Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится, в общем, к области биоочистки и включает в себя применение микроорганизмов при обработке промышленных отходов. В частности, изобретение относится к применению микроорганизмов для обработки отработанной текучей среды из металлообработки (MWF) для того, чтобы она могла подходить для сброса в канализацию или для дезактивации и дальнейшей доочистки для повторного использования воды.
Уровень техники
MWF применяются в качестве смазок и охладителей при резке и шлифовке металлов и в операциях сверления в промышленном производстве, например, в установках производства автомобильных двигателей, трансмиссии и штамповки. Известны три типа MWF: синтетические, полусинтетические и на масляной основе (включая минеральные, растительные и животные масла). Их рецептуры составляют так, что они включают химикаты, которые ингибируют коррозию металла и ингибируют микробную активность (биоциды). Со временем MWF разлагается по мере использования в операциях механической обработки, и, в конечном счете, потребуется ее удаление. Удаление отработанной MWF путем сброса в окружающую среду сопряжено с большими трудностями из-за ряда факторов, включающих: (1) высокую токсичность отработанной MWF, обусловленную, например, биоцидами и другими химическими компонентами, которые могут быть добавлены, чтобы улучшить эксплуатационные характеристики MWF; и (2) высокую химическую потребность в кислороде (COD) отработанной MWF.
COD представляет собой меру того, как много кислорода потребовалось бы, чтобы окислить компоненты материалов, таких как сточные воды, и, в общем, рассматривается в качестве меры органического содержания таких материалов. Обычно, допустимый уровень COD сточной воды для сброса в городскую канализацию в Великобритании составляет около 2000 мг/л, хотя он может представлять собой большее либо меньшее число в зависимости от местных условий и также может представлять собой большее либо меньшее число в разных странах. Способы измерения COD хорошо известны в данной области. Один иллюстративный способ описан в публикации van der Gast & Thompson (2005) Biotechnology & Bioengineering 89, 3, 357-366, в которой использован мобильный лабораторный фотометр LASA 100 с комплектами кювет для испытания на COD. Образцы MWF, в которых измеряется COD-содержание, предварительно фильтруют, используя мембрану с размером пор 0,2 мкм (Millipore, Великобритания).
Вследствие токсичной природы и высокой COD отработанной MWF сброс стоков в окружающую среду строго регулируется, в особенности в США и Европе.
Традиционно, при обработке отработанных MWF перед их сбросом в окружающую среду используются химические и физические способы, такие как ультрафильтрация и мгновенное/вакуумное испарение. Однако данные способы могут быть энергоемкими, трудными для масштабирования для больших объемов и их невозможно использовать для обработки загрязняющих нагрузок современных MWF. Одним способом решения проблем, связанных с загрязняющими нагрузками, которые не удаляются фильтрацией, является использование после химического(их) или физического(их) этапа(ов) биологической обработки отработанной MWF.
Один способ обработки MWF включает биологическую обработку MWF, при которой к ним добавляют микроорганизмы, чтобы биологически расщепить нежелательные составляющие. Такие способы биоочистки MWF часто неспособны в достаточной степени уменьшить COD без первоначальной их переработки, такой как фильтрация или ультрафильтрация отработанной MWF (см., например, публикацию van der Gast & Thompson (2005) Biotechnology & Bioengineering 89, 3, 357-366), которая значительно повышает затраты времени, привносит неудобство и затраты в биологические способы. Другие биологические способы, которые были описаны как приводящие к уменьшению COD, использовали жидкостную инокуляцию микроорганизмов в биореактор, где микроорганизмы способны уменьшать COD-содержание отработанной MWF. Например, публикации Muszynski & Lebkowska (2005) Polish Journal of Environmental Studies 14, 1, 73-79, и Hila et al. (2005) Journal of Chemical Technology and Biotechnology (2005) 80, 641-648, описывают селекцию и культивирование микроорганизмов из отработанной MWF и их последующую жидкостную инокуляцию в биореактор. Другой биологический способ, который описан как приводящий к некоторому уменьшению COD, заключается в применении устойчивых сообществ микроорганизмов, которые сохраняют свой состав в течение всего процесса обработки, используя определенный консорциум микроорганизмов. В данном отношении публикация WO2008/102131 описывает применение консорциума микроорганизмов, состоящего из по меньшей мере Agrobacterium spp., Comamonas spp., Methylobacterium spp. и Microbacterium spp., для обработки отработанной MWF. Описанные здесь способы используют жидкостную инокуляцию консорциума микроорганизмов в биореактор, а также раскрыто применение ультрафильтрованной MWF.
Авторы настоящего изобретения провели исследования по разработке способов значительного уменьшения COD-содержания отработанной MWF, предпочтительно в промышленном масштабе. Однако при этом авторы изобретения столкнулись с рядом проблем. Например, авторы изобретения обнаружили, что традиционные биореакторы, использующие способы уровня техники, обычно требуют продолжительных времен ввода в эксплуатацию перед тем, как они окажутся эксплуатационно эффективными для обработки отработанной MWF. Это имеет серьезные последствия в плане времени и затрат в отношении обработки отработанной MWF в промышленном масштабе. В качестве дополнительного примера авторы изобретения также обнаружили, что традиционные биореакторы, использующие способы уровня техники, могли зачастую показывать неустойчивые эксплуатационные характеристики, причем некоторые испытания показывали, что COD-содержание несколько уменьшалось, тогда как другие испытания показывали низкие уровни уменьшения COD. Авторы изобретения также обнаружили, что уменьшение COD, которого можно было бы достичь данными способами, было недостаточным (не достигало достаточно низкого уровня) для потребностей авторов и, таким образом, MWF требовали бы дополнительной обработки на последующем технологическом этапе перед направлением на сброс, тем самым дополнительно увеличивая затраты и неудобство.
Настоящее изобретение обеспечивает усовершенствования в биологической обработке отработанных MWF и имеет целью устранение проблем, имеющихся в известном уровне техники.
Краткое изложение существа изобретения
Настоящее изобретение основано, по меньшей мере отчасти, на неожиданном обнаружении того, что инокуляция биореактора твердой матрицей, содержащей биопленку, которая была предварительно выращена в другом биореакторе, может приводить в результате к улучшенной биоочистке отработанной MWF. В частности, было обнаружено, что данный способ “инокуляции твердой матрицы” может иметь результатом более короткий временной период между инокуляцией и работой с полной производительностью, что, следовательно, делает биореактор намного более эффективным для высокопроизводительной обработки MWF в промышленном масштабе. Также было обнаружено, что эксплуатационные характеристики биореактора являются намного более согласованными между собой от испытания к испытанию.
Таким образом, согласно первому аспекту настоящего изобретения предоставлен способ обработки отработанной MWF, содержащий этапы: (a) обеспечения биопленки микроорганизмов на твердой подложке-матрице в первом биореакторе; (b) переноса по меньшей мере части твердой подложки-матрицы, включающей биопленку микроорганизмов, из первого биореактора во второй биореактор; и (c) инкубации микроорганизмов во втором биореакторе, чтобы уменьшить химическую потребность в кислороде отработанной MWF, содержащейся в нем.
В одном варианте осуществления биопленка микроорганизмов на твердой подложке-матрице в первом биореакторе способна уменьшать COD отработанной MWF до 2000 мг/л или менее перед ее переносом во второй биореактор.
В одном варианте осуществления микроорганизмы во втором биореакторе способны уменьшать COD отработанной MWF до 2000 мг/л или менее по прошествии примерно 30 дней.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления объем твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, которую переносят из первого биореактора во второй биореактор на этапе(b), составляет по меньшей мере примерно 10% объема второго биореактора.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления оставшийся объем второго биореактора занят твердой подложкой-матрицей, на которой биопленка микроорганизмов не присутствует или по существу не присутствует.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления второй биореактор первоначально заполнен, либо до, либо после этапа (b), MWF, подходяще разбавленной MWF, для которой COD составляет примерно от 5000 до 10000 мг/л.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления твердая подложка-матрица включает, состоит или состоит по существу из сплетенных трубок из пластика.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления поток воздуха в первом и/или втором биореакторе составляет примерно от 250 до 300 литров в минуту на 5000 литров жидкостного объема биореактора.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления биопленка, которая получена на этапе (a), является: (i) полученной от местного сообщества микроорганизмов, выделенных из MWF; или (ii) биопленкой, полученной из другого биореактора, который был инокулирован путем переноса по меньшей мере части твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, и где указанный биореактор способен уменьшать COD отработанной MWF до 2000 мг/л.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления, когда биопленка получена от местного сообщества микроорганизмов, выделенных из MWF, тогда созревание в первом биореакторе будет обычно занимать примерно 70 дней или более.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления, когда биопленка происходит из другого биореактора, который был инокулирован путем переноса по меньшей мере части твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, и где указанный другой биореактор способен уменьшать COD отработанной MWF до 2000 мг/л, тогда созревание в первом биореакторе будет обычно занимать примерно 30 дней или менее.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления выходящий поток из второго биореактора используют для инокуляции одного или более дополнительных биореакторов, причем, необязательно, дополнительный(е) биореактор(ы) содержит(ат) твердую подложку-матрицу, которая по существу не колонизирована микроорганизмами.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления указанный этап повторяют один или более раз, чтобы инокулировать один или более дополнительных биореакторов. Таким образом, дополнительные биореакторы можно непрерывно инокулировать, используя данный подход.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления аэрацию в первом и/или втором биореакторе начинают по существу в то же самое время, когда в него вводят отработанную MWF.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления указанная отработанная MWF представляет собой синтетическую MWF.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления указанная отработанная MWF представляет собой полусинтетическую MWF.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления указанная отработанная MWF представляет собой MWF на основе масла, такого как минеральное масло, растительное масло или животное масло и тому подобное.
В дополнительном аспекте предоставлен биореактор для обработки MWF, содержащий: (i) первую твердую подложку-матрицу, содержащую биопленку микроорганизмов, которая способна уменьшать COD-содержание MWF, где, необязательно, указанная биопленка была получена в другом биореакторе; (ii) вторую твердую подложку-матрицу, причем указанная вторая твердая подложка-матрица не колонизирована или по существу не колонизирована биопленкой микроорганизмов; и (iii), необязательно, отработанную MWF.
