CN1237014C - 用于预处理负载有有机脂肪物质的废水的细菌组合物、方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于预处理富含动物或植物源的有机脂肪物质的废水的细菌组合物、方法和装置。该细菌组合物主要包含细菌菌株产酸克雷伯氏菌(Klebsiella Oxytoca)。本发明的方法包括：随着要预处理的废水产生而将它们提供给均化和/或处理容器(1)；启动在该容器和生物反应器(3)之间的再循环回路(2)，从而获得对于1g/l的脂肪物质初始浓度来说在0.400h-1到1.500h-1之间的脂肪物质稀释速率；在所述生物反应器(3)中用所述细菌组合物降解所述脂肪物质，以及向终处理单元如净化装置排出经预处理的废水。

Description

用于预处理负载有有机脂肪物质的废水的细菌组合物、方法和装置
技术领域
本发明涉及富含动物或植物源有机脂肪的废水的处理，如来自工业过程的废水的处理，特别是来自在食品和农业食品或相似部门中实施的工业过程的废水的处理。本发明特别涉及所述废水的预处理，并涉及用于预处理上述废水的细菌组合物、方法和设备。
背景技术
工业中产生的残余脂肪或脂质的处理造成许多问题。事实上，随着在处理动物脂肪方面遇到的健康问题(所谓的“疯牛”病)和环境问题上的新政策，与这类废物的处理相关的要求在技术上(给处理带来标准设备、增加输出等)和花费上变得更加限制性。
另外，现有的处理能力，例如在公共净化装置中的处理能力通常并不充分，特别是当要处理的废水中存在的脂肪水平较高时。
为了设法解决与处理大量产生的多脂废水有关的问题，已经考虑了各种解决办法，而且一些已经得到了实施。
因此，已经特别地提出将所述废水直接散布在大面积农田上，以这种方式分散将它们倾倒在环境中的影响，从而获得可接受水平的表面污染。
另一种解决办法包括贮存所述脂肪，可能是在浓缩和/或在经核准的倾倒装置中进行特殊处理后，以在专门的中心或焚化单元中终处理为目的。
接下来的另一路线是将脂肪堆肥。
然而，面对所产生的多脂废水的不断增加的量，这些解决办法在中期或长期看不能令人满意，特别是考虑目前的防止污染的条例的加强，这些条例意味或将意味这些方法不符合和/或不在经济上可行。
还提出通过引入脂肪分离器(静态分离器或带有喷气的)或皂化技术而使常规净化装置适用于这类废水的特殊处理。
然而，这一适应将导致所述装置昂贵的选择参数的裕度(over-sizing)以允许它们对所产生的污染物的量做出反应，却不提供污染水平变化的可靠控制，因此不提供排出的最终废水的质量的可靠控制，这主要是由于这些装置的连续运转。
最后，已知几种脂肪生物处理的方法，其中将要处理的废水与特殊的生物添加剂和/或通过将脂肪转化成气体和淤泥而降解脂肪的适宜的净化生物质接触。这些方法可以在有氧或无氧条件下实施。
然而，目前所用的方法中采用的乳酸菌并不使长链脂肪酸完全水解，而这引起曝气池(aeration tank)中有机物质的有破坏性的超载。
而且，现有所用的细菌在它们繁殖时并不保持通过基因操作产生它们时所最初赋予它们的性质。因此，需要频繁和昂贵的新细菌输入来维持方法的有效性。
发明内容
因此，本发明要解决的问题包括减少上述缺点，设计用于富含脂肪的废水的预处理的细菌组合物、方法和装置，特别是用于处理来自食品和农业食品领域的废水的预处理的细菌组合物、方法和装置，它们提供更有效的解决办法(脂肪输出量的减少超过90％)，它们廉价并且在随时间变化方面更可靠，考虑要符合的所排放的净化废水，它们满足最严格的条例的要求。
为此，本发明涉及用于降解有机脂肪的细菌组合物，其特征在于它主要包含细菌菌株产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)，以及本发明的细菌组合物用于处理或预处理富含有机脂肪的废水，特别是来自食品或农业食品工业的废水的用途。
本发明还涉及用于预处理富含有机脂肪的废水，特别是来自食品和农业食品工业的废水的方法，其特征在于它包括在含有所述脂肪的所述废水离开其产生位置的时候直接预处理之，并且它包括以下步骤：
