一种有机废物与污泥混合发酵生产高纯度l-乳酸的方法
【专利摘要】本发明属于环境保护【技术领域】，涉及到一种有机废物与污泥混合发酵生产高纯度L-乳酸的方法。该方法包括以下步骤：（1）将含碳水化合物的有机废物、城市生活污水厂浓缩污泥在厌氧发酵罐中混合，加水，在指定温度投加碱厌氧发酵，每隔一段发酵时间投加碱调节发酵系统至指定碱性至弱酸性；（2）上述步骤（1）的厌氧发酵结束后，固液分离，得到上层清液。该方法显著提高了有机废物及污泥混合发酵产生的L-乳酸的含量，并增加了L-乳酸纯度。
【专利说明】一种有机废物与污泥混合发酵生产高纯度L-乳酸的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境保护【技术领域】，涉及到一种有机废物与污泥混合发酵生产高纯度L-乳酸的方法。
【背景技术】
[0002]乳酸广泛应用于医疗、食品、化工等行业。通过乳酸菌，可以从含碳水化合物及蛋白质等基质中厌氧发酵生产大量乳酸。目前，有机废物(如厨余垃圾、食品垃圾等)资源化生产乳酸的方法(见如中国专利 201110425458.8 ；200710117684.3 ；200610010049.0) 一般需要以下几个步骤:将厨余垃圾预处理、酶水解(糖化)、接种乳酸菌、中温发酵及固液分离。这些方法都涉及了投加菌种、酶制剂、中温发酵等复杂操作。
[0003]乳酸含有两种不同的手性分子，L-乳酸及D-乳酸。其中，L-乳酸是聚乳酸的前体物，聚乳酸是生物降解易的塑料的生产材料。所以，从有机废物中生产高纯度的L-乳酸更具有实际意义。有研究(文献[l]Water Research2007，41，(8)，1774-1780 ;文献[2]Environmental Science and Technologyl999, 33, (I), 198-200)分别报道了从厨余垃圾或污泥中发酵生产L-乳酸的方法；具体地；文献[2] (Environ Sc1.Technol.1999,33，(I)，198-200)中:产率为0.12g L-乳酸/g干污泥(L-乳酸纯度未给出)；文献[I] (Water Res.2007,41, (8)，1774-1780)中:产率 0.42g L-乳酸/g TCOD (报道数据为0.74g L-乳酸/g多糖，厨余含TCOD为206g/L), L-乳酸光学纯度为0.967 ;文献[3] (Water Res2007, 41，(12)，2636-2642)中:产率 0.277g L-乳酸/g TCOD (报道数据为0.50g L-乳酸/g多糖，厨余含TCOD为220g/L), L-乳酸光学纯度为0.99。文献[4](Bioresource Technol2008, 99, (4)，855-862)中:产率 0.23L-乳酸/g VS，L-乳酸光学纯度为0.8。文献[3]和文献[4]是从厨余垃圾中产L-乳酸的方法。上述方法都涉及了投加L-乳酸菌、复杂的糖化及酶预处理及中温高温发酵条件等，并且L-乳酸菌的纯度无法达到100%, L-乳酸产率较低(Bioresource Technol2008, 99，(4)，855-862)。
[0004]目前，还没有从污泥及厨余垃圾混合发酵生产高纯度L-乳酸的发酵方法的报道。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷而提供一种利用污泥及有机废物混合生产高纯度L-乳酸的发酵方法。
[0006]为了实现以上目的，提出以下解决方案:
[0007]一种有机废物与污泥混合发酵生产高纯度L-乳酸的方法，包括以下步骤:
[0008]( I)污泥与有机废物混合碱性发酵
[0009]将含碳水化合物的有机废物、浓缩污泥在厌氧发酵罐中混合，加水，在指定温度投加碱进行厌氧发酵，每隔一段发酵时间投加碱调节发酵系统至碱性、中性或弱酸性；
[0010](2)上述步骤(1)的厌氧发酵结束后，固液分离，得到上层清液。
