CN107010735A - 用于处理工业废料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于处理工业废料的方法。具体地，本发明提供一种用于处理废金属工作流体(MWF)的方法，包括步骤：(a)在第一生物反应器内的固态支撑基体上提供微生物生物膜；(b)将至少一部分包含微生物生物膜的固态支撑基体从第一生物反应器转入第二生物反应器；和(c)在第二生物反应器内培养微生物以降低包含在其内的废MWF的化学需氧量。

Description

用于处理工业废料的方法
本申请是申请日为2011年2月24日，名称为“用于处理工业废料的方法”的中国专利申请No.201180020809.5的分案申请。
技术领域
本发明概括而言涉及生物修复领域，并且包括微生物在工业废料的处理中的应用。更具体而言，本发明涉及微生物用于处理废金属工作流体(MWF)的应用，因此本发明可适合用于污水排放或用于失活和进一步精制以使水可重复利用。
背景技术
MWF在工业制造中例如在汽车发动机、变速器和冲压装置中用作金属切割和碾磨和钻孔操作中的润滑剂和冷却剂。MWF有三种类型：合成的、半合成的和油基的(包括矿物油、植物油和动物油)。它们通常被配制为包括抑制金属腐蚀和抑制微生物活性的化学品(生物杀灭剂)。当MWF用在机械加工操作中时，其随时间而降解并最终需要被除去。由于多种因素，将废MWF排放到环境中是非常困难的，这些因素包括：(1)由加入的用于改进MWF性能的例如生物杀灭剂和其它化学组分引起的废MWF的高毒性；和(2)废MWF的高化学需氧量(COD)。
COD是使材料(例如废液)的组分氧化所需的氧的量值，且通常被认为是这些材料的有机物含量的量值。典型地，在英国排放到公共下水道的废水的COD的极限值为2000mg/L左右，尽管根据地理情况该数值可能是更高或更低的数值，也可能在不同的国家是更高或更低的数值。用于测量COD的方法在本领域是公知的。一个示例性的方法描述在van derGast&Thompson(2005)Biotechnology&Bioengineering 89，3 357-366中，其中LASA 100移动实验室光度计与COD试管测试试剂盒一起使用。其中测量COD含量的MWF样品用0.2μm孔径的膜(Millipore,UK)预过滤。
由于废MWF的毒性和高COD，将废液排放进环境是严格限制的，特别是在美国和欧洲。
传统的化学和物理方法-例如超滤和闪蒸/真空蒸发-已被用在废MWF被排放进环境之前的处理中。然而，这些方法是高耗能的，难以按比例放大到大体积且不能处理现代MWF的污染物负载。一种用于处理不能通过过滤清除的污染物负载的方法是在化学或物理步骤之后对废MWF进行生物处理。
一种用于处理废MWF的方法，包括生物处理MWF，其中向MWF中加入微生物以消化不需要的组分。这种生物修复MWF的方法在没有初始加工(例如废MWF的过滤或超滤)的情况下通常不能充分地降低COD(例如参见van der Gast&Thompson(2005)Biotechnology&Bioengineering 89,3 357-366)，这为生物方法增加大量的时间、不便和费用。已经公开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体接种进入生物反应器，其中微生物能够降低废MWF的COD含量。例如，Muszynski&Lebkowska(2005)Polish Journal ofEnvironmental Studies14,1第73-79页和Hila等人(2005)Journal of ChemicalTechnology and Biotechnology(2005)80,641-648描述了根据废MWF来选择和培养微生物，随后将微生物液体接种进入生物反应器。已经公开的可以在一定程度上降低COD的另一种生物方法使用稳定的微生物群落，这些微生物群落在使用特定的微生物聚生体的处理过程中保持它们的组成。在这方面，W02008/102131描述了使用至少由土壤杆菌属某种(Agrobacterium spp.)、丛毛单胞菌属某种(Comamonas spp.)、甲基杆菌属某种(Methylobacterium spp.)和微小杆菌属某种(Microbacterrum spp.)组成的微生物聚生体从而处理废MWF。该文献中描述的方法利用液体接种微生物聚生体进入生物反应器，并且还公开了超滤MWF的使用。
本发明人致力于开发适合以工业规模显著降低废MWF的COD含量的方法。然而，在这样做的过程中，他们遭遇了很多困难。例如，他们发现用现有技术方法建立的生物反应器通常需要冗长的运转时间才能在操作上有效地处理废MWF。这对于以工业规模处理废MWF来说具有严重的时间问题和成本问题。另外举例而言，他们也发现用现有技术的方法建立的生物反应器经常显示出不稳定的性能，一些试验显示出COD含量稍微降低而其它试验显示出不佳的COD降低水平。他们也发现，用这些方法可达到的COD的降低没有低到足够满足他们的需要，因此在被送入废水之前，MWF需要进一步的下游处理，从而增加了另外的费用和不便。
本发明在废MWF的生物处理中提供改进，目的在于克服与现有技术相关的问题。
发明内容
本发明至少部分基于令人惊奇的发现：用包含生物膜的固态基体接种生物反应器，所述生物膜已经在不同的生物反应器内预先生长，可以改进废MWF的生物修复。具体来讲，已经发现这种“固态基体接种”方法可以导致接种和高效运转之间更短的时间周期，从而使得生物反应器在以工业规模高生产量地处理MWF方面更有效率。也已发现，生物反应器性能在试验之间更为稳定。
因此，根据本发明的第一方面，提供一种用于处理废MWF的方法，包括步骤：(a)在第一生物反应器内的固态支撑基体上提供微生物生物膜；(b)将至少一部分包含微生物生物膜的固态支撑基体从第一生物反应器转入第二生物反应器；和(c)在第二生物反应器内培养微生物以降低包含在其内的废MWF的化学需氧量。
在一个具体实施方案中，在被转入第二生物反应器之前，第一生物反应器内的固态支撑基体上的微生物生物膜能够将废MWF的COD降低到2000mg/L或更低。
在一个具体实施方案中，在约30天后，第二生物反应器内的微生物能够将废MWF的COD降低到2000mg/L或更低。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，在步骤(b)中从第一生物反应器转入第二生物反应器的包含微生物生物膜的固态支撑基体的体积为第二生物反应器的体积的至少约10％。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，第二生物反应器的剩余体积被其上不存在或基本上不存在微生物生物膜的固态支撑基体占据。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，在步骤(b)之前或之后首先用MWF，适合地用稀释的MWF填充第二生物反应器，其中其COD介于约5000和10000mg/L之间。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，固态支撑基体包含塑料编织管，由塑料编织管组成，或基本上由塑料编织管组成。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，第一和/或第二生物反应器内的空气流量介于约250和300升每分钟每5000升液态生物反应器体积之间。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，在步骤(a)中建立的生物膜是：(i)源自从MWF分离的内源性微生物群落；或(ii)源自通过转入至少一部分包含微生物生物膜的固态支撑基体接种的不同的生物反应器的生物膜，其中所述生物反应器能够将废MWF的COD降低到2000mg/L。