申请日2011.07.06
公开(公告)日2011.12.07
IPC分类号C10L1/02; C07C67/08; C02F11/00; C11C3/04
摘要
本发明涉及清洁能源开发，具体为一种利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，首先，以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原料，沉淀浓缩后添加OD600为0.5～0.6的纯酵母菌20～40ml，35℃下强化水解2～4天，然后，加入甲醇和浓硫酸溶液，搅拌，在70～80℃温度下酯化反应24小时，最后，将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入正己烷，混合3～5min，3000～3500rpm转速下离心3～5min，进行萃取，本发明在节能的前提下，尽量保留剩余污泥中的可酯化成分以提高大分子有机酸的浓度，从而最大可能地提高生物柴油的转化率并降低污泥制取生物柴油成本。
权利要求书
1.利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步 骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度在20～25g/L范围，然后在浓缩后的每升污泥中 添加OD600为0.5～0.6的纯酵母菌20～40ml，35℃下强化水解2～4天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1～ 1.2L甲醇，再滴加0.07～0.1L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在70～80℃ 温度下搅拌反应24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合3～5min，3000～3500rpm转速下离心3～5min，即得生物 柴油。
2.利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步 骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为20g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加OD600为0.5的纯酵母菌40ml，35℃下强化水解4天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1L 甲醇，再滴加0.1L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在70～80℃温度下搅拌 反应24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合3～5min，3000～3500rpm转速下离心3～5min，即得生物 柴油。
3.利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步 骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为25g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加OD600为0.5的纯酵母菌20ml，35℃下强化水解2天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1.2L 甲醇，再滴加0.07L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在70～80℃温度下搅拌 反应24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合3～5min，3000～3500rpm转速下离心3～5min，即得生物 柴油。
4.利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步 骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为21.5g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加 OD600为0.56的纯酵母菌35ml，35℃下强化水解3天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1.2L 甲醇，再滴加0.084L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在70～80℃温度下搅 拌反应24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合3～5min，3000～3500rpm转速下离心3～5min，即得生物 柴油。
5.利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步 骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为24g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加OD600为0.6的纯酵母菌25ml，35℃下强化水解4天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1L 甲醇，再滴加0.1L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在70～80℃温度下搅拌 反应24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合3～5min，3000～3500rpm转速下离心3～5min，即得生物 柴油。
6.利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，其特征在于，包括以下步 骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为23g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加OD600为0.5的纯酵母菌40ml，35℃下强化水解4天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1.04L 甲醇，再滴加0.07L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在70～80℃温度下搅拌 反应24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合3～5min，3000～3500rpm转速下离心3～5min，即得生物 柴油。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述的利用城市污水厂污泥制取生 物柴油的方法，其特征在于，所述的萃取过程反复进行三次。
说明书
利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法
技术领域
本发明属于清洁能源开发领域，涉及生物柴油的制备，具体涉及利用城 市污水厂污泥制取生物柴油的方法。
背景技术
城市污水处理厂的大量建设，使剩余污泥大量产生并已经成为影响大气 和水环境的一大重要污染源，但是剩余污泥中含有约20%的可酯化成分。另 一方面，生物柴油作为清洁的可再生能源，是优质的石油柴油代用品。生物 柴油以大豆和油菜籽等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、工程微藻 等油料水生植物以及动物油脂、餐饮废油等为原料制成，其制备成本的75% 来自于原材料。