В одном варианте осуществления биопленка микроорганизмов на первой твердой подложке-матрице способна уменьшать COD отработанной MWF до 2000 мг/л или менее.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления объем первой твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, составляет по меньшей мере примерно 10% объема биореактора.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления оставшийся объем биореактора занят второй твердой подложкой.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления отработанная MWF представляет собой разбавленную отработанную MWF, предпочтительно имеющую COD в диапазоне примерно от 5000 до 10000 мг/л.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления твердая подложка-матрица содержит, состоит или состоит по существу из сплетенных трубок из пластика.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления поток воздуха в биореакторе, когда он содержит отработанную MWF и в ходе использования, составляет примерно от 250 до 300 литров в минуту на 5000 литров жидкостного объема биореактора.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления биопленка на первой твердой подложке-матрице получена от местного сообщества микроорганизмов, выделенных из отработанной MWF, или получена от биопленки, которая способна уменьшать COD отработанной MWF до 2000 мг/л или менее.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления указанный биореактор находится в двустороннем соединении с одним или более дополнительными биореакторами, что делает возможным выход из него отработанной MWF в ходе использования, где отработанная MWF имеет COD 2000 мг/л или менее.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления указанная отработанная MWF представляет собой синтетическую MWF.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления указанная отработанная MWF представляет собой полусинтетическую MWF.
В одном варианте осуществления или в сочетаниях вышеупомянутых вариантов осуществления указанная отработанная MWF представляет собой MWF на основе масла.
В дополнительном аспекте предоставлено применение биореактора для уменьшения химической потребности в кислороде отработанной MWF.
В дополнительном аспекте предоставлено устройство для применения в качестве описанного здесь биореактора.
В дополнительном аспекте предоставлен способ уменьшения химической потребности в кислороде отработанной MWF, содержащий этап приведения в контакт отработанной MWF с описанным здесь биореактором.
Другой аспект относится к способу обработки MWF, содержащему этапы: получения динамического сообщества микроорганизмов в реакторе, причем микроорганизмы получены из существующего, жизнеспособного сообщества, полученного в жидкости, содержащей MWF; приведения в контакт MWF с сообществом микроорганизмов в реакторе и предоставления возможности динамическому сообществу микроорганизмов метаболизировать MWF для того, чтобы уменьшить ее химическую потребность в кислороде; где совокупности членов сообщества предоставляют возможность развиться в ходе осуществления способа обработки в ответ на изменения в подвергаемой обработке текучей среды.
Этап получения сообщества может включать культивирование исходного сообщества микроорганизмов в среде MWF путем инокуляции среды MWF микроорганизмами, которые способны метаболизировать MWF и были получены из MWF. В одном варианте осуществления исходное сообщество микроорганизмов включает консорциум прошедших селекцию микроорганизмов. В другом варианте осуществления исходное сообщество микроорганизмов включает местное сообщество микроорганизмов, выделенных из MWF.
В одном варианте осуществления MWF может являться непереработанной перед контактом с динамическим сообществом микроорганизмов. Предпочтительно, MWF предоставлена в форме, имеющей исходную COD менее 50000 мг/л перед контактом с динамическим сообществом микроорганизмов.
В одном варианте осуществления динамическое сообщество микроорганизмов может быть предоставлено в форме биопленки на твердой подложке-матрице. В данном случае способ может содержать этапы получения биопленки на твердой подложке-матрице и помещения твердой подложки-матрицы в реактор.
В одном варианте осуществления образец биопленки может быть отобран и перенесен во второй реактор, чтобы получить динамическое сообщество во втором реакторе.
В одном варианте осуществления MWF удерживают в контакте с динамическим сообществом до тех пор, пока химическая потребность в кислороде не составит не более 2000 мг/л. MWF может иметь время пребывания в реакторе, которое зависит от исходного уровня COD, температуры MWF, природы компонентов в MWF и/или размера реактора.
Биореактор может содержать сосуд, в котором партию MWF обрабатывают до тех пор, пока химическая потребность в кислороде не достигнет заданного уровня. Альтернативно, биореактор может включать ряд сосудов, через которые проходит поток MWF.
Другой аспект изобретения предоставляет динамическое сообщество микроорганизмов для обработки MWF, полученное способом по первому аспекту изобретения.
Другой аспект изобретения относится к способу, биореактору или динамическому сообществу микроорганизмов, описанным здесь и со ссылкой на прилагаемое описание и чертежи.
Дополнительные аспекты изобретения будут ясны из нижеследующего описания и прилагаемой формулы изобретения.
Настоящее изобретение обеспечивает преимущество, поскольку биореакторы, которые получены с применением способа инокуляции твердой матрицы по настоящему изобретению, могут быть запущены в эксплуатацию быстрее и с большей надежностью, чем традиционные биореакторы, использующие способы уровня техники. Так, например, биореакторы, инокулированные согласно настоящему изобретению, могут быть запущены в эксплуатацию обычно в пределах 30 дней или менее, что быстрее, чем пуск в эксплуатацию с использованием способов жидкостной инокуляции уровня техники, которые обычно требуют примерно 70 дней или более. Таким образом, биореактор, содержащий зрелую биопленку, которая способна уменьшать COD отработанной MWF до 2000 мг/л или менее, может быть получен предпочтительно в течение 30 дней или менее.
Настоящее изобретение также обеспечивает преимущество, поскольку биореакторы, которые получены с применением способа инокуляции твердой матрицы по настоящему изобретению, показывают более согласованные эксплуатационные характеристики от испытания к испытанию по сравнению с неустойчивыми эксплуатационными характеристиками при использовании способов жидкостной инокуляции уровня техники. Это может быть оценено сопоставлением Фиг.3 и Фиг.4, которые иллюстрируют неустойчивые эксплуатационные характеристики способа жидкостной инокуляции, с улучшенными эксплуатационными характеристиками инокуляции твердой матрицы, проиллюстрированными по меньшей мере на Фиг.6.
Настоящее изобретение также обеспечивает преимущество, поскольку способ инокуляции твердой матрицы может позволять достичь уменьшения COD за более короткий временной период. Данное уменьшение приводит к тому, что настоящее изобретение является намного более эффективным для высокопроизводительной обработки MWF в промышленном масштабе. Это может быть оценено по меньшей мере из данных Фиг.7.
Настоящее изобретение также обеспечивает преимущество, поскольку биопленки показывают рост и накопление со временем бактериальных видов. Данное разнообразие гарантирует, что существует достаточная функциональная избыточность в сообществе, чтобы сделать возможной быстрое размножение и образование биопленки в различных потоках отходов.
Настоящее изобретение также обеспечивает преимущество, поскольку оно может быть осуществлено на практике применительно к отработанным MWF, в частности к отработанным MWF на масляной основе, которые не были подвергнуты фракционированию или фильтрации или, предпочтительно, не были предварительно обработаны каким-либо другим образом перед обработкой, что тем самым существенно уменьшает затраты и неудобство.
Краткое описание чертежей
На Фиг.1 показан схематический вид биореактора для применения в настоящем изобретении.
На Фиг.2. представлена диаграмма, иллюстрирующая присутствие различных микроорганизмов по времени в MWF, обрабатываемой согласно способу по изобретению. На оси x показаны виды или роды бактерий, которые были обнаружены. На оси y показана численность в процентах.
Фиг.3 иллюстрирует уменьшение потребности COD для биореактора на 5000 литров при использовании единственной жидкостной инокуляции в 5 разных экспериментах.
Фиг.4 иллюстрирует уменьшение потребности COD для лабораторного биореактора на 5 литров при использовании единственной жидкостной инокуляции в 4 разных экспериментах.
Фиг.5 иллюстрирует уменьшение потребности COD для биореактора на 5000 литров при использовании множества инокуляции в 9 разных экспериментах.
Фиг.6 иллюстрирует уменьшение потребности COD для лабораторного биореактора на 5 литров при использовании способа инокуляции твердой матрицы по настоящему изобретению.
Фиг.7 иллюстрирует уменьшение потребности COD для лабораторного биореактора на 5 литров для случая отработанной MWF при использовании двух повторных применений способа инокуляции твердой матрицы по настоящему изобретению и сопоставление этого с двумя повторными применениями способа жидкостной инокуляции уровня техники.
Фиг.8 иллюстрирует уменьшение потребности COD в ходе 12-часового испытания с использованием трех повторных применений способа инокуляции твердой матрицы по настоящему изобретению и сопоставление этого с тремя повторными применениями способа жидкостной инокуляции уровня техники.
Фиг.9 показывает уменьшение потребности COD, полученное при пуске в эксплуатацию биореактора, содержащего чистую твердую матрицу, при использовании выходящего потока из зрелого биореактора.
Определения терминов
Текучая среда из металлообработки. Данный термин относится в широком смысле к текучей среде, генерируемой в ходе металлообработки, такой как резка режущим инструментом, токарная обработка, сверление, строгание и фрезеровка и шлифовка абразивным зерном, такая как доводка и притирка, и тому подобное.
Непереработанная. Термин “непереработанная” или “необработанная” MWF использован для указания на то, что MWF не была подвергнута фильтрации, ультрафильтрации, фракционированию или разделению какими-либо другими средствами или не была подвергнута химической обработке или иным образом переработана после обычного использования отработанной MWF в промышленных операциях металлообработки и перед тем, как MWF обрабатывают по настоящему изобретению.
Химическая потребность в кислороде (COD). Термин “химическая потребность в кислороде (COD)” относится к мере того, как много кислорода необходимо, чтобы окислить компоненты материалов, таких как сточные воды, и, в общем, рассматривается в качестве меры органического содержания таких материалов. COD измеряют в мг/л. Обычно допустимый уровень COD сточных вод в Великобритании составляет около 2000 мг/л, хотя многие власти устанавливают меньшие местные допустимые пределы. Возможно, что разрешенные в настоящее время уровни COD для сброса в канализацию будут понижены.
Отработанный. Термин “отработанный”, использованный в контексте MWF, указывает на MWF после использования в металлообработке. MWF обычно предоставляются в виде концентратов, которые обычно разбавляют в воде до содержания в диапазоне примерно от 5% до 12% масс./об. перед использованием. Способы изобретения подходят для обработки отработанных непереработанных MWF.
Биопленка. Термин “биопленка” использован здесь, чтобы описать популяцию или сообщество микроорганизмов, которые прикреплены к поверхности, такой как твердая подложка-матрица, и которые сообща способны уменьшать COD-содержание отработанной MWF.