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，当生物膜源自从MWF分离的内源性微生物群落时，则第一生物反应器的成熟将通常花费约70天或更长。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，当生物膜源自通过转入至少一部分包含微生物生物膜的固态支撑基体接种的不同的生物反应器时，且其中所述不同的生物反应器能够将废MWF的COD降低到2000mg/L，则第一生物反应器的成熟将通常花费约30天或更短。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，来自第二生物反应器的排出物被用于接种一个或多个另外的生物反应器，其中任选地，一个或多个另外的生物反应器包含基本上没有被微生物移植的固态支撑基体。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，所述步骤被重复一次或多次以接种一个或多个另外的生物反应器。因此，另外的生物反应器可以使用该方法连续地接种。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，第一和/或第二生物反应器内的曝气与向其中加入废MWF基本上同时开始。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，所述废MWF是合成的MWF。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，所述废MWF是半合成的MWF。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，所述废MWF是油基MWF，例如矿物油、植物油或动物油等等。
另一方面，提供一种用于处理MWF的生物反应器，包括：(i)第一固态支撑基体，所述第一固态支撑基体包含能够降低MWF的COD含量的微生物生物膜，其中任选地，所述生物膜已经在不同的生物反应器内建立；(ii)第二固态支撑基体，其中所述第二固态支撑基体没有或基本上没有被微生物生物膜移植，和(iii)任选地，废MWF。
在一个具体实施方案中，第一固态支撑基体上的微生物生物膜能够将废MWF的COD降低到2000mg/L或更小。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，包含微生物生物膜的第一固态支撑基体的体积为生物反应器的体积的至少约10％。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，生物反应器的剩余体积被第二固态支撑体占据。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，废MWF是稀释的废MWF，优选具有介于约5000和10000mg/L之间的COD。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，固态支撑基体包含塑料编织管，由塑料编织管组成，或基本上由塑料编织管组成。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，当生物反应器包含废MWF时，在使用过程中生物反应器内的空气流量介于约250和300升每分钟每5000升液态生物反应器体积之间。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，第一固态支撑基体上的生物膜源自从废MWF分离的内源性微生物群落或源自能够将废MWF的COD降低到2000mg/L或更小的生物膜。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，所述生物反应器可逆地连接至一个或多个另外的生物反应器以允许废MWF在使用过程中从此通过，其中废MWF具有约2000mg/L或更小的COD。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，所述废MWF是合成的MWF。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，所述废MWF是半合成的MWF。
在一个具体实施方案或上述具体实施方案的组合中，所述废MWF是油基MWF。
在另外一方面，提供生物反应器用于降低废MWF的化学需氧量的用途。
在另外一方面，提供一种用作本文描述的生物反应器的装置。
在另外一方面，提供一种用于降低废MWF的化学需氧量的方法，包括使废MWF与本文描述的生物反应器接触。
另一方面涉及一种处理MWF的方法，包括：在反应器内建立动态微生物群落，微生物获自在包含MWF的液体中建立的现有的活群落；使MWF与反应器内的微生物群落接触；和允许动态微生物群落代谢MWF从而降低其化学需氧量，其中，在处理过程中允许群落的个体(membership)成长以响应被处理的流体的变化。
建立群落的步骤可以包括通过用能够代谢MFW和源自MWF的微生物接种MWF环境从而在MWF环境中培养起始微生物群落。在一个具体实施方案中，起始微生物群落包括选定的微生物的聚生体。在另一个具体实施方案中，起始微生物群落包括从MWF分离的内源性微生物群落。
在一个具体实施方案中，MWF在与动态微生物群落接触前可以是未被加工的。适合地，在与动态微生物群落接触前，MWF以具有小于50000mg/l的起始COD的形式提供。
在一个具体实施方案中，可以在固态支撑基体上以生物膜的形式提供动态微生物群落。在该情况下，该方法可以包括在固态支撑基体上建立生物膜和将固态支撑基体放置在反应器内的步骤。
在一个具体实施方案中，可提取生物膜样品并送入第二反应器以在第二反应器内建立动态群落。
在一个具体实施方案中，MWF保持与动态群落接触直至化学需氧量不大于2000mg/L。MWF可以具有在反应器内的停留时间，其取决于起始COD水平、MWF的温度、MWF内组分的性质，和/或反应器的尺寸。
生物反应器可以包括一个容器，在所述容器中处理一批MWF直至化学需氧量达到预定水平。或者，生物反应器可以包括一系列容器，MWF流通过所述容器。
本发明的另一方面提供了一种动态微生物群落，所述动态微生物群落用于处理通过根据本发明的第一方面的方法获得的MWF。
本发明的另一方面涉及一种如本文参照说明书和附图描述的方法、生物反应器或动态微生物群落。
本发明的其它方面通过以下描述和权利要求而变得清晰。
有益效果
本发明是有利的，因为使用本发明的固态基体接种方法建立的生物反应器可以比使用现有技术方法建立的生物反应器更快和更可靠的运转。因此，举例而言，根据本发明接种的生物反应器通常可以在30天或更短的时间内运转，这比使用现有技术的液体接种方法的运转(通常花费70天或更长)更快。因此，包含能够将废MWF的COD降低到2000mg/L或更小的成熟生物膜的反应器可以有利地在30天或更短的时间内获得。
本发明也是有利的，因为与使用现有技术的液体接种方法的不稳定性能相比较，使用本发明的固态基体接种方法建立的生物反应器显示出试验之间更稳定的性能。可通过比较图3和4(它们显示了液体接种方法的不稳定性能)与至少图6中的固态基体接种的改进的性能看出以上优点。
本发明也是有利的，因为固态基体接种方法可以在更短的时间周期内达到COD的降低。该降低使得本发明在以工业规模高生产量地处理MWF方面更有效率。这至少可从图7中看出。
本发明也是有利的，因为生物膜表示细菌种类随时间的生长和积聚。该多样性确保在群落内有足够的功能丰余性以允许在多变的废料流中增殖和形成生物膜。
本发明也是有利的，因为其可以用于在处理之前没有进行分馏或过滤或优选以任何其它方式预处理的废MWF，特别是油基废MWF，从而充分地降低费用和不便。
附图说明
图1显示了用于本发明的生物反应器的示意图。
