用於處理工業廢料的方法

2023-05-14 07:06:26

專利名稱：用於處理工業廢料的方法
技術領域：
本發明概括而言涉及生物修復領域，並且包括微生物在工業廢料的處理中的應用。更具體而言，本發明涉及微生物用於處理廢金屬工作流體(MWF)的應用，因此本發明可適合用於汙水排放或用於失活和進一步精製以使水可重複利用。
背景技術：
MWF在工業製造中例如在汽車發動機、變速器和衝壓裝置中用作金屬切割和碾磨和鑽孔操作中的潤滑劑和冷卻劑。MWF有三種類型合成的、半合成的和油基的(包括礦物油、植物油和動物油)。它們通常被配製為包括抑制金屬腐蝕和抑制微生物活性的化學品 (生物殺滅劑)。當MWF用在機械加工操作中時，其隨時間而降解並最終需要被除去。由於多種因素，將廢MWF排放到環境中是非常困難的，這些因素包括(I)由加入的用於改進MWF性能的例如生物殺滅劑和其它化學組分引起的廢MWF的高毒性；和(2)廢MWF的高化學需氧量(COD)。COD是使材料(例如廢液)的組分氧化所需的氧的量值，且通常被認為是這些材料的有機物含量的量值。典型地，在英國排放到公共下水道的廢水的COD的極限值為2000mg/L左右，儘管根據地理情況該數值可能是更高或更低的數值，也可能在不同的國家是更高或更低的數值。用於測量COD的方法在本領域是公知的。一個示例性的方法描述在van derGast & Thompson (2005) Biotechnology & Bioengineering 89，3357-366 中，其中 LASA100移動實驗室光度計與COD試管測試試劑盒一起使用。其中測量COD含量的MWF樣品用
0.2 u m孔徑的膜(MiIlipore, UK)預過濾。由於廢MWF的毒性和高C0D，將廢液排放進環境是嚴格限制的，特別是在美國和歐洲。傳統的化學和物理方法-例如超濾和閃蒸/真空蒸發-已被用在廢MWF被排放進環境之前的處理中。然而，這些方法是高耗能的，難以按比例放大到大體積且不能處理現代MWF的汙染物負載。一種用於處理不能通過過濾清除的汙染物負載的方法是在化學或物理步驟之後對廢MWF進行生物處理。一種用於處理廢MWF的方法，包括生物處理MWF，其中向MWF中加入微生物以消化不需要的組分。這種生物修復MWF的方法在沒有初始加工(例如廢MWF的過濾或超濾)的情況下通常不能充分地降低COD (例如參見van der Gast & Thompson (2005) Biotechnology& Bioengineering 89, 3357-366),這為生物方法增加大量的時間、不便和費用。已經公開的可以在一定程度上降低COD的其它生物方法利用微生物液體接種進入生物反應器，其中微生物能夠降低廢MWF的COD含量。例如，Muszynski & Lebkowska(2005)PolishJournal of Environmental Studies 14,1 第 73-79 頁和 Hila 等人(2005) Journal ofChemical Technology and Biotechnology (2005) 80,641-648 描述了根據廢 MWF 來選擇和培養微生物，隨後將微生物液體接種進入生物反應器。已經公開的可以在一定程度上降低COD的另一種生物方法使用穩定的微生物群落，這些微生物群落在使用特定的微生物聚生體的處理過程中保持它們的組成。在這方面，W02008/102131描述了使用至少由土壤桿菌屬某種(Agrobacterium spp.)、叢毛單胞菌屬某種(Comamonas spp.)、甲基桿菌屬某種(Methylobacterium spp.)和微小桿菌屬某種(Microbacterrum spp.)組成的微生物聚生體從而處理廢MWF。該文獻中描述的方法利用液體接種微生物聚生體進入生物反應器，並且還公開了超濾MWF的使用。本發明人致力於開發適合以工業規模顯著降低廢MWF的COD含量的方法。然而，在這樣做的過程中，他們遭遇了很多困難。例如，他們發現用現有技術方法建立的生物反應器通常需要冗長的運轉時間才能在操作上有效地處理廢MWF。這對於以工業規模處理廢MWF來說具有嚴重的時間問題和成本問題。另外舉例而言，他們也發現用現有技術的方法建立的生物反應器經常顯示出不穩定的性能，一些試驗顯示出COD含量稍微降低而其它試驗顯示出不佳的COD降低水平。他們也發現，用這些方法可達到的COD的降低沒有低到足夠滿足他們的需要，因此在被送入廢水之前，MWF需要進一步的下遊處理，從而增加了另外的費用和不便。 本發明在廢MWF的生物處理中提供改進，目的在於克服與現有技術相關的問題。

發明內容
本發明至少部分基於令人驚奇的發現用包含生物膜的固態基體接種生物反應器，所述生物膜已經在不同的生物反應器內預先生長，可以改進廢MWF的生物修復。具體來講，已經發現這種「固態基體接種」方法可以導致接種和高效運轉之間更短的時間周期，從而使得生物反應器在以工業規模高生產量地處理MWF方面更有效率。也已發現，生物反應器性能在試驗之間更為穩定。因此，根據本發明的第一方面，提供一種用於處理廢MWF的方法，包括步驟(a)在第一生物反應器內的固態支撐基體上提供微生物生物膜；(b)將至少一部分包含微生物生物膜的固態支撐基體從第一生物反應器轉入第二生物反應器；和(C)在第二生物反應器內培養微生物以降低包含在其內的廢MWF的化學需氧量。在一個具體實施方案中，在被轉入第二生物反應器之前，第一生物反應器內的固態支撐基體上的微生物生物膜能夠將廢MWF的COD降低到2000mg/L或更低。在一個具體實施方案中，在約30天後，第二生物反應器內的微生物能夠將廢MWF的COD降低到2000mg/L或更低。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，在步驟(b)中從第一生物反應器轉入第二生物反應器的包含微生物生物膜的固態支撐基體的體積為第二生物反應器的體積的至少約10%。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，第二生物反應器的剩餘體積被其上不存在或基本上不存在微生物生物膜的固態支撐基體佔據。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，在步驟(b)之前或之後首先用MWF，適合地用稀釋的MWF填充第二生物反應器，其中其COD介於約5000和10000mg/L之間。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，固態支撐基體包含塑料編織管，由塑料編織管組成，或基本上由塑料編織管組成。
