申請日2013.10.04
公開(公告)日2018.04.03
IPC分類號C02F3/12; C02F3/00; A23K10/12; A23K10/38
摘要
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的廢水處理。一種用于生長微生物生物質(zhì)的方法，其包括提供廢水流，確定廢水流中微量營養(yǎng)物的濃度，所述微量營養(yǎng)物選自鋁、硼、鈷、鎂、錳和鋅，及其任意組合。所述方法還包括確定微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;調(diào)制廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流。所述方法還包括在微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流中生長微生物生物質(zhì)。
權利要求書
1.一種用于生長微生物生物質(zhì)的方法，其包括：
(a)提供廢水流;
(b)確定廢水流中微量營養(yǎng)物的濃度，所述微量營養(yǎng)物選自鋁、硼、鈷、鎂、錳和鋅，及其任意組合;
(c)確定微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;和
(e)在微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流中生長微生物生物質(zhì)。
2.權利要求1的方法，其進一步包括在步驟(b)中確定BOD和氮和磷的濃度，其中在步驟(d)中調(diào)制BOD和氮、磷的濃度以提供：(i)至少100mg/升BOD∶6-20mg/升氮的BOD∶氮比;和至少100mg/升BOD∶0.5-2mg/升磷的BOD∶磷比。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中在步驟(e)的生長微生物生物質(zhì)之后微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流呈現(xiàn)的在六十分鐘之后的沉降的淤泥體積(SSV60)與在步驟(d)的調(diào)制之前的廢水流的SSV60相比減少。
4.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中步驟(e)的生長進行約1個或多個平均細胞停留時間(MCRT)的時期，且其中在步驟(e)之后獲得的調(diào)制的廢水流呈現(xiàn)的六十分鐘之后的沉降的淤泥體積(SSV60)與在步驟(d)的調(diào)制之前的廢水流呈現(xiàn)的SSV60相比少至少10%。
5.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中步驟(e)的生長進行約3個或更多個平均細胞停留時間(MCRT)的時期，且其中在步驟(e)之后獲得的調(diào)制的廢水流呈現(xiàn)的六十分鐘之后的沉降的淤泥體積(SSV60)與在步驟(d)的調(diào)制之前的廢水流呈現(xiàn)的SSV60相比少至少10%。
6.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中步驟(e)的生長進行3個或更多個平均細胞停留時間(MCRT)的時期，且其中在步驟(e)之后獲得的調(diào)制的廢水流呈現(xiàn)的六十分鐘之后的沉降的淤泥體積(SSV60)與在步驟(d)的調(diào)制之前的廢水流呈現(xiàn)的SSV60相比少至少20%。
7.根據(jù)權利要求5的方法，其中調(diào)制的廢水呈現(xiàn)的SSV60與在步驟(d)的調(diào)制之前的廢水流呈現(xiàn)的SSV60相比少至少30%。
8.權利要求1的方法，其中步驟(d)的調(diào)制包括增加廢水流底物中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度。
9.權利要求1的方法，其中步驟(d)的調(diào)制包括減少廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度。
10.權利要求9的方法，其中所述減少濃度包括對至少一種微量營養(yǎng)物進行離子交換或沉淀。
11.權利要求9的方法，其中所述減少濃度包括在步驟(a)的提供過程中或之前，減少生成廢水流的生產(chǎn)工藝中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度。
12.權利要求1或2的方法，其中所述調(diào)制的廢水包含(i)至少50%w/w蛋白質(zhì);(ii)至少6.5%w/w粗脂肪;(iii)至少4%w/w的60%飽和脂肪酸;和(iv)至少0.004%w/w輔酶Q10。
13.根據(jù)權利要求1或2或8或9或10或11的方法，其進一步包括在廢水流中混合生長因子。
14.權利要求13的方法，其中所述生長因子選自下組：酵母提取物，糖蜜，釀酒廠麥芽汁壓出水，棕櫚油榨油廠流出物，和廢品。
15.權利要求13的方法，其中所述生長因子在步驟(d)的調(diào)制之后添加。
16.根據(jù)權利要求1或2或8或9或10或11的方法，其中步驟(a)的提供包括從食品加工廠獲得廢水流。