图2是显示根据本发明的方法处理的MWF中不同微生物随时间产生的图。x轴表示检测的细菌的种或属。y轴表示百分比丰余性。
图3显示了在5个不同的实验中使用单次液体接种的5000升生物反应器的COD需求量的降低。
图4显示了在4个不同的实验中使用单次液体接种的5升实验室生物反应器的COD需求量的降低。
图5显示了在9个不同的实验中使用多次接种的5000升生物反应器的COD需求量的降低。
图6显示了使用本发明的固态基体接种方法的5升实验室生物反应器的COD需求量的降低。
图7显示了使用两次重复的本发明的固态基体接种方法的5升实验室生物反应器在废MWF上的COD需求量的降低，并将其与两次重复的现有技术的液体接种方法比较。
图8显示了使用三次重复的本发明的固态基体接种方法在12小时试验的过程中的COD需求量的降低，并将其与三次重复的现有技术的液体接种方法比较。
图9显示了当使用来自成熟的生物反应器的排出物运转包含干净的固态基体的生物反应器时获得的COD的降低。
具体实施方式
定义
金属工作流体：该术语广义地指在金属加工过程(例如用利器切割、车削、钻孔、轮廓加工(planning)和铣削，和用研磨颗粒碾磨例如珩磨和研磨等等)中产生的流体。
未加工的：术语“未加工的(unprocessed)”或“未处理的(untreated)”MWF用于指在工业金属工作操作中正常使用废MWF之后和在根据本发明处理MWF之前，MWF未通过任何其它方法过滤、超滤、分馏或分离，或未进行化学处理或其它加工。
化学需氧量(COD)：术语“化学需氧量(COD)”表示使材料(例如废液)的组分氧化所需的氧的量值，且通常被认为是这些材料的有机物含量的量值。COD以mg/L测量。在英国废水COD的极限值通常为约2000mg/L，尽管一些当局设定更低的当地极限值。目前允许的污水排放COD水平有可能降低。
废：术语“废”当与上下文MWF一起使用时指在金属加工中使用之后的MWF。MWF通常以浓缩物的形式提供，其在使用之前通常用水稀释到介于约5％和12％w/v之间。本发明的方法适用于处理未加工的废MWF。
生物膜：在本文中使用的术语“生物膜”用于描述粘附到表面(例如固态支撑基体)上的微生物群体或群落，并且能够与表面一起降低废MWF的COD含量。
生物反应器：在本文中使用的术语“生物反应器”用于描述适于支撑固态支撑基体的装置，生物膜可以粘附于固态支撑基体上并能够使生物膜与废MWF接触。这种生物反应器也可以用于处理容易被本发明的生物膜降解的任何其它的液态废料，但是主要旨在用于处理废MWF。
动态的：降低废MWF的COD含量的微生物可以为动态微生物群落，所述动态微生物群落当代谢废MWF的组分时随时间改变或能够改变其个体(群落中的种的范围及其相关比例)。组成群落的不同类型微生物的比例可以随时间变化，和/或群落中存在的微生物的类型可以随时间变化。在第一接种的24小时内，反应器内的动态微生物群落的组分可以显著变化。在某些情况下，它与初始群落具有很小的相似性。群落的组分可以在整个处理时间内变化。在一个具体实施方案中，在约1个月、2个月、3个月、4个月、5个月或6个月之后，少于5个来自第一接种的原始微生物属或种保持在废MWF中。在另一个具体实施方案中，在约1个月、2个月、3个月、4个月、5个月或6个月之后，少于4个来自第一接种的原始微生物属或种保持在废MWF中。在另一个具体实施方案中，在约1个月、2个月、3个月、4个月、5个月或6个月之后，少于3个来自第一接种的原始微生物属或种保持在废MWF中。
详细描述
在一方面，提供一种用于处理MWF的方法，包括步骤：(a)在第一生物反应器内的固态支撑基体上提供微生物生物膜；(b)将至少一部分包含微生物生物膜的固态支撑基体从第一生物反应器转入第二生物反应器；和(c)在第二生物反应器内培养微生物以降低包含在其内的废MWF的化学需氧量。
步骤(a)中的生物膜可以源自最初用微生物(例如起始微生物)液体接种的生物反应器，所述微生物在固态支撑体的存在下随时间成熟为生物膜并能够降低废MWF的COD含量。该成熟过程通常花费超过约70天。一旦最终成熟，生物膜应能够将废MWF的COD含量降低到所需的水平，通常为约2000mg/L或更小。
微生物可以是单种微生物或两种或多种微生物的组合或聚生体，前提是它们生成具有所需性质(例如能够将废MWF的COD含量降低到通常约2000mg/L)的生物膜。这种微生物可以是W02008/102131中描述的微生物聚生体。这些微生物可以包含选自如下的微生物，由选自如下的微生物组成，或者基本上由选自如下的微生物组成：土壤杆菌属某种(Agrobacterium spp.)、丛毛单胞菌属某种(Comamonas spp.)、甲基杆菌属某种(Methylobacterium spp.)和微小杆菌属某种(Microbacterrum spp.)或上述两个、三个或四个的组合。这些微生物可以包含选自图2中所述的那些的微生物，由选自图2中所述的那些的微生物组成，或者基本上由选自图2中所述的那些的微生物组成。这些微生物可以包含选自如下的微生物，由选自如下的微生物组成，或者基本上由选自如下的微生物组成：不动杆菌属某种(Acinetobacter spp.)、假单胞菌属某种(Pseudomonas spp.)、沙门氏菌属某种(Salmonella spp.)、希瓦菌属某种(Shewanella spp.)、柠檬酸杆菌属某种(Citrobacter spp.)、肠杆菌属某种(Enterobacter spp.)、克吕沃尔菌属某种(Kluyveraspp.)、短杆菌属某种(Parvibacterium spp.)、短单胞菌属某种(Brachymonas spp.)、联合菌门属某种(Synergistetes spp.)、黄杆菌属某种(Flavobacterium spp.)、烟碱降解菌属某种(Ochrobacterium spp.)、食酸菌属某种(Acidovarux spp.)、替斯崔纳菌属某种(Tistrella spp.)、福尔明菌属某种(Verminephrobacter spp.)、巴尔通体菌属某种(Bartonella spp.)、细梭菌属某种(Fusobacterium spp.)、丛毛单胞菌属某种(Comamonadaceae spp.)、钩杆菌属某种(Ancylobacter spp.)、红螺菌属某种(Rhodospirillaceae spp.)、希瓦菌属某种(Shewanella sp.)和趋磁菌属某种(Magnetospirillum spp.)或上述两者或多者的组合。如图2中所示，可检测的微生物的不同组合可以在不同的时间存在于生物反应器中。
通常地，微生物将涂敷和粘附到固态支撑基体以形成生物膜，而无需涂敷和粘附的任何特定条件。如上面描述的，用于初期形成生物膜的微生物群体可以是一定的微生物群体。生物反应器内的微生物群体动态将随时间变化和成长，使得群体可以变为基本上未知的微生物群体。不总是需要精确识别了解生物膜中的微生物，前提是生物膜将废MWF的COD降低到所需水平。根据本发明的一些具体实施方案，如果例如要避免病原性微生物，需要了解识别生物膜中的微生物。根据一个具体实施方案，当第一次接种生物反应器以形成生物膜时，微生物与合适的生长介质混合。因此，微生物可以选自根据操作的MWF而选择的微生物。举例而言，可以在加有1-5％MWF的1/10胰蛋白胨大豆培养基或包含MWF或MWF组分作为唯一碳源的基本培养基上选择微生物。这种方法在本领域是已知的并且已经例如在van der Gast(2004)Environmental Microbiology 6(3)254-263中报道。通常地，烧瓶应在合适的条件下培养使得分离菌在其中生长，例如在100rpm下在震荡培养器中在室温下16小时。如果需要，培养的分离菌可以通过本领域已知的方法识别，例如DNA排序。
