一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的工艺及装置的制作方法

1.本发明涉及废水处理复合碳源制备技术领域，具体涉及一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的工艺及装置。


背景技术：

2.为了保护水环境不受污染，近年我国对城镇生活污水进行大规模整治，建设了大量生活污水处理厂，受到各种条件的影响，许多处理厂普遍存在进水cod较低，生化处理单元微生物所需营养物和碳源不足的问题，为了维持生化处理系统生物脱氮效率，需要额外补充价格较高的乙酸、葡萄糖等碳源。生物柴油作为一种清洁、环保的可再生能源在我国得到高速的发展。国内大规模生物柴油的制备工艺是以酸碱催化为主的酯交换法，生物柴油生产原料大多为废弃油脂(餐厨废弃油脂、潲水油、酸化油等)，普遍采用酸碱两步法进行生产，每生产1 吨生物柴油成品产生约100kg的副产物，经过处理，生物柴油副产物可制备成廉价的复合碳源供给污水处理厂，这样既可降低生活污水处理厂的运行成本，也能提高生物柴油副产物经济价值。由于副产物成份复杂，主要包括水份、甲醇、甘油、盐类、皂化物和少量生物柴油等，因此需要经过一系列处理才能制备出符合污水处理厂使用的复合碳源。与现有污水处理厂使用的碳源(乙酸、乙酸钠、葡萄糖、乙醇、甲醇)比较，采用生物柴油副产物制备的复合碳源具有cod当量高、易溶于水、微生物利用效率高、使用简单、贮存和运输安全等特点。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的不足，本发明提供一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的工艺，其制备的复合碳源cod当量高、难降解的有机物和无机物含量极低、与水互溶、容易被微生物分解利用、贮存和运输安全。本发明还提供了一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，其制作和维护简单，制备的复合碳源收率高。
4.为实现上述目的，本发明可以采用以下技术方案进行：
5.一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的工艺方法，其包括：
6.在酸化反应釜内的生物柴油副产物原料经过加热、搅拌和持续加入酸液；
7.酸化反应结束后上层物质流入粗生物柴油回收罐，下层物质进入中和反应釜；
8.在中和反应釜中的生物柴油副产物原料经过加热、搅拌和持续加入清水和碱液；
9.中和反应结束后产生的沉渣排到储渣罐，其他物质排入复合碳源储罐。
10.如上所述的利用生物柴油副产物制备复合碳源的工艺，进一步地，持续加入酸液直至酸化反应釜液内物料ph值到设定值时停止通进酸液；持续加入碱液直至中和反应釜内物料ph 值到设定值时停止通进碱液，酸化反应和中和反应停止并静置30分钟后才处理物料。
11.本发明还提供了一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，其包括：
12.酸化反应釜，其供生物柴油副产物原料发生酸化反应；
13.中和反应釜，其供生物柴油副产物原料发生中和反应；
14.酸液罐，其用于向所述酸化反应釜提供酸液；
15.粗生物柴油回收罐，其用于回收酸化反应结束后上层物质；
16.清水罐和碱液罐，其用于向所述中和反应釜提供清水和碱液；以及，
17.复合碳源储罐，其用于存储中和反应结束后产生的复合碳源。
18.如上所述的用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，进一步地，还包括储渣罐，所述储渣罐用于承接中和反应结束后产生的沉渣。
19.如上所述的用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，进一步地，所述酸化反应釜的上盖设有搅拌电机，所述搅拌电机的输出端通过搅拌轴连接有若干桨叶，若干所述桨叶与所述搅拌轴垂直。
20.如上所述的用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，进一步地，所述酸化反应釜的上盖还设有检修口、带阀门的排气管、压力表和电机支架，所述电机支架安装在所述酸化反应釜的顶端，所述电机支架上安装有所述搅拌电机，所述酸化反应釜的上部通过带有阀门的出液管连接至所述粗生物柴油回收罐。
