專利名稱：利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于清潔能源開發(fā)領(lǐng)域，涉及生物柴油的制備，具體涉及利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法。
背景技術(shù)：
城市污水處理廠的大量建設(shè)，使剩余污泥大量產(chǎn)生并已經(jīng)成為影響大氣和水環(huán)境的一大重要污染源，但是剩余污泥中含有約20%的可酯化成分。另一方面，生物柴油作為清潔的可再生能源，是優(yōu)質(zhì)的石油柴油代用品。生物柴油以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黃連木等油料林木果實、工程微藻等油料水生植物以及動物油脂、餐飲廢油等為原料制成， 其制備成本的75%來自于原材料。利用城市污水處理廠污泥制取生物柴油在國內(nèi)尚未有報道，國外的專利目前有2 項(1)專利申請?zhí)朥S20040956069，專利持有人Zappi Mark E ；French William Todd ； Hernandez Rafael ；Dufreche Stephen Thomas,專利名禾爾Production of biodiesel and other valuable chemicals from wastewater treatment plant sludges ； (2)專利申請?zhí)朥S20090429858，專利持有人Miguel ASCON ；Dolores ASC0N，專利名稱Methods and systems for production of biofuels and bioenergy products from sewage sludge.。 以上專利，均采用干污泥進行原位酯化，但是污泥干化過程中構(gòu)成細胞壁的磷脂處于生物質(zhì)體的最外層，使其轉(zhuǎn)化為有機酯的條件非常苛刻，而包在細胞壁內(nèi)的有機酸只能部分酯化。另一方面，在污泥干化過程中，為獲得5%含水率的干污泥需要經(jīng)過離心、烘干、粉碎等過程，必將消耗大量的能量，且在污泥烘干過程中，部分VFA以及醇類也將不可避免地揮發(fā)掉，減少了剩余污泥向生物柴油的轉(zhuǎn)化率?？傊?，原位酯化干剩余污泥，將無法避免酯化條件高、能量耗費大、生物柴油轉(zhuǎn)化率低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，在節(jié)能的前提下，盡量保留剩余污泥中的可酯化成分以提高大分子有機酸的濃度，從而最大可能地提高生物柴油的轉(zhuǎn)化率并降低污泥制取生物柴油成本。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度在20 25g/L范圍，然后在濃縮后的每升污泥中添加0D_為0. 5 0. 6的純酵母菌20 40ml，35 °C下強化水解2 4天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入1 1. 2L甲醇， 再滴加0. 07 0. IL質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在70 80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷，混合3 5min，3000 ;3500rpm轉(zhuǎn)速下離心3 5min。為提高產(chǎn)率，可將所述的萃取過程反復(fù)進行三次。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是以城市污水處理廠污泥為原材料強化水解并對其上清液進行酯化制取生物柴油， 無污泥離心干化以及油脂提取過程，在污泥制取生物柴油轉(zhuǎn)化率提高了 25%的條件下降低污泥制取生物柴油成本費用的20-30%，。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。實施例一利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為20g/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加OD6tltl為0. 5的純酵母菌40ml， 35 °C下強化水解4天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入IL甲醇，再滴加 0. IL質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷， 混合5min，3000rpm轉(zhuǎn)速下離心5min，即得生物柴油。實施例二利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為25g/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加OD6tltl為0. 5的純酵母菌20ml， 35 °C下強化水解2天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入1. 2L甲醇，再滴加0. 07L質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在70°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷， 混合3min，3000rpm轉(zhuǎn)速下離心5min，即得生物柴油。實施例三利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為21. 5g/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加0D_為0. 56的純酵母菌 35ml，35 °C下強化水解3天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入1. 2L甲醇，再滴加0. 084L質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷， 混合5min，3500rpm轉(zhuǎn)速下離心3min，即得生物柴油。實施例四利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為Mg/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加OD6tltl為0. 6的純酵母菌25ml， 35 °C下強化水解4天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入IL甲醇，再滴加 0. IL質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在75°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷， 混合5min，3300rpm轉(zhuǎn)速下離心％iin，即得生物柴油。實施例五利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為23g/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加OD6tltl為0. 5的純酵母菌40ml， 35 °C下強化水解4天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入1.04L甲醇，再滴加0. 07L質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷， 混合3min，3000rpm轉(zhuǎn)速下離心3min，即得生物柴油。在實施例五的條件下，生物柴油產(chǎn)率為9. % (以干污泥計)，本發(fā)明所用的純酵母菌、濃硫酸、甲醇以及正己烷等試劑價格低廉，來源廣泛，有效降低了制備成本。另外，為進一步提高生物柴油的產(chǎn)率，可以將制備過程中的萃取反復(fù)進行三次，每次取上次萃取結(jié)果的上清液進行進一步的萃取，加入試劑正己烷的量可略有減少。