-随着要预处理的废水产生而将其提供给均化和/或处理容器，以及启动该容器和生物反应器之间的再循环回路，从而在所述生物反应器中获得与最初存在于要预处理的废水中的脂肪浓度成反比的脂肪稀释速率，对于进入均化和/或处理容器中的要预处理的所述废水中含有的1g/l的脂肪浓度，稀释速率为0.400h-1到1.500h-1之间，
-使用本发明的细菌组合物在所述生物反应器中降解所述脂肪，以及
-向终处理单元如净化装置排出现在实际上不含脂肪的经预处理的废水。
最后，本发明还涉及用于预处理富含有机脂肪的废水，特别是用于实施本发明的方法的设备，其特征在于它主要包括至少一个均化和/或处理容器，至少一个容量适于要预处理的废水的每日输出量和适于该废水中的脂肪浓度的生物反应器，所述生物反应器通过再循环回路连接于均化和/或处理容器，至少一个安置在生物反应器中用于提供受控的氧供应的装置，和至少一个将经预处理的废水排出所述生物反应器的装置，例如通过溢流排出。
附图说明
通过参考下面的描述本发明将被更好地理解，下面的描述涉及优选的实施方案，该实施方案作为非限制性的实施例给出，并参照附图得到说明，其中：
图1是本发明的方法的简化略图，并且
图2是本发明的设备的简化俯视图。
具体实施方式
根据本发明，用于降解有机脂肪的细菌组合物的特征在于它主要包含细菌菌株产酸克雷伯氏菌。出乎意料惊奇地发现所选择的菌株在降解有机脂肪方面特别有效，特别是降解来自食品或农业食品工业的动物或植物源的脂肪方面特别有效。
能由本发明的细菌处理的脂肪的一些非限制性实例是来自猪肉商(pork butcher)、屠户、食堂(caterer)、餐馆、公共饮食业、动物供应(quartering)公司、屠宰场等的脂肪。
根据第一个实施方案，本发明的细菌组合物的特征在于它还包含细菌菌株气味沙雷氏菌(Serratia odorifera)和/或嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophyla)。
令人惊奇地并且出人意料地证明这些细菌菌株的特定联合在降解前述脂肪方面特别经济有效。因此，本发明的菌株提供极好的降解脂肪输出量。
实际上，本发明的微生物有利地以冻干的固体形式加入脂肪处理反应器中含有的培养基中。
作为指示，本发明的组合物中含有的平均细菌量为每克固体物质1016个细菌的量级。当接种微生物时，为了所述微生物的适当的有效性，需要2.1015个细菌/m3的平均量。
还研究了产酸克雷伯氏菌、气味沙雷氏菌和/或嗜水气单胞菌的生长条件。出乎意料并令人惊奇地注意到，上述菌株在有氧条件，优选15℃到40℃间的很宽的温度范围，包括弱酸(pH＝5)和弱碱(pH＝9)的极宽的pH范围内生长得特别好，这允许所讨论的培养物的更简单有效的使用。这些细菌的非常强壮的本性也确保了很好的生长和最佳的寿命，和由此而获得的随时间的高而稳定的性能。
优选地，本发明的细菌组合物的特征在于它由以下成分组成：重量百分比为60％到90％，优选约80％的细菌菌株产酸克雷伯氏菌，重量百分比为5％到20％，优选约10％的细菌菌株气味沙雷氏菌，和重量百分比为5％到20％，优选约10％的细菌菌株嗜水气单胞菌，三种菌株的总和等于100％。
以这种方式，获得不仅非常有效地降解脂肪(参见下表)还具有实际实施优势如成本下降、耐用、易于培养、消除、再循环等的细菌混合物。
上述细菌菌株通过切断甘油和长链脂肪酸链之间的酯键而引发脂肪降解，因为它们含有脂肪酶，该酶使酶促切割得以进行。接着在游离羧基的基础上通过酰基的脱碳酸作用进行脂肪酸的降解(□-氧化)。这个最终步骤也由这些菌株完成。
因此，本发明的细菌组合物可以用于处理或预处理富含有机脂肪的废水，特别是来自食品或农业食品工业的废水。
现在将参考图1，该图以图解方式阐明本发明的方法。所述方法的特征在于它包括随着含有所述脂肪的所述废水离开其产生的地方而直接预处理之，并且它包括以下步骤：