在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，第一和/或第二生物反應器內的空氣流量介於約250和300升每分鐘每5000升液態生物反應器體積之間。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，在步驟(a)中建立的生物膜是(i)源自從MWF分離的內源性微生物群落；或(ii)源自通過轉入至少一部分包含微生物生物膜的固態支撐基體接種的不同的生物反應器的生物膜，其中所述生物反應器能夠將廢MWF的COD降低到2000mg/L。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，當生物膜源自從MWF分離的內源性微生物群落時，則第一生物反應器的成熟將通常花費約70天或更長。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，當生物膜源 自通過轉入至少一部分包含微生物生物膜的固態支撐基體接種的不同的生物反應器時，且其中所述不同的生物反應器能夠將廢MWF的COD降低到2000mg/L，則第一生物反應器的成熟將通常花費約30天或更短。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，來自第二生物反應器的排出物被用於接種一個或多個另外的生物反應器，其中任選地，一個或多個另外的生物反應器包含基本上沒有被微生物移植的固態支撐基體。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，所述步驟被重複一次或多次以接種一個或多個另外的生物反應器。因此，另外的生物反應器可以使用該方法連續地接種。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，第一和/或第二生物反應器內的曝氣與向其中加入廢MWF基本上同時開始。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，所述廢MWF是合成的MWF。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，所述廢MWF是半合成的MWF。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，所述廢MWF是油基MWF，例如礦物油、植物油或動物油等等。另一方面，提供一種用於處理MWF的生物反應器，包括(i)第一固態支撐基體，所述第一固態支撐基體包含能夠降低MWF的COD含量的微生物生物膜，其中任選地，所述生物膜已經在不同的生物反應器內建立；(ii)第二固態支撐基體，其中所述第二固態支撐基體沒有或基本上沒有被微生物生物膜移植，和(iii)任選地，廢MWF。在一個具體實施方案中，第一固態支撐基體上的微生物生物膜能夠將廢MWF的COD降低到2000mg/L或更小。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，包含微生物生物膜的第一固態支撐基體的體積為生物反應器的體積的至少約10%。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，生物反應器的剩餘體積被第二固態支撐體佔據。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，廢MWF是稀釋的廢MWF，優選具有介於約5000和10000mg/L之間的C0D。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，固態支撐基體包含塑料編織管，由塑料編織管組成，或基本上由塑料編織管組成。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，當生物反應器包含廢MWF時，在使用過程中生物反應器內的空氣流量介於約250和300升每分鐘每5000升液態生物反應器體積之間。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，第一固態支撐基體上的生物膜源自從廢MWF分離的內源性微生物群落或源自能夠將廢MWF的COD降低到2000mg/L或更小的生物膜。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，所述生物反應器可逆地連接至一個或多個另外的生物反應器以允許廢MWF在使用過程中從此通過，其中廢MWF具有約2000mg/L或更小的COD。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，所述廢MWF是合成的MWF。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，所述廢MWF是半合成的MWF。在一個具體實施方案或上述具體實施方案的組合中，所述廢MWF是油基MWF。 在另外一方面，提供生物反應器用於降低廢MWF的化學需氧量的用途。在另外一方面，提供一種用作本文描述的生物反應器的裝置。在另外一方面，提供一種用於降低廢MWF的化學需氧量的方法，包括使廢MWF與本文描述的生物反應器接觸。另一方面涉及一種處理MWF的方法，包括在反應器內建立動態微生物群落,微生物獲自在包含MWF的液體中建立的現有的活群落；使MWF與反應器內的微生物群落接觸；和允許動態微生物群落代謝MWF從而降低其化學需氧量，其中，在處理過程中允許群落的個體(membership)成長以響應被處理的流體的變化。建立群落的步驟可以包括通過用能夠代謝MFW和源自MWF的微生物接種MWF環境從而在MWF環境中培養起始微生物群落。在一個具體實施方案中，起始微生物群落包括選定的微生物的聚生體。在另一個具體實施方案中，起始微生物群落包括從MWF分離的內源性微生物群落。在一個具體實施方案中，MWF在與動態微生物群落接觸前可以是未被加工的。適合地，在與動態微生物群落接觸前，MWF以具有小於50000mg/l的起始COD的形式提供。在一個具體實施方案中，可以在固態支撐基體上以生物膜的形式提供動態微生物群落。在該情況下，該方法可以包括在固態支撐基體上建立生物膜和將固態支撐基體放置在反應器內的步驟。在一個具體實施方案中，可提取生物膜樣品並送入第二反應器以在第二反應器內建立動態群落。在一個具體實施方案中，MWF保持與動態群落接觸直至化學需氧量不大於2000mg/L。MWF可以具有在反應器內的停留時間，其取決於起始COD水平、MWF的溫度、MWF內組分的性質，和/或反應器的尺寸。生物反應器可以包括一個容器，在所述容器中處理一批MWF直至化學需氧量達到預定水平。或者，生物反應器可以包括一系列容器，MWF流通過所述容器。本發明的另一方面提供了一種動態微生物群落，所述動態微生物群落用於處理通過根據本發明的第一方面的方法獲得的MWF。本發明的另一方面涉及一種如本文參照說明書和附圖描述的方法、生物反應器或動態微生物群落。
本發明的其它方面通過以下描述和權利要求而變得清晰。有益效果本發明是有利的，因為使用本發明的固態基體接種方法建立的生物反應器可以比使用現有技術方法建立的生物反應器更快和更可靠的運轉。因此，舉例而言，根據本發明接種的生物反應器通常可以在30天或更短的時間內運轉，這比使用現有技術的液體接種方法的運轉(通常花費70天或更長)更快。因此，包含能夠將廢MWF的COD降低到2000mg/L或更小的成熟生物膜的反應器可以有利地在30天或更短的時間內獲得。本發明也是有利的，因為與使用現有技術的液體接種方法的不穩定性能相比較，使用本發明的固態基體接種方法建立的生物反應器顯示出試驗之間更穩定的性能。可通過比較圖3和4(它們顯示了液體接種方法的不穩定性能)與至少圖6中的固態基體接種的改進的性能看出以上優點。本發明也是有利的，因為固態基體接種方法可以在更短的時間周期內達到COD的 降低。該降低使得本發明在以工業規模高生產量地處理MWF方面更有效率。這至少可從圖7中看出。本發明也是有利的，因為生物膜表示細菌種類隨時間的生長和積聚。該多樣性確保在群落內有足夠的功能豐餘性以允許在多變的廢料流中增殖和形成生物膜。本發明也是有利的，因為其可以用於在處理之前沒有進行分餾或過濾或優選以任何其它方式預處理的廢MWF，特別是油基廢MWF，從而充分地降低費用和不便。