17.根據(jù)權利要求1或2或8或9或10或11的方法，其中步驟(a)的提供包括從下述一種或多種獲得廢水流：飲料生產(chǎn)廠、馬鈴薯加工廠、玉米加工廠、糖加工廠、檸檬酸鹽生產(chǎn)廠、酵母制造廠、肉加工廠、和乳類制品生產(chǎn)廠。
18.權利要求17的方法，其中所述飲料生產(chǎn)廠選自下組：啤酒釀酒廠、蒸餾酒廠、棕櫚油榨油廠和果汁生產(chǎn)廠。
19.根據(jù)權利要求1或2或8或9或10或11的方法，其中步驟(e)的生長包括在通氣反應器中生長微生物物質(zhì)。
20.權利要求19的方法，其中通氣反應器中的平均細胞停留時間(MCRT)是10日或更少。
21.權利要求19的方法，其中在所述步驟(e)的生長之前減少通氣反應器的體積。
22.一種用于生長微生物物質(zhì)的方法，其包括：
(a)提供廢水流;
(b)確定廢水流中多種微量營養(yǎng)物的濃度，所述微量營養(yǎng)物包括鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅，和確定廢水流中常量營養(yǎng)物氮和磷的濃度;
(c)確定廢水流中一種或多種微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制廢水流中一種或多種微量營養(yǎng)物的至少一種的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為60mg/日/lbBOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lb BOD/日;和
(e)調(diào)制廢水流中至少一種常量營養(yǎng)物的濃度以提供常量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，其具有(i)至少100mg/升BOD∶6-20mg/升氮的BOD∶氮比;和(ii)至少100mg/升BOD∶0.5-2mg/升磷的BOD∶磷比;和
(f)在微量營養(yǎng)物調(diào)制和常量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流中生長微生物生物質(zhì)。
23.權利要求22的方法，其中步驟(e)的調(diào)制包括以磷酸的形式添加磷。
24.權利要求23的方法，其中步驟(e)的調(diào)制包括以尿素、硝酸銨、無水氨和動物糞便的一種或多種的形式添加氮。
25.一種用于生長微生物群落以供產(chǎn)生廢棄的活性淤泥的方法，其包括下述步驟：
(a)提供水性廢物流;
(b)從水性廢物流中獲得包含多種微生物菌株的微生物群落樣品;
(c)在多種使用水性廢水流作為底物產(chǎn)生微生物物質(zhì)的生長方案下生長所述微生物群落的多種微生物菌株;
(d)在產(chǎn)生的微生物物質(zhì)中，確定一種或多種能夠在微生物物質(zhì)中產(chǎn)生廢棄的活性淤泥化合物的微生物菌株的比例代表，或由其產(chǎn)生的一種或多種細胞成分的比例代表;
(e)在多種生長方案中選擇一種生長方案，其中調(diào)制了微生物物質(zhì)中一種或多種微生物菌株的比例代表，或由其產(chǎn)生的一種或多種細胞成分的比例代表;和
(f)在選定用于產(chǎn)生廢棄的活性淤泥的生長方案下使用水性廢物流作為底物生長所述微生物群落。
26.權利要求25的方法，其中所述選定的生長方案包括使用水性廢物流作為底物和使用至少一種其它生長底物以產(chǎn)生微生物物質(zhì)。
27.權利要求26的方法，其中所述至少一種其它生長底物包括至少一種微量營養(yǎng)物。
28.權利要求27的方法，其中所述至少一種微量營養(yǎng)物選自下組：鋁，硼，鈷，鎂，錳和鋅。
29.權利要求25的方法，其中所述選定的生長方案調(diào)制一種或多種微生物菌株的比例代表。
30.權利要求29的方法，其中所述選定的生長方案包括使用水性廢物流作為底物和使用至少一種其它生長底物以產(chǎn)生微生物物質(zhì)。
31.權利要求30的方法，其中所述至少一種其它生長底物包括至少一種微量營養(yǎng)物。
32.權利要求31的方法，其中所述至少一種微量營養(yǎng)物選自下組：鋁，硼，鈷，鎂，錳和鋅。
33.權利要求25的方法，其中所述廢棄的活性淤泥化合物選自下組：氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪酸、礦物質(zhì)、纖維、維生素、磷脂、核酸和輔酶。
34.權利要求25的方法，其中所述一種或多種微生物菌株與所述多種微生物菌株相比具有優(yōu)選水平的氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪酸、礦物質(zhì)、纖維、維生素、磷脂、核酸和輔酶。
35.權利要求25或26的方法，其中選定的生長方案提供了與在步驟(b)中獲得的微生物群落相比在步驟(f)中獲得的廢棄的活性淤泥中濃度降低的絲狀微生物菌株。
36.權利要求25或26的方法，其中選定的生長方案提供了濃度增加的在步驟(f)中獲得的廢棄的活性淤泥中能夠產(chǎn)生一種或多種合意的廢棄的活性淤泥化合物的至少一種微生物菌株。