-随着要预处理的废水产生而将其提供给均化和/或处理容器1，以及启动该容器和生物反应器3之间的再循环回路2，从而在所述生物反应器3中获得与最初存在于要预处理的废水中的脂肪浓度成反比的脂肪稀释速率，对于进入均化和/或处理容器1中的要预处理的所述废水中含有的1g/l的脂肪浓度，稀释速率为0.400h-1到1.500h-1之间，
-使用本发明的细菌组合物在所述生物反应器3中降解所述脂肪，以及
-向终处理单元如净化装置排出现在实际上不含脂肪的经预处理的废水。
本发明的方法允许直接作用于富含脂肪的废水流，换言之其无需预先的物理-化学分离。当然，也可能作用于已经过在先物理处理的脂肪。
使用本发明的细菌组合物通过水解和氧化完成脂肪的降解。当连续提供多脂废水时，这种组合物特别有效。这就是为何随着废水流，脂肪的生物降解直接在未经处理的废水中实现的原因。
所述组合物的有效性取决于在设备中的稀释速率。这一稀释速率等于废水输出量和生物反应器3的比，并取决于最初存在于要预处理的废水中的脂肪浓度。
根据本发明的另一个有利的特征，本发明的方法的特征在于生物反应器3中获得的稀释速率与最初存在于要预处理的废水中的脂肪浓度成反比，对于进入均化和/或处理容器1中的要预处理的所述废水中含有的1g/l的脂肪浓度，稀释速率为0.528h-1到1.056h-1之间。
由于稀释速率与最初存在于要预处理的废水中的脂肪浓度成反比，上面给出的速率范围的每个极限值(针对1g/l的脂肪浓度给出)仅需要除以适宜的因子来确定用于其它脂肪浓度的稀释速率范围。因此，对于0.5g/l的脂肪初浓度，稀释速率将在0.800h-1到3.000h-1的范围内，优选在1.056h-1到2.112h-1的范围内，而对于例如4g/l的脂肪初浓度，所述稀释速率将在0.100h-1到0.375h-1的范围内，优选在0.132h-1到0.264h-1的范围内，等。
有利地，本发明的方法的特征在于进入均化和/或处理容器1的要预处理的废水中的脂肪浓度低于40g/l，优选在0.5g/l到10g/l的范围内。实际上，太低的脂肪浓度很可能损害微生物培养物的适宜的生长或存活，并因此损害该方法的化学性能和经济利润，类似地，太高的脂肪浓度也可能抑制细菌生长。
如果要处理的多脂废水的供应不连续，脂质的正确降解(换言之70％到99％量级的输出)一般在30到40小时内获得。
在连续模式中，如前所述，对于进入均化和/或处理容器1的要预处理的所述废水中含有的1g/l的脂肪浓度，最初存在于要预处理的废水中的脂肪的稀释速率必须在0.400h-1到1.500h-1之间。在这一稀释速率值范围以外，脂质降解活性可能显著下降。
根据一个变体，为了在要预处理的废水到达均化和/或处理容器1之前分离所述废水中存在的任何固体物质，也可以使所述废水经历在先的筛选操作9。这一措施通过捕获例如截面大于1cm2的固体颗粒而使倾入所述均化和/或处理容器1中的固体颗粒的大小得到限制。
均化和/或处理容器1装有搅拌器或常规用于这些应用的其它搅拌装置，它们使混合良好从而使废水得到良好的均化(温度、pH、脂肪浓度等)。有利地，上面所得的废水进入所述容器1中，这使生物质得到良好的分散。
以取决于上述稀释速率并因此取决于脂肪浓度的输出量将废水从所述均化和/或处理容器1泵向生物反应器3。这一反应器装有充气装置和启动所述生物反应器3和所述均化和/或处理容器1之间的再循环回路2的泵(没有示出)。
图1中示出的特别有利的变体中，通过喷雾装置4从上面实现由再循环回路2排放的再循环水到达均化和/或处理容器1中。以这种方式，避免了在所述均化和/或处理容器1的表面上形成脂肪层的可能性。
在生物反应器3中生物降解主要因介质富氧而发生，例如通过使用充气或氧化装置，优选使用至少一种装置来提供受控的氧供应7。
事实上，要注入生物反应器3的空气的量必须足够多以使生物质的生长发生，但必须不导致脂肪漂浮在所述生物反应器3中。空气优选通过粗的鼓泡引入。
经预处理的废水从生物反应器3溢流并通过重力流入滗析器5中，在此可以被滗析的颗粒形成沉积物。根据优选的实施方案，通过滗析器5排放经预处理的废水，滗析器5的上部具有浮选泵6以排出不能被滗析的表面漂浮淤泥。
