论文部分内容阅读
随着全球能源短缺和环境恶化日益严重，生物柴油作为一种清洁的可再生能源备受关注。但其原料的高成本严重制约了生物柴油的产业化进程，因此寻求廉价且可持续的原料已经成为生物柴油生产的关键。城市污水污泥含有一定的油脂，可以作为制取生物柴油的原材料。本文以西安市第四污水处理厂曝气沉砂池浮渣、初沉池浮渣、初沉池污泥和二沉池污泥为研究对象，研究了污泥干燥方式对污泥中可提取脂质的含量、主要成分及其脂肪酸组成的影响；然后以初沉池浮渣作为原料，对脂肪酶Novozym435催化制取生物柴油的条件和产率进行了试验研究。主要结论如下：（1）不同污泥中可提取脂质的含量不同，曝气沉砂池浮渣脂质含量最大，可达到干污泥的37.40%，二沉池污泥脂质含量最小，仅为干污泥的7.67%。（2）四种污泥的皂化值和酸值有差异，其中酸值差异较小，皂化值差异较大，且初沉池污泥和二沉池污泥的皂化值相对偏高。曝气沉砂池浮渣、初沉池浮渣和初沉池污泥的可提取脂质中由游离脂肪酸和可皂化物或者甘油酯（AGs）转化为脂肪酸甲酯（FAME）的部分，达到污泥脂质的50%以上，而二沉池污泥脂质只占约25%。（3）污泥脂质的脂肪酸主要包括肉豆蔻酸（C14:0）、棕榈酸（C16:0）、棕榈油酸（C16:1）、硬脂酸（C18:0）、油酸（C18:1）以及亚油酸(C18:2)。不同污泥脂质的脂肪酸组成相对含量有差异，导致饱和及不饱和脂肪酸酯在生物柴油中的含量不同，同种污泥由于干燥方式不同导致脂肪酸的相对含量也有差异。此外，与冻干污泥的可提取脂质相比，烘干污泥的可提取脂质中饱和脂肪酸含量较高。（4）以初沉池浮渣作为原料，酶催化原位制取生物柴油的最佳条件：反应时间24h；反应温度45℃；甲醇污泥比、叔丁醇污泥比和正己烷污泥比（v/w）分别为10、12和8；脂肪酶Novozym435污泥比为0.6:1（w/w），此时获得脂肪酸甲酯的最大产率，达到干污泥的9.95%。（5）脂肪酶Novozym435和Lipozyme TLIM组合催化制取生物柴油的试验结果表明：脂肪酶Novozym435:Lipozyme TLIM为3:1(w/w)时，FAME的产率可达8.85%，脂肪酶Novozym435:Lipozyme TLIM为1:0（w/w）时，FAME的产率可达9.95%，前者FAME的产率是后者的89%，因此从甲酯产率和经济成本两方面考虑，脂肪酶Novozym435与Lipozyme TLIM（w/w）的最佳催化组合比为3:1。（6）为了降低酶催化成本，对脂肪酶Novozym435进行回收再利用的结果表明，以有机溶剂作为洗涤剂对回收脂肪酶进行处理，重复使用五次后，脂肪酶的催化效率仍可达到原脂肪酶的75%以上，因此脂肪酶回收再利用可以作为降低酶催化成本的一个途径。