[0011]所述的步骤(1)中加入的水为自来水。[0012]所述的步骤(1)中，浓缩污泥为城市生活污水厂的浓缩污泥，其含水率为95%-99%，总悬浮固体浓度(TSS)为 10-50g/L(VSS/TSS=0.51-0.77)，优选 TSS 为 18g/L (其中VSS是有机物质，TSS是总悬浮物质，VSS/TSS是表征混合物的有机含量)，污泥C/N为
7.0-9.0，优选C/N为8.3的污泥。
[0013]所述的步骤(1)中，含碳水化合物的有机废物包括厨余垃圾、食品下脚料等；厨余垃圾为剔除无机废物(如:塑料、纸片、碎片、筷子、碎骨)后，经粉碎过10-40目筛、优选20目筛的垃圾。含碳水化合物的有机废物的C/N为18-30，优选25
[0014]所述的步骤(1)中，含碳水化合物的有机废物加水稀释，使其含水率为50-90%，优选含水率为80%。
[0015]所述的步骤(1)中，含碳水化合物的有机废物与浓缩污泥混合挥发性干重比范围为 0.7-17.5，优选为 9.5。
[0016]所述的步骤(1)中，含碳水化合物的有机废物、浓缩污泥加水稀释后的总化学需氧量(TCOD)为 20-60g C0D/L，优选 TCOD 为 25g COD/L。
[0017]所述的步骤(1)中，厌氧发酵温度为10-65°C，搅拌速度为40-200rpm，发酵系统pH调节至5-11 ;优选地，发酵温度为20°C，搅拌速度120rpm。
[0018]所述的步骤(1)中 ，pH调节药剂为无机碱，优选Na0H、K0H、NH3 -H2O或石灰Ca (OH)2,更优选石灰Ca(OH)2价格便宜，可提高脱水性能；优选pH为11。
[0019]所述的步骤(1)的厌氧发酵时间为3-7d，优选6d。
[0020]所述的步骤(2)中，固液分离方法选自:重力浓缩-絮凝沉淀、离心、过滤或压滤；优选重力浓缩-絮凝沉淀的方法最简单。
[0021]所述的重力浓缩-絮凝沉淀是在步骤(1)的厌氧发酵混合物重力沉淀一段时间后，获取上层浑浊液体，加入碱，搅拌，得絮状物；再加入PAM，搅拌，静置，分离得到上层清液。
[0022]所述的重力浓缩-絮凝沉淀，重力沉淀时间为10-60min，优选20min ;所述的碱为一价碱，优选NaOH或氨水等，投加量为0.05-0.45%，(即:0.5~4.5g碱/L上层浑浊液体)；优选投加量1.6g碱/L上层浑浊液体。
[0023]所述的重力浓缩-絮凝沉淀，先以150_300rpm的转速，最搅拌30-120S混匀；再以40-100rpm的转速，搅拌2_5min，形成肉眼可见的小絮体；然后投加浓度为0.1%的PAM溶液，其投加量为0.0001-0.001% ；(0.001-0.01g PAM/1L的浑浊液体)，以150_300rpm的转速搅拌10-40s，再以40-100rpm的转速搅拌3_6min，静止20_40min。
[0024]所述的离心方法是将步骤(1)的厌氧发酵混合物注入机械仪器(如:离心机)，通过较大的离心力实现固液分离。所述的离心方法是以X500-5000g的离心力，离心l-15min，优选离心力X 1500g,优选离心时间为lOmin。
[0025]所述的过滤或压滤的方法是将步骤(1)的厌氧发酵混合物注入一定孔径的滤袋，通过重力(过滤)或外加压力(压滤)实现固液分离。所述的过滤或压滤的方法是利用孔径为10-100 μ m的滤布,其中过滤采用50-100μηι的滤布，过滤温度为5-70°C,重力过滤30-120min,优选70 μ m滤布，过滤温度为室温,重力过滤60min ;压滤米用10-50 μ m的滤布，压滤温度为5-70°C，压滤压力为0.5-4.5M Pa，优选30 μ m的滤布，室温下压滤，压力为
0.8M Pa。[0026]其中，L-乳酸光学纯度(optical purity)其光学纯度是用来表征L-乳酸的光学对映体过量值，公式2.1如下[132]:
[0027]
【权利要求】