37.權利要求36的方法，其中所述一種或多種合意的廢棄的活性淤泥化合物選自下組：氨基酸、�；撬帷⒘字�、甘露聚糖、β-葡聚糖、輔酶Q10、細胞壁組分、細胞質(zhì)組分和核酸。
38.權利要求26的方法，其中所述步驟(c)的生長包括在多種條件下在水性廢物流中生長微生物群落，其中在多種條件的每種條件下鋁，硼，鈷，錳和鋅的濃度有差異以產(chǎn)生調(diào)制的水性廢物流，由此使得調(diào)制的水性廢物流具有(i)鋁的生物需氧量(BOD)歸一化劑量為60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lbBOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lbBOD/日至275mg/日/lb BOD/日。
39.一種生長微生物物質(zhì)以供產(chǎn)生廢棄的活性淤泥的方法，其包括：
(a)提供第一廢水流;
(b)確定第一廢水流中每種微量營養(yǎng)物鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅的濃度;
(c)確定每種微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制第一廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的第一廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的第一廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為60mg/日/lbBOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lb BOD/日;
(e)使用微量營養(yǎng)物調(diào)制的第一廢水流生長微生物生物質(zhì);和
(f)用在步驟(e)的生長之后獲得的微量營養(yǎng)物調(diào)制的第一廢水流稀釋第二廢水流以獲得稀釋的廢水流。
40.權利要求39的方法，其中步驟(f)的稀釋包括以1∶1至1∶4的稀釋比用微量營養(yǎng)物調(diào)制的第一廢水流稀釋第二廢水流。
41.權利要求39或40的方法，其中所述第二廢水流從棕櫚油加工廠獲得。
42.一種限制用于產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的廢水流中的絲狀微生物的生長的方法，其包括：
(a)提供廢水流;
(b)確定廢水流中多種微量營養(yǎng)物的每一種的濃度，所述微量營養(yǎng)物包括鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅;
(c)確定所述微量營養(yǎng)物中每一種的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以獲得微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;和
(e)使用微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流生長微生物生物質(zhì)。
43.一種用于生長微生物物質(zhì)的方法，其包括：
(a)提供廢水流;
(b)確定廢水流中多種微量營養(yǎng)物的濃度，所述微量營養(yǎng)物包括鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅，和確定廢水流中常量營養(yǎng)物氮和磷的濃度;
(c)確定一種或多種微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;和
調(diào)制廢水流中至少一種常量營養(yǎng)物的濃度以提供常量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制和常量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有(vii)至少為100mg/升BOD∶6-20mg/升氮的BOD∶氮比;和(viii)至少為100mg/升BOD∶0.5-2mg/升磷的BOD∶磷比;和
(e)使用微量營養(yǎng)物調(diào)制和常量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流生長微生物生物質(zhì)。
44.權利要求43的方法，其中在步驟(d)中調(diào)制至少一種常量營養(yǎng)物的濃度包括以磷酸的形式添加磷。
45.權利要求44的方法，其中在步驟(d)中調(diào)制至少一種常量營養(yǎng)物的濃度包括以尿素、硝酸銨、無水氨和動物糞便的形式添加氮。
46.一種限制用于產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的廢水流中磷和氮的濃度的方法，其包括：
(a)提供廢水流;
(b)確定廢水流中多種微量營養(yǎng)物的每一種的濃度，所述微量營養(yǎng)物包括鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅;
