城市污水处理厂污泥制取生物柴油的应用基础研究

【摘要】：污泥作为城市污水处理厂的副产物，其处理成本高、环境隐患大。另一方面，最有前景的绿色能源生物柴油曾被期望可以缓解世界范围的能源危机，但是生物柴油制取原料的有限和昂贵，却成为其大规模生产的瓶颈。由于城市污水处理厂污泥含有一定量的有机物和脂类，用其制取生物柴油，不仅可以减量污泥，而且可以扩大生物柴油原材料的类型和价格。 本文在研究污水处理厂污泥制取生物柴油可行性的基础上，对制取方法、制取过程中的温度、催化剂、污泥干燥方法等操作条件进行了优化，同时，对比了采用不同污水处理厂不同季节的污泥制取生物柴油的产率，并对污泥的增脂进行了初步研究；最后对制取过程产生的废物再利用可行性进行了研究。主要结论如下： （1）污泥采用原位酯基转移法制取生物柴油的产率比先提取油脂后酯化的方法制取的生物柴油产率大，前者更适合于污泥制取生物柴油。在原位酯基转移中：反应温度55℃，催化剂不含水条件下，生物柴油产率最大；用冷冻干燥法干燥污泥比用晒干法和烘干法干燥污泥产生的生物柴油产率大。 （2）西安市第四污水处理厂二沉池污泥、初沉池污泥及浮渣污泥采用冷冻干燥后，在55℃，5%硫酸（甲醇为溶剂）催化剂条件下，生物柴油的产率分别为1.93%、9.02%、22.74%（g/g干污泥）；西安市第五污水处理厂的以上对应污泥在同样条件下制得的生物柴油产率分别是0.85%、6.38%、18.07%（g/g干污泥）。尽管第四污水处理厂的污泥制取的生物柴油产率高于第五污水处理厂的对应污泥产率，但生物柴油的主要成分相同。此外，同一污水处理厂污泥制取的生物柴油，冬季的产率高于夏季。 （3）污泥增脂过程中，当培养液中C:N比为70:1时，培养7天后的污泥制取的生物柴油产率为原污泥的4.6倍；而C:N比为10:1时，培养7天后的污泥制取的生物柴油产率为原污泥的2.2倍。因此，培养液中C:N比为70:1的条件更适合增加污泥中可转化为生物柴油的脂质。 （4）污泥制取生物柴油过程中产生的正己烷可以回收再次用于提取生物柴油，产生的甲醇废液可以用作反硝化碳源。 【关键词】：城市污水处理厂 污泥 生物柴油制取
【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】：2013
【分类号】：TE667;X703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 城市污水处理厂污泥处置问题10-14
• 1.1.1 城市污水处理厂污泥的来源10
• 1.1.2 城市污水处理厂污泥的特点10-11
• 1.1.3 目前城市污水处理厂污泥的处置方式11-14
• 1.2 能源问题14-15
• 1.2.1 能源问题的提出14
• 1.2.2 目前新能源的种类14-15
• 1.3 生物柴油15-22
• 1.3.1 生物柴油的提出及特点16
• 1.3.2 生物柴油的国内外研究现状16-19
• 1.3.3 目前生产生物柴油所用的原料19-21
• 1.3.4 目前生产生物柴油所用原料的特点21-22
• 1.4 污水处理厂污泥作为生物柴油原材料的可行性分析22-24
• 1.4.1 成分含量可行性分析22
• 1.4.2 工艺可行性分析22-24
• 1.5 本研究的意义、目的及内容24-26
• 1.5.1 研究意义24
• 1.5.2 研究目的24-25
• 1.5.3 研究内容25-26
• 2 污水处理厂污泥制取生物柴油的方法和条件研究26-41
• 2.1 材料与方法26-32
• 2.1.1 实验装置26
• 2.1.2 污泥来源26-27
• 2.1.3 污泥预处理27-28
• 2.1.4 生物柴油的制取步骤28-30
• 2.1.5 生物柴油的分离30-31
• 2.1.6 分析项目与方法31-32
• 2.2 实验结果与分析32-39
• 2.2.1 生物柴油的气相色谱分析32
• 2.2.2 制取方法的选择32-34
• 2.2.3 原位酯基转移条件的优化34-37
• 2.2.4 污泥来源的影响37-39
• 2.2.5 粗生物柴油密度的测定39
• 2.3 本章小结39-41
• 3 增加污泥中脂质的试验研究41-46
• 3.1 材料与方法41-42
• 3.1.1 实验装置41
• 3.1.2 实验污泥来源及预处理41
• 3.1.3 实验步骤41-42
• 3.1.4 分析项目与方法42
• 3.2 结果与分析42-45
• 3.2.1 培养过程 COD 的变化趋势42
• 3.2.2 pH 的变化趋势42-43
• 3.2.3 NH4+-N 的变化趋势43-44
• 3.2.4 FAME 产率的变化趋势44-45
• 3.3 本章小结45-46
• 4 生物柴油制取中产生的废物再利用研究46-51
• 4.1 材料与方法46-48
• 4.1.1 正己烷的回收及再利用46-47
• 4.1.2 甲醇废液的回收利用47-48
• 4.2 结果与分析48-50
• 4.2.1 回收的正己烷再次用于提取剂实验的结果与分析48
• 4.2.2 甲醇相废液用作反硝化碳源实验的结果与分析48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 5 结论及建议51-53
• 5.1 结论51-52
• 5.2 建议52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-58
• 硕士研究生学习阶段发表论文58

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