可选择地，生物膜可以源自预先通过本文描述的固态基体生物膜接种而预先繁殖的生物反应器。当转入第二生物反应器时，第二生物反应器将通常在约30天内或更短的时间内，例如在约25天内、在约20天内、在约15天内、在约10天内、在约5天内、在约4天内、在约3天内、在约2天内或在约1天内成熟。令人惊奇地，第二生物反应器甚至可以或多或少地立即成熟，从而在接种的同一天即可准备使用。
根据一个具体实施方案，对于连续流动生物反应器来说，在步骤(a)中建立的生物膜在转移之前能够将废MWF的COD含量降低到约2000mg/L或更小的所需水平大于约7天。根据另一个具体实施方案，当生物反应器以间歇模式运转时，在2、3、4、5或6或更多次间歇运转期间，在步骤(a)中建立的生物膜在转移之前能够将废MWF的COD含量降低到约2000mg/L或更小的所需水平。
优选地，生物膜能够在所有商业可获得的MWF上生长，无论是准备使用的MWF还是废MWF。应理解生物膜特别优选用于废MWF。
在生物反应器内形成生物膜的微生物可以是需氧的和/或厌氧的，并且可以包括原核细胞、真核细胞、藻类细胞、植物细胞、酵母细胞和/或真菌细胞或其组合。至少一些细菌可以是贫营养的、非自养的和/或肠道寄养的。
一旦生物膜在第一生物反应器内成熟并且能够将废MWF的COD降低到所需水平，将至少一部分包含生物膜的固态基底从第一生物反应器移出，然后转入待接种的第二生物反应器。生物膜可以立即从第一生物反应器转入第二生物反应器，或者生物膜可以在转移之间培养一段时间。选择培养时间和条件，使得生物膜的成活力基本上不变化。根据一个具体实施方案，在生物反应器之间转移的固态基体的体积大约为第二生物反应器的体积的至少约0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％或20％或更多。在一个具体实施方案中，转移的固态基体的体积大约为待接种的生物反应器的体积的至少约5％或至少约10％。因此，例如向5升实验室生物反应器中引入500ml固态支撑基体或向10000升工场反应器中引入1000升固态支撑基体。适合地，第二生物反应器的剩余体积被其上没有微生物生物膜的固态支撑基体占据。由此，生物反应器的剩余体积被没有或基本上没有微生物的固态支撑基体占据。因此，例如固态支撑基体可以是新的固态支撑基体，或者可以是其上基本上没有微生物生长的干净固态支撑基体。适合地，第二生物反应器的固态支撑基体可以因此构成第二生物反应器剩余体积的至少约50％、60％、70％、80％、90％、95％或100％。第二生物反应器在转移之时可以不包括任何废MWF。可选择地，第二生物反应器可以在转移之前已经包含废MWF或在转移之前包含至少一部分废MWF。第二生物反应器中的操作条件使得经过数天或数周，优选数天(例如取决于废料流的毒性和接种方法)之后，第二生物反应器中的固态支撑基体被微生物移植从而被生物膜覆盖。因此，例如如果第二生物反应器被液态接种，则通常的成熟期通常为约70天或更长；如果第二生物反应器被固态基体接种，则成熟期通常为约30天或更短，正如本文中讨论的。
适合地，成熟的生物膜包括厌氧袋。该厌氧袋可以被厌氧微生物占据。
在第一和/或第二生物反应器的早期运转期间，所需地向生物反应器进料具有介于约5000和约10000mg/L之间的COD的稀释的废MWF。也可以使用具有更高COD的废MWF，例如具有介于约5000和约20000mg/L之间的COD、介于约5000和约30000mg/L之间的COD、介于约5000和约40000mg/L之间的COD或介于约5000和约50000mg/L之间的COD的废MWF。适合的，加入生物反应器的废MWF被稀释以达到该所需的COD水平。这是为了使由废料流中可能存在的毒性组分(例如生物杀灭剂)强加的中毒性休克达到最小。根据本发明的一个具体实施方案，第一和/或第二生物反应器可以补充生长助剂，例如胰蛋白胨大豆培养基或微量元素溶液(例如，海藻基微量元素溶液)等等以帮助微生物生长成生物反应器中的生物膜。通常地，该补充以低水平进行，例如约1至10μl每升生物反应器体积。
随着生物膜中存在的微生物变得习惯于废料流的增加的毒性，废MWF的COD水平会升高。
随着生物反应器内固态支撑基体上生物膜的生长，它将蔓延和生长以覆盖未被生物膜移植的任何剩余的固态支撑体。生物膜也可以覆盖生物反应器内其它可见的表面。生物膜也可以将死细胞和活细胞脱落到液态MWF中。悬浮的生物质在移除时通常表现出介于约500mg/L和1500mg/L之间的COD。
适合地，在接种或转移之后立即开始在第一和/或第二生物反应器内曝气以避免在其内产生过多的厌氧活性和硫化氢。通常使用来自压缩机的空气并将空气注入通常位于生物反应器底部的管内使其分布，从而对生物反应器进行曝气。起泡上升的活动可以在生物反应器表面提供搅动，但不会剧烈到驱逐粘附至固态支撑基体的生物膜。在一个具体实施方案中，提供了250-300升每分钟每5000升反应器体积的空气流量。在运转过程开始时，由于低细胞密度，溶解氧水平通常为大约10g/l。在成熟时，由于微生物利用生物反应器内的自由氧来代谢(例如氧化)废MWF的组分，可测量的溶解氧可能小于约l mg/L。生物反应器内也可能存在明显的厌氧区域，其可以提供硝化环境。然而，通常需要使生物反应器内的厌氧活性达到最小，因为其导致恶臭气味，特别是通过硫酸盐还原微生物代谢废MWF中存在的磺化表面活性剂和硫(例如其矿物油组分)而产生的硫化氢。
在一个具体实施方案中，在来自待处理的相同源的废MWF上运转第一和/或第二生物反应器。
第一和/或第二生物反应器可以在不同的温度，例如室温(通常为约18至20℃)下运转，尽管更低的温度也是可能的，例如12℃的低温。一旦生物反应器已经成熟并且能够将废MWF的COD含量降低到所需水平，则可以使用介于约1℃和约35℃之间的温度。操作温度可以例外地落在该范围之外，取决于生物膜的微生物组分。适合地，使用介于约25℃和约35℃之间的温度；更适合地，使用介于约26℃和约34℃之间的温度；更适合地，使用介于约26℃和约33℃之间的温度；更适合地，使用介于约26℃和约31℃之间的温度；更适合地，使用介于约26℃和约30℃之间的温度；更适合地，使用介于约27℃和约29℃之间的温度；最适合地，使用约28℃的温度。该温度通常允许使COD降低以高水平维持数天。
本发明的方法可以在适合地介于约pH 6.0和约pH 9.5之间的pH范围内进行。MWF具有通常pH 9.0的相当高的pH，以防止金属加工件在机械加工过程中的腐蚀。该方法通常在约中性pH下最优，其中优选介于约6.0和约7.0之间的pH(包括端值)。有利地，已经发现生物反应器内生物膜的活性可以降低废MWF的初始pH，这本身可以增加生物反应器内的加工效率。
因此，本文描述的方法通常在使COD降低到所需水平的条件下进行一段时间。时间的量将取决于以下参数：MWF的性质、起始COD水平、温度、pH和用于接种第一和第二生物反应器的方法。由此，在第二生物反应器内，通常将花费介于约5和15天之间的时间将COD含量降低到所需水平；适合地，介于约5和14天之间；适合地，介于约5和13天之间；适合地，介于约5和12天之间；适合地，介于约5和11天之间；适合地，介于约5和10天之间；适合地，介于约5和9天之间；适合地，介于约5和8天之间；适合地，介于约5和7天之间；适合地，介于约5和6天之间。在第二生物反应器内，更通常花费少于约15天、14天、13天、12天、11天、10天、9天、8天、7天、6天或5天将COD含量降低到所需水平。
如本文所讨论的，需要稀释或初始稀释MWF以帮助更快地降低废MWF的COD。对于连续流生物反应器和/或间歇生物反应器，需要稀释COD以达到反应器内24小时的废料流停留时间。有时可能需要稀释到5000mg/L流入的COD或更小。
在第一和/或第二生物反应器内处理之后，废MWF通常具有小于约3000mg/L的COD含量，更适合地，小于约2500mg/L，更适合地，小于约2000mg/L，或更适合地，小于约1500mg/L.
