【摘要】：隨著全球能源短缺和環(huán)境的日益惡化,可代替的再生能源,特別是,生物柴油備受關(guān)注,但其原料的高成本一直是阻礙其大規(guī)模生產(chǎn)的主要限制因素。因此城市污水處理廠污泥產(chǎn)量巨大,且含有一定量可被轉(zhuǎn)化為生物柴油的油脂,是一種潛在的制取生物柴油原料。然而,目前以干污泥為原料制取生物柴油的成本較高。因此,本文試圖探索以脫水污泥為原料制取生物柴油,從而使以污泥作為生產(chǎn)生物柴油的原料不僅具有環(huán)境效益更具經(jīng)濟(jì)效益。研究以西安市第五污水處理廠的脫水初沉污泥為對(duì)象,首先在優(yōu)化脂質(zhì)提取方法的基礎(chǔ)上,采用不同固相催化劑催化脂質(zhì)制取生物柴油并優(yōu)化其制取條件,并將制取生物柴油的最優(yōu)方法與傳統(tǒng)干污泥原位酸催化酯化制取生物柴油對(duì)比,然后通過(guò)生命周期評(píng)價(jià)法對(duì)不同方法制取生物柴油的生命周期能耗和排放進(jìn)行分析評(píng)價(jià),找出影響環(huán)境狀況的主要因子,從而改進(jìn)工藝,以期為污泥制取生物柴油的工藝提供更好的選擇。主要結(jié)論如下:(1)以脫水初沉污泥為原料,硫酸酸化并采用正己烷為提取劑,50℃條件下提取8h時(shí),脫水初沉污泥脂質(zhì)最大提取率為13.37%,是未加酸脫水污泥脂質(zhì)提取率的3倍左右。(2)AlCl3·6H2O催化脫水初沉污泥提取的脂質(zhì)制取生物柴油的最佳條件為:反應(yīng)溫度為45℃,投量為4%,反應(yīng)時(shí)間5h。按照上述催化劑反應(yīng)最佳條件,AlCl3·6H2O催化污泥酸化后提取的脂質(zhì)制取生物柴油產(chǎn)率最大為6.66%。(3)脂肪酶Novozym 435催化脫水初沉污泥提取的脂質(zhì)制取生物柴油的最佳條件為:反應(yīng)溫度為50℃,投量為10%,反應(yīng)時(shí)間24h。按照上述催化劑反應(yīng)最佳條件,Novozym 435催化劑污泥酸化后提取的脂質(zhì)制取生物柴油產(chǎn)率最大為4.76%。且其生物柴油中脂肪酸甲酯種類(lèi)及所占比例與AlC l3·6H2O催化脫水污泥脂質(zhì)及干污泥原位酸催化法生成的基本相同。(4)通過(guò)共沉淀法制備Zn/Al復(fù)合物作為制取生物柴油的催化劑,其最佳制備條件為:n[Zn/Al]=2,在500℃焙燒時(shí)間3h。Zn/Al復(fù)合物催化脫水初沉污泥脂質(zhì)制取生物柴油的最佳反應(yīng)條件:甲醇125ml,反應(yīng)溫度為75℃,催化劑的投加量為10%,反應(yīng)時(shí)間為4h時(shí),FAMEs產(chǎn)率最高為4.90%。(5)通過(guò)生命周期評(píng)價(jià)(LCA)法對(duì)文中描述的四種情況制取生物柴油的生命周期能耗及排放進(jìn)行評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn),從能源需求方面看,AlCl3·6H2O催化脫水初沉污泥脂質(zhì)制取1g生物柴油能耗不足原位酸催化法的1/3,且生命周期全球變暖潛值最小。(6)從生物柴油產(chǎn)率組成、制取能耗及環(huán)境排放三方面綜合考慮,脫水初沉污泥異位異相催化比干污泥原位酯化制取生物柴油更為優(yōu)越,尤其是AlCl3·6H2O做催化劑是更好的選擇。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TE667;X703
【圖文】：

我國(guó)常用污泥處理處置技術(shù)及所占比例[22]如圖1.1，其中污泥填埋仍然是主要處理方法，其次是農(nóng)用即污泥的土地利用和制肥，焚燒處理的污泥特別少。圖 1.1 中國(guó)各種污泥處理方法及所占比例還有很大一部分污泥通過(guò)其他途徑甚至去向不明。而污泥填埋不是處置的最好方法，會(huì)存在很大的危害及風(fēng)險(xiǎn)，我們應(yīng)該需求更好的污泥資源化方式，減少填埋比例[23]。近年來(lái)全國(guó)有很多城市也越來(lái)越重視污泥處置問(wèn)題并積極展開(kāi)相關(guān)工作。如北京市已經(jīng)建投多個(gè)項(xiàng)目：清河污泥廠污泥干燥系統(tǒng)、方莊污水廠石灰干化工程等。很多城市現(xiàn)在正努力改變現(xiàn)有污泥處理狀況，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r采取技術(shù)多元化的方式。1.2 生物柴油制取的研究現(xiàn)狀1.2.1 生物柴油的特點(diǎn)1983 年，科學(xué)家 GrahamQuick 將利用亞麻籽油制備的脂肪酸甲酯用于發(fā)動(dòng)機(jī)，連續(xù)燃燒了 1000 小時(shí)，同時(shí)將可再生的脂肪酸甲酯定義為生物柴油[24]。1988 年

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西安建筑科技大學(xué)碩士論文⑤生物柴油利用 5 個(gè)過(guò)程。對(duì)這 5 個(gè)單元過(guò)程進(jìn)行分析時(shí)，主要從環(huán)境影響和能耗 2 個(gè)方面進(jìn)行具體計(jì)算分析。5.3 制取生物柴油項(xiàng)目清單分析確定生命周期分析清單時(shí)，鑒于實(shí)驗(yàn)室條件的限制，我們首先假設(shè)制取生物柴油過(guò)程中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的污染物直接排放周?chē)h(huán)境，不進(jìn)行處理和利用，而消耗所用電力均采用發(fā)電廠的清潔生產(chǎn)發(fā)電。由此，生物柴油制取過(guò)程對(duì)環(huán)境的主要影響方式為：氣體污染物和固態(tài)廢棄物的排放。根據(jù)以上分析和假設(shè)建立生命周期的清單，主要計(jì)算數(shù)據(jù)為生物柴油制取過(guò)程中的能源消耗量。污泥制取生物柴油的研究范圍如圖 5.1 所述。其他輸出其他輸入

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本文編號(hào)：2772941