圖I顯示了用於本發明的生物反應器的示意圖。圖2是顯示根據本發明的方法處理的MWF中不同微生物隨時間產生的圖。X軸表示檢測的細菌的種或屬。y軸表示百分比豐餘性。圖3顯示了在5個不同的實驗中使用單次液體接種的5000升生物反應器的COD需求量的降低。圖4顯示了在4個不同的實驗中使用單次液體接種的5升實驗室生物反應器的COD需求量的降低。圖5顯示了在9個不同的實驗中使用多次接種的5000升生物反應器的COD需求量的降低。圖6顯示了使用本發明的固態基體接種方法的5升實驗室生物反應器的COD需求量的降低。圖7顯示了使用兩次重複的本發明的固態基體接種方法的5升實驗室生物反應器在廢MWF上的COD需求量的降低，並將其與兩次重複的現有技術的液體接種方法比較。圖8顯示了使用三次重複的本發明的固態基體接種方法在12小時試驗的過程中的COD需求量的降低，並將其與三次重複的現有技術的液體接種方法比較。圖9顯示了當使用來自成熟的生物反應器的排出物運轉包含乾淨的固態基體的生物反應器時獲得的COD的降低。
具體實施方式
定義金屬工作流體該術語廣義地指在金屬加工過程(例如用利器切割、車削、鑽孔、輪廓加工(planning)和統削,和用研磨顆粒碾磨例如衝磨和研磨等等)中產生的流體。未加工的術語「未加工的(unprocessed) 」或「未處理的(untreated) 」 MWF用於指在工業金屬工作操作中正常使用廢MWF之後和在根據本發明處理MWF之前，MWF未通過任何其它方法過濾、超濾、分懼或分離，或未進行化學處理或其它加工。化學需氧量(COD):術語「化學需氧量(COD) 」表示使材料(例如廢液)的組分氧化所需的氧的量值，且通常被認為是這些材料的有機物含量的量值。COD以mg/L測量。在英國廢水COD的極限值通常為約2000mg/L，儘管一些當局設定更低的當地極限值。目前允許的汙水排放COD水平有可能降低。廢術語「廢」當與上下文MWF—起使用時指在金屬加工中使用之後的MWF。MWF通常以濃縮物的形式提供，其在使用之前通常用水稀釋到介於約5%和12% w/v之間。本·發明的方法適用於處理未加工的廢MWF。生物膜在本文中使用的術語「生物膜」用於描述粘附到表面(例如固態支撐基體)上的微生物群體或群落，並且能夠與表面一起降低廢MWF的COD含量。生物反應器在本文中使用的術語「生物反應器」用於描述適於支撐固態支撐基體的裝置，生物膜可以粘附於固態支撐基體上並能夠使生物膜與廢MWF接觸。這種生物反應器也可以用於處理容易被本發明的生物膜降解的任何其它的液態廢料，但是主要旨在用於處理廢MWF。動態的降低廢MWF的COD含量的微生物可以為動態微生物群落，所述動態微生物群落當代謝廢MWF的組分時隨時間改變或能夠改變其個體(群落中的種的範圍及其相關比例)。組成群落的不同類型微生物的比例可以隨時間變化，和/或群落中存在的微生物的類型可以隨時間變化。在第一接種的24小時內，反應器內的動態微生物群落的組分可以顯著變化。在某些情況下，它與初始群落具有很小的相似性。群落的組分可以在整個處理時間內變化。在一個具體實施方案中，在約I個月、2個月、3個月、4個月、5個月或6個月之後，少於5個來自第一接種的原始微生物屬或種保持在廢MWF中。在另一個具體實施方案中，在約I個月、2個月、3個月、4個月、5個月或6個月之後，少於4個來自第一接種的原始微生物屬或種保持在廢MWF中。在另一個具體實施方案中，在約I個月、2個月、3個月、4個月、5個月或6個月之後，少於3個來自第一接種的原始微生物屬或種保持在廢MWF中。詳細描述在一方面，提供一種用於處理MWF的方法，包括步驟(a)在第一生物反應器內的固態支撐基體上提供微生物生物膜；(b)將至少一部分包含微生物生物膜的固態支撐基體從第一生物反應器轉入第二生物反應器；和(C)在第二生物反應器內培養微生物以降低包含在其內的廢MWF的化學需氧量。步驟(a)中的生物膜可以源自最初用微生物(例如起始微生物)液體接種的生物反應器，所述微生物在固態支撐體的存在下隨時間成熟為生物膜並能夠降低廢MWF的COD含量。該成熟過程通常花費超過約70天。一旦最終成熟，生物膜應能夠將廢MWF的COD含量降低到所需的水平，通常為約2000mg/L或更小。微生物可以是單種微生物或兩種或多種微生物的組合或聚生體，前提是它們生成具有所需性質(例如能夠將廢MWF的COD含量降低到通常約2000mg/L)的生物膜。這種微生物可以是W02008/102131中描述的微生物聚生體。這些微生物可以包含選自如下的微生物，由選自如下的微生物組成，或者基本上由選自如下的微生物組成土壤桿菌屬某種(Agrobacterium spp.)、叢毛單胞菌屬某種(Comamonas spp.)、甲基桿菌屬某種(Methylobacterium spp.)和微小桿菌屬某種(Microbacterrum spp.)或上述兩個、三個或四個的組合。這些微生物可以包含選自圖2中所述的那些的微生物，由選自圖2中所述的那些的微生物組成，或者基本上由選自圖2中所述的那些的微生物組成。這些微生物可以包含選自如下的微生物，由選自如下的微生物組成，或者基本上由選自如下的微生物組成不動桿菌屬某種(Acinetobacter spp.)、假單胞菌屬某種(Pseudomonas spp.)、沙門氏菌屬某種(Salmonella spp.)、希瓦菌屬某種(Shewanella spp.)、朽1檬酸桿菌屬某種(Citrobacter spp.)、腸桿菌屬某種(Enterobacter spp.)、克呂沃爾菌屬某種(Kluyvera spp.)、短桿菌屬某種(Parvibacterium spp.)、短單胞菌屬某種(Brachymonasspp.)、聯合菌門屬某種(Synergistetes spp.)、黃桿菌屬某種(Flavobacterium spp.)、菸鹼降解菌屬某種(Ochrobacterium spp.)、食酸菌屬某種(Acidovarux spp.)、替斯 崔納菌屬某種(Tistrella spp.)、福爾明菌屬某種(Verminephrobacter spp.)、巴爾通體菌屬某種(Bartonella spp.)、細梭菌屬某種(Fusobacterium spp.)、叢毛單胞菌屬某種(Comamonadaceae spp.)、鉤桿菌屬某種(Ancylobacter spp.)、紅螺菌屬某種(Rhodospirillaceae spp.)、希瓦菌屬某種(Shewanella sp.)和趨磁菌屬某種(Magnetospirillum spp.)或上述兩者或多者的組合。如圖2中所示,可檢測的微生物的不同組合可以在不同的時間存在於生物反應器中。通常地，微生物將塗敷和粘附到固態支撐基體以形成生物膜，而無需塗敷和粘附的任何特定條件。如上面描述的，用於初期形成生物膜的微生物群體可以是一定的微生物群體。生物反應器內的微生物群體動態將隨時間變化和成長，使得群體可以變為基本上未知的微生物群體。不總是需要精確識別了解生物膜中的微生物，前提是生物膜將廢MWF的COD降低到所需水平。根據本發明的一些具體實施方案，如果例如要避免病原性微生物，需要了解識別生物膜中的微生物。根據一個具體實施方案，當第一次接種生物反應器以形成生物膜時，微生物與合適的生長介質混合。因此，微生物可以選自根據操作的MWF而選擇的微生物。