Биореактор. Термин “биореактор” использован здесь, чтобы описать аппарат, выполненный с возможностью содержать в себе твердую подложку-матрицу, к которой может быть прикреплена биопленка, и с возможностью позволять биопленке находиться в контакте с отработанной MWF. Такие биореакторы могут быть использованы также для обработки любых других жидких отходов, восприимчивых к разложению биопленками по изобретению, но предназначены главным образом для обработки отработанных MWF.
Динамический. Микроорганизмы, которые уменьшают COD-содержание отработанной MWF, могут представлять собой динамическое сообщество микроорганизмов, которое изменяется или обладает способностью изменять свою совокупность членов (диапазон видов в сообществе и их соответствующие количественные соотношения) со временем по мере того, как сообщество метаболизирует компоненты отработанной MWF. Соотношение различных типов микроорганизмов, составляющих сообщество, может изменяться со временем, и/или типы микроорганизмов, присутствующих в сообществе, могут изменяться со временем. В пределах 24 часов после первой инокуляции состав динамического сообщества микроорганизмов в реакторе может значительно измениться. В некоторых случаях он может иметь малое сходство с первоначальным сообществом. Состав сообщества может изменяться на протяжении всей продолжительности обработки. В одном варианте осуществления менее 5 из исходных родов или видов микроорганизмов из первой инокуляции остаются в отработанной MWF спустя примерно 1 месяц, 2 месяца, 3 месяца, 4 месяца, 5 месяцев или 6 месяцев. В другом варианте осуществления менее 4 из исходных родов или видов микроорганизмов из первой инокуляции остаются в отработанной MWF спустя примерно 1 месяц, 2 месяца, 3 месяца, 4 месяца, 5 месяцев или 6 месяцев. В другом варианте осуществления менее 3 из исходных родов или видов микроорганизмов из первой инокуляции остаются в отработанной MWF спустя примерно 1 месяц, 2 месяца, 3 месяца, 4 месяца, 5 месяцев или 6 месяцев.
Подробное описание
В одном аспекте предоставлен способ обработки MWF, содержащий этапы: (a) обеспечения биопленки микроорганизмов на твердой подложке-матрице в первом биореакторе; (b) переноса по меньшей мере части твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, из первого биореактора во второй биореактор; и (c) инкубации микроорганизмов во втором биореакторе, чтобы уменьшить химическую потребность в кислороде MWF, содержащейся в нем.
Биопленка на этапе (a) может происходить из биореактора, который был изначально инокулирован микроорганизмами посредством жидкости, например исходными микроорганизмами, которые со временем созрели, образовав биопленку, в присутствии твердой подложки и способны уменьшать COD-содержание отработанной MWF. Обычно, данный процесс созревания будет занимать более чем примерно 70 дней. Будучи наконец созревшей, биопленка должна быть способна уменьшать COD-содержание отработанной MWF до требуемого уровня, который обычно составляет примерно 2000 мг/л или менее.
Микроорганизмы могут представлять собой единственный вид микроорганизмов или сочетание или консорциум двух или более микроорганизмов при условии, что они приводят к биопленке с требуемыми свойствами, такими как способность уменьшать COD-содержание отработанной MWF обычно до примерно 2000 мг/л. Такие микроорганизмы могут представлять собой консорциум микроорганизмов, описанный в WO 2008/102131. Такие микроорганизмы могут содержать, состоять или состоять по существу из микроорганизмов, выбранных из группы, состоящей из Agrobacterium spp., Comamonas spp., Methylobacterium spp. и Microbacterium spp., или сочетания двух, трех или четырех из них. Такие микроорганизмы могут содержать, состоять или состоять по существу из микроорганизмов, выбранных из группы, состоящей из таковых, представленных на Фиг.2. Такие микроорганизмы могут содержать, состоять или состоять по существу из микроорганизмов, выбранных из группы, состоящей из Acinetobacter spp., Pseudomonas spp., Salmonella spp., Shewanella spp., Citrobacter spp., Enterobacter spp., Kluyvera spp., Parvibacterium spp., Brachymonas spp., Synergistetes spp., Flavobacterium spp., Ochrobacterium spp., Acidovarux spp., Tistrella spp., Verminephrobacter spp., Bartonella spp., Fusobacterium spp., Comamonadaceae spp., Ancylobacter spp., Rhodospirillaceae spp., Shewanella sp. и Magnetospirillum spp., или сочетания двух или более из них. Как изображено на Фиг.2, различные сочетания обнаруживаемых микроорганизмов могут присутствовать в биореакторе в различные периоды времени.
Обычно микроорганизмы будут покрывать твердую подложку-матрицу и прикрепляться к ней с образованием биопленки, причем какие-либо особые условия для образования покрытия и прикрепления не требуются. Как описано выше, популяция микроорганизмов, которая использована, чтобы первоначально сформировать биопленку, может представлять собой определенную популяцию микроорганизмов. Со временем популяционная динамика микроорганизмов в биореакторе будет изменяться и развиваться таким образом, что популяция может превратиться в по существу неизвестную популяцию микроорганизмов. Понимание того, какие в точности микроорганизмы присутствуют в биопленке (установление их идентичности), не всегда требуется, при условии что биопленка уменьшает COD отработанной MWF до требуемого уровня. Согласно некоторым вариантам осуществления изобретения желательно иметь представление об идентичности микроорганизмов в биопленке, если, например, необходимо избежать присутствия патогенных микроорганизмов. Согласно одному варианту осуществления микроорганизмы смешивают с подходящей питательной средой при первоначальном посеве в биореактор для формирования биопленки. Таким образом, микроорганизмы могут быть получены селекцией микроорганизмов, селекция которых произведена из рабочих MWF. Например, селекция микроорганизмов может быть произведена на триптическом соевом бульоне 1/10 с добавкой 1-5% MWF или минимального количества среды, содержащей MWF или компоненты MWF, в качестве единственного источника углерода. Такие способы известны в данной области и описаны, например, в публикации van der Gast (2004) Environmental Microbiology 6(3) 254-263. Обычно колбы необходимо инкубировать в подходящих условиях, чтобы обеспечить рост изолятов в них, таких как перемешивание во встряхиваем инкубаторе при 100 об/мин в течение 16 часов при комнатной температуре. Если требуется, может быть проведена идентификация культивированных изолятов способами, которые известны в данной области, такими как секвенирование ДНК.
Альтернативно, биопленка может происходить из биореактора, в котором было предварительно произведено размножение путем инокуляции твердой матрицы с биопленкой, как описано здесь. В случае переноса во второй биореактор, созревание во втором биореакторе будет обычно продолжаться в пределах примерно 30 дней или менее, как, например, в пределах примерно 25 дней, в пределах примерно 20 дней, в пределах примерно 15 дней, в пределах примерно 10 дней, в пределах примерно 5 дней, в пределах примерно 4 дней, в пределах примерно 3 дней, в пределах примерно 2 дней или в пределах примерно 1 дня. Неожиданно, созревание во втором биореакторе может даже произойти более или менее немедленно, и, таким образом, он может быть готов для использования в тот же день, когда была произведена инокуляция.
Согласно одному варианту осуществления, биопленка, которая получена на этапе (a), перед переносом способна уменьшать COD-содержание отработанной MWF до требуемого уровня примерно 2000 мг/л или менее в течение более чем примерно 7 дней в случае проточного биореактора непрерывного действия. Согласно другому варианту осуществления биопленка, которая получена на этапе (a), перед переносом способна уменьшать COD-содержание отработанной MWF до требуемого уровня примерно 2000 мг/л или менее в ходе 2, 3, 4, 5 или 6 или более однократных обработок, когда биореактор работает в периодическом режиме.
Предпочтительно, чтобы биопленки были способны к росту на коммерчески доступных MWF, как в случае, когда MWF получены для применения, так и когда они являются отработанными. Будет понятно, что особенно предпочтительным является применение биопленок в случае отработанных MWF.
Микроорганизмы, которые образуют биопленку в биореакторе, могут быть аэробными и/или анаэробными и могут включать прокариотные клетки, эукариотные клетки, клетки водорослей, растительные клетки, дрожжевые клетки и/или клетки грибов или их сочетания. По меньшей мере некоторые из бактерий могут быть олиготрофными, гетеротрофными и/или кишечными.
Как только биопленка созрела в первом биореакторе и способна уменьшать COD отработанной MWF до требуемого уровня, по меньшей мере часть твердой матрицы, содержащей биопленку, удаляют из первого биореактора и затем переносят во второй биореактор, который подлежит инокуляции. Биопленка может быть перенесена из первого биореактора во второй биореактор немедленно, или же биопленка может быть подвергнута инкубации в течение периода времени между переносом. Время и условия инкубации будут выбраны таким образом, чтобы жизнеспособность существенно не изменилась. Согласно одному варианту осуществления объем твердой матрицы, которую переносят между биореакторами приблизительно составляет по меньшей примерно 0,5%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10%, 15% или 20% или более объема второго биореактора. В одном варианте осуществления объем твердой матрицы, которую переносят, приблизительно составляет по меньшей мере примерно 5% или по меньшей мере примерно 10% объема биореактора, подлежащего инокуляции. Таким образом, например, 500 мл твердой подложки-матрицы вводят в лабораторный биореактор на 5 литров или 1000 литров твердой матрицы подложки вводят в производственный реактор на 10000 литров. Предпочтительно, оставшийся объем второго биореактора занят твердой подложкой-матрицей, которая не имеет биопленки микроорганизмов на себе. Соответственно, оставшийся объем биореактора занят твердой подложкой-матрицей, которая не содержит или по существу не содержит микроорганизмов. Таким образом, например, твердая подложка-матрица может представлять собой новую твердую подложку-матрицу или же она может представлять собой очищенную твердую подложку-матрицу, на которой по существу отсутствует рост микроорганизмов в каком-либо количестве. Предпочтительно, твердая подложка-матрица второго биореактора, следовательно, может содержать по меньшей мере примерно 50%, 60%, 70%, 80%, 90, 95% или 100% оставшегося объема второго биореактора. Второй биореактор может не включать какого-либо количества отработанной MWF во время переноса. Альтернативно, второй биореактор может уже содержать отработанную MWF перед переносом или по меньшей мере часть отработанной MWF перед переносом. Рабочие условия во втором биореакторе являются такими, что твердая подложка-матрица во втором биореакторе колонизируется микроорганизмами, покрываясь биопленкой в течение периода нескольких дней или недель, предпочтительно дней, в зависимости, например, от токсичности потока отходов и способа инокуляции. Таким образом, например, если второй биореактор инокулирован жидкостью, тогда типичные времена созревания обычно составляют примерно 70 дней или более; если второй биореактор инокулирован твердой матрицей, тогда времена созревания обычно составляют примерно 30 дней или менее, как обсуждено здесь.
