一種有機廢物與污泥混合發(fā)酵生產(chǎn)高純度l-乳酸的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于環(huán)境保護【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種有機廢物與污泥混合發(fā)酵生產(chǎn)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(fā)酵罐中混合，加水，在指定溫度投加堿厭氧發(fā)酵，每隔一段發(fā)酵時間投加堿調(diào)節(jié)發(fā)酵系統(tǒng)至指定堿性至弱酸性；（2）上述步驟（1）的厭氧發(fā)酵結(jié)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(fā)酵產(chǎn)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(fā)酵生產(chǎn)高純度L-乳酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境保護【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及到一種有機廢物與污泥混合發(fā)酵生產(chǎn)高純度L-乳酸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]乳酸廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、食品、化工等行業(yè)。通過乳酸菌，可以從含碳水化合物及蛋白質(zhì)等基質(zhì)中厭氧發(fā)酵生產(chǎn)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(chǎn)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(yù)處理、酶水解(糖化)、接種乳酸菌、中溫發(fā)酵及固液分離。這些方法都涉及了投加菌種、酶制劑、中溫發(fā)酵等復(fù)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(chǎn)材料。所以，從有機廢物中生產(chǎn)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(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸的方法；具體地；文獻[2] (Environ Sc1.Technol.1999,33，(I)，198-200)中:產(chǎn)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(chǎn)率 0.42g L-乳酸/g TCOD (報道數(shù)據(jù)為0.74g L-乳酸/g多糖，廚余含TCOD為206g/L), L-乳酸光學(xué)純度為0.967 ;文獻[3] (Water Res2007, 41，(12)，2636-2642)中:產(chǎn)率 0.277g L-乳酸/g TCOD (報道數(shù)據(jù)為0.50g L-乳酸/g多糖，廚余含TCOD為220g/L), L-乳酸光學(xué)純度為0.99。文獻[4](Bioresource Technol2008, 99, (4)，855-862)中:產(chǎn)率 0.23L-乳酸/g VS，L-乳酸光學(xué)純度為0.8。文獻[3]和文獻[4]是從廚余垃圾中產(chǎn)L-乳酸的方法。上述方法都涉及了投加L-乳酸菌、復(fù)雜的糖化及酶預(yù)處理及中溫高溫發(fā)酵條件等，并且L-乳酸菌的純度無法達到100%, L-乳酸產(chǎn)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(fā)酵生產(chǎn)高純度L-乳酸的發(fā)酵方法的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種利用污泥及有機廢物混合生產(chǎn)高純度L-乳酸的發(fā)酵方法。
[0006]為了實現(xiàn)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(fā)酵生產(chǎn)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(fā)酵
[0009]將含碳水化合物的有機廢物、濃縮污泥在厭氧發(fā)酵罐中混合，加水，在指定溫度投加堿進行厭氧發(fā)酵，每隔一段發(fā)酵時間投加堿調(diào)節(jié)發(fā)酵系統(tǒng)至堿性、中性或弱酸性；
[0010](2)上述步驟(1)的厭氧發(fā)酵結(jié)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(yōu)選 TSS 為 18g/L (其中VSS是有機物質(zhì)，TSS是總懸浮物質(zhì)，VSS/TSS是表征混合物的有機含量)，污泥C/N為
7.0-9.0，優(yōu)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(jīng)粉碎過10-40目篩、優(yōu)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(yōu)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(yōu)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(fā)性干重比范圍為 0.7-17.5，優(yōu)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(xué)需氧量(TCOD)為 20-60g C0D/L，優(yōu)選 TCOD 為 25g COD/L。
[0017]所述的步驟(1)中，厭氧發(fā)酵溫度為10-65°C，攪拌速度為40-200rpm，發(fā)酵系統(tǒng)pH調(diào)節(jié)至5-11 ;優(yōu)選地，發(fā)酵溫度為20°C，攪拌速度120rpm。
[0018]所述的步驟(1)中 ，pH調(diào)節(jié)藥劑為無機堿，優(yōu)選Na0H、K0H、NH3 -H2O或石灰Ca (OH)2,更優(yōu)選石灰Ca(OH)2價格便宜，可提高脫水性能；優(yōu)選pH為11。
[0019]所述的步驟(1)的厭氧發(fā)酵時間為3-7d，優(yōu)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(yōu)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(fā)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(yōu)選20min ;所述的堿為一價堿，優(yōu)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(yōu)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(zhuǎn)速，最攪拌30-120S混勻；再以40-100rpm的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速攪拌10-40s，再以40-100rpm的轉(zhuǎn)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(fā)酵混合物注入機械儀器(如:離心機)，通過較大的離心力實現(xiàn)固液分離。所述的離心方法是以X500-5000g的離心力，離心l-15min，優(yōu)選離心力X 1500g,優(yōu)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(fā)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(xiàn)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(yōu)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(yōu)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(xué)純度(optical purity)其光學(xué)純度是用來表征L-乳酸的光學(xué)對映體過量值，公式2.1如下[132]:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種有機廢物與污泥混合發(fā)酵生產(chǎn)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(fā)酵 將含碳水化合物的有機廢物、濃縮污泥在厭氧發(fā)酵罐中混合，加水，在指定溫度投加堿進行厭氧發(fā)酵，每隔一段發(fā)酵時間投加堿調(diào)節(jié)發(fā)酵系統(tǒng)至PH為堿性、中性或弱酸性； (2)上述步驟(1)的厭氧發(fā)酵結(jié)束后，固液分離，得到上層清液。
2.根據(jù)權(quán)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(yōu)選總懸浮固體濃度為18g/L, C/N 為 8.3。
3.根據(jù)權(quán)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(jīng)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(yōu)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(yōu)選含水 率為80%。
4.根據(jù)權(quán)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(fā)性干重比范圍為0.7-17.5，優(yōu)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(xué)需氧量為 20-60g COD/L，優(yōu)選為 25g COD/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述的步驟(1)中，厭氧發(fā)酵溫度為10-651:，攪拌速度為40-200印111，發(fā)酵系統(tǒng)？!1調(diào)節(jié)至5-11 ;優(yōu)選地，發(fā)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(diào)節(jié)發(fā)酵系統(tǒng)至pH為5-11 ;優(yōu)選發(fā)酵時間為5h，pH值為11 ;所述的步驟(1)中？11調(diào)節(jié)劑為無機堿，優(yōu)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(fā)酵時間為3-7d，優(yōu)選6d。
6.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(fā)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(jù)權(quán)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(yōu)選20min ;所述的堿為一價堿，優(yōu)選NaOH或氨水，投加量為0.05-0.45%。
9.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)速，最攪拌30_120s混勻；再以40_100rpm的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速攪拌10_40s，再以40_100rpm的轉(zhuǎn)速攪拌3_6min，靜止20_40min。
10.根據(jù)權(quán)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(chǎn)率為 0.12-0.60g COD/g TCOD, L-乳酸光學(xué)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(yōu)先權(quán)日:2014年3月21日
【發(fā)明者】陳銀廣, 李響, 鄭雄, 蘇應(yīng)龍, 趙姝, 劉鵬 申請人:同濟大學(xué)