21.如上所述的用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，进一步地，所述酸化反应釜的外壁设有反应釜夹套，所述反应釜夹套的进口和出口均通过管道连接至外部加热管；所述酸化反应釜的外壁中部设有液位计、取样管、温度探头和保温层，所述液位计用于监测所述酸化反应釜内物料的增减量；所述取样管用于取样以监测所述酸化反应釜内物料的酸值；所述温度探头用于监测所述酸化反应釜内物料的温度；所述保温层用于维持所述酸化反应釜内物料的温度；所述酸化反应釜的下部设有出料管和排空管，所述出料管通过带有出料泵的管道连接至所述中和反应釜。
22.如上所述的用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，进一步地，所述中和反应釜的上盖设有搅拌电机，所述搅拌电机的输出端通过搅拌轴连接有若干桨叶，若干桨叶与所述搅拌轴垂直。
23.如上所述的用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，进一步地，所述中和反应釜的上盖还设有检修口、带阀门的排气管、压力表和电机支架，所述电机支架安装在所述中和反应釜的顶端，所述电机支架上安装有所述搅拌电机，所述中和反应釜外壁的上部设有进碱液管道和清水管道，所述进碱液管道通过带有流量计、阀门和加碱泵的管道连接至所述碱液罐；所述清水管道通过带有流量计、阀门和清水泵的管道连接至所述清水罐。
24.如上所述的用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，进一步地，所述中和反应釜的外壁设有反应釜夹套，所述反应釜夹套的进口和出口均通过管道连接至外部加热管；所述中和反应釜的中部设有取样管、温度探头和保温层，所述取样管用于取样以监测所述中和反应釜内物料的酸值；所述温度探头用于监测所述中和反应釜内物料的温度；所述保温层用于维持所述中和反应釜内物料的温度；所述中和反应釜的底部设有出料管和排渣管，所述出料管通过带有物料泵的管道连接至所述复合碳源储罐。
25.本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
26.1、本发明的装置制作和维护简单，制备的复合碳源收率高；
27.2、本发明制备的复合碳源cod当量高、难降解的有机物和无机物含量极低、与水互溶、容易被微生物分解利用、贮存和运输安全；
28.3、投加本装置制备的复合碳源，可降低生活污水处理厂的运行成本，同时也能提高生物柴油副产物利用价值，增加生物柴油企业经济效益，促进生物柴油产业化的发展。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1为本发明实施例的利用生物柴油副产物制备复合碳源的装置的结构示意图。
31.其中：1、酸化反应釜；2、出料泵；3、酸液罐；4、加酸泵；5、中和反应釜；6、物料泵；7、储渣罐；8、出渣泵；9、离心机；10、清水罐；11、清水泵；12、碱液罐；13、加碱泵；14、复合碳源储罐；15、粗生物柴油回收罐。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
33.实施例：
34.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
35.需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
38.参见图1，本发明提供了一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的工艺，其制备的复合碳源cod当量高、难降解的有机物和无机物含量极低、与水互溶、容易被微生物分解利用、贮存和运输安全。本发明还提供了一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，其制作和维护简单，制备的复合碳源收率高。投加本装置制备的复合碳源，可降低生活污水处理厂的运行成本，同时也能提高生物柴油副产物利用价值，增加生物柴油企业经济效益，促进生物柴油产业化的发展。
39.参见图1，图1展示了一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的装置，其包括：酸化反应釜1、中和反应釜5、酸液罐3、粗生物柴油回收罐15、清水罐10、碱液罐12和复合碳源储罐14，其中，酸化反应釜1供生物柴油副产物原料发生酸化反应；中和反应釜5供生物柴油副产物原料发生中和反应；酸液罐3用于向酸化反应釜1提供酸液；粗生物柴油回收罐15 用于回收酸化反应结束后上层物质；清水罐10和碱液罐12用于向中和反应釜5提供清水和碱液；复合碳源储罐14用于存储中和反应结束后产生的复合碳源。
