超声波辅助餐饮废弃物制备生物氢气和生物柴油技术研究

摘要

全球每年产生的餐饮废弃物达100亿吨左右，且随着全球人口的增加以及人们生活水平的日益提高呈现明显的增长趋势。餐饮废弃物的处理方式已引起了社会的广泛关注。本文采用超声波辅助厌氧发酵的方法研究餐锨废弃物制备生物氢气及超声波辅助碱催化法研究餐饮废油转化为生物柴油的技术，为餐饮废弃物的高效能源化利用提供理论依据，有利于食品安全、环境保护、资源利用和能源安全，具有重要的理论和实践意义。研究内容及取得结果如下:
　　 研究了食品残渣厌氧发酵制氢技术。在单因素的基础上进行正交试验，结果表明:影响食品残渣厌氧发酵产氢率的三个因素的主次顺序依次是发酵温度，初始pH值，F/M值;最佳产氢条件为F/M值为8∶1，发酵温度50℃，初始pH值8.5，此时得到最高产氢率为38.01mL/gVS，且生物气中氢气浓度达到53.31％。
　　 研究了低强度脉冲的超声波辅助餐饮废弃物厌氧发酵产氢技术。单因素试验结果表明:低强度脉冲超声波的使用提高了活性污泥中微生物的发酵活力从而促进了食品残渣厌氧发酵制氢效果;得到了超声波处理的最佳条件是:超声功率10W，超声时间2h，超声频率26KHz，F/M为8∶1，pH值7.5，发酵温度50℃，此时产氢率最高为64.31mL/gVS，氢气产量占总气体的81.43％，且比未加超声波辅助厌氧发酵的提高78.59％。
　　 研究了超声波辅助餐饮废油酯交换法制备生物柴油技术。在单因素试验的基础上，根据响应面试验Box-Behnken中心设计原理建立数学模型，以催化剂用量(A)、反应温度(B)和醇油比(C)为自变量，以生物柴油转化率(Y)为应变量，在α=0.05显著水平上，优化回归模型为:Y=85.20+6.34×A+2.36×B+4.61×C-7.54×A×B-5.24×A×C+1.50×B×C-4.96×A2-8.98×B2+0.54×C2。自变量影响生物柴油转化率大小顺序为:醇油比＞催化剂用量＞反应温度。通过响应面试验优化得到生物柴油制备的最佳工艺条件为:在超声功率50W的条件下，温度62.47℃，催化剂用量0.98wt％（即催化剂质量占油重0.98％），醇油比7∶1，反应时间30min。在此条件下，生物柴油的转化率的预测值为90.78％，试验值为90.26％。且此方法制备的生物柴油达到2#柴油标准。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 立项背景和目的意义

1．1．1 立项背景

1．1．2 立项意义

1．1．3 本课题研究的目的

1．2 利用食品残渣制备生物氢气的文献综述

1．2．1 研究背景及现状

1．2．2 食品残渣厌氧发酵产氢的基本原理

1．2．3 厌氧发酵产氢的主要影响因子

1．3 利用餐饮废油制备生物柴油的文献综述

1．3．1 研究背景及现状

1．3．2 餐饮废油酯交换法制备生物柴油的基本原理

1．3．3 酯交换法制备生物柴油的主要影响因子

1．4 超声波在生物加工中的应用

1．5 课题研究的主要内容

第二章 低强度脉冲超声波辅助食品残渣厌氧发酵制氢研究

2．1 引言

2．2 试验材料与仪器

2．2．1 试验原料

2．2．2 试验试剂

2．2．3 试验仪器

2．3 试验方法

2．3．1 原料分析方法

2．3．2 氢气的分析与测定

2．3．3 食品残渣和活性污泥的准备

2．3．4 食品残渣厌氧发酵制氢试验

2．3．5 低强度脉冲超声波作用于厌氧发酵过程对产氢率的影响

2．3．6 低强度脉冲超声波处理活性污泥对产氢率的影响

2．3．7 低强度脉冲超声波预处理食品残渣对产氢率的影响

2．4 结果分析

2．4．1 食品残渣与活性污泥的特性分析

2．4．2 食品残渣厌氧发酵制氢试验

2．4．3 低强度脉冲超声波作用于厌氧发酵过程对产氢率的影响

2．4．4 低强度脉冲超声波预处理活性污泥对产氢率的影响

2．4．5 低强度脉冲的超声波预处理食品残渣对产氢率的影响

2．5 本意小结

第三章 超声波辅助餐饮废油酯交换法制备生物柴油技术

3．1 引言

3．2 试验材料与试剂

3．2．1 试验原料

3．2．2 试验试剂

3．2．3 试验仪器

3．3 试验方法

3．3．1 餐饮废油的预处理

3．3．2 餐饮废油成分分析

3．3．3 试验样品分析方法

3．3．4 超声波辅助餐饮废油酯交换法制备生物柴油单因素试验

3．3．5 响应面(RSM)试验设计

3．4 结果分析

3．4．1 超声波辅助碱催化餐饮废油脂交换法制备生物柴油单因素试验

3．4．2 超声波辅助碱催化餐饮废油制备生物柴油试验的多元二次模型方程的建立

3．4．3 超声波辅助碱催化餐饮废油制备生物柴油试验的响应而交互作用与优化

3．4．4 验证试验

3．4．5 生物柴油物性检测结果分析

3．5 本章小结

第四章 结论及展望

4．1 主要结论

4．2 工作展望

参考文献

导师组意见

致谢

作者简历