应理解本发明的方法可以用于处理任何MWF，特别是未处理或未加工的MWF，更特别的是未过滤的MWF或任何其它具有相似性质的工业排放物-例如在冷却剂的储存过程中初始产生的再乳化的淤泥。该方法特别适合于处理未处理的油基MWF。在一个具体实施方案中，生物反应器用于处理油基MWF，特别是未处理的和更特别是未过滤的油基MWF。
在本发明一个有利的具体实施方案中，来自第二生物反应器的排出物可用于接种一个或多个另外的生物反应器。已经发现，以此方式接种的另外的生物反应器将比第一生物反应器更快成熟。通常地，第三生物反应器将包括基本上未被微生物移植的固态支撑基体，使得引入其中的排出物可以移植该固态支撑基体。该步骤可以重复一次或多次以接种一个或多个另外的生物反应器。根据一个具体实施方案，第二生物反应器可以可逆地连接至一个或多个另外的生物反应器，从而允许废MWF从此通过。适合地，废MWF的通过是可控的，使得一旦第二生物反应器内的废MWF的COD达到2000mg/L或更小时即可转移废MWF。根据另一个具体实施方案，可向另外的生物反应器手动填充来自第二生物反应器的排出物。适合地，另外的生物反应器也将包括基本上没有微生物的固态支撑基体，使得可以通过引入其中的废MWF对另外的生物反应器进行接种。适合地，另外的生物反应器的体积的至少约50％、60％、70％、80％、90％或100％将被基本上没有微生物的固态支撑基体占据。
生物反应器内，生物膜生长在其上的固态支撑体可以被固定到生物反应器和/或可以从生物反应器移除。适合地，至少一部分固态支撑体可从生物反应器移除以允许在生物反应器之间转移固态支撑体。固态支撑体可以是任何适于建立生物膜的固态支撑体。固态支撑体可以由塑料(例如聚丙烯)、金属、天然纤维(例如棉)及其组合形成。固态支撑体可以由由疏水材料(例如聚乙烯)形成的涂层形成或包括由疏水材料(例如聚乙烯)形成的涂层。适合地，选择用于形成固态支撑体的材料在MWF的存在下基本上不降解。固态支撑体可以是基本上平坦的、基本上圆柱形的、基本上圆锥形的、基本上球形的、基本上矩形的、基本上方形的、基本上椭圆形的和/或不规则形的。适合地，一种或多种微生物能够结合到生物反应器内的固态支撑体以形成生物膜，其能够从一个生物反应器转入另一个生物反应器。适合地，形成生物膜的微生物在使用的过程中基本上不能从固态支撑体上脱落。固态支撑体的例子包括但不限于生物塔、旋转生物接触器、糙石、板条、塑料介质、网状泡沫颗粒、微载体和/或介质颗粒、硅藻土、二氧化硅、氧化铝、陶瓷珠、木炭或聚合珠或玻璃珠等等。
优选的固态支撑体类型包括塑料网(例如挤制的聚乙烯网)或由塑料网(例如挤制的聚乙烯网)组成。另一优选的固态支撑体类型包括塑料(例如聚丙烯)编织管，其提供了用于生物膜生长的高表面积同时允许生物膜表面上适当的液体流动。另一优选的固态支撑体类型具有粗糙表面以增加细菌的粘附。另一优选的固态支撑体类型包括一个或多个(例如所有)这些特征的组合。
在另一个具体实施方案中，固态支撑基体包含塑料管(例如塑料(例如聚丙烯)编织管)、由塑料管(例如塑料(例如聚丙烯)编织管)组成或者基本上由塑料管(例如塑料(例如聚丙烯)编织管)组成。塑料管可以包括约200根网管，适合地具有约70mm的直径和1m的长度。每根网管通常包括约30根直径约2-3mm的聚乙烯线。网线可以焊接在一起从而在管壁中形成方形孔。孔的尺寸为约8mm×8mm。这些线在干燥条件下给出约100m2/m3的总面积。另一种网管形式包括约300根网管，适合地具有约50mm的直径和1m的长度。每根网管通常包括约30根直径约2-3mm的聚乙烯线。网线可以焊接在一起从而在管壁中形成方形孔。孔的尺寸为约4mm×4mm。这些线在干燥条件下给出约150m2/m3的总面积。另一种网管形式具有约50mm的外径。每立方米包括约300根网管，具有约50mm的直径和1m的长度。每根网管包括约30根理论直径约3-4mm的聚乙烯线。网线可以焊接在一起从而在管壁中形成方形孔。孔的尺寸为约3mm×3mm。这些线在干燥条件下给出约200m2/m3的总面积。用于本发明的固态基体是商业可得的。
本文描述的生物反应器可以包括控制器。可以设置控制器以自动操作系统。控制器可以测量系统的不同参数，例如压力、温度、pH、COD含量、废水流和/或出口流；生物反应器内的细菌的量、种类、和/或种类的比率；流速、气泡流；和/或水的体积等等。控制器可以使用不同参数的测量值来修正系统的一个或多个参数值。控制器可以连续或周期性地测量和/或修正系统的参数。
生物反应器可适于间歇或连续操作。生物反应器可以是需氧的泡罩塔生物反应器。
在一个具体实施方案中，至少一部分固态支撑基体可被更换或添加至生物反应器以响应生物膜活性的基本降低水平-例如COD降低的基本降低水平。可以通过移除至少一部分固态支撑基体，然后用来自第一生物反应器的固态支撑基体或其上基本上不存在微生物的新的或干净的固态支撑基体更换移除的固态支撑基体，从而更换生物膜。可以向生物反应器中添加含有成熟生物膜的固态支撑基体，从而改进其活性。
生物反应器可以由塑料、金属和/或其它材料形成。生物反应器可以包括一个或多个涂层。涂层可以抑制腐蚀和/或促进从容器移除固体。例如，生物反应器可以具有聚四氟乙烯涂层以抑制腐蚀和抑制固体粘附到生物反应器。生物反应器的足迹(footprint)可以为基本上方形的、基本上圆形的、基本上椭圆形的、基本上矩形的和/或不规则形的。生物反应器可以具有被构造成使生物反应器内的停滞区域最小化的形状。在某些具体实施方案中，生物反应器的内表面的形状可以最小化混合过程中容器内的停滞区域。生物反应器的内表面可以为圆形而非在一边汇合的。例如，生物反应器的内表面可以具有基本上与椭圆或圆相似的形状，从而在使用过程中最小化生物反应器内停滞区域的存在。在一个具体实施方案中，生物反应器可以具有这样的形状：其中在使用过程中，当用搅拌器混合时，基本上所有液体在一个或多个生物反应器内循环。生物反应器可以包括一个或多个搅拌器以搅动生物反应器内的废MWF和/或气体。可以设置一个或多个搅拌器以减少生物反应器内的混合死区。例如，具有椭圆形横截面的生物反应器可以包括两个横穿下表面大致等距隔开的反应器，以抑制生物反应器内的停滞区域。生物反应器可以包括一个或多个用于废水流、气泡流和/或细菌的入口。生物反应器可以包括一个或多个用于从生物反应器移除液体和/或固体的出口。可以将过滤器连接到入口和/或出口。可以将过滤器和/或重力除水阀连接至入口以移除和/或破裂大型固体。可以将过滤器连接至出口以防止固体(例如废渣、微生物、生物膜和/或颗粒物)流出生物反应器。在一个具体实施方案中，过滤器可以抑制来自水的污染物流出生物反应器。例如，可以将滤纸或活性炭过滤器连接至出口以从流出生物反应器的流中移除污染物。在某些具体实施方案中，可以将电凝系统连接至入口和/或出口。电凝系统可以在允许废MWF进入包含生物膜的生物反应器之前和/或在允许废MWF离开包含生物膜的生物反应器之后使用。电凝系统可以引起化合物沉淀并漂浮到生物反应器的上表面或下表面从而移除。在一个具体实施方案中，电凝系统可以在废MWF中充载离子。充载的离子可以结合至相反充载的离子并形成沉淀。随后沉淀可以漂浮到生物反应器的上表面或下沉到生物反应器的下表面从而从废MWF中移除。在一个具体实施方案中，沉淀可以从废MWF中过滤出来。
