申請日2013.10.04
公開(公告)日2015.05.06
IPC分類號C02F3/12; A23K1/18; C02F3/00
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(quán)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;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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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20%。
7.根據(jù)權(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)利要求1或2的方法，其中所述調(diào)制的廢水包含(i)至少約50% (w/w)蛋白質(zhì);(ii)至少約6.5%(w/w)粗脂肪;(iii)至少約4%(w/w)的60% 飽和脂肪酸;和(iv)至少約0.004%(w/w)輔酶Q10。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12任一項的方法，其進一步包括在廢水流中混合生 長因子。
14.權(quán)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(quán)利要求13或14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(quán)利要求1-15任一項的方法，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(quán)利要求1-15任一項的方法，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(quán)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(quán)利要求1-18任一項的方法，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(quán)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(quán)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;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)至少約100mg/升BOD:6-20mg/升氮的BOD:氮比;和(ii) 至少約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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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(quán)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、牛磺酸、磷脂、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(quán)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)歸一化劑量為約60mg/日/lb BOD/日至約285 mg/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。
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;
(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(quán)利要求39的方法，其中步驟(f)的稀釋包括以約1:1至約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(quán)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;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;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) 至少約100mg/升BOD:6-20mg/升氮的BOD:氮比;和(viii)至少約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(quán)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(quán)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;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 濃度少于約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約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300 mg/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;
(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;
(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) 至少約100mg/升BOD:6-20mg/升氮的BOD:氮比;和(ii)至少約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(quán)利要求48或50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。
52.一種廢棄的活性淤泥組合物，其包含(i)至少約50%(w/w)蛋白質(zhì); (ii)至少約6.5%(w/w)粗脂肪;(iii)至少約4%(w/w)的60%飽和脂肪酸;和 (iv)至少約0.004%(w/w)輔酶Ql0。
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 THE PRODUCTION OF MICROBIAL BIOMASS”的美國 臨時申請?zhí)?1/828,504的優(yōu)先權(quán)，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�，注入地�?或以任何合適的方式排放，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(gòu)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)?2011/0139714)。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 (aeration blower)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/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;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/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;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285 mg/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，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/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;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100 mg/升BOD:6-20mg/升氮;和(viii)BOD:磷比為至少約100mg/升BOD:0.5-2 mg/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:1 mg/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/lb BOD/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。