Предпочтительно, зрелая биопленка включает анаэробные карманы. Анаэробные карманы могут быть заняты анаэробными микроорганизмами.
В ходе начального периода пуска в эксплуатацию первого и/или второго биореакторов, целесообразно, чтобы в биореакторы подавалась разбавленная отработанная MWF, имеющая COD в диапазоне от примерно 5000 до примерно 10000 мг/л. Отработанная MWF с более высокой COD также может быть использована, такая как отработанная MWF с COD в диапазоне от примерно 5000 до примерно 20000 мг/л, COD от примерно 5000 до примерно 30000 мг/л, COD от примерно 5000 до примерно 40000 мг/л или COD от примерно 5000 до примерно 50000 мг/л. Предпочтительно, отработанная MWF, которую добавляют в биореактор(ы) является разбавленной, чтобы достичь данного требуемого уровня COD. Это делается для того, чтобы минимизировать токсический шок, производимый токсичными компонентами, такими как биоциды, которые могут присутствовать в потоке отходов. Согласно одному варианту осуществления изобретения в первый и/или второй биореакторы может вводиться питательная добавка, способствующая росту микроорганизмов, такая как триптический соевый бульон или раствор микроэлементов (например, раствор микроэлементов на основе морских водорослей) и тому подобное, что способствует обеспечению роста микроорганизмов с образованием биопленки в биореакторе(ах). Обычно данная подпитка происходит на малых уровнях, таких как примерно от 1 до 10 мкл на литр объема биореактора.
Уровень COD отработанной MWF может быть повышен по мере того, как микроорганизмы, присутствующие в биопленке, привыкают к возрастающей токсичности потока отходов.
По мере того как биопленка растет на твердой подложке-матрице в биореакторе, она распространяется и растет, покрывая любую оставшуюся твердую подложку, которая не была заселена образующими биопленку микроорганизмами. Биопленка может также покрывать другие доступные поверхности внутри биореактора. Биопленка может также высвобождать мертвые и активные клетки в жидкую MWF. После удаления суспендированная биомасса обычно показывает COD в диапазоне примерно от 500 мг/л до 1500 мг/л.
Предпочтительно, аэрацию в первом и/или втором биореакторе начинают непосредственно вслед за инокуляцией или переносом, чтобы избежать избыточной анаэробной активности и образования в них сульфида водорода. Биореакторы аэрируют, обычно используя воздух из компрессора и вводя его в трубы, обычно расположенные на дне биореактора, чтобы распределить воздух. Действие поднимающихся пузырьков может обеспечивать перемешивание на поверхности биореактора, но не должно быть настолько интенсивным, чтобы удалять биопленку, которая прикреплена к твердой подложке-матрице. В одном варианте осуществления поток воздуха составляет 250-300 литров в минуту на 5000 литров объема реактора. Содержания растворенного кислорода обычно составляют около 10 г/л в начале процесса пуска в эксплуатацию из-за малой плотности клеток. При наступлении созревания измеряемое содержание растворенного кислорода может быть меньше, на уровне менее примерно 1 мг/л, из-за утилизации микроорганизмами свободного кислорода в биореакторе для метаболизма (например, окисления) компонентов отработанной MWF. Значительные анаэробные области, которые могут обеспечивать среду для нитрификации, также могут существовать в биореакторах. Однако, в общем, желательно минимизировать анаэробную активность в биореакторе(ах), поскольку она приводит к неприятным запахам, в особенности сульфида водорода, который может генерироваться микроорганизмами, восстанавливающими сульфат, метаболизирующими сульфированные поверхностно-активные вещества и серу, присутствующую в отработанной MWF, источником которой могут быть такие составляющие, как компоненты минерального масла, входящие в MWF.
В одном варианте осуществления первый и/или второй биореактор пускают в эксплуатацию с использованием отработанной MWF из того же источника, для которого предполагается проводить обработку.
Первый и/или второй биореакторы могут быть запущены в эксплуатацию при различных температурах, таких как комнатная температура (которая составляет обычно примерно от 18 до 20°C), хотя возможны более низкие температуры, такие как температуры, доходящие до 12°C. После того как в биореакторе(ах) завершилось созревание и они способны уменьшать COD-содержание отработанной MWF до требуемого уровня, могут быть использованы температуры в диапазоне от примерно 1°C до примерно 35°C. Рабочая температура может в исключительных случаях выходить за пределы данного диапазона в зависимости от состава микроорганизмов биопленки. Предпочтительно, используют температуру в диапазоне от примерно 25°C до примерно 35°C; более предпочтительно, используют температуру в диапазоне от примерно 26°C до примерно 34°C; более предпочтительно, используют температуру в диапазоне от примерно 26°C до примерно 33°C; более предпочтительно, используют температуру в диапазоне от примерно 26°C до примерно 31°C; более предпочтительно, используют температуру в диапазоне от примерно 26°C до примерно 30°C; более предпочтительно, используют температуру в диапазоне от примерно 27°C до примерно 29°C; более предпочтительно, используют температуру примерно 28°C. Обычно данная температура позволяет поддерживать уменьшение COD на высоком уровне в течение нескольких дней.
Способы настоящего изобретения могут быть осуществлены в диапазоне значений pH, которые предпочтительно находятся в диапазоне от примерно pH 6,0 до примерно pH 9,5. Рецептуры MWF составлены так, что значение их pH достаточно высоко, обычно имея pH 9,0, чтобы предотвратить коррозию металлической обрабатываемой детали в ходе механической обработки. Способы обычно оптимизированы при примерно нейтральных значениях pH, причем предпочтительным является значение pH в диапазоне от примерно 6,0 до примерно 7,0 включительно. Предпочтительно, было обнаружено, что активность биопленки в биореакторе может приводить к уменьшению первоначального значения pH отработанной MWF, что само по себе может повышать эффективность процесса в биореакторе.
Соответственно, описанные здесь способы будут обычно осуществляться в течение времени и в таких условиях, что COD уменьшается до требуемого уровня. Количество времени будет зависеть от таких параметров, как природа MWF, исходный уровень COD, температура, pH и способ, применяемый для инокуляции первого и второго биореакторов. Так, в случае второго биореактора, чтобы уменьшить COD-содержание до требуемого уровня, обычно потребуется примерно от 5 до 15 дней; предпочтительно примерно от 5 до 14 дней; предпочтительно примерно от 5 до 13 дней; предпочтительно примерно от 5 до 12 дней; предпочтительно примерно от 5 до 11 дней; предпочтительно примерно от 5 до 10 дней; предпочтительно примерно от 5 до 9 дней; предпочтительно примерно от 5 до 8 дней; предпочтительно примерно от 5 до 7 дней; предпочтительно примерно от 5 до 6 дней. В случае второго биореактора, чтобы уменьшить COD-содержание до требуемого уровня, типичнее потребуется менее примерно 15 дней, 14 дней, 13 дней, 12 дней, 11 дней, 10 дней, 9 дней, 8 дней, 7 дней, 6 дней или 5 дней.
Как обсуждено здесь, может быть желательным проводить разбавление или первоначально разбавлять MWF, чтобы содействовать быстрейшему уменьшению COD отработанной MWF. В случае проточных биореакторов непрерывного действия и/или биореакторов периодического действия может быть желательным проводить разбавление MWF, чтобы добиться времени пребывания потока отходов в реакторе, составляющего 24 ч. Иногда это может требовать разбавления до получения значения COD входящего потока, равного 5000 мг/л или менее.
После обработки в первом и/или втором биореакторе отработанная MWF будет обычно иметь COD-содержание менее примерно 3000 мг/л, предпочтительнее менее примерно 2500 мг/л, предпочтительнее менее 2000 мг/л, предпочтительнее менее примерно 1500 мг/л.
Будет ясно, что способы настоящего изобретения могут быть использованы для обработки любой MWF, в частности необработанной или непереработанной MWF, конкретнее нефильтрованной MWF, или любых других промышленных сточных вод подобной природы, таких как повторно эмульгированный отстой, изначально произведенный в ходе хранения охлаждающих агентов. Способы могут, в частности, подходить для обработки необработанных MWF на масляной основе. В одном варианте осуществления биореактор(ы) применяют для обработки MWF на масляной основе, в частности необработанной, конкретнее нефильтрованной MWF на масляной основе.
В обеспечивающем преимущество варианте осуществления настоящего изобретения выходящий поток из второго биореактора может быть использован для инокуляции одного или более дополнительных биореакторов. Было обнаружено, что в дополнительном(ых) биореакторе(ах), которые инокулированы таким образом, созревание будет происходить намного быстрее, чем в первом биореакторе. Обычно третий биореактор будет включать твердую подложку-матрицу, которая по существу не колонизирована микроорганизмами, так что выходящий поток, который вводится в него, может приводить к колонизации твердой подложки-матрицы. Данный этап может быть повторен один или более раз, чтобы инокулировать один или более дополнительных биореакторов. Согласно одному варианту осуществления второй биореактор может находиться в двустороннем соединении с одним или более дополнительными биореакторами, что делает возможным выход из него отработанной MWF. Предпочтительно, выход отработанной MWF является контролируемым, так что она может быть перенесена, как только COD отработанной MWF во втором биореакторе достигнет 2000 мг/л или менее. Согласно другому варианту осуществления дополнительные биореакторы могут быть заполнены выходящим потоком из второго биореактора вручную. Предпочтительно, дополнительные биореакторы будут также содержать твердую подложку-матрицу, которая по существу не содержит микроорганизмов, так что они могут быть колонизированы отработанной MWF, вводимой в них. Предпочтительно, по меньшей мере примерно 50%, 60%, 70%, 80%, 90% или 100% объема дополнительного(ых) биореактора(ов) будут заняты твердой подложкой-матрицей, которая по существу не содержит микроорганизмов.