(c)確定一種或多種微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;和
(e)使用微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流生長微生物生物質(zhì);
其中在步驟(e)的生長之后獲得的微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流中的總磷的濃度少于1.5mg/L，而在步驟(e)的生長之后獲得的微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流中的總氮的濃度少于5mg/L。
47.一種用于生長微生物物質(zhì)的方法，其包括：
(a)提供廢水流;
(b)在第一時間間隔期間，在多個不同時間點確定廢水流中一種或多種微量營養(yǎng)物的濃度，所述微量營養(yǎng)物選自下組：鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅;
(c)在第二時間間隔期間，在多個不同時間點確定廢水流中微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，具有，并在第三時間間隔過程中保持：(i)鋁的BOD歸一化劑量為60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lb BOD/日;和
(e)使用微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流生長微生物生物質(zhì)。
48.一種用于產(chǎn)生動物飼料的方法，其包括：
(a)提供廢水流;
(b)確定廢水流中一種或多種微量營養(yǎng)物的濃度，所述微量營養(yǎng)物選自下組：鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅;
(c)確定所述微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;
(e)使用微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流生長微生物生物質(zhì);和
(f)使用所述微生物生物質(zhì)產(chǎn)生動物飼料。
49.一種用于產(chǎn)生動物飼料的方法，其包括：
(a)提供廢水流;
(b)確定廢水流中多種微量營養(yǎng)物的每一種的濃度，所述微量營養(yǎng)物包括鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅，和確定廢水流中常量營養(yǎng)物氮和磷的濃度;
(c)確定一種或多種微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;
(e)調(diào)制廢水流中至少一種常量營養(yǎng)物的濃度從而獲得常量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制和常量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有(i)至少100mg/升BOD∶6-20mg/升氮的BOD∶氮比;和(ii)至少100mg/升BOD∶0.5-2mg/升磷的BOD∶磷比;
(f)使用微量營養(yǎng)物調(diào)制和常量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流生長微生物生物質(zhì);和
(g)使用所述微生物生物質(zhì)產(chǎn)生動物飼料。
50.根據(jù)權利要求48或49的方法產(chǎn)生的動物飼料。
51.一種用于生長細菌物質(zhì)的微量營養(yǎng)物組合物，其包含微量營養(yǎng)物的混合物，所述微量營養(yǎng)物包括鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅，其中所述微量營養(yǎng)物組合物用于調(diào)制廢水流中微量營養(yǎng)物的濃度，其中將所述微量營養(yǎng)物組合物添加至廢水流，所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流具有：(i)鋁的生物需氧量(BOD)歸一化劑量為60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lbBOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lbBOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lb BOD/日。
52.一種廢棄的活性淤泥組合物，其包含(i)至少50%w/w蛋白質(zhì);(ii)至少6.5%w/w粗脂肪;(iii)至少4%w/w的60%飽和脂肪酸;和(iv)至少0.004%w/w輔酶Q10。
說明書
用于產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的廢水處理
涉及相關申請