利用城市污水处理厂污泥制取生物柴油在国内尚未有报道，国外的专利目 前有2项：(1)专利申请号：US20040956069，专利持有人：Zappi Mark E;French William Todd;Hernandez Rafael;Dufreche Stephen Thomas，专利名称：Production of biodiesel and other valuable chemicals from wastewater treatment plant sludges; (2)专利申请号：US20090429858，专利持有人：Miguel ASCON;Dolores ASCON，专利名称：Methods and systems for production of biofuels and bioenergy products from sewage sludge.。以上专利，均采用干污泥进行原位酯化，但是污 泥干化过程中构成细胞壁的磷脂处于生物质体的最外层，使其转化为有机酯的 条件非常苛刻，而包在细胞壁内的有机酸只能部分酯化。另一方面，在污泥干 化过程中，为获得5%含水率的干污泥需要经过离心、烘干、粉碎等过程，必将 消耗大量的能量，且在污泥烘干过程中，部分VFA以及醇类也将不可避免地挥 发掉，减少了剩余污泥向生物柴油的转化率。总之，原位酯化干剩余污泥，将 无法避免酯化条件高、能量耗费大、生物柴油转化率低的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种利用城市污 水厂污泥制取生物柴油的方法，在节能的前提下，尽量保留剩余污泥中的可 酯化成分以提高大分子有机酸的浓度，从而最大可能地提高生物柴油的转化 率并降低污泥制取生物柴油成本。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，包括以下步骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度在20～25g/L范围，然后在浓缩后的每升污泥中 添加OD600为0.5～0.6的纯酵母菌20～40ml，35℃下强化水解2～4天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1～ 1.2L甲醇，再滴加0.07～0.1L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在70～80℃ 温度下搅拌反应24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入1L 正己烷，混合3～5min，3000～3500rpm转速下离心3～5min。
为提高产率，可将所述的萃取过程反复进行三次。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
以城市污水处理厂污泥为原材料强化水解并对其上清液进行酯化制取生 物柴油，无污泥离心干化以及油脂提取过程，在污泥制取生物柴油转化率提 高了25%的条件下降低污泥制取生物柴油成本费用的20-30%，。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例一
利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，包括以下步骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为20g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加OD600为0.5的纯酵母菌40ml，35℃下强化水解4天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1L 甲醇，再滴加0.1L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在80℃温度下搅拌反应 24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合5min，3000rpm转速下离心5min，即得生物柴油。
实施例二
利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，包括以下步骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为25g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加OD600为0.5的纯酵母菌20ml，35℃下强化水解2天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1.2L 甲醇，再滴加0.07L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在70℃温度下搅拌反应 24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合3min，3000rpm转速下离心5min，即得生物柴油。
实施例三
利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，包括以下步骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为21.5g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加 OD600为0.56的纯酵母菌35ml，35℃下强化水解3天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1.2L 甲醇，再滴加0.084L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在80℃温度下搅拌反 应24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合5min，3500rpm转速下离心3min，即得生物柴油。
实施例四
利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，包括以下步骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为24g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加OD600为0.6的纯酵母菌25ml，35℃下强化水解4天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1L 甲醇，再滴加0.1L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在75℃温度下搅拌反应 24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合5min，3300rpm转速下离心4min，即得生物柴油。
实施例五
利用城市污水厂污泥制取生物柴油的方法，包括以下步骤：
第一步，生物强化水解：以污水处理厂产生的初沉污泥或剩余污泥为原 料，首先沉淀浓缩使其浓度为23g/L，然后在浓缩后的每升污泥中添加OD600为0.5的纯酵母菌40ml，35℃下强化水解4天;
第二步，化学酯化：取1L水解后的生物强化水解污泥混合液，加入1.04L 甲醇，再滴加0.07L质量分数为98%的浓硫酸溶液，在80℃温度下搅拌反应 24小时;
第三步，萃取：将化学酯化后的混合液在空气中自然降温至室温，加入 1L正己烷，混合3min，3000rpm转速下离心3min，即得生物柴油。
在实施例五的条件下，生物柴油产率为9.24%(以干污泥计)，本发明 所用的纯酵母菌、浓硫酸、甲醇以及正己烷等试剂价格低廉，来源广泛，有 效降低了制备成本。
另外，为进一步提高生物柴油的产率，可以将制备过程中的萃取反复进 行三次，每次取上次萃取结果的上清液进行进一步的萃取，加入试剂正己烷 的量可略有减少。