舉例而言，可以在加有1-5% MWF的1/10胰蛋白腖大豆培養基或包含MWF或MWF組分作為唯一碳源的基本培養基上選擇微生物。這種方法在本領域是已知的並且已經例如在 van der Gast (2004) Environmental Microbiology 6 (3) 254-263 中報導。通常地，燒瓶應在合適的條件下培養使得分離菌在其中生長，例如在IOOrpm下在震蕩培養器中在室溫下16小時。如果需要，培養的分離菌可以通過本領域已知的方法識別，例如DNA排序。可選擇地，生物膜可以源自預先通過本文描述的固態基體生物膜接種而預先繁殖的生物反應器。當轉入第二生物反應器時，第二生物反應器將通常在約30天內或更短的時間內，例如在約25天內、在約20天內、在約15天內、在約10天內、在約5天內、在約4天內、在約3天內、在約2天內或在約I天內成熟。令人驚奇地，第二生物反應器甚至可以或多或少地立即成熟，從而在接種的同一天即可準備使用。根據一個具體實施方案，對於連續流動生物反應器來說，在步驟(a)中建立的生物膜在轉移之前能夠將廢MWF的COD含量降低到約2000mg/L或更小的所需水平大於約7天。根據另一個具體實施方案，當生物反應器以間歇模式運轉時，在2、3、4、5或6或更多次間歇運轉期間，在步驟(a)中建立的生物膜在轉移之前能夠將廢MWF的COD含量降低到約2000mg/L或更小的所需水平。優選地，生物膜能夠在所有商業可獲得的MWF上生長，無論是準備使用的MWF還是廢MWF。應理解生物膜特別優選用於廢MWF。在生物反應器內形成生物膜的微生物可以是需氧的和/或厭氧的，並且可以包括原核細胞、真核細胞、藻類細胞、植物細胞、酵母細胞和/或真菌細胞或其組合。至少一些細菌可以是貧營養的、非自養的和/或腸道寄養的。
一旦生物膜在第一生物反應器內成熟並且能夠將廢MWF的COD降低到所需水平，將至少一部分包含生物膜的固態基底從第一生物反應器移出，然後轉入待接種的第二生物反應器。生物膜可以立即從第一生物反應器轉入第二生物反應器，或者生物膜可以在轉移之間培養一段時間。選擇培養時間和條件，使得生物膜的成活力基本上不變化。根據一個具體實施方案，在生物反應器之間轉移的固態基體的體積大約為第二生物反應器的體積的至少約 0. 5%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%或 20%或更多。在一個具體實施方案中，轉移的固態基體的體積大約為待接種的生物反應器的體積的至少約5 %或至少約10%。因此，例如向5升實驗室生物反應器中引入500ml固態支撐基體或向10000升工場反應器中引入1000升固態支撐基體。適合地，第二生物反應器的剩餘體積被其上沒有微生物生物膜的固態支撐基體佔據。由此，生物反應器的剩餘體積被沒有或基本上沒有微生物的固態支撐基體佔據。因此，例如固態支撐基體可以是新的固態支撐基體，或者可以是其上基本上沒有微生物生長的乾淨固態支撐基體。適合地，第二生物反應器的固態支撐基體可以因此構成第二生物反應器剩餘體積的至少約50 %、60 %、70 %、80 %、90 %、95 %或100%。第二生物反應器在轉移之時可以不包括任何廢MWF。可選擇地，第二生物反應器可以在轉移之前已經包含廢MWF或在轉移之前包含至少一部分廢MWF。第二生物反應器中的操作條件使得經過數天或數周，優選數天(例如取決於廢料流的毒性和接種方法)之後，第二生物反應器中的固態支撐基體被微生物移植從而被生物膜覆蓋。因此，例如如果第二生物反應器被液態接種，則通常的成熟期通常為約70天或更長；如果第二生物反應器被固態基體接種，則成熟期通常為約30天或更短，正如本文中討論的。適合地，成熟的生物膜包括厭氧袋。該厭氧袋可以被厭氧微生物佔據。在第一和/或第二生物反應器的早期運轉期間，所需地向生物反應器進料具有介於約5000和約10000mg/L之間的COD的稀釋的廢MWF。也可以使用具有更高COD的廢MWF，例如具有介於約5000和約20000mg/L之間的C0D、介於約5000和約30000mg/L之間的C0D、介於約5000和約40000mg/L之間的COD或介於約5000和約50000mg/L之間的COD的廢MWF。適合的，加入生物反應器的廢MWF被稀釋以達到該所需的COD水平。這是為了使由廢料流中可能存在的毒性組分(例如生物殺滅劑)強加的中毒性休克達到最小。根據本發明的一個具體實施方案，第一和/或第二生物反應器可以補充生長助劑，例如胰蛋白腖大豆培養基或微量元素溶液(例如，海藻基微量元素溶液)等等以幫助微生物生長成生物反應器中的生物膜。通常地，該補充以低水平進行，例如約I至IOiU每升生物反應器體積。隨著生物膜中存在的微生物變得習慣於廢料流的增加的毒性，廢MWF的COD水平會升高。
隨著生物反應器內固態支撐基體上生物膜的生長，它將蔓延和生長以覆蓋未被生物膜移植的任何剩餘的固態支撐體。生物膜也可以覆蓋生物反應器內其它可見的表面。生物膜也可以將死細胞和活細胞脫落到液態MWF中。懸浮的生物質在移除時通常表現出介於約 500mg/L 和 1500mg/L 之間的 C0D。適合地，在接種或轉移之後立即開始在第一和/或第二生物反應器內曝氣以避免在其內產生過多的厭氧活性和硫化氫。通常使用來自壓縮機的空氣並將空氣注入通常位於生物反應器底部的管內使其分布，從而對生物反應器進行曝氣。起泡上升的活動可以在生物反應器表面提供攪動，但不會劇烈到驅逐粘附至固態支撐基體的生物膜。在一個具體實施方案中，提供了 250-300升每分鐘每5000升反應器體積的空氣流量。在運轉過程開始時，由於低細胞密度，溶解氧水平通常為大約10g/l。在成熟時，由於微生物利用生物反應器內的自由氧來代謝(例如氧化)廢MWF的組分，可測量的溶解氧可能小於約lmg/L。生物反應器內也可能存在明顯的厭氧區域，其可以提供硝化環境。然而，通常需要使生物反應器內的厭氧活性達到最小，因為其導致惡臭氣味，特別是通過硫酸鹽還原微生物代謝廢MWF中存在的磺化表面活性劑和硫(例如其礦物油組分)而產生的硫化氫。
在一個具體實施方案中，在來自待處理的相同源的廢MWF上運轉第一和/或第二生物反應器。第一和/或第二生物反應器可以在不同的溫度，例如室溫(通常為約18至20°C )下運轉，儘管更低的溫度也是可能的，例如12°C的低溫。一旦生物反應器已經成熟並且能夠將廢MWF的COD含量降低到所需水平，則可以使用介於約1°C和約35°C之間的溫度。操作溫度可以例外地落在該範圍之外，取決於生物膜的微生物組分。適合地，使用介於約25V和約35°C之間的溫度；更適合地，使用介於約26°C和約34°C之間的溫度；更適合地，使用介於約26°C和約33°C之間的溫度；更適合地，使用介於約26°C和約31°C之間的溫度；更適合地，使用介於約26°C和約30°C之間的溫度；更適合地，使用介於約27°C和約29°C之間的溫度；最適合地，使用約28°C的溫度。該溫度通常允許使COD降低以高水平維持數天。本發明的方法可以在適合地介於約pH 6.0和約pH 9. 5之間的pH範圍內進行。MWF具有通常pH 9. 0的相當高的pH，以防止金屬加工件在機械加工過程中的腐蝕。該方法通常在約中性PH下最優，其中優選介於約6. 0和約7. 0之間的pH(包括端值)。有利地，已經發現生物反應器內生物膜的活性可以降低廢MWF的初始pH，這本身可以增加生物反應器內的加工效率。因此，本文描述的方法通常在使COD降低到所需水平的條件下進行一段時間。時間的量將取決於以下參數=MWF的性質、起始COD水平、溫度、pH和用於接種第一和第二生物反應器的方法。由此，在第二生物反應器內，通常將花費介於約5和15天之間的時間將COD含量降低到所需水平；適合地，介於約5和14天之間；適合地，介於約5和13天之間；適合地，介於約5和12天之間；適合地，介於約5和11天之間；適合地，介於約5和10天之間；適合地，介於約5和9天之間；適合地，介於約5和8天之間；適合地，介於約5和7天之間；適合地，介於約5和6天之間。在第二生物反應器內，更通常花費少於約15天、14天、13天、12天、11天、10天、9天、8天、7天、6天或5天將COD含量降低到所需水平。如本文所討論的,需要稀釋或初始稀釋MWF以幫助更快地降低廢MWF的C0D。對於連續流生物反應器和/或間歇生物反應器，需要稀釋COD以達到反應器內24小時的廢料流停留時間。有時可能需要稀釋到5000mg/L流入的COD或更小。在第一和/或第二生物反應器內處理之後，廢MWF通常具有小於約3000mg/L的COD含量，更適合地，小於約2500mg/L,更適合地，小於約2000mg/L,或更適合地，小於約1500mg/L.·