在一方面，提供一种用于处理MWF的生物反应器，包括：(i)第一固态支撑基体，所述第一固态支撑基体包含能够降低MWF的COD含量的微生物生物膜，其中可选择地，所述生物膜已经在不同的生物反应器内建立；和(ii)第二固态支撑基体，其中所述第二固态支撑基体没有或基本上没有被微生物生物膜移植；和(iii)任选地，稀释的废MWF。
适合地，如本文中描述的，第一固态支撑基体已经提前在第一生物反应器内制备。适合地，第一固态支撑基体上的微生物生物膜能够将废MWF的COD降低到约2000mg/L COD或更小。适合地，包含微生物生物膜的第一固态支撑基体的体积为生物反应器的体积的至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或约10％。适合地，包含微生物生物膜的第一固态支撑基体的体积为生物反应器的体积的至少约5％。更适合地，包含微生物生物膜的第一固态支撑基体的体积为生物反应器的体积的至少约10％。适合地，生物反应器的剩余体积被其上不存在或基本上不存在微生物生物膜的固态支撑基体占据。适合地，第一和第二支撑基体可以移入和移出生物反应器。更适合地，第一支撑基体可以移入和移出生物反应器而第二支撑基体固定在生物反应器内。
应理解本发明提供本文所限定的生物反应器用于降低废MWF的COD的用途。本发明进一步提供用作本发明生物反应器的装置和适合于接种所述装置以提供本发明生物反应器的细菌制剂。进一步提供通过本发明的方法或生物反应器处理的废液，特别是其中所述废液为废MWF，更特别的是其中废料的COD为约2000mg/L或更小。
可能需要保藏来自第一和/或第二生物反应器的微生物和/或包含微生物的生物膜以备后续使用。可将生物膜贮存在包含磷酸盐缓冲盐水的充气泡罩塔反应器内，或可进料COD介于约1000mg/L和约2000mg/L之间的稀释的MWF长达大约一年而基本上不影响其返回生长相的能力。
在一个具体实施方案中，生物膜和/或生物反应器基本上不含病原体，并且适合地完全不含病原体。
一旦达到所需的COD水平，处理中剩余的灰水可以被排进下水道，或可以用于接种另外的生物反应器。灰水在排放之前可以任选地进一步处理以杀死任何残留的微生物。适合的处理包括但不限于臭氧、辐射热或任何其它不会增加灰水毒性的处理。在该阶段，新一批的废MWF可以被引入反应器从而进行加工。
另一个方面涉及运转用于处理MWF的生物反应器的方法，包括步骤：(a)在第一生物反应器内的固态支撑基体上提供微生物生物膜；(b)将包含生物膜的固态支撑基体转入第二生物反应器；(c)在步骤(b)之前或之后用废MWF填充第二生物反应器；和(d)在第二生物反应器中提供允许其被微生物生物膜移植的条件。
另一个方面涉及一种通过所述方法获得或可通过所述方法获得的运转的生物反应器。
在另一方面，本发明包括一种用于处理废MWF的方法。该MWF与动态微生物群落接触。允许微生物(细菌)在MWF上工作以消化MWF中的油和其它组分。通过首先使未加工的废MWF与动态微生物群落接触一段时间，能够降低废MWF的化学需氧量。
通过使用根据本发明一个具体实施方案的允许随时间变化的动态微生物群落，允许成长对于特定的加工处理周期来说最为合适的微生物群落。这可以允许更有效地加工MWF，因为存在最合适的微生物以降解混合物中的成分。
MWF的组分由于被微生物降解而随时间改变。最初，油构成大部分被处理的MWF，然而油由于被微生物消化和分解因此而耗尽，留下MWF的其它组分待降解。这改变了反应器内的环境，且初始微生物中存在的微生物不一定最适合降解剩余组分，或可能不具有在这些条件下工作的能力。环境的变化使其更适合于其它微生物增殖和生长。随着MWF的处理，反应器内环境的连续变化创造了适于合适的微生物群落随时间而成长的条件。
最初可以通过创建微生物群或聚生体来获得动态微生物群落，从而形成起始微生物群落，所述微生物根据其降解MWF组分的能力而选择并且源自MWF。生物群可以包括一种或多种不同类型的微生物。优选地，群落由不同的细菌种或亚种形成。可选择地，最初可以通过直接从MWF中分离内源性细菌获得动态微生物群落，从而获得起始微生物群落。已知某些种类的细菌能够代谢MWF的组分。为了形成有用的群落，可以使用这些已经在含MWF的培养基中培养的细菌。这趋向于确保细菌能够抵抗MWF的生物杀灭剂和其它毒性组分(其能够消灭未暴露于这些组分的菌株)。
培养起始生物群落以获得用于接种反应器的动态群落。使用标准支撑体的固态接种是用于使微生物暴露于MWF的优选方法。然而，也可以直接将微生物群落加入待处理的MWF中。
MWF可以在间歇式反应器内加工，或MWF可以通过一系列反应器的连续加工而加工。一旦COD被充分降低至允许的水平，则将MWF排入下水道或进一步精制。COD达到所需水平需要的时间量取决于参数例如MWF的起始COD水平、反应器中MWF的温度、MWF中组分例如冷却剂的性质，和反应器的尺寸。
如果必要，可以稀释MWF从而将MWF的COD降低到可以被反应器连续加工的水平。例如，可以对起始MWF进行1:2稀释、1:3稀释、1:4稀释、1:5稀释、1:6稀释、1:7稀释、1:8稀释、1:9稀释或更适合地1:10稀释以提供合适的流入COD，从而达到降低的排出COD。在被加入到生物反应器之前，MWF可被稀释到约50000mg/L或更小、约40000mg/L或更小、约30000mg/L或更小，或约20000mg/L或更小的COD。
下面的实施例作为示例提供而非限制性的。除非另外指出，本发明使用本领域公知的常规技术。
实施例
实施例1-用于生物降解MWF的微生物的固体接种
通过选择已知最初能够代谢MWF成分的生物群获得起始微生物群落，从而形成人造微生物群落。例如，可以通过用W02008/102131中描述的聚生体接种而获得这种起始群落的一个例子。可选择地，内源性微生物群落提取自废MWF。然后在包含MWF的环境中培养起始微生物群落以产生可以用于最初接种生物反应器的生物膜形式的初始动态微生物群落。
附图1中示出的反应器可被用于MWF的间隙加工。反应器10包括反应器底部上的空气分布器12，所述空气分布器12通过空气入口管16连接到泵14以给系统提供空气20。在反应器内提供固态支撑基体18(例如，聚丙烯网或网结构)以提供显著的表面积，生物膜可以在其上生长。这使得可暴露于MWF的生物膜面积达到最大。出口管22提供开口以从反应器排放经处理的MWF。如果需要，可以在反应器内设置加热器。
反应器最初装配有位于反应器底部上的空气分布器和加入到反应器底部的固态基体。向反应器中加入初始体积的包含动态微生物群落的预制基体，并用干净的基体填充剩余反应器体积。总基体体积的约10-20％可以包含动态起始微生物群落。为了在反应器的生物介质上建立生物膜，向生物反应器中注入一系列剂量(例如5剂量)的预定体积的稀释MWF。MWF的稀释可以帮助在支撑体上建立群落，因为其降低了剂量的整个油负荷，因此避免了抑制群落生长的支撑体的过度油润湿。放入反应器的初始的五批MWF将具有低于未稀释MWF的化学需氧量(COD)，例如小于15000mg/L。这些初始批次的每一者的MWF含量可逐渐增加。
一旦COD达到所需水平，流体由于失活而从反应器排出。在此期间，通过加入0.2％w/v胰蛋白胨大豆培养基增补MWF。完成稀释的MWF的数个循环之后，生物膜应当已经在整个反应器内成长。反应器然后准备接收具有更高COD的废MWF以进行降解。
