市政污泥厌氧酸化混合液中有机酸的分离提取研究

论文摘要

市政污泥的组成极为复杂,其中含有可为微生物利用、转化的有机营养物质,也有不能转化利用甚至对微生物有毒害的有机或无机物质,导致发酵产酸混合液成分的难以预测。从市政污泥发酵产酸混合液中分离提取有机酸可消除市政污泥发酵产酸的产物抑制,提高污泥转化的效率和速度。因此,研究发酵产酸混合液中目的有机酸的分离提取技术不仅是成功实现市政污泥资源化的关键,而且对提高该工艺的整体效率和加快其产业化进程是现实而有意义的。支撑液膜分离技术是将常规的溶剂萃取和膜分离技术相结合的新型分离提取工艺,具有分离效率高,能耗低,可实现产物的连续、同步的分离和浓缩等优点。本论文首先以有机酸的提取率等为评价依据,对膜组件、萃取剂、有机溶剂和反萃取剂进行选择,在此基础上对支撑液膜法分离提取模拟有机酸混合液的工艺条件进行了优化,最后,研究了其对实际体系中有机酸的提取效果。主要研究结果如下:(1)从污泥厌氧酸化混合液中分离提取有机酸的支撑液膜体系为:疏水聚丙烯微滤膜、三烷基氧膦、磺化煤油和碳酸氢钠。(2)少量磺化煤油对污泥产酸有较明显的促进作用,与对照样相比,磺化煤油的添加量为1/32时,总酸和乙酸的产量分别提高20%左右。而过多的磺化煤油对产酸的促进作用不明显。(3)支撑液膜法提取模拟污泥酸化混合液中有机酸最适条件为:给液相有机酸浓度为20g/L,萃取剂浓度为3%,膜组件高径比为10:1,反萃取相pH值为9,反萃取剂为NaHCO3,反萃取剂浓度为30g/L,提取温度为30℃,提取时间为360min,浓缩倍数为2.0。此时,有机酸的萃取率可达85.0%。(4)支撑液膜法提取实际污泥酸化混合液中有机酸时,总有机酸和乙酸的提取率分别为69.0%和65.0%,乙酸和总酸的浓缩效率分别是1.3和1.4倍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 背景介绍
• 1.1.1 市政污泥产酸提取的必要性
• 1.1.2 污泥产酸过程的主要有机酸及其应用
• 1.1.3 常用有机酸的生产及提取方法
• 1.1.4 液膜分离的原理和特点
• 1.1.5 膜组件的类型特点
• 1.2 本论文的研究意义和研究内容
• 1.2.1 研究意义
• 1.2.2 研究内容
• 第二章 膜相的选择以及有机溶剂对污泥发酵产酸的影响
• 2.1 引言
• 2.2 材料和方法
• 2.2.1 污泥来源和污泥驯化
• 2.2.2 溶剂和萃取剂的选择
• 2.2.3 磺化煤油对污泥产酸的影响
• 2.2.4 分析项目和测定方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 时间对乙酸萃取率的影响
• 2.3.2 有机溶剂对乙酸萃取率的影响
• 2.3.3 萃取剂对乙酸萃取率的影响
• 2.3.4 相比对乙酸萃取率的影响
• 2.3.5 TRPO 添加量对乙酸萃取率的影响
• 2.3.6 TRPO 对丙酸萃取率的影响
• 2.3.7 TRPO 对丁酸萃取率的影响
• 2.3.8 磺化煤油对污泥厌氧发酵总酸产量的影响
• 2.3.9 磺化煤油对污泥厌氧发酵产乙酸的影响
• 2.3.10 磺化煤油对污泥厌氧发酵产丙酸的影响
• 2.3.11 磺化煤油对污泥厌氧产酸动力学的影响及机理分析
• 2.4 小结
• 第三章 支撑液膜法提取人工配置混合酸的工艺条件优化以及对发酵液的萃取和膜的清洗
• 3.1 引言
• 3.2 材料和方法
• 3.2.1 膜组件及其特性
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 有机酸浓度的测定
• 3.2.4 污泥发酵液的来源
• 3.2.5 污泥发酵液预处理方法
• 3.2.6 发酵液中有机酸的提取方法
• 3.2.7 膜组件清洗方法
• 3.3 结果与分析
• 3.3.1 提取时间对有机酸萃取率的影响
• 3.3.2 给液相酸浓度对有机酸萃取率的影响
• 3.3.3 萃取剂浓度对有机酸萃取率的影响
• 3.3.4 温度对有机酸萃取率的影响
• 3.3.5 反萃取相pH 对有机酸萃取率的影响
• 3.3.6 反萃取剂类型对有机酸萃取率的影响
• 3.3.7 反萃取剂浓度对有机酸萃取率的影响
• 3.3.8 浓缩倍数对有机酸提取率的影响
• 3.3.9 膜组件的高径比对有机酸萃取率的影响
• 3.3.10 支撑液膜法萃取有机酸的效率
• 3.3.11 膜组件对发酵液的提取
• 3.3.12 膜清洗方法对萃取率恢复的影响
• 3.4 小结
• 第四章 结论
• 4.1 本文主要结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文