Твердая подложка, на которой в биореакторе выращена биопленка, может быть зафиксирована в биореакторе и/или способной удаляться из биореактора. Предпочтительно, по меньшей мере часть твердой подложки удаляема из биореактора, что позволяет осуществить перенос твердой подложки между биореакторами. Твердая подложка может представлять собой любую твердую подложку, которая подходит для образования биопленки. Твердая подложка может быть сформирована из пластика, такого как полипропилен, металла, природных волокон, таких как хлопок, и их сочетаний. Твердая подложка может быть сформирована из и/или включать покрытие, сформированное из гидрофобного материала, такого как полиэтилен. Предпочтительно, материал, выбранный для формирования твердой подложки, по существу не разрушается в присутствии MWF. Твердая подложка может иметь по существу плоскую, по существу цилиндрическую, по существу коническую, по существу сферическую, по существу прямоугольную, по существу квадратную, по существу овальную форму и/или иметь неправильную форму. Предпочтительно, один или более микроорганизмов способны соединяться с твердой подложкой в биореакторе с образованием биопленки, которая может быть перенесена из одного биореактора в другой. Предпочтительно, микроорганизмы, формирующие биопленку, по существу не могут выбрасываться из твердой подложки в ходе использования. Примеры твердых подложек включают следующие, но не ограничены ими: биобашню, вращающийся биологический контактор, необработанные камни, планки, пластиковую среду, сетчатую частицу пены, частицы микроносителя и/или среды, диатомит, диоксид кремния, оксид алюминия, керамические шарики, древесный уголь или полимерные или стеклянные шарики и тому подобное.
Предпочтительный тип твердой подложки содержит или состоит из пластиковой сети, такой как экструдированная полиэтиленовая сеть. Другой предпочтительный тип твердой подложки содержит сплетенные трубки из пластика, такого как полипропилен, которые обеспечивают большую площадь поверхности для роста биопленки, допуская при этом адекватное течение жидкости по поверхности биопленки. Другим предпочтительным типом твердой подложки является шероховатая поверхность, увеличивающая бактериальную адгезию. Другой предпочтительный тип твердой подложки включает сочетание одного или более, например всех, из данных признаков.
В другом варианте осуществления твердая подложка-матрица содержит, состоит или состоит по существу из трубок из пластика, таких как сплетенные трубки из пластика (например, из полипропилена). Трубки из пластика могут содержать примерно 200 сетевых трубок предпочтительно диаметром приблизительно 70 мм и длиной 1 м. Каждая сетевая трубка обычно содержит примерно 30 полиэтиленовых нитей диаметром примерно 2-3 мм. Сетевые нити могут быть сварены друг с другом, так что они образуют квадратные отверстия в стенке трубки. Размер отверстий составляет примерно 8 мм × 8 мм. Данные нити имеют суммарную площадь примерно 100 м2/м3 в сухом состоянии. Другой формат сетевых трубок включает примерно 300 сетевых трубок, предпочтительно диаметром примерно 50 мм и длиной 1 м. Каждая сетевая трубка обычно включает примерно 30 полиэтиленовых нитей диаметром примерно 2-3 мм. Сетевые нити могут быть спаяны друг с другом, так что образуют квадратные отверстия в стенке трубки. Размер отверстий составляет примерно 4 мм × 4 мм. Данные нити имеют суммарную площадь примерно 150 м2/м3 в сухом состоянии. Сетевая трубка другого формата имеет внешний диаметр примерно 50 мм. Каждый кубический метр образован примерно 300 сетевыми трубками диаметром примерно 50 мм и длиной 1 м. Каждая сетевая трубка содержит примерно 30 полиэтиленовых нитей с теоретическим диаметром примерно 3-4 мм. Сетевые нити сварены друг с другом, так что образуют квадратные отверстия в стенке трубки. Размер отверстий составляет приблизительно 3 мм × 4 мм. Данные нити имеют суммарную площадь примерно 200 м2/м3 в сухом состоянии. Твердая матрица для применения в настоящем изобретении является коммерчески доступной.
Описанные здесь биореакторы могут включать контроллер. Контроллер может быть выполнен с возможностью автоматизации системы. Контроллер может измерять различные параметры системы, такие как давление; температура; pH; COD-содержание, поток сточной воды и/или выходящий поток; количество, тип и/или соотношение типов бактерий в биореакторе; скорости потоков, поток воздушных пузырьков; и/или объем воды и тому подобное. Контроллер может использовать измерения различных параметров, чтобы изменить значения одного или более параметров системы. Контроллер может измерять и/или изменять параметры системы непрерывно или периодически.
Биореактор может быть выполнен с возможностью периодической или непрерывной работы. Биореактор может представлять собой аэробный барботажный колонный биореактор.
В одном варианте осуществления по меньшей мере часть твердой подложки-матрицы может быть заменена или добавлена в биореактор(ы) в ответ на существенно пониженный уровень активности биопленки, такой как существенно пониженный уровень уменьшения COD. Биопленка может быть заменена удалением по меньшей мере части твердой подложки-матрицы и затем заменой удаленной твердой подложки-матрицы твердой подложкой-матрицей из первого биореактора или новой, или очищенной твердой подложкой-матрицей, на которой по существу не присутствуют микроорганизмы. Твердая подложка-матрица, содержащая зрелую биопленку, может быть внесена в биореактор(ы), чтобы улучшить его/их активность.
Биореактор может быть изготовлен из пластика, металла и/или других материалов. Биореактор может включать в себя одно или более покрытий. Покрытие может ингибировать коррозию и/или облегчать удаление твердых материалов из емкости. Например, биореактор может иметь политетрафторидное покрытие, чтобы ингибировать коррозию и ингибировать адгезию твердых материалов к биореактору. Опорная поверхность биореактора может иметь по существу квадратную, по существу круговую, по существу овальную, по существу прямоугольную и/или неправильную форму. Биореактор может иметь форму, выполненную для того, чтобы сводить к минимуму присутствие застойных областей в биореакторе. В определенных вариантах осуществления форма внутренней поверхности биореактора может сводить к минимуму присутствие застойных областей в емкости в ходе смешения. Внутренние поверхности биореактора могут быть закруглены вместо того, чтобы сходиться с образованием края. Например, внутренняя поверхность биореактора может иметь форму, по существу схожую с овальной или круговой, чтобы свести к минимуму присутствие застойных областей в биореакторе в ходе использования. В одном варианте осуществления биореактор может иметь форму, в которой по существу вся жидкость в одном или более биореакторах циркулирует при перемешивании мешалкой в ходе использования. Биореактор может включать в себя одну или более мешалок для того, чтобы перемешивать отработанную MWF и/или газы в биореакторе. Одна или более мешалок могут быть расположены так, чтобы уменьшать присутствие в биореакторе зон, не подвергающихся перемешиванию. Например, биореактор с овальной площадью поперечного сечения может включать в себя две мешалки, приблизительно равномерно разнесенные в пространстве вдоль донной поверхности, чтобы устранять застойные области в биореакторе. Биореактор может включать в себя один или более впусков для потоков сточных вод, потоков барботажного воздуха и/или бактерий. Биореактор может включать в себя один или более выпусков для удаления из биореактора жидкостей и/или твердых материалов. К впускам и/или выпускам могут быть присоединены фильтры. К впуску может быть присоединен фильтр или отстойник-ловушка для удаления и/или разбивки крупных твердых материалов. К выпуску может быть присоединен фильтр, чтобы предотвратить утечку из биореактора твердых материалов, таких как твердые отходы, микроорганизмы, биопленка и/или взвешенные частицы. В одном варианте осуществления фильтр может задерживать загрязнители, препятствуя их утечке с водой, вытекающей из биореактора. Например, фильтровальная бумага или фильтр с активированным углем могут быть присоединены к выпуску, чтобы удалять загрязнители из потока, вытекающего из биореактора. В определенных вариантах осуществления система электрокоагуляции может быть присоединена к впускам и/или выпускам. Система электрокоагуляции может быть использована перед тем, как позволить отработанной MWF войти в биореактор, включающий в себя биопленку, и/или после того, как отработанной MWF будет позволено покинуть биореактор, который включает в себя биопленку. Система электрокоагуляции может вызывать осаждение соединений и их всплытие на поверхность или погружение на донную поверхность биореактора для удаления. В одном варианте осуществления система электрокоагуляции может заряжать ионы в отработанной MWF. Заряженные ионы могут связываться с противоположно заряженными ионами и образовывать осадок. Затем осадки могут всплывать на поверхность или погружаться на донную поверхность биореактора для удаления из отработанной MWF. В одном варианте осуществления осадки могут быть отфильтрованы от отработанной MWF.
В одном аспекте предоставлен биореактор для обработки MWF, содержащий: (i) первую твердую подложку-матрицу, содержащую биопленку микроорганизмов, которая способна уменьшать COD-содержание MWF, где, необязательно, указанная биопленка была получена в другом биореакторе; (ii) вторую твердую подложку-матрицу, где указанная вторая твердая подложка-матрица не колонизирована или по существу не колонизирована биопленкой микроорганизмов; и (iii), необязательно, отработанную MWF.
Предпочтительно, первая твердая подложка-матрица предварительно подготовлена в первом биореакторе, как описано здесь. Предпочтительно, биопленка микроорганизмов на первой твердой подложке-матрице способна уменьшать COD отработанной MWF до примерно 2000 мг/л или менее. Предпочтительно, объем первой твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, составляет по меньшей мере примерно 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%, 8%, 9% или примерно 10% объема биореактора. Предпочтительно, объем первой твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, составляет по меньшей мере примерно 5% объема биореактора. Более предпочтительно, объем первой твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, составляет по меньшей мере примерно 10% объема биореактора. Предпочтительно, оставшийся объем биореактора занят твердой подложкой-матрицей, на которой биопленка микроорганизмов не присутствует или по существу не присутствует. Предпочтительно, первая и вторая подложки-матрицы являются перемещаемыми в биореактор и из него. Более предпочтительно, первая подложка-матрица является перемещаемой в биореактор и из него, а вторая подложка-матрица закреплена в биореакторе.
Будет ясно, что настоящее изобретение предоставляет применение биореактора, как определено здесь, для уменьшения COD отработанной MWF. Изобретение дополнительно предоставляет устройство для применения в качестве биореактора по настоящему изобретению и бактериальный препарат, подходящий для посева в указанном аппарате, что дает биореактор по настоящему изобретению. Дополнительно предоставляются жидкие отходы, обработанные способом или биореактором по настоящему изобретению, в особенности где указанные отходы представляют собой отработанную MWF и, конкретнее, где COD отходов составляет примерно 2000 мг/л или менее.
Может требоваться сохранить микроорганизмы и/или биопленку, содержащую микроорганизмы, из первого и/или второго биореакторов для последующего использования. Биопленку можно хранить в аэрируемом барботажном колонном реакторе, содержащем солевой раствор, забуференный фосфатом, или можно питать разбавленной MWF c COD в диапазоне от примерно 1000 мг/л до примерно 2000 мг/л в течение приблизительно одного года без существенного воздействия на ее способность возвращаться к фазе роста.