本申請要求2013年5月29日提交的，標題為“WASTEWATER TREATMENT FOR THEPRODUCTION OF MICROBIAL BIOMASS”的美國臨時申請?zhí)?1/828,504的優(yōu)先權，其公開通過全文提述并入本文。
技術領域
本文中提供的本公開一般地涉及廢水處理領域，且更具體而言，涉及用于處理廢水以產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的方法。本文中提供的方法是有用的，因為其增強廢水處理，并產(chǎn)生富含蛋白質(zhì)的微生物生物質(zhì)，所述生物質(zhì)可用于制備動物飼料等。
背景技術
許多工業(yè)上生產(chǎn)的產(chǎn)品的制造涉及水的使用，導致生成水性廢物流作為制造工藝的副產(chǎn)品。為了限制與廢物流的丟棄相關的環(huán)境沖擊，通常將有機污染物從廢物流通過需氧生物水處理來去除，即通過培養(yǎng)微生物來去除，所述微生物轉(zhuǎn)化存在于水性廢物流中的污染物(pollutant)以產(chǎn)生微生物細胞物質(zhì)，二氧化碳和其它代謝物，以及相對不含沾染物(contaminant)的水。
典型的生物廢水處理工藝涉及在通氣的反應器內(nèi)培養(yǎng)微生物細胞，所述反應器包含水性廢水和懸浮生長于所述水性廢水中的微生物細胞。通常允許在通氣的反應器中產(chǎn)生的微生物細胞持續(xù)溢流入固-液分離器(例如重力澄清器、溶解空氣浮選容器，或基于膜的系統(tǒng))，生成澄清的流出物和微生物生物質(zhì)，常常稱作“活性淤泥”。然后將流出物排放于當?shù)氐乃罚⑷氲叵禄蛞匀魏魏线m的方式排放，并將微生物物質(zhì)部分地送回至通氣反應器(常常稱作“返回的活性淤泥(return activated sludge)”或“RAS”)，且部分作為固體廢物丟棄(常常稱作“廢棄的活性淤泥(waste activated sludge)”或“WAS”)。
已知的廢水處理工藝呈現(xiàn)數(shù)種缺點。首先，必須丟棄廢棄的活性淤泥組分，且丟棄成本常常是廢水廠運營中顯著的成本構成。然而，廢棄的活性淤泥可轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品，例如動物飼料產(chǎn)品(參見美國專利7,931,806)，由此顯著地改善廢水處理的經(jīng)濟情況。
其次，廢水流在其組成成分方面呈現(xiàn)較大程度的差異。例如，晝夜差異，季節(jié)差異，和由上游制造工藝中的差異性導致的差異，均具有影響有機化合物，無機微量營養(yǎng)物，和其它廢水成分的可能。取決于廢水流的組成成分，廢水流可或多或少地適于作為有效的介質(zhì)用于在曝氣池中培養(yǎng)微生物細胞。
第三，常常觀察到絲狀微生物生物體在常規(guī)通氣的生物廢水系統(tǒng)中生長，該現(xiàn)象稱為絲狀膨脹(filamentous bulking)(參見美國專利申請?zhí)?011/0139714)。絲狀微生物生物體的生長導致澄清工藝中的固液分離中微生物物質(zhì)的不良分離和不良壓縮，進一步潛在地導致不合意的微生物物質(zhì)被攜帶至流出物中，以及不合意的廢棄的活性淤泥的喪失，和藉此不合意的供轉(zhuǎn)化為有價值產(chǎn)品的原料的喪失。
第四，常規(guī)廢水處理實踐通常著眼于減少產(chǎn)生的總生物質(zhì)以降低丟棄成本。這通常通過將細胞保持在有氧的廢水處理系統(tǒng)中較長期的時間以在曝氣池中將其礦化為二氧化碳來實現(xiàn)。這使得細胞衰老，導致平均而言較低的胞內(nèi)蛋白水平。同樣也常常觀察到該將細胞維持較長期間的方法可導致營養(yǎng)物特別是氮和磷更不良的去除速率，在許多情況下，為了滿足環(huán)境標準，必須在釋放之前的流出物中控制所述營養(yǎng)物的濃度。此外，該方法需要大量氧氣礦化有機化合物，這向廢水處理增加了顯著的成本。減少平均細胞年齡(亦稱作“平均細胞停留時間(mean cell residence time)”或“MCRT”)導致仍更年輕的細胞的質(zhì)量的增加，所述細胞當合適地生長時，具有含有高濃度的蛋白和其它營養(yǎng)成分的潛力。
第五，常規(guī)廢水處理方法需要使用大量的氧，其通常由通氣鼓風機(aerationblower)操作來供應;然而這增加了資本和運營成本。
此外，一些食品工藝來源的廢水含有不利地影響微生物生長的化合物。這些化合物最通常來源于加工為食品的植物材料，并導致不良的廢水處理和使所謂“混合液懸浮固體濃度(mixed liquor suspended solids)”(或"MLSS")相比通常觀察到的濃度降低。
因此，用于在廢水處理操作中產(chǎn)生微生物物質(zhì)的常規(guī)方法仍然存在顯著的缺點，限制了可回收的增殖產(chǎn)品(value-added product)的總量，且有時導致流出物受不合意地高濃度的營養(yǎng)物和/或微生物生物體污染。
發(fā)明內(nèi)容
在多種實施方案中，本發(fā)明提供了改善的和新穎的使用水性廢水流作為生長介質(zhì)用于產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的方法。提供的方法在許多方面優(yōu)于之前已知的方法，包括用于產(chǎn)生微生物生物質(zhì)中的營養(yǎng)組分，限制廢水處理池中的絲狀微生物，減少氮和磷的流出水平，將微生物生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為有價值的產(chǎn)品，和從包含抑制微生物生長的化合物的廢水產(chǎn)生有價值的產(chǎn)品的能力。
