解性能，研究表明，鼠李糖脂发酵液能非常迅速地促进废水中餐饮废油的生物降解，此项研究对生物转换技术处理餐饮废油具有重要意义。

生物转换技术处理餐饮废油是一种绿色、安全的处理方法，具有良好的发展前景[66]，但技术尚未成熟，仍未进行大规模推广。

4 餐饮废油利用中存在的问题及前景展望

4.1 存在的问题

全球能源行业正处于深度调整期，能源消费结构正在发生变革，清洁化、低碳化已成为当代发展的重要趋势，生产结构同样经历调整优化，绿色环保将成为新时代能源企业的核心竞争力。餐饮废油利用资源化，是对当前资源利用走向清洁化、绿色化的有力支撑，但各种技术都或多或少地存在着制约，见表2。

表2 餐饮废油处理技术对比

以加氢与催化裂技术、酯交换法生产的生物柴油理化性质不输传统石化柴油，因此具有广阔的发展前景；所生产的功能性化学品性质良好，加大研发力度将其规模化生产必定获得良好的经济效益与社会效益；生物转换技术处理餐饮废油是最天然绿色的方式，但所需周期长，如何将酵母，真菌，细菌和藻类等微生物合理利用进来，是一项不可或缺的关键技术。

由于各种社会原因和经济原因，餐饮废油利用和回收方面还存在其他方面的问题。首先，政府与相关部分部门引导力度不够。公众对餐饮废油回收再利用的意识淡薄，大部分民众仍然直接丢弃餐厨垃圾，餐饮废油得不到及时分类与回收，造成资源严重浪费和环境污染，甚至影响人们的身心健康。其次，餐饮废油的收集成本过高，回收利用不足[67]。餐饮废油收集系统和回收机制不健全，缺乏专门过滤回收餐饮废油的仪器设备和专门从事餐饮废油回收工作的人员。再者，虽然现在对餐饮废油的资源化利用的研究越来越多，但仍存在技术研制和开发不足的问题[68]，为生产者带来附加值高的高利润产品较困难，不具备大规模的厂房设备用以再加工副产品。

我国餐饮废油回收治理中尤为重要的一点是要给餐饮废油一个合理的利用途径，明确餐饮废油的使用去向，使开发利用全过程公开透明；使实验室的方法推广成工业化的生产方法和寻求适应性广且大规模生产的方法压力较大。

4.2 餐饮废油资源化利用前景展望与对策

我国幅员辽阔，餐饮废油来源广阔，不同来源的餐厨废油成分复杂多样，导致了其资源化利用方向的不确定性。因此，一方面需要有效合理地将餐饮废油收集起来；另一方面，需要通过预处理使其成为符合工艺要求的原料，研发新的对原料适应性强的转化工艺。为更好地将餐饮废油转化为有利资源，要从以下几个方面进行：

第一，完善餐饮废油回收机制。建立起一套完整的回收处理产业链与监管系统，包括专门工作的岗位设立与专业从业人员的培训、回收设备的研发、餐饮废油盛放容器的设计，餐饮废油的运输、保存与提取方法等，从源头上控制餐饮废油的去向，做到全过程公开透明。

第二，加大对餐饮废油资源化利用产业的扶持力度，对企业与研究单位进行政策与资金上的支持，将优惠政策落实到细节，覆盖产业链各个环节，照顾到每个研发人员和从业人员。

第三，加强科技投入量，培养高学历优秀研发人员，积极与各大高校建立合作关系，加大实验室研发力度，待技术成熟后寻求企业规模化生产，争取将产业链延伸到更深更远的水平，用更加丰富的产品支撑餐饮废油再利用产业。同时，积极与国外相关部门进行合作交流，形成和建立高附加值衍生产品的研发体系与营销网络体系。

第四，加大政府规制力度，引导公众了解餐饮废油再利用产业，树立环保意识，制止餐饮废油随意丢弃排放的行为，积极配合餐饮废油分类与回收工作，鼓励公众使用利用餐饮废油生产的产品。