В одном варианте осуществления биопленка и/или биореактор по существу не содержит патогенов и предпочтительно вовсе не содержит патогенов.
Как только требуемый уровень COD достигнут, сточная вода, оставшаяся после обработки, может быть сброшена в канализацию или же она может быть использована для инокуляции дополнительных биореакторов. Сточная вода, необязательно, может быть дополнительно обработана перед сбросом, чтобы ликвидировать любые оставшиеся микроорганизмы. Подходящие средства обработки включают следующие, но не ограничены ими: озон, тепловое облучение или любое другое средство обработки, которое не увеличивает токсичность сточной воды. На данном этапе новая партия отработанной MWF может быть введена в реактор для переработки.
Дополнительный аспект относится к способу пуска в эксплуатацию биореактора для обработки MWF, содержащему этапы: (a) обеспечения биопленки микроорганизмов на твердой подложке-матрице в первом биореакторе; (b) переноса твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку, во второй биореактор; (c) заполнения второго биореактора отработанной MWF либо до, либо после этапа (b) и (d) обеспечения условий во втором биореакторе, которые позволяют осуществиться его колонизации биопленкой микроорганизмов.
Дополнительный аспект относится к запущенному в эксплуатацию биореактору, полученному или получаемому указанным способом.
В другом аспекте изобретение включает способ обработки отработанной MWF. MWF приводят в контакт с динамическим сообществом микроорганизмов. Микроорганизмам (бактериям) предоставляет возможность действовать на MWF, расщепляя масло и другие компоненты в MWF. Первоначальным приведением в контакт отработанной непереработанной MWF с динамическим сообществом микроорганизмов со временем можно уменьшить химическую потребность в кислороде отработанной MWF.
При использовании динамического сообщества микроорганизмов по одному варианту осуществления изобретения, которому позволено изменяться со временем, предоставляется возможность развиться наиболее подходящему сообществу микроорганизмов, присутствующему в течение конкретного периода технологической обработки. Это может обеспечить возможность более эффективной переработки MWF, поскольку присутствуют микроорганизмы, наиболее подходящие для расщепления составляющих смеси.
Композиция MWF будет меняться со временем, так как она расщепляется микроорганизмами. Изначально, масло составляет значительную долю подвергаемой обработке MWF, однако масло расходуется по мере того, как оно усваивается и расщепляется микроорганизмами, а другие компоненты MWF еще требуют дальнейшего расщепления. Это изменяет среду в реакторе и микроорганизмы, присутствующие среди первоначальных микроорганизмов, не обязательно являются наиболее подходящими для расщепления оставшихся компонентов, или же они не могут функционировать в данных условиях. Изменения в среде создают более подходящие условия для размножения и роста других микроорганизмов. Постоянное изменение среды в реакторе по мере обработки MWF создает подходящие условия для развития со временем приспосабливающегося сообщества микроорганизмов.
Динамическое сообщество микроорганизмов может быть первоначально получено путем создания группы или консорциума микроорганизмов, которые отобраны по своей способности расщеплять компоненты MWF и которые происходят из MWF, чтобы сформировать исходное сообщество микроорганизмов. Группа организмов может включать один или более различных типов микроорганизмов. Предпочтительно, чтобы сообщество было сформировано из различных бактериальных видов или подвидов. Альтернативно, динамическое сообщество микроорганизмов может быть первоначально получено выделением местных бактерий непосредственно из MWF, чтобы получить исходное сообщество микроорганизмов. Известно, что определенные виды бактерий способны метаболизировать компоненты MWF. Чтобы сформировать подходящее для применения сообщество, могут быть использованы такие бактерии, которые культивировали в средах, содержащих MWF. Обычно это обеспечивает то, что бактерии являются устойчивыми к биоцидам и другим токсичным компонентам MWF, которые в противном случае могут уничтожить штамм, который не подвергся действию таких компонентов.
Исходное сообщество организмов культивируют, чтобы получить динамическое сообщество, использованное, чтобы провести засев реакторов. Инокуляция твердым материалом с использованием стандартной подложки представляет собой предпочтительный способ воздействия на микроорганизмы MWF. Однако сообщество микроорганизмов может быть также добавлено непосредственно в MWF, подлежащую обработке.
MWF может быть переработана в реакторе периодического действия, или же MWF может быть переработана посредством непрерывной переработки в серии реакторов. Затем MWF сбрасывают в канализацию или направляют на дальнейшую доочистку, как только COD достаточно уменьшится до допустимого уровня. Количество времени, необходимое для того, чтобы COD достигла требуемых уровней, будет зависеть от таких параметров, как исходный уровень COD, имеющейся у MWF, температура MWF в реакторе, природы компонентов в MWF, таких как охлаждающие агенты, и размер реактора.
Если необходимо, MWF может быть разбавлена, чтобы уменьшить COD, имеющуюся у MWF, до уровня, при котором может производиться непрерывная переработка реакторами. Например, чтобы обеспечить подходящую COD у входящего потока, такую, что достигается уменьшенная COD у выходящего потока, может быть проведено разбавление 1:2, разбавление 1:3, разбавление 1:4, разбавление 1:5, разбавление 1:6, разбавление 1:7, разбавление 1:8, разбавление 1:9 или, наиболее предпочтительно, разбавление 1:10 исходной MWF. MWF может быть разбавлена до COD примерно 50000 мг/л или менее, примерно 40000 мг/л или менее, примерно 30000 мг/л или менее или примерно 20000 мг/л или менее перед добавлением в биореактор.
Нижеследующие примеры даны в качестве иллюстрации, но не в качестве ограничения. Если иное не указано, в настоящем изобретении использованы общепринятые технологические приемы, которые хорошо известны из уровня техники.
ПРИМЕРЫ
Пример 1 - Инокуляция твердым материалом микроорганизмов для биоразложения MWF
Исходное сообщество микроорганизмов получают селекцией группы организмов, для которых известно, что они изначально способны метаболизировать составляющие MWF, чтобы сформировать искусственное сообщество микроорганизмов. Пример такого исходного сообщества может быть получен, например, инокуляцией консорциумом, описанным в WO2008/102131. Альтернативно, местное сообщество микроорганизмов извлекают из отработанной MWF. Затем исходное сообщество микроорганизмов культивируют в среде, содержащей MWF, с получением первоначального динамического сообщества микроорганизмов в форме биопленки, которая может быть использована для первоначального засева биореактора.
Для периодической переработки MWF может быть использован реактор, представленный на Фиг.1 в качестве примера. Реактор 10 содержит воздухораспределитель 12 на дне реактора, соединенный с насосом 14 воздуховпускной трубой 16, подающей воздух 20 в систему. Твердая подложка-матрица 18 (например, полипропиленовое полотно или сетевидная структура) имеется в реакторе, чтобы обеспечить значительную площадь поверхности, на которой может расти биопленка. Это увеличивает до максимума площадь биопленки, воздействию которой может быть подвергнута MWF. Отводящая труба 22 обеспечивает отверстие для сброса MWF из реактора. Если требуется, в реакторе может быть расположен нагреватель.
Реактор первоначально запускают с воздухораспределителем, расположенным на дне реактора, и с твердой матрицей, введенной на дно реактора. Первоначальный объем предварительно полученной матрицы, содержащей динамическое сообщество микроорганизмов, добавляют в реактор, а оставшийся объем реактора заполняют чистой матрицей. Приблизительно 10-20% суммарного объема матрицы могут содержать исходное сообщество динамических микроорганизмов. Чтобы получить биопленку на биологических средах реактора, в биореактор вливают серию доз (например, пять доз) заданного объема разбавленной MWF. Разбавление MWF может способствовать формированию сообщества на подложке, поскольку оно уменьшает суммарную масляную нагрузку дозы и, следовательно, предупреждает избыточное смачивание маслом подложки, ингибирующее рост сообщества. Первоначальные пять партий MWF, помещаемые в реактор, будут иметь химическую потребность в кислороде (COD), которая меньше, чем таковая неразбавленной MWF, например менее 15000 мг/л. COD-содержание для каждой из данных первоначальных партий может быть прогрессивно увеличено.
Как только COD достигает требуемого уровня, из реактора выпускают жидкость для дезактивации. В ходе данного периода MWF пополняют добавлением 0,2% масс./об. триптон-соевого бульона. После завершения нескольких циклов с использованием разбавленной MWF по всему реактору должна развиться биопленка. Затем реактор готов принимать для расщепления отработанную MWF, имеющую более высокую COD.
Непереработанную MWF вводят в реактор и позволяют микроорганизмам действовать на MWF, пока не будет достигнут требуемый уровень COD, например ниже 2000 мг/л. Затем сточная вода, остающаяся после обработки MWF, может быть сброшена в окружающую среду. Сточная вода, имеющая уровень COD менее 2000 мг/л, может быть в дальнейшем обработана, например, озоном перед ее сбросом в канализацию, чтобы уничтожить любые оставшиеся микроорганизмы. Затем в реактор может быть введена новая партия MWF для обработки.
В конце процесса обработки образец матрицы с биопленкой, содержащей сообщество микроорганизмов, отбирают из реактора и переносят в другой реактор для использования в качестве исходного сообщества. Как описано выше, путем использования повышающихся концентраций MWF первоначальный образец биопленки может быть выращен в завершенную биопленку. Затем реактор может быть использован в другом процессе обработки.
Пример 2 - Поведение динамического сообщества в реакторе периодического действия
Динамическое сообщество бактерий приводят в контакт с отработанной MWF, полученной из машиностроительного завода. Динамическое сообщество бактерий изначально выращивают с формированием биопленки в реакторе с использованием разбавленной MWF.
Образцы биопленки в реакторе отбирали в трех временных интервалах, в апреле, сентябре и апреле+1. Образцы анализируют и определяют в образцах присутствующие микроорганизмы и относительную численность каждого обнаруженного микроорганизма. Результаты показаны на Фиг.2.
Из диаграммы на Фиг.2 следует, что большинство бактерий, обнаруженных в начале технологической обработки (апрель) уже не присутствуют спустя 12 месяцев (апрель+1). Единственными обнаруженными бактериями, все еще присутствующими спустя 12 месяцев, являются Acinetobacter sp. и Pseudomonas sp. Однако соотношения Acinetobacter sp. и Pseudomonas sp. со временем изменились. Найдено, что изначально Acinetobacter sp. составляет значительную процентную долю обнаруженных бактерий. Хотя все еще присутствуя спустя 12 месяцев, Acinetobacter sp. образует намного меньшую процентную долю сообщества микроорганизмов, присутствующих в MWF. Acinetobacter sp. уже не является доминирующим видом, присутствующим в MWF спустя 12 месяцев. Pseudomonas sp. присутствует в изначальной и конечной биопленке, со временем увеличивая свое присутствие в сообществе микроорганизмов.