應理解本發明的方法可以用於處理任何MWF，特別是未處理或未加工的MWF，更特別的是未過濾的MWF或任何其它具有相似性質的工業排放物-例如在冷卻劑的儲存過程中初始產生的再乳化的淤泥。該方法特別適合於處理未處理的油基MWF。在一個具體實施方案中，生物反應器用於處理油基MWF，特別是未處理的和更特別是未過濾的油基MWF。在本發明一個有利的具體實施方案中，來自第二生物反應器的排出物可用於接種一個或多個另外的生物反應器。已經發現，以此方式接種的另外的生物反應器將比第一生物反應器更快成熟。通常地，第三生物反應器將包括基本上未被微生物移植的固態支撐基體，使得引入其中的排出物可以移植該固態支撐基體。該步驟可以重複一次或多次以接種一個或多個另外的生物反應器。根據一個具體實施方案，第二生物反應器可以可逆地連接至一個或多個另外的生物反應器，從而允許廢MWF從此通過。適合地，廢MWF的通過是可控的，使得一旦第二生物反應器內的廢MWF的COD達到2000mg/L或更小時即可轉移廢MWF。根據另一個具體實施方案，可向另外的生物反應器手動填充來自第二生物反應器的排出物。適合地，另外的生物反應器也將包括基本上沒有微生物的固態支撐基體，使得可以通過引入其中的廢MWF對另外的生物反應器進行接種。適合地，另外的生物反應器的體積的至少約50%、60%、70%、80%、90%或100%將被基本上沒有微生物的固態支撐基體佔據。生物反應器內，生物膜生長在其上的固態支撐體可以被固定到生物反應器和/或可以從生物反應器移除。適合地，至少一部分固態支撐體可從生物反應器移除以允許在生物反應器之間轉移固態支撐體。固態支撐體可以是任何適於建立生物膜的固態支撐體。固態支撐體可以由塑料(例如聚丙烯)、金屬、天然纖維(例如棉)及其組合形成。固態支撐體可以由由疏水材料(例如聚乙烯)形成的塗層形成或包括由疏水材料(例如聚乙烯)形成的塗層。適合地，選擇用於形成固態支撐體的材料在MWF的存在下基本上不降解。固態支撐體可以是基本上平坦的、基本上圓柱形的、基本上圓錐形的、基本上球形的、基本上矩形的、基本上方形的、基本上橢圓形的和/或不規則形的。適合地，一種或多種微生物能夠結合到生物反應器內的固態支撐體以形成生物膜，其能夠從一個生物反應器轉入另一個生物反應器。適合地，形成生物膜的微生物在使用的過程中基本上不能從固態支撐體上脫落。固態支撐體的例子包括但不限於生物塔、旋轉生物接觸器、糙石、板條、塑料介質、網狀泡沫顆粒、微載體和/或介質顆粒、硅藻土、二氧化矽、氧化鋁、陶瓷珠、木炭或聚合珠或玻璃珠
坐坐寸寸o優選的固態支撐體類型包括塑料網(例如擠制的聚乙烯網)或由塑料網(例如擠制的聚乙烯網)組成。另一優選的固態支撐體類型包括塑料(例如聚丙烯)編織管，其提供了用於生物膜生長的高表面積同時允許生物膜表面上適當的液體流動。另一優選的固態支撐體類型具有粗糙表面以增加細菌的粘附。另一優選的固態支撐體類型包括一個或多個(例如所有)這些特徵的組合。在另一個具體實施方案中，固態支撐基體包含塑料管(例如塑料(例如聚丙烯)編織管)、由塑料管(例如塑料(例如聚丙烯)編織管)組成或者基本上由塑料管(例如塑料(例如聚丙烯)編織管)組成。塑料管可以包括約200根網管，適合地具有約70_的直徑和Im的長度。每根網管通常包括約30根直徑約2-3mm的聚乙烯線。網線可以焊接在一起從而在管壁中形成方形孔。孔的尺寸為約8_X8mm。這些線在乾燥條件下給出約IOOm2/m3的總面積。另一種網管形式包括約300根網管，適合地具有約50_的直徑和Im的長度。每根網管通常包括約30根直徑約2-3mm的聚乙烯線。網線可以焊接在一起從而在管壁中形成方形孔。孔的尺寸為約4mmX4mm。這些線在乾燥條件下給出約150m2/m3的總面積。另一種網管形式具有約50mm的外徑。每立方米包括約300根網管，具有約50mm的直徑和Im的長度。每根網管包括約30根理論直徑約3-4mm的聚乙烯線。網線可以焊接在一起從而在管壁中形成方形孔。孔的尺寸為約3_X3mm。這些線在乾燥條件下給出約200m2/m3的總面積。用於本發明的固態基體是商業可得的。本文描述的生物反應器可以包括控制器。可以設置控制器以自動作業系統。控制器可以測量系統的不同參數，例如壓力、溫度、pH、C0D含量、廢水流和/或出口流；生物反應器內的細菌的量、種類、和/或種類的比率；流速、氣泡流；和/或水的體積等等。控制器可以使用不同參數的測量值來修正系統的一個或多個參數值。控制器可以連續或周期性地測 量和/或修正系統的參數。生物反應器可適於間歇或連續操作。生物反應器可以是需氧的泡罩塔生物反應器。在一個具體實施方案中，至少一部分固態支撐基體可被更換或添加至生物反應器以響應生物膜活性的基本降低水平-例如COD降低的基本降低水平。可以通過移除至少一部分固態支撐基體，然後用來自第一生物反應器的固態支撐基體或其上基本上不存在微生物的新的或乾淨的固態支撐基體更換移除的固態支撐基體，從而更換生物膜。可以向生物反應器中添加含有成熟生物膜的固態支撐基體，從而改進其活性。生物反應器可以由塑料、金屬和/或其它材料形成。生物反應器可以包括一個或多個塗層。塗層可以抑制腐蝕和/或促進從容器移除固體。例如，生物反應器可以具有聚四氟乙烯塗層以抑制腐蝕和抑制固體粘附到生物反應器。生物反應器的足跡(footprint)可以為基本上方形的、基本上圓形的、基本上橢圓形的、基本上矩形的和/或不規則形的。生物反應器可以具有被構造成使生物反應器內的停滯區域最小化的形狀。在某些具體實施方案中，生物反應器的內表面的形狀可以最小化混合過程中容器內的停滯區域。生物反應器的內表面可以為圓形而非在一邊匯合的。例如，生物反應器的內表面可以具有基本上與橢圓或圓相似的形狀，從而在使用過程中最小化生物反應器內停滯區域的存在。在一個具體實施方案中，生物反應器可以具有這樣的形狀其中在使用過程中，當用攪拌器混合時，基本上所有液體在一個或多個生物反應器內循環。生物反應器可以包括一個或多個攪拌器以攪動生物反應器內的廢MWF和/或氣體。可以設置一個或多個攪拌器以減少生物反應器內的混合死區。例如，具有橢圓形橫截面的生物反應器可以包括兩個橫穿下表面大致等距隔開的反應器，以抑制生物反應器內的停滯區域。生物反應器可以包括一個或多個用於廢水流、氣泡流和/或細菌的入口。生物反應器可以包括一個或多個用於從生物反應器移除液體和/或固體的出口。可以將過濾器連接到入口和/或出口。