将未加工的MWF引入反应器并允许微生物作用于MWF直至达到所需的COD水平，例如低于2000mg/L。MWF的处理剩余的灰水然后可以排入环境中。在排入下水道之前，可以例如用臭氧进一步处理具有小于2000mg/L COD水平的灰水从而消灭任何残余的微生物。然后可以将用于处理的新批次MWF引入反应器。
在处理过程的末尾，从反应器收集包含微生物群落的生物膜基体样品，并转入另一个反应器以用作起始群落。如上面描述的，通过使用增加浓度的MWF，初始生物膜样品可以生长成完整的生物膜。反应器然后可以用于另一处理过程。
实施例2-间歇式生物反应器内的动态群落行为
使动态细菌群落与获自工程装置的废MWF接触。动态细菌群落最初在使用稀释MWF的反应器内生长形成生物膜。
在反应器内以三个时间间隔(四月、九月和隔年四月)提取生物膜样品。分析样品并确定样品中存在的微生物和检测的每种微生物的相对丰余性。结果显示在图2中。
参考图2的图表，在加工过程开始(四月)时检测的大部分细菌在12个月之后(隔年四月)不再存在。仅检测到的12个月之后仍然存在的细菌是不动杆菌属某种和假单胞菌属某种。然而，不动杆菌属某种和假单胞菌属某种的比例随时间改变。最初，发现不动杆菌属某种构成大百分比的检测细菌。虽然在12个月之后仍然存在，但是不动杆菌属某种构成极小百分比的MWF中存在的微生物群落。不动杆菌属某种在12个月之后不再是MWF中存在的主要种类。假单胞菌属某种存在于初始生物膜和最终生物膜中，其在微生物群落中的存在量随时间增加。
这表明在MWF的加工过程中，微生物的类型和微生物的比例随时间变化。不存在于初始动态群落中的大量微生物在一段时间后存在于生物膜中。它们可以包括以少量存在于MWF中的在反应器中活跃的细菌。
实施例3-生物反应器的单液体接种方法
在废MWF上选择的5种分离菌在室温下在1/10强度胰蛋白胨大豆培养基(TSB)中生长16小时。以10％(体积)的比率使用细胞悬浮液以接种实验室反应器或工场反应器。在实验室反应器中，每5升MWF废水使用500ml接种体，在工场反应器中，每1000升MWF废水使用100升接种体。这种方法描述在van der Gast and Thompson(2005)，Biotechnol andBioeng.，89，3，357-366中。
将废MWF加入生物反应器并测量其COD水平。
在图3和4中显示了这些实验的结果。如可看到的，尽管COD量可被降低，但是性能不稳定，使得在获得的结果中存在很大的可变性。这些系统难以以商业规模实施。
实施例4-多接种方法
在废MWF上选择的5种分离菌在室温下在1/10强度胰蛋白胨大豆培养基(TSB)中生长16小时。以10％(体积)的比率使用细胞悬浮液以接种包含无生物膜基体的实验室反应器和现场反应器。在图5中，向批次1-9中从左至右加入接种体。
图5显示了这些实验的结果，显示出可以在接种批次中获得合适的性能。然而，未被接种的批次10没有达到合适的性能。这表明可能需要大于9次接种以建立完整功能的生物膜。
实施例5-固态基体接种方法
将已经生长在固态支撑基体上的成熟生物膜从第一生物反应器转入第二生物反应器。在连续流动或以间歇模式运转至少2批次的情况下，生物膜源自的生物反应器已经稳定地将废MWF的COD降低到约2000mg l-1COD或更小超过约1周的时间。
成熟生物膜可以源自最初进行液体接种的生物反应器并且例如在实验室中经历了冗长的成熟过程，或者可以源自预先通过成熟生物膜的固态基体转移而繁殖的生物反应器。
如果使用培养分离菌建立生物膜，则接种体可以包含在加有1-5％MWF的1/10胰蛋白胨大豆培养基或包含MWF或MWF组分作为唯一碳源的基本培养基上从操作的MWF选择的细菌菌群(见van der Gast Env.Micro(2004)6(3)254-263)。烧瓶在约100rpm下在震荡培养器中培育约16小时。通过DNA排序鉴定培养的分离菌以将病原体排除在考虑的接种体之外。单种微生物或聚生体可用于接种生物反应器。
从操作的生物反应器移除包含成熟生物膜的基体并转入待接种的反应器。使用的成熟基体生物膜的体积为待接种的反应器的体积的约10％(例如，在5升生物反应器中使用500ml固态支撑基体管，在10000升工场反应器中使用1000升固态支撑基体管)。反应器的剩余体积被干净的(无生物膜)基体占据。然后用稀释的MWF废料填充反应器，并立即开始曝气以避免厌氧活动和硫化氢的产生。
监控测量废MWF的COD水平。
取决于废料流，在数天或数周时间内用生物膜移植和覆盖无生物膜的基体。图6中显示了这些实验的结果。如可看到的，在使用固态基体方法的生物反应器中可以获得稳定和恒定的COD水平降低。
实施例6-生物反应器运转
生物反应器在约18-20℃的温度下运转，尽管可以使用低至12℃的温度。一旦成熟，生物反应器能够忍受约+1至+35℃。1℃下的COD降低是可以忽略的，但是在30℃下的操作可以维持高水平数天。
使用来自压缩机的空气并将空气注入生物反应器底部的管内使其分布，从而对反应器进行曝气。起泡上升的活动在生物反应器表面提供搅动，但不会剧烈到驱逐粘附的生物膜。这在实践中给出约250-300升每分钟每5000升反应器体积的空气流量。溶解氧水平在运转过程开始时由于低细胞密度通常为约10mg/L。在成熟时，由于微生物利用自由氧以氧化油和其它MWF组分，可测量的溶解氧通常小于l mg/L。
实施例7-生物反应器进料
在初期运转期间，用COD介于约5000和约10000mg/L之间的稀释的MWF废料进料液体接种或生物膜接种的生物反应器，从而使由废料流中的毒性组分(例如生物杀灭剂)强加的中毒性休克达到最小。在实验室规模下，有时为反应器补充胰蛋白胨大豆培养基。这在全规模时不切实际或成本昂贵。在＞1000升的规模下，以极低的水平(1-10μl每升反应器体积)补充海藻基微量元素溶液。
实施例8-在5升实验室生物反应器内液体接种和固态基体接种的比较
在包含废MWF的5升实验室生物反应器内进行液体接种和固态基体接种的比较。使用本文描述的方法建立生物反应器。
图7中的结果显示，固态基体接种的生物反应器从第一次运转就恒定地达到约2000mg/L COD或更小的所需的排放允许水平。液体接种的生物反应器即使在第三次运转也未达到低于4000mg/L COD，液体接种的生物反应器具有15天(图7中15-30天)的延长的接触时间。
图8显示了液体接种的生物反应器在12小时的时间内可达到的COD含量的降低远低于基体接种的生物反应器。
实施例9–用从包含成熟基体的反应器获得的排出物运转反应器
使用来自包含成熟固态基体的生物反应器的排出物(经处理的废MWF)进行运转。对于五批运转，通过将MWF(HOCUT 3280和Houghton 795b)稀释到10％、20％、10％、10％和10％将排出物加入包含干净固态基体的反应器中(见图9)。百分数指的是MWF在MWF和经处理的排出物的混合物中的比例。稀释可在反应器内原位进行或可以在转移到生物反应器之前在独立的罐中进行。生物反应器为1.5升需氧泡罩塔生物反应器并包含固态支撑基体。第一次运转也接收来自通过离心浓缩的3升排出物的生物质。
对于前6次运转，处理来自不同源的操作废MWF。流入废料流中MWF的比例为6-100％，其中100％表示不稀释MWF。