Это показывает, что со временем имеется изменение типа микроорганизмов и изменение соотношения микроорганизмов в ходе переработки MWF. Большой ряд микроорганизмов, не присутствующих в первоначальном динамическом сообществе, присутствует в биопленке по прошествии некоторого времени. Такие микроорганизмы могут включать в себя бактерии, присутствующие в малых количествах в MWF, но успешно развившиеся в реакторе.
Пример 3 - Способ инокуляции биореактора единственным введением жидкости
В триптическом соевом бульоне (TSB) с концентрацией 1/10 в течение 16 часов при комнатной температуре выращивали 5 изолятов, селекция которых проведена на отработанной MWF. Клеточные суспензии используют в количестве 10% (по объему) для инокуляции либо лабораторного, либо промышленного реакторов. В лабораторном биореакторе используют 500 мл инокулята на 5 литров, а в промышленном используют 100 литров на 1000 литров отхода MWF. Данный способ описан в публикации van der Gast and Thompson (2005). Biotechnol and Bioeng., 89, 3, 357-366.
Отработанную MWF добавляют в биореакторы и измеряют ее уровень COD.
Результаты данных экспериментов показаны на Фиг.3 и Фиг.4. Как можно видеть, хотя уровень COD может быть уменьшен, эксплуатационные характеристики неустойчивы, так что имеется значительная изменчивость в полученных результатах. Такие системы было бы трудно внедрить в промышленном масштабе.
Пример 4 - Способ множественной инокуляции
В триптическом соевом бульоне (TSB) с концентрацией 1/10 в течение 16 часов при комнатной температуре выращивают 5 изолятов, селекция которых проведена на отработанной MWF. Клеточные суспензии используют в количестве 10% (по объему) для инокуляции лабораторного и промышленного реакторов, не содержащих матрицу с биопленкой. Инокуляты добавляют в партии 1-9, показанные на Фиг.5 слева направо.
Результаты данных экспериментов представлены на Фиг.5; они показывают, что в инокулированных партиях могут быть получены адекватные рабочие характеристики. Однако для партии 10, которая не была инокулирована, адекватные рабочие характеристики достигнуты не были. Это указывает на то, что может потребоваться более 9 инокуляций, чтобы получить полностью функционирующую биопленку.
Пример 5 - Способ инокуляции твердой матрицей
Зрелую биопленку, которая была выращена на твердой подложке-матрице, переносят из первого биореактора во второй биореактор. Биореактор, из которого происходит биопленка, стабильно уменьшал COD отработанной MWF до примерно 2000 мг/л или менее в течение более чем примерно 1 недели в случае непрерывного потока или же при обработке минимум 2 партий в случае работы в периодическом режиме.
Зрелая биопленка может происходить из биореакторов, которые изначально были инокулированы жидкостью и претерпели длительный процесс созревания, например, в лаборатории, или же они могут происходить из биореактора, в котором предварительно произведено размножение путем переноса твердой матрицы со зрелой биопленкой.
Если для получения биопленки используют изоляты культур, тогда инокулят может включать бактериальное сообщество, селекция которого произведена, используя рабочие MWF, на триптическом соевом бульоне 1/10 с добавкой 1-5% MWF или минимального количества среды, содержащей MWF или компоненты MWF, в качестве единственного источника углерода (см. публикацию van der Gast, Env. Micro. 6(3) 254-263). Колбы инкубируют во встряхиваем инкубаторе при примерно 100 об/мин в течение примерно 16 часов. Идентификацию культивированных изолятов проводят секвенированием ДНК для исключения из рассмотрения патогенов в качестве инокулятов. Для инокуляции биореакторов могут быть использованы одиночные виды или консорциумы микроорганизмов.
Матрицу, содержащую зрелую биопленку, удаляют из действующего биореактора и переносят в реактор, который подлежит инокуляции. Используют объем матрицы со зрелой биопленкой, который составляет приблизительно 10% объема реактора, подлежащего инокуляции (то есть твердую подложку-матрицу в пробирке на 500 мл для биореактора на 5 литров, 1000 литров в промышленном реакторе на 10000 литров). Оставшийся объем реактора занят чистой (не имеющей биопленки) матрицей. Затем реактор заполняют MWF в качестве отхода и немедленно начинают аэрацию, чтобы избежать анаэробной реакции и образования сульфида водорода.
Измеряют уровень COD отработанной MWF.
Не имеющая биопленки матрица колонизируется и покрывается биопленкой в течение периода дней или недель в зависимости от потока отхода. Результаты данных экспериментов показаны на Фиг.6. Как можно видеть, стабильное и стойкое уменьшение уровней COD достигается в биореакторе, использующем твердоматричный способ.
Пример 6 - Пуск биореактора в эксплуатацию
Биореактор пускают в эксплуатацию при температуре примерно 18-20°C, хотя могут быть использованы температуры вплоть до 12°C. После завершения созревания биореакторы способны выдерживать температуры от +1 до +35°C. Уменьшение COD при 1°C пренебрежимо, но при 30°C работа может поддерживаться на высоком уровне в течение нескольких дней.
Реакторы аэрируют, используя воздух из компрессора и вводя его в трубы на дне биореактора, чтобы распределить воздух. Действие поднимающихся пузырьков обеспечивает перемешивание на поверхности биореактора, но не является настолько интенсивным, чтобы удалять прикрепленную биопленку. На практике поток воздуха составляет 250-300 литров в минуту на 5000 литров объема реактора. Содержания растворенного кислорода обычно составляют примерно 10 мг/л в начале процесса пуска в эксплуатацию из-за малой плотности клеток. При наступлении созревания измеряемое содержание растворенного кислорода составляет обычно менее примерно 1 мг/л из-за утилизации микроорганизмами свободного кислорода для окисления масел и других компонентов MWF.
Пример 7 - Подача в биореактор
В ходе начального периода пуска в эксплуатацию в биореактор, инокулированный жидкостью или биопленкой, подают разбавленную MWF в качестве отхода, имеющую COD в диапазоне от примерно 5000 до примерно 10000 мг/л, чтобы минимизировать токсический шок, производимый токсичными компонентами потока отходов, такими как биоциды. В случае лабораторных масштабов в реакторы иногда вводят питательную добавку в виде триптического соевого бульона. Это не практично или не эффективно с экономической точки зрения в промышленном масштабе. При масштабе больше 1000 литров авторы данного изобретения вводят питательную добавку в чрезвычайно малых количествах (1-10 мкл на литр объема реактора), используя раствор следовых элементов на основе морских водорослей.
Пример 8 - Сопоставление жидкостной и твердоматричной инокуляции в лабораторном биореакторе на 5 литров
Сопоставление жидкостной и твердоматричной инокуляции проводили в лабораторном биореакторе на 5 литров, содержащем отработанную MWF. Биореакторы подготавливали с использованием способов, уже описанных здесь.
Результаты на Фиг.7 показывают, что биореакторы, инокулированные твердой матрицей, стабильно позволяют достичь требуемого уровня ограничения по выбросам, составляющего примерно 2000 мг/л COD или менее в первом прогоне. Биореакторы, инокулированные жидкостью, не позволяют получить COD ниже 4000 мг/л даже в третьем прогоне, а также биореакторы, инокулированные жидкостью, имели удлиненное время контакта, составляющее 15 дней (15-30 дней на Фиг.7).
Фиг.8 иллюстрирует, что уменьшение COD-содержания для биореакторов, инокулированных жидкостью, которое достижимо за период 12 часов, намного меньше, чем для биореакторов, инокулированных матрицей.
Пример 9 - Пуск в эксплуатацию реактора с использованием выходящего потока, полученного из реактора, содержащего зрелую матрицу
Пуск в эксплуатацию проводят с использованием выходящего потока (который представляет собой обработанную отработанную MWF) из биореактора, включающего зрелую твердую матрицу. Выходящий поток вводят в биореактор, содержащий чистую твердую матрицу, путем разбавления MWF (HOCUT 3280 и Houghton 795b) до 10%, 20%, 10%, 10% и 10% для пяти партий (см. Фиг.9). Цифры в % относятся к доле MWF в смеси MWF и обработанного выходящего потока. Разбавление может быть проведено на месте в биореакторе или может быть проведено в отдельном резервуаре перед переносом в биореактор. Биореакторы представляли собой аэробные барботажные колонные реакторы на 1,5 литра и содержали твердую подложку-матрицу. Первый прогон также принимал биомассу, полученную из 3 литров выходящего потока, сконцентрированного центрифугированием.
Для прогона 6 и далее обрабатывали отработанную MWF из различных источников. Доля MWF во входящем потоке отходов изменялась в диапазоне 6-100%, причем 100% указывают на отсутствие разбавления MWF.
Начиная с 30 дня наблюдалась стабильная работа, и достигались типичные разрешенные для сброса в канализацию пределы <2000 мг/л COD.
В пределах объема изобретения могут быть внесены дальнейшие изменения. Например, первоначальное сообщество может быть получено путем тщательного контроля MWF и других материалов, действию которых оно подвергается в ходе культивирования.
Дополнительные аспекты настоящего изобретения изложены ниже в пронумерованных пунктах.
1. Способ обработки MWF, содержащий этапы, на которых: обеспечивают динамическое сообщество микроорганизмов в реакторе, причем микроорганизмы получены из существующего, жизнеспособного сообщества, обеспеченного в жидкости, содержащей MWF; приводят в контакт MWF с сообществом микроорганизмов в реакторе и предоставляют возможность динамическому сообществу микроорганизмов метаболизировать MWF для того, чтобы уменьшить ее химическую потребность в кислороде; причем совокупности членов сообщества предоставляют возможность развиться в ходе осуществления способа обработки в ответ на изменения в подвергаемой обработке жидкости.
2. Способ по п.1, в котором этап обеспечения сообщества содержит культивирование исходного сообщества микроорганизмов в среде MWF путем инокуляции среды MWF микроорганизмами, которые способны метаболизировать MWF и были получены из MWF.
3. Способ по п.2, в котором исходное сообщество микроорганизмов содержит консорциум прошедших селекцию микроорганизмов.
4. Способ по п.3, в котором исходное сообщество микроорганизмов содержит местное сообщество микроорганизмов, выделенных из MWF.
