油脂厌氧消化中LCFAs的危害及调控策略研究进展

第４８卷第１０期２０１９年１０月应用化工ＡｐｐｌｉｅｄＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＶｏｌ．４８Ｎｏ．１０Ｏｃｔ．２０１９收稿日期：２０１９０４０８修改稿日期：２０１９０５０７基金项目：国家自然科学基金（５１８０８２８２）；江苏省高校自然科学研究面上项目资助（１６ＫＪＢ５６００１８）；江苏省自然科学基金（ＢＫ２０１６０９３７）；南京林业大学青年科技创新基金项目（ＣＸ２０１７０２５）作者简介：康晓荣（１９８３－），男，江苏盐城人，南京工程学院讲师，博士，主要从事污水处理。电话：１８７９５４６５８７３，Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｅｉｘｉａｎｇ２００４＠１６３．ｃｏｍ油脂厌氧消化中ＬＣＦＡｓ的危害及调控策略研究进展康晓荣１，刘亚利２，周友新３，苏瑛３（１．南京工程学院环境工程学院，江苏南京２１０００９；２．南京林业大学土木工程学院，江苏南京２１００３７；３．盐城工学院土木学院，江苏盐城２２４００２）摘要：重点阐述了油脂厌氧代谢途径及微生物作用机理，概述了ＬＣＦＡｓ积累对厌氧消化的抑制作用，并从联合消化、添加微量元素或缓冲剂、微生物驯化和反应器开发等角度总结了调控油脂厌氧消化的措施和方法，并结合存在的问题对今后的发展方向和应用原则进行了概括。关键词：油脂；长链脂肪酸；厌氧消化；调控中图分类号：ＴＱ１５０．９文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－３２０６（２０１９）１０－２４３１－０４ＲｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｏｎＬＣＦＡｓｈａｚａｒｄａｎｄｒｅｇｕｌａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｉｎａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｏｆｆａｔ，ｏｉｌａｎｄｇｒｅａｓｅＫＡＮＧＸｉａｏｒｏｎｇ１，ＬＩＵＹａｌｉ２，ＺＨＯＵＹｏｕｘｉｎ３，ＳＵＹｉｎｇ３（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１０００９，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００３７，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｃｈｅｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ２２４００２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅａｎａｅｒｏｂｉｃｍｅｔａｂｏｌｉｃｐａｔｈｗａｙｓａｎｄｔｈｅｍｉｃｒｏｂｉａｌｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｆＦＯＧｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｗｅｒｅｅｌａｂｏｒａｔｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ，ｔｈｅｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙｅｆｆｅｃｔｓｏｆＬＣＦＡｓａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｎａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｓｏｍｅｍｅａｓｕｒｅｓａｎｄｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｒｅｇｕｌａｔｉｎｇＦＯＧｄｉｇｅｓｔｉｏｎｓｕｃｈａｓａｎａｅｒｏｂｉｃｃｏｄｉｇｅｓｔｉｏｎ，ｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｔｒａｃｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｒｂｕｆｆｅｒｓ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌａｃｃｌｉｍａｔｉｏｎａｎｄｒｅａｃｔｏｒｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｗｅｒｅａｌｓｏｒｅｃａｐｉｔｕｌａｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｒｅａｓｅ；ｌｏｎｇｃｈａｉｎｆａｔｔｙａｃｉｄｓ；ａｎａｅｒｏｂｉｃｄｉｇｅｓｔｉｏｎ；ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ随着肉制品加工、食用油生产和餐饮行业的发展，含脂废水／废物的排放量日益增多、污染日趋增大，其处理处置迫在眉睫［１３］。厌氧消化（ＡＤ）具有低碳、低能耗、可回收能源等优势，被广泛用于含脂废水／废物处理领域［２５］。脂类的理论产甲烷速率为１０１４Ｌ／ｋｇ，比碳水化合物和蛋白高２７４％和１３７％［４５］。然而，脂类ＡＤ过程中常因长链脂肪酸（ＬＣＦＡｓ）积累导致反应器酸化，甚至失败［６７］。为了克服油脂ＡＤ过程中出现的浮选、发泡、微生物抑制等问题［８９］，国内外学者对油脂厌氧代谢机理进行深入研究，并采用多种措施对ＡＤ进行调控。１油脂ＡＤ机理１．１油脂代谢过程油脂主要包括脂肪、油和油脂，含有大量的饱和脂肪酸（ＳＦＡｓ）和不饱和脂肪酸（ＵＳＦＡｓ）。油脂ＡＤ是一个复杂的生物过程，通过水解酸化菌、产乙酸菌和产甲烷菌的协同作用将有机物转化为甲烷。脂类在胞外脂肪酶的作用下，快速水解为甘油（１０％）和ＬＣＦＡｓ（９０％）［１０］。甘油降解为乙酸盐和氢气，而ＬＣＦＡｓ通过β氧化转化为短链脂肪酸（ＳＣＦＡｓ）、乙酸和氢气，最终在乙酸型和氢型产甲烷菌的作用下转化为甲烷、二氧化碳和水。最近的研究认为，ＬＣＦＡｓ的β氧化过程是脂类ＡＤ的限速步骤［１１］。１．２微生物作用机理分子生物学研究发现，ＬＣＦＡｓ降解微生物通常是质子还原、厌氧氧化菌，需与氢型或乙酸型产甲烷菌相互作用［