餐厨垃圾联产沼气和生物基燃料油的研究

发布时间：2020-04-19 04:36

【摘要】：伴随着我国经济的高速发展,城镇化规模的不断扩大,饮食行业的繁荣使得餐厨垃圾的排放量逐年增加,并且餐厨垃圾在城市日常垃圾总量中的比例也越来越大。如果不能及时有效的处理这些餐厨垃圾将会对环境造成严重危害。餐厨垃圾是由餐桌上的剩饭剩菜组成,主要成分是面粉和大米,蔬菜,动植物油,肉类,骨头等。鉴于餐厨垃圾水分大、油脂和盐分含量高和极易腐败变质、容易被微生物分解等特性,厌氧发酵法在有效处理餐厨垃圾的同时还可以产生清洁能源沼气。论文开展了餐厨垃圾批量发酵产沼气性能的研究、餐厨垃圾厌氧发酵半连续产沼气试验研究,并在前期研究基础上,开展餐厨垃圾分离的废油脂催化裂化制备生物基燃料油的试验研究。通过研究获得以下研究结果:(1)餐厨垃圾批量发酵产沼气性能的研究主要考察了发酵温度、发酵浓度、油脂和盐分都对餐厨垃圾厌氧发酵产沼气性能的影响。试验结果表明,在45℃和发酵浓度为8%时,餐厨垃圾厌氧发酵效果最好,累计产气量达到30L,累计甲烷含量16.5L,TS产气率为0.38L·(gTS)~(-1),VS产气率为0.58L·(gVS)~(-1),TS降解率为62.38%,VS降解率为69.20%,池容产气率为0.64m~3·m~(-3)·d~(-1)。油脂对产沼气性能的影响研究表明,在一定范围内添加油脂对沼气发酵有促进作用,油脂添加量为4g·L~(-1)时,产沼气效果最好,累积产气量达11.13L,累积甲烷产量达5.85L,TS产气率为0.22L·(gTS)~(-1),VS产气率为0.36L·(gVS)~(-1),TS降解率为40.5%,VS降解率为76.3%。盐分对产沼气性能的影响研究表明,盐分含量为6g·L~(-1)时,产沼气效果最好,累积产气量达10.27L,累积甲烷产量量达6.43L,TS产气率为0.22L·(gTS)~(-1),VS产气率为0.35L·(gVS)~(-1),TS降解率为29.22%,VS降解率为47.31%。盐分含量在2~10g·L~(-1)内,除了对TS、VS降解率有部分抑制作用外,对其他指标均有促进作用。(2)餐厨垃圾半连续发酵试验中,主要考察有机负荷和温度对产沼气性能的影响试验结果表明,随着有机负荷的增加,日产气量逐渐上升,有机负荷为3.25gVS·L~(-1)·d~(-1)时达到最大日产气量,平均TS产气率为1.32L·(gTS)~(-1),平均VS产气率为1.41L·(gVS)~(-1),最佳有机负荷下池容产气率为4.58m~3·m~(-3)·d~(-1),继续增加有机负荷,发酵体系的稳定性发生变化,发酵体系的pH、沼气中的甲烷含量都在逐渐降低。(3)在餐厨垃圾废油脂制备燃料油的试验研究中,在质量空速为5.25h~(-1)的条件下,考察了不同硅铝比的ZSM-5催化剂和裂化温度对液态产物产率、产物成分和酸值的影响。试验结果表明,硅铝比为25:1的ZSM-5催化剂的催化效果最好,在催化裂化温度为470℃,产率为68%,酸值为3mgKOH·g~(-1)。液态产物的GC-MS分析表明,燃料油成分多数是C5-C9的产物,苯与苯的同系物所占含量比例较大,甲苯所占含量比例最大为38.13%。其次所占含量比例较大的化合物是氮气和烷烃类化合物,还有少量的醇类、烯烃类化合物。说明主要在催化裂化反应中发生了芳烃异构化反应。本论文研究结果,可为餐厨垃圾的资源化综合利用提供理论指导。
【图文】：

昆明理工大学硕士学位论文第6页图1.1厌氧发酵基本原理[30]Figure1.1Basicprinciplesofanaerobicfermentation1.3.2厌氧发酵的方式现今人们对于厌氧发酵的理解越来越透彻，越来越清楚，越来越多的领域开始使用厌氧发酵技术。依据各种分类方法，厌氧发酵的方式主要有以下几类：按照发酵原料总固体含量的差异可分成干式发酵和湿式发酵；按照发酵温度的差异可分成中温发酵和高温发酵；按照加料方法的不同可分成批量厌氧发酵和连续式厌氧发酵；按照发酵原料分解的阶段（是否在同一个反应装置内发生）可分成单相厌氧发酵和两相厌氧发酵[33]。（1）干式发酵和湿式发酵。干式发酵通常是指发酵料液的TS浓度大于15%的厌氧发酵方式[34]。干式发酵发酵系统的有机负荷可以更高，提升了垃圾处理的效率，

昆明理工大学硕士学位论文第16页验、半连续试验、油脂和盐分试验最佳条件下产气率进行对比分析，得到厌氧消化效率较高的发酵方式，为餐厨垃圾的资源化和规模化处理提供设计和理论依据。(3)餐厨垃圾废油脂催化裂化制备燃料油的试验研究在本试验室的前期研究基础上，以餐厨垃圾分离的废油脂为原料，开展ZSM-5沸石分子筛催化废油脂裂化制备生物基燃料油的研究，，以燃料油的产率和酸值为考察指标，优化其工艺条件，为餐厨垃圾中废油的再生利用提供理论依据。1.6.2研究技术方案依据研究技术方案对研究内容进行逐步分解，形成研究路线图，见图1.2。图1.2研究路线Fig1.2Researchroute
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X799.3;TQ920.6;TQ221.11

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本文编号：2632930