可以將過濾器和/或重力除水閥連接至入口以移除和/或破裂大型固體。可以將過濾器連接至出口以防止固體(例如廢渣、微生物、生物膜和/或顆粒物)流出生物反應器。在一個具體實施方案中，過濾器可以抑制來自水的汙染物流出生物反應器。例如，可以將濾紙或活性炭過濾器連接至出口以從流出生物反應器的流中移除汙染物。在某些具體實施方案中，可以將電凝系統連接至入口和/或出口。電凝系統可以在允許廢MWF進入包含生物膜的生物反應器之前和/或在允許廢MWF離開包含生物膜的生物反應器之後使用。電凝系統可以引起化合物沉澱並漂浮到生物反應器的上表面或下表面從而移除。在一個具體實施方案中，電凝系統可以在廢MWF中充載離子。充載的離子可以結合至相反充載的離子並形成沉澱。隨後沉澱可以漂浮到生物反應器的上表面或下沉到生物反應器的下表面從而從廢MWF中移除。在一個具體實施方案中，沉澱可以從廢MWF中過濾出來。在一方面，提供一種用於處理MWF的生物反應器，包括(i)第一固態支撐基體，所述第一固態支撐基體包含能夠降低MWF的COD含量的微生物生物膜，其中可選擇地，所述生物膜已經在不同的生物反應器內建立；和(ii)第二固態支撐基體，其中所述第二固態支撐基體沒有或基本上沒有被微生物生物膜移植；和(iii)任選地，稀釋的廢MWF。適合地，如本文中描述的，第一固態支撐基體已經提前在第一生物反應器內製備。·適合地，第一固態支撐基體上的微生物生物膜能夠將廢MWF的COD降低到約2000mg/L COD或更小。適合地，包含微生物生物膜的第一固態支撐基體的體積為生物反應器的體積的至少約1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或約10%。適合地，包含微生物生物膜的第一固態支撐基體的體積為生物反應器的體積的至少約5%。更適合地，包含微生物生物膜的第一固態支撐基體的體積為生物反應器的體積的至少約10%。適合地，生物反應器的剩餘體積被其上不存在或基本上不存在微生物生物膜的固態支撐基體佔據。適合地，第一和第二支撐基體可以移入和移出生物反應器。更適合地，第一支撐基體可以移入和移出生物反應器而第二支撐基體固定在生物反應器內。應理解本發明提供本文所限定的生物反應器用於降低廢MWF的COD的用途。本發明進一步提供用作本發明生物反應器的裝置和適合於接種所述裝置以提供本發明生物反應器的細菌製劑。進一步提供通過本發明的方法或生物反應器處理的廢液，特別是其中所述廢液為廢MWF，更特別的是其中廢料的COD為約2000mg/L或更小。可能需要保藏來自第一和/或第二生物反應器的微生物和/或包含微生物的生物膜以備後續使用。可將生物膜貯存在包含磷酸鹽緩衝鹽水的充氣泡罩塔反應器內，或可進料COD介於約1000mg/L和約2000mg/L之間的稀釋的MWF長達大約一年而基本上不影響其返回生長相的能力。在一個具體實施方案中，生物膜和/或生物反應器基本上不含病原體，並且適合地完全不含病原體。一旦達到所需的COD水平，處理中剩餘的灰水可以被排進下水道，或可以用於接種另外的生物反應器。灰水在排放之前可以任選地進一步處理以殺死任何殘留的微生物。適合的處理包括但不限於臭氧、輻射熱或任何其它不會增加灰水毒性的處理。在該階段，新一批的廢MWF可以被引入反應器從而進行加工。另一個方面涉及運轉用於處理MWF的生物反應器的方法，包括步驟(a)在第一生物反應器內的固態支撐基體上提供微生物生物膜；(b)將包含生物膜的固態支撐基體轉入第二生物反應器；(c)在步驟(b)之前或之後用廢MWF填充第二生物反應器；和(d)在第二生物反應器中提供允許其被微生物生物膜移植的條件。
另一個方面涉及一種通過所述方法獲得或可通過所述方法獲得的運轉的生物反應器。在另一方面，本發明包括一種用於處理廢MWF的方法。該MWF與動態微生物群落接觸。允許微生物(細菌)在MWF上工作以消化MWF中的油和其它組分。通過首先使未加工的廢MWF與動態微生物群落接觸一段時間，能夠降低廢MWF的化學需氧量。通過使用根據本發明一個具體實施方案的允許隨時間變化的動態微生物群落，允許成長對於特定的加工處理周期來說最為合適的微生物群落。這可以允許更有效地加工MWF,因為存在最合適的微生物以降解混合物中的成分。MWF的組分由於被微生物降解而隨時間改變。最初，油構成大部分被處理的MWF，然而油由於被微生物消化和分解因此而耗盡，留下MWF的其它組分待降解。這改變了反應器內的環境，且初始微生物中存在的微生物不一定最適合降解剩餘組分，或可能不具有在 這些條件下工作的能力。環境的變化使其更適合於其它微生物增殖和生長。隨著MWF的處理，反應器內環境的連續變化創造了適於合適的微生物群落隨時間而成長的條件。最初可以通過創建微生物群或聚生體來獲得動態微生物群落，從而形成起始微生物群落，所述微生物根據其降解MWF組分的能力而選擇並且源自MWF。生物群可以包括一種或多種不同類型的微生物。優選地，群落由不同的細菌種或亞種形成。可選擇地，最初可以通過直接從MWF中分離內源性細菌獲得動態微生物群落，從而獲得起始微生物群落。已知某些種類的細菌能夠代謝MWF的組分。為了形成有用的群落，可以使用這些已經在含MWF的培養基中培養的細菌。這趨向於確保細菌能夠抵抗MWF的生物殺滅劑和其它毒性組分(其能夠消滅未暴露於這些組分的菌株)。培養起始生物群落以獲得用於接種反應器的動態群落。使用標準支撐體的固態接種是用於使微生物暴露於MWF的優選方法。然而，也可以直接將微生物群落加入待處理的MWF 中。MWF可以在間歇式反應器內加工，或MWF可以通過一系列反應器的連續加工而加工。一旦COD被充分降低至允許的水平，則將MWF排入下水道或進一步精製。COD達到所需水平需要的時間量取決於參數例如MWF的起始COD水平、反應器中MWF的溫度、MWF中組分例如冷卻劑的性質，和反應器的尺寸。如果必要，可以稀釋MWF從而將MWF的COD降低到可以被反應器連續加工的水平。例如，可以對起始MWF進行I : 2稀釋、I 3稀釋、I 4稀釋、I 5稀釋、I 6稀釋、I 7稀釋、I 8稀釋、I 9稀釋或更適合地I : 10稀釋以提供合適的流入C0D，從而達到降低的排出C0D。在被加入到生物反應器之前，MWF可被稀釋到約50000mg/L或更小、約40000mg/L或更小、約30000mg/L或更小，或約20000mg/L或更小的C0D。下面的實施例作為示例提供而非限制性的。除非另外指出，本發明使用本領域公知的常規技術。實施例實施例I-用於生物降解MWF的微生物的固體接種通過選擇已知最初能夠代謝MWF成分的生物群獲得起始微生物群落，從而形成人造微生物群落。例如,可以通過用W02008/102131中描述的聚生體接種而獲得這種起始群落的一個例子。可選擇地，內源性微生物群落提取自廢MWF。然後在包含MWF的環境中培養起始微生物群落以產生可以用於最初接種生物反應器的生物膜形式的初始動態微生物群落。附圖I中示出的反應器可被用於MWF的間隙加工。反應器10包括反應器底部上的空氣分布器12，所述空氣分布器12通過空氣入口管16連接到泵14以給系統提供空氣