40.本实施例中，本发明的装置在制备复合碳源时，预先通过带有加酸泵4的管道将酸液罐 3内的酸液泵入酸化反应釜1内，当酸化反应釜1内的ph达到设定值时停止进酸液，原料和酸液在酸化反应釜1内进行反应，反应停止后经过静置酸化反应釜1内的物料分为两层，粗生物柴油和脂肪酸等上层物质流入粗生物柴油回收罐15，下层物料通过带有出料泵2的管道进入中和反应釜5。将清水罐10内的清水和碱液罐12内的碱液通过管道通入中和反应釜5 内，当中和反应釜5内物料ph达到设定值时停止进碱液，物料在中和反应釜5内进行反应，反应停止后，中和反应釜5内的物料通过带有物料泵6的管道排入复合碳源储罐14。可以理解地是，本发明的装置制作和维护简单，制备的复合碳源收率高，其制备的复合碳源cod当量高、难降解的有机物和无机物含量极低、与水互溶、容易被微生物分解利用、贮存和运输安全。
41.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，还包括储渣罐7，储渣罐7用于承接中和反应结束后产生的沉渣。具体地，中和反应釜5内的物料产生的皂化物、无机盐和色素等沉渣在停止反应静置30分钟后，通过中和反应釜5底部的阀门排到储渣罐7。进一步地，储渣罐7内的渣液通过带有出渣泵8和离心泵的管道进行固液分离，清液回到清水罐10内进行回收利用，分离出的固体物质收集后统一处理。
42.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，酸化反应釜1的上盖设有搅拌电机，搅拌电机的输出端通过搅拌轴连接有若干桨叶，若干桨叶与搅拌轴垂直。
43.具体地，搅拌电机通过搅拌轴与酸化反应釜1内部的两个桨叶连接，桨叶为锚式结构，与搅拌轴垂直连接。当本发明的装置运行时，搅拌电机驱动酸化反应釜1内的搅拌轴以设定的搅拌转数带动桨叶旋转，使得酸化反应釜1的原料和酸液反应充分。
44.上述实施例中，进一步地，酸化反应釜1的上盖还设有检修口、带阀门的排气管、压力表和电机支架，电机支架安装在酸化反应釜1的顶端，电机支架上安装有搅拌电机，酸化反应釜1的上部通过带有阀门的出液管连接至粗生物柴油回收罐15。
45.具体地，酸化反应釜1的上盖通过螺栓与反应釜侧壁连接，上盖设置有检修口，在反应釜出问题的情况下，可以只用打开检修口即可检查维修。反应釜的上盖还设置有压力
表，其用于检测反应釜内的压力值。反应釜的侧壁连接有导热油管，其用于提高加热能力与均匀度，提高釜内物料反应速度。
46.上述实施例中，进一步地，酸化反应釜1的外壁设有反应釜夹套，反应釜夹套的进口和出口均通过管道连接至外部加热管；酸化反应釜1的外壁中部设有液位计、取样管、温度探头和保温层，液位计用于监测酸化反应釜1内物料的增减量；取样管用于取样以监测酸化反应釜1内物料的酸值；温度探头用于监测酸化反应釜1内物料的温度；保温层用于维持酸化反应釜1内物料的温度；酸化反应釜1的下部设有出料管和排空管，出料管通过带有出料泵 2的管道连接至中和反应釜5。
47.具体地，酸化反应釜1的外壁设有反应釜夹套，当本发明的装置运行时，开启酸化反应釜1夹套进口和出口的阀门，通入热源进行加热升温，可以起到保温的作用。此外，酸化反应釜1的外壁中部设有液位计、取样管、温度探头和保温层，其中，液位计可方便观察酸化反应釜1内物料的增减量。通过设置取样管可方便取样，定期监测分析酸化反应釜1内原料的酸值大小。设置保温层可使酸化反应釜1内物料保持一定的温度，减少热量的损失。
48.作为一种可选的实施方式，在某些实施例中，中和反应釜5的上盖设有搅拌电机，搅拌电机的输出端通过搅拌轴连接有若干桨叶，若干桨叶与搅拌轴垂直。
49.具体地，搅拌电机通过搅拌轴和中和反应釜5内部的两个桨叶连接，桨叶为锚式结构，与搅拌轴垂直连接。当本发明的装置运行时，搅拌电机驱动中和反应釜5内的搅拌轴以设定的搅拌转数带动桨叶旋转，使得中和反应釜5内的物料反应充分。
50.上述实施例中，进一步地，中和反应釜5的上盖还设有检修口、带阀门的排气管、压力表和电机支架，电机支架安装在中和反应釜5的顶端，电机支架上安装有搅拌电机，中和反应釜5外壁的上部设有进碱液管道和清水管道，进碱液管道通过带有流量计、阀门和加碱泵 13的管道连接至碱液罐12；清水管道通过带有流量计、阀门和清水泵11的管道连接至清水罐10。
51.具体地，中和反应釜5的上盖通过螺栓与反应釜侧壁连接，上盖还设置有检修口，在中和反应釜5出问题的情况下，可以只用打开检修口即可检查维修。中和反应釜5的上盖还设置有压力表，用于检测中和反应釜5内的压力值。中和反应釜5的侧壁连接有导热油管，用于提高加热能力与均匀度，提高釜内物料反应速度。