此外，在多種實施方案中，本發(fā)明提供了改善的和新穎的使用水性廢水流作為生長介質(zhì)用于對于一種或多種微生物菌株富集微生物生物質(zhì)的方法。此種富集允許產(chǎn)生所需的微生物化合物。
相應地，在多種實施方案中，本發(fā)明提供了改善的用于生長微生物物質(zhì)的方法，其包括：
(a)提供水性廢水流;
(b)確定水性廢水流中微量營養(yǎng)物的濃度，所述微量營養(yǎng)物選自鋁、硼、鈷、鎂、錳和鋅，及其任意組合;
(c)確定微量營養(yǎng)物的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制水性廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為約60mg/日/lb BOD/日至約285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lbBOD/日至約300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為約50mg/日/lb BOD/日至約500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少約100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為約65mg/日/lb BOD/日至約220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lb BOD/日至約275mg/日/lb BOD/日;和
(e)在微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流中生長微生物生物質(zhì)。
依照本公開獲得的微生物生物質(zhì)可用作制備動物飼料的成分。
在本發(fā)明的一些實施方案中，步驟(b)進一步包括確定常量營養(yǎng)物BOD和氮和磷的濃度，其中BOD和氮和磷的濃度在步驟(d)中調(diào)制以提供(i)至少100mg/升BOD:6-20mg/升氮的BOD:氮比;和(ii)至少100mg/升BOD:0.5-2mg/升磷的BOD:磷比。
微量營養(yǎng)物以及任選地，常量營養(yǎng)物的濃度，可通過增加微量營養(yǎng)物或任選地，常量營養(yǎng)物的濃度，或減少微量營養(yǎng)物或任選地，常量營養(yǎng)物的濃度，來進行調(diào)制。
依照本公開獲得的微生物生物質(zhì)可用作制備動物飼料的成分。
在一些實施方案中，本文中提供的方法進一步包括步驟(f)，其包括用在步驟(e)的生長之后獲得的微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流稀釋第二水性廢水流以獲得稀釋的廢水流。
本發(fā)明亦提供了供用作產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的添加劑的組合物，所述組合物包含鋁、硼、鈷、鎂、錳和鋅的混合物，其中所述混合物包含(i)約5.5%至約28.6%(w/w)鋁;(ii)約4.8%至約9.1%(w/w)硼;(iii)約1.8%至9.3%(w/w)鈷;(iv)約9.5%至約72.7%(w/w)鎂;(v)約7.3%至約23.9%(w/w)錳;和(vi)約3.6%至約23.9%(w/w)鋅。
在本發(fā)明的一個實施方案中，用于產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的水性廢水流中的絲狀微生物的生長受限制。相應地，本發(fā)明進一步提供了用于限制用于產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的水性廢水流中的絲狀微生物的生長的方法，其包括：
(a)提供水性廢水流;
(b)確定水性廢水流中多種微量營養(yǎng)物的每一種的濃度，所述微量營養(yǎng)物包括鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅;
(c)確定所述微量營養(yǎng)物中每一種的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制水性廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以獲得微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為約60mg/日/lb BOD/日至約285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lbBOD/日至約300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為約50mg/日/lb BOD/日至約500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少約100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為約65mg/日/lb BOD/日至約220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lb BOD/日至約275mg/日/lb BOD/日;和
