[发明专利]一种从厨余垃圾乳酸发酵液中分离乳酸的方法

说明书

本发明涉及一种从厨余垃圾乳酸发酵液中分离乳酸的方法，包括以下步骤：(1)将厨余垃圾乳酸发酵液过微滤膜，得到微滤截留液和微滤透过液，微滤透过液继续过超滤膜，得到超滤透过液和超滤截留液；(2)超滤透过液进入电再生离子交换器处理得到高纯度乳酸，所述电再生离子交换器由膜堆以及膜堆两侧的极室组成，所述膜堆的膜单元由双极膜、阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜、双极膜依次设置，间隔构成碱室、阳离子交换树脂室、阴离子交换树脂室和酸室。本发明将膜分离法与离子交换吸附‑电化学再生一体化设备组合，用于提纯厨余垃圾发酵液中的乳酸，杂质去除率高，得到高纯度和高回收率的乳酸。整个过程实现闭路循环，缩短了反应时间、实现了资源利用，满足绿色环保的生产要求。

技术领域

本发明涉及有机固体废物资源化技术领域，特别是指一种从厨余垃圾乳酸发酵液中分离乳酸的方法。

背景技术

乳酸是人类日常生活中应用最普遍的有机酸之一，是重要的生物化工产品，广泛用于食品、饮料、日用化工、医药、石油化工、纺织、卷烟工业等领域；同时，乳酸的聚合物——聚乳酸是一种可生物降解塑料，因其良好生物相容性而成为现代医用材料的原料倍受青睐。因此，乳酸具有广阔的国内外市场需求。工业上乳酸的生产通常采用微生物发酵的方法。由于乳酸发酵液的成分非常复杂，除了目标产物乳酸外，还含有大量的菌体细胞、蛋白质、糖类、乙酸、无机盐等，使发酵液中提取乳酸的过程比较困难且成本高昂。

传统的发酵液中乳酸分离方法是“钙酸盐法”。该方法的缺点是乳酸钙的溶解度相对较高，这导致结晶步骤中的产物损失，乳酸回收率低，产生杂质含量较高的硫酸钙废渣，影响乳酸产品品质，且大量消耗酸碱，严重环境污染，工艺流程复杂，操作费时费力，并不适用大规模的工业应用。现有技术也报道了用膜分离法、离子交换吸附法、电渗析法分离发酵液中的乳酸，但由于发酵液成分复杂，难以保证乳酸纯度，且膜和树脂的再生需要消耗大量的酸、碱和水，能耗大。因此需研究乳酸纯度和回收率更高、杂质去除率更高、更高效环保的乳酸提纯方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从厨余垃圾乳酸发酵液中分离乳酸的方法，包括以下步骤：

(1)将厨余垃圾乳酸发酵液过微滤膜，得到微滤截留液和微滤透过液，微滤透过液继续过超滤膜，得到超滤透过液和超滤截留液；

(2)所述超滤透过液进入电再生离子交换器，所述电再生离子交换器由膜堆以及膜堆两侧的极室组成，所述膜堆的膜单元由双极膜、阳离子交换膜、双极膜、阴离子交换膜、双极膜依次设置，间隔构成碱室、阳树脂室、阴树脂室和酸室；

超滤透过液先进入阳树脂室，阳树脂室出水再通入碱室，碱室出水再次送入阳树脂室，在阳树脂室和碱室之间循环；当阳树脂室出水的pH值低于3.0时停止循环；

将阳树脂室出水通入阴树脂室，阴树脂室出水再通入酸室，酸室出水再次送入阴树脂室，在阴树脂室和酸室之间循环；当阴树脂室出水的乳酸浓度低于5g/L时停止循环；收集阴树脂室出水，回流到步骤(2)的超滤透过液中；

(3)开启电再生离子交换器电源，向阳树脂室通入纯水在阳树脂室内反复循环，向阴树脂室通入纯水在阴树脂室内反复循环，向碱室通入碱液在碱室内反复循环，向酸室通入乳酸溶液在酸室内反复循环，在工作电压30～40V的条件下电再生1～10h，关闭电源，收集酸室出水，真空浓缩，得到终产品。

本发明优选的技术方案中，所述乳酸发酵液中乳酸浓度为30～100g/L，优选为40～90g/L。

本发明优选的技术方案中，所述乳酸发酵液中乙酸浓度为1～10g/L，优选为2～8g/L。

本发明优选的技术方案中，所述乳酸发酵液中氯离子浓度为1～10g/L，优选为2～8g/L。

本发明优选的技术方案中，所述乳酸发酵液的pH为5.0～8.0，优选pH为6.0～7.0。