20。在反應器內提供固態支撐基體18 (例如，聚丙烯網或網結構)以提供顯著的表面積，生物膜可以在其上生長。這使得可暴露於MWF的生物膜面積達到最大。出口管22提供開口以從反應器排放經處理的MWF。如果需要，可以在反應器內設置加熱器。反應器最初裝配有位於反應器底部上的空氣分布器和加入到反應器底部的固態基體。向反應器中加入初始體積的包含動態微生物群落的預製基體，並用乾淨的基體填充剩餘反應器體積。總基體體積的約10-20%可以包含動態起始微生物群落。為了在反應器的生物介質上建立生物膜，向生物反應器中注入一系列劑量(例如5劑量)的預定體積的 稀釋MWF。MWF的稀釋可以幫助在支撐體上建立群落，因為其降低了劑量的整個油負荷，因此避免了抑制群落生長的支撐體的過度油潤溼。放入反應器的初始的五批MWF將具有低於未稀釋MWF的化學需氧量(COD)，例如小於15000mg/L。這些初始批次的每一者的MWF含量可逐漸增加。一旦COD達到所需水平，流體由於失活而從反應器排出。在此期間，通過加入
0.2% w/v胰蛋白腖大豆培養基增補MWF。完成稀釋的MWF的數個循環之後，生物膜應當已經在整個反應器內成長。反應器然後準備接收具有更高COD的廢MWF以進行降解。將未加工的MWF引入反應器並允許微生物作用於MWF直至達到所需的COD水平，例如低於2000mg/L。MWF的處理剩餘的灰水然後可以排入環境中。在排入下水道之前，可以例如用臭氧進一步處理具有小於2000mg/L COD水平的灰水從而消滅任何殘餘的微生物。然後可以將用於處理的新批次MWF引入反應器。在處理過程的末尾，從反應器收集包含微生物群落的生物膜基體樣品，並轉入另一個反應器以用作起始群落。如上面描述的，通過使用增加濃度的MWF，初始生物膜樣品可以生長成完整的生物膜。反應器然後可以用於另一處理過程。實施例2-間歇式生物反應器內的動態群落行為使動態細菌群落與獲自工程裝置的廢MWF接觸。動態細菌群落最初在使用稀釋MWF的反應器內生長形成生物膜。在反應器內以三個時間間隔(四月、九月和隔年四月)提取生物膜樣品。分析樣品並確定樣品中存在的微生物和檢測的每種微生物的相對豐餘性。結果顯示在圖2中。參考圖2的圖表，在加工過程開始(四月)時檢測的大部分細菌在12個月之後(隔年四月)不再存在。僅檢測到的12個月之後仍然存在的細菌是不動桿菌屬某種和假單胞菌屬某種。然而，不動桿菌屬某種和假單胞菌屬某種的比例隨時間改變。最初，發現不動桿菌屬某種構成大百分比的檢測細菌。雖然在12個月之後仍然存在，但是不動桿菌屬某種構成極小百分比的MWF中存在的微生物群落。不動桿菌屬某種在12個月之後不再是MWF中存在的主要種類。假單胞菌屬某種存在於初始生物膜和最終生物膜中，其在微生物群落中的存在量隨時間增加。這表明在MWF的加工過程中，微生物的類型和微生物的比例隨時間變化。不存在於初始動態群落中的大量微生物在一段時間後存在於生物膜中。它們可以包括以少量存在於MWF中的在反應器中活躍的細菌。實施例3-生物反應器的單液體接種方法在廢MWF上選擇的5種分離菌在室溫下在1/10強度胰蛋白腖大豆培養基(TSB)中生長16小時。以10% (體積)的比率使用細胞懸浮液以接種實驗室反應器或工場反應器。在實驗室反應器中，每5升MWF廢水使用500ml接種體，在工場反應器中，每1000升MWF廢水使用100升接種體。這種方法描述在van der Gast and Thompson (2005), Biotechnoland Bioeng.，89，3，357-366 中。將廢MWF加入生物反應器並測量其COD水平。在圖3和4中顯示了這些實驗的結果。如可看到的，盡 管COD量可被降低，但是性能不穩定，使得在獲得的結果中存在很大的可變性。這些系統難以以商業規模實施。實施例4-多接種方法在廢MWF上選擇的5種分離菌在室溫下在1/10強度胰蛋白腖大豆培養基(TSB)中生長16小時。以10% (體積)的比率使用細胞懸浮液以接種包含無生物膜基體的實驗室反應器和現場反應器。在圖5中，向批次1-9中從左至右加入接種體。圖5顯示了這些實驗的結果，顯示出可以在接種批次中獲得合適的性能。然而，未被接種的批次10沒有達到合適的性能。這表明可能需要大於9次接種以建立完整功能的生物膜。實施例5-固態基體接種方法將已經生長在固態支撐基體上的成熟生物膜從第一生物反應器轉入第二生物反應器。在連續流動或以間歇模式運轉至少2批次的情況下，生物膜源自的生物反應器已經穩定地將廢MWF的COD降低到約ZOOOmgr1COD或更小超過約I周的時間。成熟生物膜可以源自最初進行液體接種的生物反應器並且例如在實驗室中經歷了冗長的成熟過程，或者可以源自預先通過成熟生物膜的固態基體轉移而繁殖的生物反應器。如果使用培養分離菌建立生物膜，則接種體可以包含在加有1-5% MWF的1/10胰蛋白腖大豆培養基或包含MWF或MWF組分作為唯一碳源的基本培養基上從操作的MWF選擇的細菌菌群(見 van der Gast Env. Micro (2004) 6 (3) 254-263)。燒瓶在約 IOOrpm 下在震蕩培養器中培育約16小時。通過DNA排序鑑定培養的分離菌以將病原體排除在考慮的接種體之外。單種微生物或聚生體可用於接種生物反應器。從操作的生物反應器移除包含成熟生物膜的基體並轉入待接種的反應器。使用的成熟基體生物膜的體積為待接種的反應器的體積的約10% (例如，在5升生物反應器中使用500ml固態支撐基體管，在10000升工場反應器中使用1000升固態支撐基體管)。反應器的剩餘體積被乾淨的(無生物膜)基體佔據。然後用稀釋的MWF廢料填充反應器，並立即開始曝氣以避免厭氧活動和硫化氫的產生。監控測量廢MWF的COD水平。取決於廢料流，在數天或數周時間內用生物膜移植和覆蓋無生物膜的基體。圖6中顯示了這些實驗的結果。如可看到的，在使用固態基體方法的生物反應器中可以獲得穩定和恆定的COD水平降低。實施例6-生物反應器運轉
生物反應器在約18_20°C的溫度下運轉，儘管可以使用低至12°C的溫度。一旦成熟，生物反應器能夠忍受約+1至+35°C。1°C下的COD降低是可以忽略的，但是在30°C下的操作可以維持高水平數天。使用來自壓縮機的空氣並將空氣注入生物反應器底部的管內使其分布，從而對反應器進行曝氣。起泡上升的活動在生物反應器表面提供攪動，但不會劇烈到驅逐粘附的生物膜。這在實踐中給出約250-300升每分鐘每5000升反應器體積的空氣流量。溶解氧水平在運轉過程開始時由於低細胞密度通常為約10mg/L。在成熟時，由於微生物利用自由氧以氧化油和其它MWF組分,可測量的溶解氧通常小於lmg/L。 實施例7-生物反應器進料在初期運轉期間，用COD介於約5000和約10000mg/L之間的稀釋的MWF廢料進料液體接種或生物膜接種的生物反應器，從而使由廢料流中的毒性組分(例如生物殺滅劑)強加的中毒性休克達到最小。在實驗室規模下，有時為反應器補充胰蛋白腖大豆培養基。這在全規模時不切實際或成本昂貴。在> 1000升的規模下，以極低的水平(I-IOiil每升反 應器體積)補充海藻基微量元素溶液。實施例8-在5升實驗室生物反應器內液體接種和固態基體接種的比較在包含廢MWF的5升實驗室生物反應器內進行液體接種和固態基體接種的比較。使用本文描述的方法建立生物反應器。圖7中的結果顯示，固態基體接種的生物反應器從第一次運轉就恆定地達到約2000mg/L COD或更小的所需的排放允許水平。液體接種的生物反應器即使在第三次運轉也未達到低於4000mg/L COD,液體接種的生物反應器具有15天(圖7中15-30天)的延長的接觸時間。圖8顯示了液體接種的生物反應器在12小時的時間內可達到的COD含量的降低遠低於基體接種的生物反應器。實施例9-用從包含成熟基體的反應器獲得的排出物運轉反應器使用來自包含成熟固態基體的生物反應器的排出物(經處理的廢MWF)進行運轉。對於五批運轉，通過將MWF(H0CUT 3280和Houghton 795b)稀釋到10%、20%、10%、10%和10%將排出物加入包含乾淨固態基體的反應器中(見圖9)。