(e)使用微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流生長微生物生物質(zhì)。
在某些方面，本發(fā)明提供了微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，其表征為當用至少一種微營養(yǎng)物以下述方式調(diào)制時，沉降的淤泥體積(settled sludge volume，SSV)與從未經(jīng)調(diào)制的水性廢水流收集的廢水的SSV相比要更低，在所述方式中，獲得了微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流，其具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為約60mg/日/lb BOD/日至約285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lb BOD/日至約300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為約50mg/日/lb BOD/日至約500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少約100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為約65mg/日/lb BOD/日至約220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lb BOD/日至約275mg/日/lb BOD/日。
此外，在某些方面，本發(fā)明提供了微量營養(yǎng)物調(diào)制的廢水流，其表征為在微量營養(yǎng)物調(diào)制之后一至三或更多平均細胞停留時間(MCRT)，其SSV與來自從相同的廢水流收集的廢水相比較低。此外，依照本發(fā)明的方法，用至少一種微量營養(yǎng)物調(diào)制廢水，導致水性廢水流中肉眼可觀察到的微生物絲狀物的減少。
相應地，以下述方式調(diào)制水性廢水流，使得獲得了微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流，其中(i)鋁的BOD歸一化劑量為約60mg/日/lb BOD/日至約285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lb BOD/日至約300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為約50mg/日/lb BOD/日至約500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少約100mg/日/lbBOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為約65mg/日/lb BOD/日至約220mg/日/lbBOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lb BOD/日至約275mg/日/lb BOD/日，且其中所述調(diào)制導致水性廢水流中肉眼可觀察到的微生物絲狀物的減少。
在一些實施方案中，還確定和調(diào)制了常量營養(yǎng)物氮和磷的濃度。相應地，本發(fā)明進一步提供了用于生長微生物物質(zhì)的方法，其包括：
(a)提供水性廢水流;
(b)確定水性廢水流中多種微量營養(yǎng)物的濃度，所述微量營養(yǎng)物包括鋁、硼、鈣、鈷、鎂、錳和鋅，和確定水性廢水流中常量營養(yǎng)物氮和磷的濃度;
(c)確定一種或多種微量營養(yǎng)物，包括其任意組合的生物需氧量(BOD)歸一化劑量;
(d)調(diào)制水性廢水流中至少一種微量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流具有(i)鋁的BOD歸一化劑量為約60mg/日/lb BOD/日至約285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lbBOD/日至約300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷的BOD歸一化劑量為約50mg/日/lb BOD/日至約500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂的BOD歸一化劑量為至少約100mg/日/lb BOD/日;(v)錳的BOD歸一化劑量為約65mg/日/lb BOD/日至約220mg/日/lb BOD/日;和(vi)鋅的BOD歸一化劑量為約115mg/日/lb BOD/日至約275mg/日/lb BOD/日;和
