申请日2013.10.04
公开(公告)日2018.04.03
IPC分类号C02F3/12; C02F3/00; A23K10/12; A23K10/38
摘要
本发明涉及用于产生微生物生物质的废水处理。一种用于生长微生物生物质的方法，其包括提供废水流，确定废水流中微量营养物的浓度，所述微量营养物选自铝、硼、钴、镁、锰和锌，及其任意组合。所述方法还包括确定微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;调制废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的废水流。所述方法还包括在微量营养物调制的废水流中生长微生物生物质。
权利要求书
1.一种用于生长微生物生物质的方法，其包括：
(a)提供废水流;
(b)确定废水流中微量营养物的浓度，所述微量营养物选自铝、硼、钴、镁、锰和锌，及其任意组合;
(c)确定微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制的废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;和
(e)在微量营养物调制的废水流中生长微生物生物质。
2.权利要求1的方法，其进一步包括在步骤(b)中确定BOD和氮和磷的浓度，其中在步骤(d)中调制BOD和氮、磷的浓度以提供：(i)至少100mg/升BOD∶6-20mg/升氮的BOD∶氮比;和至少100mg/升BOD∶0.5-2mg/升磷的BOD∶磷比。
3.根据权利要求1或2的方法，其中在步骤(e)的生长微生物生物质之后微量营养物调制的废水流呈现的在六十分钟之后的沉降的淤泥体积(SSV60)与在步骤(d)的调制之前的废水流的SSV60相比减少。
4.根据权利要求1或2的方法，其中步骤(e)的生长进行约1个或多个平均细胞停留时间(MCRT)的时期，且其中在步骤(e)之后获得的调制的废水流呈现的六十分钟之后的沉降的淤泥体积(SSV60)与在步骤(d)的调制之前的废水流呈现的SSV60相比少至少10%。
5.根据权利要求1或2的方法，其中步骤(e)的生长进行约3个或更多个平均细胞停留时间(MCRT)的时期，且其中在步骤(e)之后获得的调制的废水流呈现的六十分钟之后的沉降的淤泥体积(SSV60)与在步骤(d)的调制之前的废水流呈现的SSV60相比少至少10%。
6.根据权利要求1或2的方法，其中步骤(e)的生长进行3个或更多个平均细胞停留时间(MCRT)的时期，且其中在步骤(e)之后获得的调制的废水流呈现的六十分钟之后的沉降的淤泥体积(SSV60)与在步骤(d)的调制之前的废水流呈现的SSV60相比少至少20%。
7.根据权利要求5的方法，其中调制的废水呈现的SSV60与在步骤(d)的调制之前的废水流呈现的SSV60相比少至少30%。
8.权利要求1的方法，其中步骤(d)的调制包括增加废水流底物中至少一种微量营养物的浓度。
9.权利要求1的方法，其中步骤(d)的调制包括减少废水流中至少一种微量营养物的浓度。
10.权利要求9的方法，其中所述减少浓度包括对至少一种微量营养物进行离子交换或沉淀。
11.权利要求9的方法，其中所述减少浓度包括在步骤(a)的提供过程中或之前，减少生成废水流的生产工艺中至少一种微量营养物的浓度。
12.权利要求1或2的方法，其中所述调制的废水包含(i)至少50%w/w蛋白质;(ii)至少6.5%w/w粗脂肪;(iii)至少4%w/w的60%饱和脂肪酸;和(iv)至少0.004%w/w辅酶Q10。
13.根据权利要求1或2或8或9或10或11的方法，其进一步包括在废水流中混合生长因子。
14.权利要求13的方法，其中所述生长因子选自下组：酵母提取物，糖蜜，酿酒厂麦芽汁压出水，棕榈油榨油厂流出物，和废品。
15.权利要求13的方法，其中所述生长因子在步骤(d)的调制之后添加。
16.根据权利要求1或2或8或9或10或11的方法，其中步骤(a)的提供包括从食品加工厂获得废水流。
17.根据权利要求1或2或8或9或10或11的方法，其中步骤(a)的提供包括从下述一种或多种获得废水流：饮料生产厂、马铃薯加工厂、玉米加工厂、糖加工厂、柠檬酸盐生产厂、酵母制造厂、肉加工厂、和乳类制品生产厂。
18.权利要求17的方法，其中所述饮料生产厂选自下组：啤酒酿酒厂、蒸馏酒厂、棕榈油榨油厂和果汁生产厂。
19.根据权利要求1或2或8或9或10或11的方法，其中步骤(e)的生长包括在通气反应器中生长微生物物质。
20.权利要求19的方法，其中通气反应器中的平均细胞停留时间(MCRT)是10日或更少。
21.权利要求19的方法，其中在所述步骤(e)的生长之前减少通气反应器的体积。
22.一种用于生长微生物物质的方法，其包括：
(a)提供废水流;
(b)确定废水流中多种微量营养物的浓度，所述微量营养物包括铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌，和确定废水流中常量营养物氮和磷的浓度;
(c)确定废水流中一种或多种微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制废水流中一种或多种微量营养物的至少一种的浓度以提供微量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制的废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为60mg/日/lbBOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lb BOD/日;和