滗析器5在基部优选为锥形，经预处理的水类似地通过溢流流掉。
下面的表给出了当对来自各种工业部门的废水实施该方法时获得的结果的实例：
     来自食堂的废水      来自猪肉商的废水      来自家禽屠宰场的废水      来自动物饲料生产的脂肪
 UWg/l  PTWg/l  O％  UWg/l  PTWg/l  O％  UWg/l  PTWg/l  O％  UWg/l  PTWg/l  O％
 脂肪浓度  3.00  0.15  95  2.60  0.10  96  0.65  0.12  82  56.06  3.18  95
 COD  3.73  1.12  70  1.86  1.10  41  4.52  1.64  64  93.30  8.69  91
 BOD5  1.14  0.51  55  2.45  0.82  67
 TMS  1.38  0.61  56  1.55  0.28  82  1.60  0.54  66  76.43  4.96  94
UW＝未处理的水，PTW＝经预处理的水，O＝输出量
COD＝需要的化学氧
BOD5＝5天后需要的生化氧
TMS＝悬浮液中的总物质
废水停留在本发明的设备中的平均时间在24小时的量级以上。
为了进一步增加该方法的输出量，可以例如通过图1中图解示出的再循环回路8将不能被滗析的表面漂浮淤泥再注入均化和/或处理容器1中，或其上游。排出可被滗析的过量淤泥。
本发明还涉及用于预处理富含有机脂肪的废水，并特别地试图，但并非限制地用于实施上述预处理方法的设备。
如图2所示，该设备主要包括至少一个均化和/或处理容器1，至少一个容量适于要预处理的废水的每日输出量及其脂肪浓度的生物反应器3，所述生物反应器3通过再循环回路2连接于均化和/或处理容器1，至少一个安置在生物反应器3中的用于提供受控的氧供应的装置7，和至少一个将经预处理的废水排出所述生物反应器3的装置，例如通过溢出排出。为了清楚起见，再循环回路2没有在图2中示出。
有利地，将生物反应器3制成方便通过滗析器5提取残余淤泥的形式，并使它适于接受至少一个用于提供受控的氧供应的装置7，通过供应大量氧注入，该装置7维持或加速细菌生物降解的发展和活性，从而使生物污染快速降到可接受的水平以进行终处理，例如在净化装置中进行终处理。
可以将生物反应器3安置在贮存罐内，围起用于提供受控的氧供应7的装置，例如小泡散流器，并且可以具有注入化学和/或生物产品的常规装置从而促进净化。其还有利地在处理前和/或后装有常规分析废水和废水质量控制的装置，特别是其脂肪污染程度和/或氧化水平。这些分析装置和其它技术装置(泵、发电机、阀、控制面板等)优选一起安置在技术装置10中。
所述生物反应器3可以例如包括由申请人生产的类型的反应器。提取液体废水后获得的残余淤泥首先包含可被滗析并且不易生物降解的悬浮物质，其次包含不能被滗析但可以通过适当的再循环回路8被再注入均化和/或处理容器1中或其上游的表面漂浮淤泥。
可以排出可被滗析的淤泥以将其贮存或撒布。最终的淤泥也可以根据所产生的量和滗析器5的容量而贮存在所述滗析器5中进行完全提取并且例如每1到2年进行清理。
为了消除大的固体颗粒并限制要滗析的物质的量，在再被倾入均化和/或处理容器1之前，有利地为要过滤或筛选9的废水进行供应，这可能与滗析有关。在这种情况下，可以将本领域已知的必需装置加入该设备中。
有利地，本发明的设备集中在椭圆形容器11中，容器11优选由混凝土制成并被分隔成三个罐，它可被是掩埋或半掩埋的，集中在技术装置10中的机器放置在所述椭圆形容器上。
本发明的设备也可以包括至少一个过程控制和管理单元，例如可编程的控制器类型，它通过连接于适宜的传感器和致动器上而自动控制处理的连续步骤的过程。
在来自食品工业，例如来自一般馅饼生产单元的废水的情况下，处理的脂肪的量可能是每天成吨的量级，这相当于以约5g/l脂肪每天排出35m3。
