一種有機廢物與污泥混合發酵生產高純度l-乳酸的方法
【專利摘要】本發明屬于環境保護【技術領域】，涉及到一種有機廢物與污泥混合發酵生產高純度L-乳酸的方法。該方法包括以下步驟：（1）將含碳水化合物的有機廢物、城市生活污水廠濃縮污泥在厭氧發酵罐中混合，加水，在指定溫度投加堿厭氧發酵，每隔一段發酵時間投加堿調節發酵系統至指定堿性至弱酸性；（2）上述步驟（1）的厭氧發酵結束后，固液分離，得到上層清液。該方法顯著提高了有機廢物及污泥混合發酵產生的L-乳酸的含量，并增加了L-乳酸純度。
【專利說明】一種有機廢物與污泥混合發酵生產高純度L-乳酸的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環境保護【技術領域】，涉及到一種有機廢物與污泥混合發酵生產高純度L-乳酸的方法。
【背景技術】
[0002]乳酸廣泛應用于醫療、食品、化工等行業。通過乳酸菌，可以從含碳水化合物及蛋白質等基質中厭氧發酵生產大量乳酸。目前，有機廢物(如廚余垃圾、食品垃圾等)資源化生產乳酸的方法(見如中國專利 201110425458.8 ；200710117684.3 ；200610010049.0) 一般需要以下幾個步驟:將廚余垃圾預處理、酶水解(糖化)、接種乳酸菌、中溫發酵及固液分離。這些方法都涉及了投加菌種、酶制劑、中溫發酵等復雜操作。
[0003]乳酸含有兩種不同的手性分子，L-乳酸及D-乳酸。其中，L-乳酸是聚乳酸的前體物，聚乳酸是生物降解易的塑料的生產材料。所以，從有機廢物中生產高純度的L-乳酸更具有實際意義。有研究(文獻[l]Water Research2007，41，(8)，1774-1780 ;文獻[2]Environmental Science and Technologyl999, 33, (I), 198-200)分別報道了從廚余垃圾或污泥中發酵生產L-乳酸的方法；具體地；文獻[2] (Environ Sc1.Technol.1999,33，(I)，198-200)中:產率為0.12g L-乳酸/g干污泥(L-乳酸純度未給出)；文獻[I] (Water Res.2007,41, (8)，1774-1780)中:產率 0.42g L-乳酸/g TCOD (報道數據為0.74g L-乳酸/g多糖，廚余含TCOD為206g/L), L-乳酸光學純度為0.967 ;文獻[3] (Water Res2007, 41，(12)，2636-2642)中:產率 0.277g L-乳酸/g TCOD (報道數據為0.50g L-乳酸/g多糖，廚余含TCOD為220g/L), L-乳酸光學純度為0.99。文獻[4](Bioresource Technol2008, 99, (4)，855-862)中:產率 0.23L-乳酸/g VS，L-乳酸光學純度為0.8。文獻[3]和文獻[4]是從廚余垃圾中產L-乳酸的方法。上述方法都涉及了投加L-乳酸菌、復雜的糖化及酶預處理及中溫高溫發酵條件等，并且L-乳酸菌的純度無法達到100%, L-乳酸產率較低(Bioresource Technol2008, 99，(4)，855-862)。
[0004]目前，還沒有從污泥及廚余垃圾混合發酵生產高純度L-乳酸的發酵方法的報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于為克服現有技術的缺陷而提供一種利用污泥及有機廢物混合生產高純度L-乳酸的發酵方法。
[0006]為了實現以上目的，提出以下解決方案:
[0007]一種有機廢物與污泥混合發酵生產高純度L-乳酸的方法，包括以下步驟:
[0008]( I)污泥與有機廢物混合堿性發酵
[0009]將含碳水化合物的有機廢物、濃縮污泥在厭氧發酵罐中混合，加水，在指定溫度投加堿進行厭氧發酵，每隔一段發酵時間投加堿調節發酵系統至堿性、中性或弱酸性；
[0010](2)上述步驟(1)的厭氧發酵結束后，固液分離，得到上層清液。