權(quán)利要求
1.利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度在20 25g/L范圍，然后在濃縮后的每升污泥中添加OD6tltl為0. 5 0. 6的純酵母菌20 40ml，35 °C下強化水解2 4天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入1 1. 2L甲醇，再滴加0. 07 0. IL質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在70 80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷，混合 3 5min，3000 ;3500rpm轉(zhuǎn)速下離心3 5min，即得生物柴油。
2.利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為20g/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加OD6tltl為0. 5的純酵母菌40ml，35°C 下強化水解4天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入IL甲醇，再滴加 0. IL質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在70 80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷，混合 3 5min，3000 ;3500rpm轉(zhuǎn)速下離心3 5min，即得生物柴油。
3.利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為25g/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加OD6tltl為0. 5的純酵母菌20ml，35°C 下強化水解2天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入1. 2L甲醇，再滴加 0. 07L質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在70 80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷，混合 3 5min，3000 ;3500rpm轉(zhuǎn)速下離心3 5min，即得生物柴油。
4.利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為21. 5g/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加0D_為0. 56的純酵母菌35ml， 35 °C下強化水解3天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入1. 2L甲醇，再滴加 0. 084L質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在70 80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷，混合 3 5min，3000 ;3500rpm轉(zhuǎn)速下離心3 5min，即得生物柴油。
5.利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為Mg/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加OD6tltl為0. 6的純酵母菌25ml，35°C 下強化水解4天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入IL甲醇，再滴加 0. IL質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在70 80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷，混合3 5min，3000 ;3500rpm轉(zhuǎn)速下離心3 5min，即得生物柴油。
6.利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，生物強化水解以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，首先沉淀濃縮使其濃度為23g/L，然后在濃縮后的每升污泥中添加OD6tltl為0. 5的純酵母菌40ml，35°C 下強化水解4天；第二步，化學(xué)酯化取IL水解后的生物強化水解污泥混合液，加入1.04L甲醇，再滴加 0. 07L質(zhì)量分數(shù)為98%的濃硫酸溶液，在70 80°C溫度下攪拌反應(yīng)M小時；第三步，萃取將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入IL正己烷，混合 3 5min，3000 ;3500rpm轉(zhuǎn)速下離心3 5min，即得生物柴油。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一權(quán)利要求所述的利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，所述的萃取過程反復(fù)進行三次。
全文摘要
本發(fā)明涉及清潔能源開發(fā)，具體為一種利用城市污水廠污泥制取生物柴油的方法，首先，以污水處理廠產(chǎn)生的初沉污泥或剩余污泥為原料，沉淀濃縮后添加OD600為0.5～0.6的純酵母菌20～40ml，35℃下強化水解2～4天，然后，加入甲醇和濃硫酸溶液，攪拌，在70～80℃溫度下酯化反應(yīng)24小時，最后，將化學(xué)酯化后的混合液在空氣中自然降溫至室溫，加入正己烷，混合3～5min，3000～3500rpm轉(zhuǎn)速下離心3～5min，進行萃取，本發(fā)明在節(jié)能的前提下，盡量保留剩余污泥中的可酯化成分以提高大分子有機酸的濃度，從而最大可能地提高生物柴油的轉(zhuǎn)化率并降低污泥制取生物柴油成本。
文檔編號C10L1/02GK102268303SQ20111018871
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者彭黨聰, 曲鵬程, 王怡 申請人:西安建筑科技大學(xué)