当然，本发明并不局限于所描述的和在附图中示出的实施方案。在不背离本发明的保护范围的前提下，可能进行修饰，特别是考虑到各种元素的组成或通过工艺等价物的取代。

Claims (16)

1.用于降解有机脂肪的细菌组合物，其特征在于它包含细菌菌株产酸克雷伯氏菌(Klebsiella oxytoca)、细菌菌株气味沙雷氏菌(Serratia odorifera)和嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophyla)。
2.根据权利要求1的组合物，其特征在于它由以下成分组成：
重量百分比为60％到90％的细菌菌株产酸克雷伯氏菌，
重量百分比为5％到20％的细菌菌株气味沙雷氏菌，和
重量百分比为5％到20％的细菌菌株嗜水气单胞菌，三种菌株的总和等于100％。
3.根据权利要求2的组合物，其特征在于它由以下成分组成：
重量百分比为80％的细菌菌株产酸克雷伯氏菌，
重量百分比为10％的细菌菌株气味沙雷氏菌，和重量百分比为10％的细菌菌株嗜水气单胞菌，三种菌株的总和等于100％。
4.根据权利要求1至3之任一项的细菌组合物用于处理或预处理富含有机脂肪的废水的用途。
5.根据权利要求4的用途，其中所述细菌组合物用于处理或预处理来自食品或农业食品工业的废水。
6.用于预处理富含有机脂肪的废水的方法，其特征在于它包括随着含有所述脂肪的所述废水离开其产生的地方而直接预处理之，并且它包括以下步骤：
—随着要预处理的废水产生而将其提供给均化和/或处理容器(1)，以及启动该容器和生物反应器(3)之间的再循环回路(2)，从而在所述生物反应器(3)中获得与最初存在于要预处理的废水中的脂肪浓度成反比的脂肪稀释速率，对于进入均化和/或处理容器(1)中的要预处理的所述废水中含有的1g/l的脂肪浓度，稀释速率为0.400h-1到1.500h-1之间，
—使用权利要求1至3之任一项的细菌组合物在所述生物反应器(3)中降解所述脂肪，以及
—向终处理单元排出现在实际上不含脂肪的经预处理的废水。
7.根据权利要求6的方法，其用于预处理来自食品或农业食品工业的废水，其中所述终处理单元是净化装置。
8.根据权利要求6的方法，其特征在于在生物反应器(3)中获得的稀释速率与最初存在于要预处理的废水中的脂肪浓度成反比。
9.根据权利要求8的方法，其中对于进入均化和/或处理容器(1)中的要预处理的所述废水中含有的1g/l的脂肪浓度，稀释速率为0.528h-1到1.056h-1之间。
10.根据权利要求6-9之任一项的方法，其特征在于进入均化和/或处理容器(1)中的要预处理的废水的脂肪浓度小于40g/l。
11.根据权利要求10的方法，其中进入均化和/或处理容器(1)中的要预处理的废水的脂肪浓度为0.5g/l至10g/l之间。
12.根据权利要求6至9之任一项的方法，其特征在于通过喷雾装置(4)实现由再循环回路(2)排出的再循环水到达均化和/或处理容器(1)。
13.根据权利要求6至9之任一项的方法，其特征在于使用滗析器(5)将经预处理的废水排出，在所述滗析器的上部具有浮选泵(6)，用于消除不能被滗析的表面漂浮淤泥。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于将不能被滗析的表面漂浮淤泥再注入均化和/或处理容器(1)中或其上游。
15.用于预处理富含有机脂肪的废水的设备，其用于实施权利要求6至14之任一项的方法，其特征在于它主要包括至少一个均化和/或处理容器(1)，至少一个容量适于要预处理的废水的每日输出量和适于该废水的脂肪浓度的生物反应器(3)，所述生物反应器(3)通过再循环回路(2)连接于均化和/或处理容器(1)，至少一个安置在生物反应器(3)中用于提供受控的氧供应的装置(7)，和至少一个用于将经预处理的废水排出所述生物反应器(3)的装置。
16.根据权利要求15的设备，其包括用于通过溢流将经预处理的废水排出所述生物反应器(3)的装置。
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