1.一种有机废物与污泥混合发酵生产高纯度L-乳酸的方法，其特征在于:包括以下步骤: (O污泥与有机废物混合碱性发酵 将含碳水化合物的有机废物、浓缩污泥在厌氧发酵罐中混合，加水，在指定温度投加碱进行厌氧发酵，每隔一段发酵时间投加碱调节发酵系统至PH为碱性、中性或弱酸性； (2)上述步骤(1)的厌氧发酵结束后，固液分离，得到上层清液。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步骤(1)中，浓缩污泥的含水率为95%-99%，总悬浮固体浓度为10-50g/L，污泥C/N为7.0-9.0 ;优选总悬浮固体浓度为18g/L, C/N 为 8.3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步骤(1)中，含碳水化合物的有机废物包括厨余垃圾或食品下脚料；经粉碎过10-40目筛；含碳水化合物的有机废物的C/N为18-30，优选25 ； 所述的步骤(1)中，含碳水化合物的有机废物与浓缩污泥混合前，加水稀释，使其含水率为50-90%，优选含水 率为80%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步骤(1)中，含碳水化合物的有机废物与浓缩污泥混合挥发性干重比范围为0.7-17.5，优选为9.5 ； 所述的步骤(1)中，含碳水化合物的有机废物、浓缩污泥混合加水稀释后的总化学需氧量为 20-60g COD/L，优选为 25g COD/L。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步骤(1)中，厌氧发酵温度为10-651:，搅拌速度为40-200印111，发酵系统？!1调节至5-11 ;优选地，发酵温度为20°C，搅拌速度 120rpm ； 所述的步骤(1)中，每隔l_12h投加碱调节发酵系统至pH为5-11 ;优选发酵时间为5h，pH值为11 ;所述的步骤(1)中？11调节剂为无机碱，优选似0!1、1(0!1、順3*!120或石灰0&(0!1)2 ； 所述的步骤(1)的厌氧发酵时间为3-7d，优选6d。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步骤(2)中，固液分离方法选自:重力浓缩-絮凝沉淀、离心、压滤或过滤。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于:所述的重力浓缩-絮凝沉淀是在步骤(1)的厌氧发酵混合物重力沉淀一段时间后，获取上层浑浊液体，加入碱，搅拌，得絮状物；再加入PAM,搅拌，静置，分离得到上层清液。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述的重力浓缩-絮凝沉淀，重力沉淀时间为10-60min，优选20min ;所述的碱为一价碱，优选NaOH或氨水，投加量为0.05-0.45%。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于:所述的重力浓缩-絮凝沉淀，先以150-300rpm的转速，最搅拌30_120s混匀；再以40_100rpm的转速，搅拌2_5min，形成肉眼可见的小絮体；然后投加浓度为0.1%的PAM溶液，其投加量为0.0001-0.001% ;以150-300rpm的转速搅拌10_40s，再以40_100rpm的转速搅拌3_6min，静止20_40min。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步骤(2)中，上层清液中L-乳酸为 3.1-21.6g C0D/L，产率为 0.12-0.60g COD/g TCOD, L-乳酸光学纯度为 37-100%。
【文档编号】C12P7/56GK103923952SQ201410109858
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年3月21日 优先权日:2014年3月21日
【发明者】陈银广, 李响, 郑雄, 苏应龙, 赵姝, 刘鹏 申请人:同济大学