城市污水处理厂脱水初沉污泥制取生物柴油的试验研究

发布时间：2020-07-28 13:25

【摘要】：随着全球能源短缺和环境的日益恶化,可代替的再生能源,特别是,生物柴油备受关注,但其原料的高成本一直是阻碍其大规模生产的主要限制因素。因此城市污水处理厂污泥产量巨大,且含有一定量可被转化为生物柴油的油脂,是一种潜在的制取生物柴油原料。然而,目前以干污泥为原料制取生物柴油的成本较高。因此,本文试图探索以脱水污泥为原料制取生物柴油,从而使以污泥作为生产生物柴油的原料不仅具有环境效益更具经济效益。研究以西安市第五污水处理厂的脱水初沉污泥为对象,首先在优化脂质提取方法的基础上,采用不同固相催化剂催化脂质制取生物柴油并优化其制取条件,并将制取生物柴油的最优方法与传统干污泥原位酸催化酯化制取生物柴油对比,然后通过生命周期评价法对不同方法制取生物柴油的生命周期能耗和排放进行分析评价,找出影响环境状况的主要因子,从而改进工艺,以期为污泥制取生物柴油的工艺提供更好的选择。主要结论如下:(1)以脱水初沉污泥为原料,硫酸酸化并采用正己烷为提取剂,50℃条件下提取8h时,脱水初沉污泥脂质最大提取率为13.37%,是未加酸脱水污泥脂质提取率的3倍左右。(2)AlCl3·6H2O催化脱水初沉污泥提取的脂质制取生物柴油的最佳条件为:反应温度为45℃,投量为4%,反应时间5h。按照上述催化剂反应最佳条件,AlCl3·6H2O催化污泥酸化后提取的脂质制取生物柴油产率最大为6.66%。(3)脂肪酶Novozym 435催化脱水初沉污泥提取的脂质制取生物柴油的最佳条件为:反应温度为50℃,投量为10%,反应时间24h。按照上述催化剂反应最佳条件,Novozym 435催化剂污泥酸化后提取的脂质制取生物柴油产率最大为4.76%。且其生物柴油中脂肪酸甲酯种类及所占比例与AlC l3·6H2O催化脱水污泥脂质及干污泥原位酸催化法生成的基本相同。(4)通过共沉淀法制备Zn/Al复合物作为制取生物柴油的催化剂,其最佳制备条件为:n[Zn/Al]=2,在500℃焙烧时间3h。Zn/Al复合物催化脱水初沉污泥脂质制取生物柴油的最佳反应条件:甲醇125ml,反应温度为75℃,催化剂的投加量为10%,反应时间为4h时,FAMEs产率最高为4.90%。(5)通过生命周期评价(LCA)法对文中描述的四种情况制取生物柴油的生命周期能耗及排放进行评价发现,从能源需求方面看,AlCl3·6H2O催化脱水初沉污泥脂质制取1g生物柴油能耗不足原位酸催化法的1/3,且生命周期全球变暖潜值最小。(6)从生物柴油产率组成、制取能耗及环境排放三方面综合考虑,脱水初沉污泥异位异相催化比干污泥原位酯化制取生物柴油更为优越,尤其是AlCl3·6H2O做催化剂是更好的选择。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TE667;X703
【图文】：

我国常用污泥处理处置技术及所占比例[22]如图1.1，其中污泥填埋仍然是主要处理方法，其次是农用即污泥的土地利用和制肥，焚烧处理的污泥特别少。图 1.1 中国各种污泥处理方法及所占比例还有很大一部分污泥通过其他途径甚至去向不明。而污泥填埋不是处置的最好方法，会存在很大的危害及风险，我们应该需求更好的污泥资源化方式，减少填埋比例[23]。近年来全国有很多城市也越来越重视污泥处置问题并积极展开相关工作。如北京市已经建投多个项目：清河污泥厂污泥干燥系统、方庄污水厂石灰干化工程等。很多城市现在正努力改变现有污泥处理状况，根据当地情况采取技术多元化的方式。1.2 生物柴油制取的研究现状1.2.1 生物柴油的特点1983 年，科学家 GrahamQuick 将利用亚麻籽油制备的脂肪酸甲酯用于发动机，连续燃烧了 1000 小时，同时将可再生的脂肪酸甲酯定义为生物柴油[24]。1988 年

西安建筑科技大学硕士论文是温度过高使粒子烧结导致催化剂的比表面能。前驱体在 500℃下焙烧得到的催化剂催最高，表明在不同温度下焙烧制备的催化剂备 Zn/Al催化剂的最佳焙烧温度为 500℃。结果为 n[Zn/Al]=2，焙烧温度 500℃，焙烧时间4.4可以看出，所制备的Zn/Al催化剂外观呈

西安建筑科技大学硕士论文⑤生物柴油利用 5 个过程。对这 5 个单元过程进行分析时，主要从环境影响和能耗 2 个方面进行具体计算分析。5.3 制取生物柴油项目清单分析确定生命周期分析清单时，鉴于实验室条件的限制，我们首先假设制取生物柴油过程中各环节产生的污染物直接排放周围环境，不进行处理和利用，而消耗所用电力均采用发电厂的清洁生产发电。由此，生物柴油制取过程对环境的主要影响方式为：气体污染物和固态废弃物的排放。根据以上分析和假设建立生命周期的清单，主要计算数据为生物柴油制取过程中的能源消耗量。污泥制取生物柴油的研究范围如图 5.1 所述。其他输出其他输入

【参考文献】

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1 王清艳;代凌峰;;城镇污水污泥处理处置现状及研究进展[J];四川农业科技;2014年07期

2 王怡;白小娟;艾怡霏;夏四清;彭党聪;;城市污水处理厂污泥制取生物柴油的试验研究[J];中国给水排水;2014年01期

3 陈晶晶;;世界生物柴油产业发展现状及趋势[J];科协论坛(下半月);2013年10期

4 任宏;;我国污泥处理技术现状浅析[J];煤;2013年08期

5 林亚楠;;污泥处理处置技术的现状及发展趋势[J];科技创新与应用;2013年09期

6 赵群;王红岩;刘德勋;杨慎;董雷;;世界生物柴油产业发展现状及我国生物柴油发展建议[J];广州化工;2012年17期

7 文丰玉;唐植成;;剩余污泥处理处置技术及展望[J];绿色科技;2012年02期

8 王成;刘忠义;陈于陇;徐玉娟;吴继军;;生物柴油制备技术研究进展[J];广东农业科学;2012年01期

9 牛晓娟;;国内外生物柴油的原料来源及应用现状[J];农业机械;2011年14期

10 张贺飞;徐燕;曾正中;郭浩磊;潘玉;;国外城市污泥处理处置方式研究及对我国的启示[J];环境工程;2010年S1期

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2 董进宁;生物柴油制取的LCA及其技术经济性分析[D];华南理工大学;2010年

3 唐胜兰;生物柴油的制备及其能值分析[D];石河子大学;2008年

4 朱祺;生物柴油的生命周期能源消耗、环境排放与经济性研究[D];上海交通大学;2008年

本文编号：2772941