52.上述实施例中，进一步地，中和反应釜5的外壁设有反应釜夹套，反应釜夹套的进口和出口均通过管道连接至外部加热管；中和反应釜5的中部设有取样管、温度探头和保温层，取样管用于取样以监测中和反应釜5内物料的酸值；温度探头用于监测中和反应釜5内物料的温度；保温层用于维持中和反应釜5内物料的温度；中和反应釜5的底部设有出料管和排渣管，出料管通过带有物料泵6的管道连接至复合碳源储罐14。
53.具体地，中和反应釜5的外壁设有反应釜夹套，当本发明的装置运行时，开启中和反应釜5夹套进口和出口的阀门，通入热源进行加热升温，可以起到保温的作用。此外，中和反应釜5的中部设有取样管、温度探头和保温层，其中，通过设置取样管可方便取样，定期监测分析中和反应釜5内物料的情况，设置温度探头可以监测中和反应釜5内的温度。保温层内装有加热蒸汽，可以使中和反应釜5内物料保持一定的温度，减少热量的损失。此外，中和反应釜5还设有液位计和ph计探头，液位计可方便观察中和反应釜5内物料的增减量；ph 计探头用于监测分析反应釜内物料的酸值大小。
54.本发明还公开了一种利用生物柴油副产物制备复合碳源的工艺方法，其包括以下步骤：
55.生物柴油副产物原料通过管道进入到酸化反应釜1的内部；开启酸化反应釜1夹套进口和出口的阀门，通入热源进行加热升温；同时开启放置于电机支架上的搅拌电机，酸液罐3 的酸液通过带有阀门、流量计和加酸泵4的管道进入酸化反应釜1的内部，当酸化反应釜1 内物料ph达到设定值时停止进酸液；酸化反应釜1内的搅拌轴以设定的搅拌转数带动桨叶旋转，原料和酸液在酸化反应釜1内进行反应。
56.反应停止并静置30分钟后，酸化反应釜1内的物料分为两层，开启酸化反应釜1外壁上部的阀门，粗生物柴油和脂肪酸等上层物质自流入粗生物柴油回收罐15，下层物料通过带有出料泵2的管道进入中和反应釜5。
57.开启中和反应釜5夹套进口和出口的阀门，通入热源进行加热升温；同时开启放置于中和反应釜5上盖电机支架上的搅拌电机，清水罐10的清水通过带有阀门、流量计和清水泵11 的清水管进入中和反应釜5内部，碱液罐12的碱液通过带有阀门、流量计和加碱泵13的加碱管进入中和反应釜5内部，当中和反应釜5内物料ph到设定值时停止进碱液；中和反应釜 5内搅拌轴以设定的搅拌转数带动桨叶旋转，物料在中和反应釜5内进行反应。
58.反应停止并静置30分钟后，产生的皂化物、无机盐和色素等沉渣由中和反应釜5底部的阀门排到储渣罐7中，中和反应釜5内的物料通过带有物料泵6的管道排入复合碳源储罐14。
59.储渣罐7的渣液通过带有出渣泵8、离心泵的管道进行固液分离，清液回到清水罐10进行回收利用，分离出的固体物质收集后统一处理。
60.下面以1吨生物柴油副产物制备复合碳源过程为例，详细阐明本工艺方法。
61.先开启酸化反应釜1和中和反应釜5夹套进口和出口的阀门，通入热源进行加热升温，原料通过带有阀门的进料管进入酸化反应釜1，酸液罐3的盐酸溶液(浓度为2mol/l)通过带有阀门、流量计、加酸泵4的管道泵入到酸化反应釜1内部，当酸化反应釜1内物料ph为3.5 时关闭加酸泵4；同时保持酸化反应釜1内物料温度为60℃；维持酸化反应釜1顶部搅拌机转数为200rpm/min，搅拌30分钟后停止，静置30分钟后，打开酸化反应釜1上部的出液管阀门，粗生物柴油和脂肪酸等上层液体自流入粗生物柴油回收罐15；酸化反应釜1下层物料通过带有阀门和进料泵的管道中和反应釜5，保持中和反应釜5顶部搅拌机转数为200rpm/min，通过带有阀门、流量计和清水泵11的管道泵入100kg清水罐10的清水到中和反应釜5内部，碱液罐12的氢氧化钠溶液(浓度为2mol/l)通过带有阀门、流量计和加碱泵13的管道泵入到中和反应釜5内部，釜内反应物ph为7.0时关闭加碱泵13；同时维持釜内物料温度为60℃。保持中和反应釜5顶部搅拌机转数为200rpm/min，30分钟后停止搅拌，静置45分钟后，反应釜内物料分为两层，下层的皂化物、无机盐和色素等沉渣通过反应釜底部带有阀门的管道排到储渣罐7，上层物料通过带有阀门和物料泵6的管道泵入复合碳源储罐14；储渣罐7的沉渣通过带有出渣泵8和离心机9的管道进行固液分离，清液回到清水罐10，分离出的固体物质收集统一处理。
62.本工艺方法制备的复合碳源cod当量高、难降解的有机物和无机物含量极低、与水互溶、容易被微生物分解利用、贮存和运输安全。
63.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示
例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
64.上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。