[0011]所述的步驟(1)中加入的水為自來水。[0012]所述的步驟(1)中，濃縮污泥為城市生活污水廠的濃縮污泥，其含水率為95%-99%，總懸浮固體濃度(TSS)為 10-50g/L(VSS/TSS=0.51-0.77)，優選 TSS 為 18g/L (其中VSS是有機物質，TSS是總懸浮物質，VSS/TSS是表征混合物的有機含量)，污泥C/N為
7.0-9.0，優選C/N為8.3的污泥。
[0013]所述的步驟(1)中，含碳水化合物的有機廢物包括廚余垃圾、食品下腳料等；廚余垃圾為剔除無機廢物(如:塑料、紙片、碎片、筷子、碎骨)后，經粉碎過10-40目篩、優選20目篩的垃圾。含碳水化合物的有機廢物的C/N為18-30，優選25
[0014]所述的步驟(1)中，含碳水化合物的有機廢物加水稀釋，使其含水率為50-90%，優選含水率為80%。
[0015]所述的步驟(1)中，含碳水化合物的有機廢物與濃縮污泥混合揮發性干重比范圍為 0.7-17.5，優選為 9.5。
[0016]所述的步驟(1)中，含碳水化合物的有機廢物、濃縮污泥加水稀釋后的總化學需氧量(TCOD)為 20-60g C0D/L，優選 TCOD 為 25g COD/L。
[0017]所述的步驟(1)中，厭氧發酵溫度為10-65°C，攪拌速度為40-200rpm，發酵系統pH調節至5-11 ;優選地，發酵溫度為20°C，攪拌速度120rpm。
[0018]所述的步驟(1)中 ，pH調節藥劑為無機堿，優選Na0H、K0H、NH3 -H2O或石灰Ca (OH)2,更優選石灰Ca(OH)2價格便宜，可提高脫水性能；優選pH為11。
[0019]所述的步驟(1)的厭氧發酵時間為3-7d，優選6d。
[0020]所述的步驟(2)中，固液分離方法選自:重力濃縮-絮凝沉淀、離心、過濾或壓濾；優選重力濃縮-絮凝沉淀的方法最簡單。
[0021]所述的重力濃縮-絮凝沉淀是在步驟(1)的厭氧發酵混合物重力沉淀一段時間后，獲取上層渾濁液體，加入堿，攪拌，得絮狀物；再加入PAM，攪拌，靜置，分離得到上層清液。
[0022]所述的重力濃縮-絮凝沉淀，重力沉淀時間為10-60min，優選20min ;所述的堿為一價堿，優選NaOH或氨水等，投加量為0.05-0.45%，(即:0.5~4.5g堿/L上層渾濁液體)；優選投加量1.6g堿/L上層渾濁液體。
[0023]所述的重力濃縮-絮凝沉淀，先以150_300rpm的轉速，最攪拌30-120S混勻；再以40-100rpm的轉速，攪拌2_5min，形成肉眼可見的小絮體；然后投加濃度為0.1%的PAM溶液，其投加量為0.0001-0.001% ；(0.001-0.01g PAM/1L的渾濁液體)，以150_300rpm的轉速攪拌10-40s，再以40-100rpm的轉速攪拌3_6min，靜止20_40min。
[0024]所述的離心方法是將步驟(1)的厭氧發酵混合物注入機械儀器(如:離心機)，通過較大的離心力實現固液分離。所述的離心方法是以X500-5000g的離心力，離心l-15min，優選離心力X 1500g,優選離心時間為lOmin。
[0025]所述的過濾或壓濾的方法是將步驟(1)的厭氧發酵混合物注入一定孔徑的濾袋，通過重力(過濾)或外加壓力(壓濾)實現固液分離。所述的過濾或壓濾的方法是利用孔徑為10-100 μ m的濾布,其中過濾采用50-100μηι的濾布，過濾溫度為5-70°C,重力過濾30-120min,優選70 μ m濾布，過濾溫度為室溫,重力過濾60min ;壓濾米用10-50 μ m的濾布，壓濾溫度為5-70°C，壓濾壓力為0.5-4.5M Pa，優選30 μ m的濾布，室溫下壓濾，壓力為
0.8M Pa。[0026]其中，L-乳酸光學純度(optical purity)其光學純度是用來表征L-乳酸的光學對映體過量值，公式2.1如下[132]:
[0027]
【權利要求】