百分數指的是MWF在MWF和經處理的排出物的混合物中的比例。稀釋可在反應器內原位進行或可以在轉移到生物反應器之前在獨立的罐中進行。生物反應器為I. 5升需氧泡罩塔生物反應器並包含固態支撐基體。第一次運轉也接收來自通過離心濃縮的3升排出物的生物質。對於前6次運轉，處理來自不同源的操作廢MWF。流入廢料流中MWF的比例為6-100%，其中100%表示不稀釋MWF。從第30天起觀察到穩定的性能，並達到< 2000mg/l COD的下水道通常允許的極限值。可以在本發明的範圍內進行進一步的變化。例如，可以通過仔細控制MWF和在培養期間暴露於群落的其它材料產生初始群落。本發明的另外方面以段落標號列於如下I. 一種用於處理MWF的方法,包括在反應器內建立動態微生物群落,微生物得自在包含MWF的液體中建立的現有活群落；使MWF與反應器內的微生物群落接觸；和允許動態微生物群落代謝MWF以降低其化學需氧量；其中允許群落的個體在處理過程期間成長以響應被處理流體中的變化。2.根據第I段的方法，其中建立群落的步驟包括通過用能夠代謝MWF和源自MWF的微生物接種MWF環境從而在MWF環境中培養起始微生物群落。3.根據第2段的方法，其中起始微生物群落包括選定微生物的聚生體。4.根據第2段的方法，其中起始微生物群落包括從MWF分離的內源性微生物群落。5.根據前述任一段的方法，包括在與動態微生物群落接觸之前以未加工的形式提供 MWF。6.根據前述任一段的方法，包括在與動態微生物群落接觸之前以具有小於50000mg/L的起始COD的形式提供MWF。
7.根據前述任一段的方法，其中在固態支撐基體上以生物膜的形式提供動態微生物群落。8.根據第7段的方法，包括在固態支撐基體上提供生物膜和在反應器內放置固態支撐基體的步驟。9.根據前述任一段7的方法，進一步包括提取生物膜樣品並將樣品轉入第二反應器以在第二反應器內建立動態群落。10.根據前述任一段的方法，其中使MWF保持與動態群落接觸直至化學需氧量不大於 2000mg/L。11.根據前述任一段的方法，其中MWF在反應器內的停留時間取決於起始C0D、MWF的溫度、MWF中的組分的性質和/或反應器尺寸。12.根據前述任一段的方法，其中反應器包括容器，在所述容器內處理一批MWF直至化學需氧量達到預定水平。13.根據1-11任一段的方法，其中反應器包括一系列容器，MWF流通過所述容器。14. 一種根據前述任一權利要求的方法獲得的用於處理MWF的動態微生物群落。本文引用或描述的任何出版物提供了在本申請申請日之前公開的相關信息。本文的聲明不能被解釋為承認本發明者無權先於這些公開。上文提到的所有出版物通過引用的方式併入本文。對本領域技術人員而言，本發明的不同修改和變形是顯而易見的且未脫離本發明的範圍和精神。儘管本發明已結合特定的優選具體實施方案進行了描述，應該理解，要求保護的本發明不能被不當地限制到這些特定的具體實施方案。事實上，為實施本發明而描述的模式的不同修改對微生物和生物修復或相關領域的技術人員而言是顯而易見的，並且落入下述權利要求的範圍之內。
權利要求
1.一種用於處理廢金屬工作流體(MWF)的方法，包括步驟 (a)在第一生物反應器內的固態支撐基體上提供微生物生物膜； (b)將至少一部分包含微生物生物膜的固態支撐基體從第一生物反應器轉入第二生物反應器；和 (c)在第二生物反應器內培養微生物以降低包含在其內的廢MWF的化學需氧量。
2.根據權利要求I所述的方法，其中在被轉入第二生物反應器之前，第一生物反應器內的固態支撐基體上的微生物生物膜能夠將廢MWF的化學需氧量(COD)降低到2000mg/L或更低。
3.根據權利要求I或2所述的方法，其中在步驟(b)中從第一生物反應器轉入第二生物反應器的包含微生物生物膜的固態支撐基體的體積為第二生物反應器的體積的至少約10%。
4.根據權利要求3所述的方法，其中第二生物反應器的剩餘體積被其上不存在或基本上不存在微生物生物膜的固態支撐基體佔據。
5.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中在步驟(b)之前或之後首先用廢MWF，適合地用稀釋的廢MWF填充第二生物反應器，其中其COD介於約5000和約10000mg/L之間。
6.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中固態支撐基體包含塑料編織管，由塑料編織管組成，或基本上由塑料編織管組成。
7.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中第一和/或第二生物反應器內的空氣流量介於約250和300升每分鐘每5000升液態生物反應器體積之間。
8.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中在步驟(a)中建立的生物膜是(i)源自從MWF分離的內源性微生物群落；或(ii)源自通過轉入至少一部分包含微生物生物膜的固態支撐基體接種的不同的生物反應器的生物膜，其中所述生物反應器能夠將廢MWF的COD降低至IJ 2000mg/L。
9.根據前述權利要求任一項所述的方法，其中至少一部分來自第二生物反應器的廢MWF被用於接種一個或多個另外的生物反應器，其中任選地，另外的生物反應器包含基本上沒有被微生物移植的固態支撐基體。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述步驟被重複一次或多次以接種一個或多個另外的生物反應器。
11.一種用於製備能夠降低廢MWF的COD含量的微生物生物膜的方法，包括步驟 (a)在第一生物反應器內的固態支撐基體上提供微生物生物膜； (b)將包含微生物生物膜的固態支撐基體從第一生物反應器轉入第二生物反應器；和 (c)在廢MWF存在下在第二生物反應器內培養微生物生物膜。
12.—種用於處理MWF的生物反應器，包括 (i)第一固態支撐基體，所述第一固態支撐基體包含能夠降低MWF的COD含量的微生物生物膜，其中任選地，所述生物膜已經在不同的生物反應器內建立； (ii)第二固態支撐基體，其中所述第二固態支撐基體沒有或基本上沒有被微生物生物膜移植，和 (iii)任選地，稀釋的廢MWF。
13.根據權利要求12所述的生物反應器，其中第一固態支撐基體上的微生物生物膜能夠將廢MWF的COD降低到2000mg/L COD或更小。
14.根據權利要求12或13所述的生物反應器，其中約10%的固態支撐基體為第一固態支撐基體，而第二生物反應器的剩餘體積被第二固態支撐基體佔據，和/或其中所述第二生物反應器可逆地連接至一個或多個另外的生物反應器以允許廢MWF從此通過，其中廢MWF具有約2000mg/L或更小的C0D。
15.一種如本文參照說明書和附圖描述的方法或生物反應器。
全文摘要
本發明提供一種用於處理廢金屬工作流體(MWF)的方法，包括步驟(a)在第一生物反應器內的固態支撐基體上提供微生物生物膜；(b)將至少一部分包含微生物生物膜的固態支撐基體從第一生物反應器轉入第二生物反應器；和(c)在第二生物反應器內培養微生物以降低包含在其內的廢MWF的化學需氧量。
文檔編號C02F103/16GK102985376SQ201180020809
公開日2013年3月20日 申請日期2011年2月24日 優先權日2010年2月25日
發明者D·埃傑, T·古多爾, W·波普 申請人:微生物解決方案有限公司