調(diào)制微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流中至少一種常量營養(yǎng)物的濃度以提供微量營養(yǎng)物調(diào)制和常量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流，由此使得所述微量營養(yǎng)物調(diào)制和常量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流具有(vii)BOD:氮比為至少約100mg/升BOD:6-20mg/升氮;和(viii)BOD:磷比為至少約100mg/升BOD:0.5-2mg/升磷;和
(e)使用微量營養(yǎng)物調(diào)制和常量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流生長微生物生物質(zhì)。
在本發(fā)明的一些實施方案中，在微生物生物質(zhì)的生長之后，微量營養(yǎng)物和常量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流中的BOD:磷比達到約100mg/升BOD:1mg/升磷，而BOD:氮比達到約100mg/升BOD:10mg/升氮。
本發(fā)明進一步提供了使用水性廢水流作為生長介質(zhì)用于對于一種或多種微生物菌株富集微生物生物質(zhì)的方法。相應地，本發(fā)明提供了用于生長微生物群落以供產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的方法，其包括下述步驟：
(a)提供水性廢水流;
(b)從所述廢物流獲得微生物群落樣品，其包含多種微生物菌株;
(c)在多種使用水性廢物流作為底物產(chǎn)生微生物物質(zhì)的生長方案下生長所述多種微生物群落的微生物菌株;
(d)在產(chǎn)生的微生物物質(zhì)中，確定能夠在微生物物質(zhì)中產(chǎn)生廢棄的活性淤泥化合物的一種或多種微生物菌株(或由其產(chǎn)生的一種或多種細胞成分)的比例代表;
(e)在產(chǎn)生的微生物物質(zhì)中，確定能夠在微生物物質(zhì)中產(chǎn)生廢棄的活性淤泥化合物的一種或多種微生物菌株(或由其產(chǎn)生的一種或多種細胞成分)的比例代表;和
(f)在選定用于產(chǎn)生廢棄的活性淤泥的生長方案下使用水性廢水流作為底物生長所述微生物群落。
在一些實施方案中，生長方案針對微量營養(yǎng)物的濃度有變化。相應地，所述公開進一步提供了：
(a)提供水性廢水流;
(b)從水性廢水流獲得微生物群落樣品，其包含多種微生物菌株;
(c)在多種使用水性廢水流作為底物產(chǎn)生微生物物質(zhì)的生長方案下生長所述多種微生物群落的微生物菌株，其中生長介質(zhì)中的BOD歸一化劑量為(i)鋁為約60mg/日/lbBOD/日至約285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼為約115mg/日/lb BOD/日至約300mg/日/lb BOD/日;(iii)鈷為約50mg/日/lb BOD/日至約500mg/日/lb BOD/日;(iv)鎂至少為約100mg/日/lb BOD/日;(v)錳為約65mg/日/lb BOD/日至約220Illg/日/lb BOD/日的范圍;(vi)鋅為約115mg/日/lb BOD/日至約275mg/日/lb BOD/日;
(d)在產(chǎn)生的微生物物質(zhì)中，確定能夠在微生物物質(zhì)中產(chǎn)生廢棄的活性淤泥化合物的一種或多種微生物菌株(或由其產(chǎn)生的一種或多種細胞成分)的比例代表;
(e)在多種生長方案中選擇一種生長方案，在該生長方案下調(diào)制了微生物物質(zhì)中一種或多種微生物菌株(或一種或多種由其產(chǎn)生的細胞成分)的比例代表;和
(f)在選定用于產(chǎn)生微生物生物質(zhì)的生長方案下使用水性廢水流作為底物生長所述微生物群落。
在一些實施方案中，在步驟(c)中，還選擇了生長介質(zhì)中的氮的濃度使得生長介質(zhì)中BOD:氮比為至少100mg/升BOD:6-20mg/升氮，并選擇了生長介質(zhì)中的磷的濃度，使得BOD:磷比為至少100mg/升BOD:0.5-2mg/升磷。
在一些實施方案中，所述方法進一步包括步驟(g)，其包括用在步驟(e)的生長之后獲得的微量營養(yǎng)物調(diào)制的水性廢水流稀釋第二水性廢水流以獲得稀釋的廢水流。
在一些實施方案中，在步驟(e)中調(diào)制的比例代表的微生物菌株是能夠產(chǎn)生合意的細胞化合物如蛋白質(zhì)、粗脂肪、脂肪酸、輔酶Q10、核酸或氨基酸的微生物菌株。
根據(jù)下述詳細描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點會變得顯而易見。然而，應理解的是，所述詳細描述和具體實施例，盡管指示本公開的具體實施方案，但其是通過以非限定性方式說明而給出的，因為對于本領域技術人員，根據(jù)所述詳細描述，本公開的精神和范圍內(nèi)的多種變化和修飾會是顯而易見的。