1.一種有機廢物與污泥混合發酵生產高純度L-乳酸的方法，其特征在于:包括以下步驟: (O污泥與有機廢物混合堿性發酵 將含碳水化合物的有機廢物、濃縮污泥在厭氧發酵罐中混合，加水，在指定溫度投加堿進行厭氧發酵，每隔一段發酵時間投加堿調節發酵系統至PH為堿性、中性或弱酸性； (2)上述步驟(1)的厭氧發酵結束后，固液分離，得到上層清液。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(1)中，濃縮污泥的含水率為95%-99%，總懸浮固體濃度為10-50g/L，污泥C/N為7.0-9.0 ;優選總懸浮固體濃度為18g/L, C/N 為 8.3。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(1)中，含碳水化合物的有機廢物包括廚余垃圾或食品下腳料；經粉碎過10-40目篩；含碳水化合物的有機廢物的C/N為18-30，優選25 ； 所述的步驟(1)中，含碳水化合物的有機廢物與濃縮污泥混合前，加水稀釋，使其含水率為50-90%，優選含水 率為80%。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(1)中，含碳水化合物的有機廢物與濃縮污泥混合揮發性干重比范圍為0.7-17.5，優選為9.5 ； 所述的步驟(1)中，含碳水化合物的有機廢物、濃縮污泥混合加水稀釋后的總化學需氧量為 20-60g COD/L，優選為 25g COD/L。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(1)中，厭氧發酵溫度為10-651:，攪拌速度為40-200印111，發酵系統？!1調節至5-11 ;優選地，發酵溫度為20°C，攪拌速度 120rpm ； 所述的步驟(1)中，每隔l_12h投加堿調節發酵系統至pH為5-11 ;優選發酵時間為5h，pH值為11 ;所述的步驟(1)中？11調節劑為無機堿，優選似0!1、1(0!1、順3*!120或石灰0&(0!1)2 ； 所述的步驟(1)的厭氧發酵時間為3-7d，優選6d。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，固液分離方法選自:重力濃縮-絮凝沉淀、離心、壓濾或過濾。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于:所述的重力濃縮-絮凝沉淀是在步驟(1)的厭氧發酵混合物重力沉淀一段時間后，獲取上層渾濁液體，加入堿，攪拌，得絮狀物；再加入PAM,攪拌，靜置，分離得到上層清液。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:所述的重力濃縮-絮凝沉淀，重力沉淀時間為10-60min，優選20min ;所述的堿為一價堿，優選NaOH或氨水，投加量為0.05-0.45%。
9.根據權利要求7所述的方法，其特征在于:所述的重力濃縮-絮凝沉淀，先以150-300rpm的轉速，最攪拌30_120s混勻；再以40_100rpm的轉速，攪拌2_5min，形成肉眼可見的小絮體；然后投加濃度為0.1%的PAM溶液，其投加量為0.0001-0.001% ;以150-300rpm的轉速攪拌10_40s，再以40_100rpm的轉速攪拌3_6min，靜止20_40min。
10.根據權利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(2)中，上層清液中L-乳酸為 3.1-21.6g C0D/L，產率為 0.12-0.60g COD/g TCOD, L-乳酸光學純度為 37-100%。
【文檔編號】C12P7/56GK103923952SQ201410109858
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月21日 優先權日:2014年3月21日
【發明者】陳銀廣, 李響, 鄭雄, 蘇應龍, 趙姝, 劉鵬 申請人:同濟大學