(e)调制废水流中至少一种常量营养物的浓度以提供常量营养物调制的废水流，其具有(i)至少100mg/升BOD∶6-20mg/升氮的BOD∶氮比;和(ii)至少100mg/升BOD∶0.5-2mg/升磷的BOD∶磷比;和
(f)在微量营养物调制和常量营养物调制的废水流中生长微生物生物质。
23.权利要求22的方法，其中步骤(e)的调制包括以磷酸的形式添加磷。
24.权利要求23的方法，其中步骤(e)的调制包括以尿素、硝酸铵、无水氨和动物粪便的一种或多种的形式添加氮。
25.一种用于生长微生物群落以供产生废弃的活性淤泥的方法，其包括下述步骤：
(a)提供水性废物流;
(b)从水性废物流中获得包含多种微生物菌株的微生物群落样品;
(c)在多种使用水性废水流作为底物产生微生物物质的生长方案下生长所述微生物群落的多种微生物菌株;
(d)在产生的微生物物质中，确定一种或多种能够在微生物物质中产生废弃的活性淤泥化合物的微生物菌株的比例代表，或由其产生的一种或多种细胞成分的比例代表;
(e)在多种生长方案中选择一种生长方案，其中调制了微生物物质中一种或多种微生物菌株的比例代表，或由其产生的一种或多种细胞成分的比例代表;和
(f)在选定用于产生废弃的活性淤泥的生长方案下使用水性废物流作为底物生长所述微生物群落。
26.权利要求25的方法，其中所述选定的生长方案包括使用水性废物流作为底物和使用至少一种其它生长底物以产生微生物物质。
27.权利要求26的方法，其中所述至少一种其它生长底物包括至少一种微量营养物。
28.权利要求27的方法，其中所述至少一种微量营养物选自下组：铝，硼，钴，镁，锰和锌。
29.权利要求25的方法，其中所述选定的生长方案调制一种或多种微生物菌株的比例代表。
30.权利要求29的方法，其中所述选定的生长方案包括使用水性废物流作为底物和使用至少一种其它生长底物以产生微生物物质。
31.权利要求30的方法，其中所述至少一种其它生长底物包括至少一种微量营养物。
32.权利要求31的方法，其中所述至少一种微量营养物选自下组：铝，硼，钴，镁，锰和锌。
33.权利要求25的方法，其中所述废弃的活性淤泥化合物选自下组：氨基酸、蛋白质、脂肪酸、矿物质、纤维、维生素、磷脂、核酸和辅酶。
34.权利要求25的方法，其中所述一种或多种微生物菌株与所述多种微生物菌株相比具有优选水平的氨基酸、蛋白质、脂肪酸、矿物质、纤维、维生素、磷脂、核酸和辅酶。
35.权利要求25或26的方法，其中选定的生长方案提供了与在步骤(b)中获得的微生物群落相比在步骤(f)中获得的废弃的活性淤泥中浓度降低的丝状微生物菌株。
36.权利要求25或26的方法，其中选定的生长方案提供了浓度增加的在步骤(f)中获得的废弃的活性淤泥中能够产生一种或多种合意的废弃的活性淤泥化合物的至少一种微生物菌株。
37.权利要求36的方法，其中所述一种或多种合意的废弃的活性淤泥化合物选自下组：氨基酸、牛磺酸、磷脂、甘露聚糖、β-葡聚糖、辅酶Q10、细胞壁组分、细胞质组分和核酸。
38.权利要求26的方法，其中所述步骤(c)的生长包括在多种条件下在水性废物流中生长微生物群落，其中在多种条件的每种条件下铝，硼，钴，锰和锌的浓度有差异以产生调制的水性废物流，由此使得调制的水性废物流具有(i)铝的生物需氧量(BOD)归一化剂量为60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lbBOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lbBOD/日至275mg/日/lb BOD/日。
39.一种生长微生物物质以供产生废弃的活性淤泥的方法，其包括：
(a)提供第一废水流;
(b)确定第一废水流中每种微量营养物铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌的浓度;
(c)确定每种微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制第一废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的第一废水流，由此使得所述微量营养物调制的第一废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为60mg/日/lbBOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lb BOD/日;
(e)使用微量营养物调制的第一废水流生长微生物生物质;和
(f)用在步骤(e)的生长之后获得的微量营养物调制的第一废水流稀释第二废水流以获得稀释的废水流。
40.权利要求39的方法，其中步骤(f)的稀释包括以1∶1至1∶4的稀释比用微量营养物调制的第一废水流稀释第二废水流。
41.权利要求39或40的方法，其中所述第二废水流从棕榈油加工厂获得。
42.一种限制用于产生微生物生物质的废水流中的丝状微生物的生长的方法，其包括：
(a)提供废水流;
(b)确定废水流中多种微量营养物的每一种的浓度，所述微量营养物包括铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌;