从第30天起观察到稳定的性能，并达到<2000mg/l COD的下水道通常允许的极限值。
可以在本发明的范围内进行进一步的变化。例如，可以通过仔细控制MWF和在培养期间暴露于群落的其它材料产生初始群落。
本发明的另外方面以段落标号列于如下：
1.一种用于处理MWF的方法，包括：在反应器内建立动态微生物群落，微生物得自在包含MWF的液体中建立的现有活群落；使MWF与反应器内的微生物群落接触；和允许动态微生物群落代谢MWF以降低其化学需氧量；其中允许群落的个体在处理过程期间成长以响应被处理流体中的变化。
2.根据第1段的方法，其中建立群落的步骤包括通过用能够代谢MWF和源自MWF的微生物接种MWF环境从而在MWF环境中培养起始微生物群落。
3.根据第2段的方法，其中起始微生物群落包括选定微生物的聚生体。
4.根据第2段的方法，其中起始微生物群落包括从MWF分离的内源性微生物群落。
5.根据前述任一段的方法，包括在与动态微生物群落接触之前以未加工的形式提供MWF。
6.根据前述任一段的方法，包括在与动态微生物群落接触之前以具有小于50000mg/L的起始COD的形式提供MWF。
7.根据前述任一段的方法，其中在固态支撑基体上以生物膜的形式提供动态微生物群落。
8.根据第7段的方法，包括在固态支撑基体上提供生物膜和在反应器内放置固态支撑基体的步骤。
9.根据前述任一段7的方法，进一步包括提取生物膜样品并将样品转入第二反应器以在第二反应器内建立动态群落。
10.根据前述任一段的方法，其中使MWF保持与动态群落接触直至化学需氧量不大于2000mg/L。
11.根据前述任一段的方法，其中MWF在反应器内的停留时间取决于起始COD、MWF的温度、MWF中的组分的性质和/或反应器尺寸。
12.根据前述任一段的方法，其中反应器包括容器，在所述容器内处理一批MWF直至化学需氧量达到预定水平。
13.根据1-11任一段的方法，其中反应器包括一系列容器，MWF流通过所述容器。
14.一种根据前述任一权利要求的方法获得的用于处理MWF的动态微生物群落。
本文引用或描述的任何出版物提供了在本申请申请日之前公开的相关信息。本文的声明不能被解释为承认本发明者无权先于这些公开。上文提到的所有出版物通过引用的方式并入本文。对本领域技术人员而言，本发明的不同修改和变形是显而易见的且未脱离本发明的范围和精神。尽管本发明已结合特定的优选具体实施方案进行了描述，应该理解，要求保护的本发明不能被不当地限制到这些特定的具体实施方案。事实上，为实施本发明而描述的模式的不同修改对微生物和生物修复或相关领域的技术人员而言是显而易见的，并且落入下述权利要求的范围之内。

Claims (16)

1.一种用于处理废金属工作流体MWF的生物反应器的固体基体接种的方法，其中固体基体接种包括用固态支撑上的生物膜接种至少约5％体积的生物反应器，所述生物膜已在不同的反应器中成熟，所述生物膜能够将废MWF的化学需氧量COD降低至所需的水平，所述生物膜包含两种或多种微生物。
2.一种使处理废MWF的生物反应器成熟的方法，所述方法包括：
A)固体基体接种，其中固体基体接种包括用固态支撑上的生物膜接种至少约5％体积的生物反应器，所述生物膜已在不同的反应器中成熟，所述生物膜能够将废MWF的化学需氧量COD降低至所需的水平，所述生物膜包含两种或多种微生物，和
B)任选地用稀释的废MWF接种，其中所述生物反应器能够在约30天或更少的时间内成熟。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述生物膜能够将废MWF的COD含量降低至约2000mg/L或更低。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中固体基体接种包括用固态支撑上的生物膜接种至少约6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％或更大的体积的生物反应器。
5.根据权利要求2所述的方法，其中在约12℃至20℃使生物反应器成熟。
6.根据权利要求2所述的方法，其中生物反应器在接种后进行曝气。
7.一种用于处理废金属工作流体MWF从而降低其化学需氧量COD的方法，包括步骤：
a)在包含废MWF的第一生物反应器内的固态支撑基体上提供微生物成熟生物膜，其中微生物成熟生物膜能够将废MWF的COD从介于约5000和约50000mg/L之间降低到小于3000mg/l；
b)将至少一部分包含微生物成熟生物膜的固态支撑基体从第一生物反应器转入第二生物反应器；和
c)在第二生物反应器内培养微生物以降低包含在其内的废MWF的COD，
其中第一生物反应器和第二生物反应器的操作温度在约1℃和35℃之间；且
其中第一生物反应器和/或第二生物反应器在使用时进行曝气。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在被转入第二生物反应器之前，第一生物反应器内的固态支撑基体上的微生物生物膜将废MWF的COD降低到2000mg/L或更低。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其中在步骤b)中从第一生物反应器转入第二生物反应器的包含微生物生物膜的固态支撑基体的体积为第二生物反应器的体积的至少约10％。
10.根据权利要求9所述的方法，其中第二生物反应器的剩余体积被其上不存在或基本上不存在微生物生物膜的固态支撑基体占据。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的方法，其中在步骤b)之前或之后首先用废MWF，适合地用稀释的废MWF填充第二生物反应器，其中其COD介于约5000和约10000mg/L之间。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其中固态支撑基体包含塑料编织管，由塑料编织管组成，或基本上由塑料编织管组成。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其中第一和/或第二生物反应器内的空气流量介于约250和300升每分钟每5000升液态生物反应器体积之间。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的方法，其中在步骤a)中建立的生物膜是：i)源自从MWF分离的内源性微生物群落；或ii)源自通过转入至少一部分包含微生物生物膜的固态支撑基体接种的不同的生物反应器的生物膜，其中所述生物反应器能够将废MWF的COD降低到2000mg/L。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的方法，其中至少一部分来自第二生物反应器的废MWF被用于接种一个或多个另外的生物反应器，其中任选地，另外的生物反应器包含基本上没有被微生物移植的固态支撑基体。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述步骤被重复一次或多次以接种一个或多个另外的生物反应器。
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