5. Способ по любому предшествующему пункту, содержащий предоставление MWF в непереработанной форме перед контактом с динамическим сообществом микроорганизмов.
6. Способ по любому предшествующему пункту, содержащий обеспечение MWF в форме, имеющей исходную COD менее 50000 мг/л перед контактом с динамическим сообществом микроорганизмов.
7. Способ по любому предшествующему пункту, где динамическое сообщество микроорганизмов предоставлено в форме биопленки на твердой подложке-матрице.
8. Способ по п.7, содержащий этап получения биопленки на твердой подложке-матрице и помещения твердой подложки-матрицы в реактор.
9. Способ по любому предшествующему пункту, дополнительно содержащий этап отбора образца биопленки и переноса образца во второй реактор, чтобы получить динамическое сообщество во втором реакторе.
10. Способ по любому предшествующему пункту, в котором MWF удерживают в контакте с динамическим сообществом до тех пор, пока химическая потребность в кислороде не составит не более 2000 мг/л.
11. Способ по любому предшествующему пункту, в котором MWF имеет время пребывания в реакторе, зависящее от исходной COD, температуры MWF, природы компонентов в MWF и/или размера реактора.
12. Способ по любому предшествующему пункту, в котором реактор содержит сосуд, в котором партию MWF обрабатывают до тех пор, пока химическая потребность в кислороде не достигнет заданного уровня.
13. Способ по любому из пп. 1-11, в котором реактор содержит ряд сосудов, через которые проходит поток MWF.
14. Динамическое сообщество микроорганизмов для обработки MWF, полученное способом по любому предшествующему пункту.
Всякая публикация, процитированная или описанная здесь, предоставляет релевантную информацию, раскрытую до даты подачи настоящей заявки. Утверждения, представленные здесь, не должны истолковываться как признание того, что авторы изобретения не обладают правом противопоставить факт создания изобретения с такими раскрытиями. Все публикации, упомянутые в вышеприведенном описании, включены в него путем ссылки. Различные модификации и варианты изобретения в пределах объема и сущности изобретения будут очевидны специалистам в данной области. Хотя изобретение описано в связи с конкретными предпочтительными вариантами осуществления, следует понимать, что изобретение, заявленное в формуле изобретения, не должно быть ненадлежащим образом ограничено такими конкретными вариантами осуществления. В действительности, подразумевается, что различные изменения описанных вариантов осуществления изобретения, которые очевидны специалистам в микробиологии и биоочистке или родственных областях, входят в объем нижеследующей формулы изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| МИКРООРГАНИЗМЫ - СТИМУЛЯТОРЫ РОСТА РАСТЕНИЙ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ | 2012 |
|
RU2664863C2 |
| СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ОТ ФОСФАТОВ | 2020 |
|
RU2753657C1 |
| РЕАКТОР С НАБИВКОЙ | 2006 |
|
RU2418748C2 |
| СПОСОБ УДАЛЕНИЯ АЗОТСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД | 2020 |
|
RU2751356C1 |
| МАТЕРИАЛЫ И СПОСОБ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА СЕРНОЙ КИСЛОТЫ | 2001 |
|
RU2276655C2 |
| СПОСОБ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ | 1998 |
|
RU2203116C2 |
| Реактор для биологической очистки сточных вод и способ | 2012 |
|
RU2606435C2 |
| СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДНОГО РАСТВОРА (ВАРИАНТЫ) | 2000 |
|
RU2259959C2 |
| СПОСОБ ФЕРМЕНТАЦИИ ГАЗООБРАЗНОГО СУБСТРАТА, СОДЕРЖАЩЕГО МОНООКСИД УГЛЕРОДА И ВОДОРОД | 2011 |
|
RU2566565C2 |
| МОДИФИЦИРОВАННЫЕ СРЕДСТВА БИОКОНТРОЛЯ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ | 2015 |
|
RU2736295C2 |
Группа изобретений относится к области биохимии. Предложен способ получения биопленки микроорганизмов, способ обработки отработанной текучей среды из металлообработки и биореактор для обработки текучей среды из металлообработки. Способ получения биопленки микроорганизмов, которая способна уменьшать химическую потребность в кислороде отработанной текучей среды из металлообработки, включает обеспечение биопленки микроорганизмов на твердой подложке-матрице в первом биореакторе, перенос твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, из первого биореактора во второй биореактор, культивирование биопленки микроорганизмов во втором биореакторе в присутствии отработанной текучей среды из металлообработки. Способ обработки отработанной текучей среды из металлообработки включает обеспечение биопленки микроорганизмов на твердой подложке-матрице в первом биореакторе, перенос части твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, из первого биореактора во второй биореактор, инкубирование микроорганизмов во втором биореакторе. Биореактор для обработки текучей среды из металлообработки содержит первую твердую подложку-матрицу, содержащую биопленку микроорганизмов, вторую твердую подложку-матрицу и разбавленную отработанную текучую среду из металлообработки. Изобретения обеспечивают уменьшение химической потребности в кислороде за более короткий временной период, быстрое размножение микроорганизмов и образование биопленок в различных потоках отходов, повышение эксплуатационных характеристик биореакторов. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил., 9 пр.
1. Способ обработки отработанной текучей среды из металлообработки (MWF), содержащий этапы, на которых:
(a) обеспечивают биопленку микроорганизмов на твердой подложке-матрице в первом биореакторе, причем указанная биопленка способна уменьшать химическую потребность в кислороде (COD) отработанной текучей среды из металлообработки (MWF) до 3000 мг/л или менее перед ее переносом во второй биореактор;
(b) переносят по меньшей мере часть твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, из первого биореактора во второй биореактор; и
(c) инкубируют микроорганизмы во втором биореакторе, чтобы уменьшить химическую потребность в кислороде отработанной текучей среды из металлообработки (MWF), содержащейся в нем.
2. Способ по п. 1, в котором объем твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, которую переносят из первого биореактора во второй биореактор на этапе (b), составляет по меньшей мере примерно 10% объема второго биореактора.
3. Способ по п. 2, в котором оставшийся объем второго биореактора занят твердой подложкой-матрицей, на которой биопленка микроорганизмов не присутствует или по существу не присутствует.
4. Способ по п. 1, в котором второй биореактор изначально заполняют, либо до, либо после этапа (b), отработанной текучей средой из металлообработки (MWF), подходяще разбавленной отработанной текучей средой из металлообработки (MWF), для которой химическая потребность в кислороде (COD) составляет от примерно 5000 до примерно 10000 мг/л.
5. Способ по п. 1, в котором твердая подложка-матрица содержит, состоит или состоит по существу из сплетенных трубок из пластика.
6. Способ по п. 1, в котором в первый и/или второй биореактор подают поток воздуха, причем указанный поток воздуха составляет примерно от 250 до 300 литров в минуту на 5000 литров жидкостного объема биореактора.
7. Способ по п. 1, в котором биопленку, которая имеется на этапе (а): (i) получают от местного сообщества микроорганизмов, выделенных из отработанной текучей среды из металлообработки MWF; или (ii) является биопленкой из другого биореактора, который был инокулирован путем переноса по меньшей мере части твердой подложки-матрицы, содержащей биопленку микроорганизмов, и причем указанный биореактор способен уменьшать химическую потребность в кислороде (COD) отработанной текучей среды из металлообработки (MWF) до 2000 мг/л.
8. Способ по п. 1, в котором по меньшей мере часть отработанной текучей среды из металлообработки (MWF) из второго биореактора используют для инокуляции одного или более дополнительных биореакторов, причем, необязательно, дополнительный(е) биореактор(ы) содержит(ат) твердую подложку-матрицу, которая по существу не колонизирована микроорганизмами.
9. Способ по п. 8, в котором указанный этап повторяют один или более раз, чтобы инокулировать один или более дополнительных биореакторов.
10. Способ получения биопленки микроорганизмов, которая способна уменьшать химическую потребность в кислороде (COD) отработанной текучей среды из металлообработки (MWF), содержащий этапы, на которых:
(a) обеспечивают биопленку микроорганизмов на твердой подложке-матрице в первом биореакторе, причем указанная биопленка способна уменьшать химическую потребность в кислороде (COD) отработанной текучей среды из металлообработки (MWF) до 3000 мг/л или менее перед ее переносом во второй биореактор;
(b) переносят твердую подложку-матрицу, содержащую биопленку микроорганизмов, из первого биореактора во второй биореактор; и
(c) культивируют биопленку микроорганизмов во втором биореакторе в присутствии отработанной текучей среды из металлообработки (MWF).
11. Биореактор для обработки текучей среды из металлообработки (MWF), содержащий:
(i) первую твердую подложку-матрицу, содержащую биопленку микроорганизмов, которая способна уменьшать химическую потребность в кислороде (COD) отработанной текучей среды из металлообработки (MWF) до 3000 мг/л или менее, причем, необязательно, указанная биопленка была получена в другом биореакторе;
(ii) вторую твердую подложку-матрицу, причем указанная вторая твердая подложка-матрица не колонизирована или по существу не колонизирована биопленкой микроорганизмов; и
(iii) необязательно, разбавленную отработанную текучую среду из металлообработки (MWF).
12. Биореактор по п. 11, в котором биопленка микроорганизмов на первой твердой подложке-матрице способна уменьшать химическую потребность в кислороде (COD) отработанной текучей среды из металлообработки (MWF) до 2000 мг/л или менее.
13. Биореактор по п. 11 или 12, в котором примерно 10% твердой подложки-матрицы представляют собой первую твердую подложку-матрицу, а оставшийся объем второго биореактора занят второй твердой подложкой-матрицей, и/или причем указанный второй биореактор находится в двустороннем соединении с одним или более дополнительными биореакторами, что делает возможным выход из него отработанной текучей среды из металлообработки (MWF), причем отработанная текучая среда из металлообработки (MWF) имеет химическую потребность в кислороде (COD) примерно 2000 мг/л или менее.
| WO 2008102131 A1, 20.02.2008 | |||
| US 20070205148 A1, 06.09.2007 | |||
| US 5681471, 28.10.1997 | |||
| PEREZ M., RODRIGUEZ-CANO R | |||
| AND ET AL., Performance of anaerobic thermophilic fluidized bed in the treatment of cutting-oil wastewater // ScienceDirect, Bioresource Technology, 98, 2007, стр.3456-3463 | |||
| PEREZ M., RODRIGUEZ-CANO R | |||
| AND ET AL., Anaerobic thermophilic |