(c)确定所述微量营养物中每一种的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制废水流中至少一种微量营养物的浓度以获得微量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制的废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;和
(e)使用微量营养物调制的废水流生长微生物生物质。
43.一种用于生长微生物物质的方法，其包括：
(a)提供废水流;
(b)确定废水流中多种微量营养物的浓度，所述微量营养物包括铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌，和确定废水流中常量营养物氮和磷的浓度;
(c)确定一种或多种微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制的废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;和
调制废水流中至少一种常量营养物的浓度以提供常量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制和常量营养物调制的废水流具有(vii)至少为100mg/升BOD∶6-20mg/升氮的BOD∶氮比;和(viii)至少为100mg/升BOD∶0.5-2mg/升磷的BOD∶磷比;和
(e)使用微量营养物调制和常量营养物调制的废水流生长微生物生物质。
44.权利要求43的方法，其中在步骤(d)中调制至少一种常量营养物的浓度包括以磷酸的形式添加磷。
45.权利要求44的方法，其中在步骤(d)中调制至少一种常量营养物的浓度包括以尿素、硝酸铵、无水氨和动物粪便的形式添加氮。
46.一种限制用于产生微生物生物质的废水流中磷和氮的浓度的方法，其包括：
(a)提供废水流;
(b)确定废水流中多种微量营养物的每一种的浓度，所述微量营养物包括铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌;
(c)确定一种或多种微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制的废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;和
(e)使用微量营养物调制的废水流生长微生物生物质;
其中在步骤(e)的生长之后获得的微量营养物调制的废水流中的总磷的浓度少于1.5mg/L，而在步骤(e)的生长之后获得的微量营养物调制的废水流中的总氮的浓度少于5mg/L。
47.一种用于生长微生物物质的方法，其包括：
(a)提供废水流;
(b)在第一时间间隔期间，在多个不同时间点确定废水流中一种或多种微量营养物的浓度，所述微量营养物选自下组：铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌;
(c)在第二时间间隔期间，在多个不同时间点确定废水流中微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制的废水流，具有，并在第三时间间隔过程中保持：(i)铝的BOD归一化剂量为60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lb BOD/日;和
(e)使用微量营养物调制的废水流生长微生物生物质。
48.一种用于产生动物饲料的方法，其包括：
(a)提供废水流;
(b)确定废水流中一种或多种微量营养物的浓度，所述微量营养物选自下组：铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌;
(c)确定所述微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制的废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;
(e)使用微量营养物调制的废水流生长微生物生物质;和
(f)使用所述微生物生物质产生动物饲料。
49.一种用于产生动物饲料的方法，其包括：
(a)提供废水流;
(b)确定废水流中多种微量营养物的每一种的浓度，所述微量营养物包括铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌，和确定废水流中常量营养物氮和磷的浓度;
(c)确定一种或多种微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制的废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lbBOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lbBOD/日;
(e)调制废水流中至少一种常量营养物的浓度从而获得常量营养物调制的废水流，由此使得所述微量营养物调制和常量营养物调制的废水流具有(i)至少100mg/升BOD∶6-20mg/升氮的BOD∶氮比;和(ii)至少100mg/升BOD∶0.5-2mg/升磷的BOD∶磷比;
(f)使用微量营养物调制和常量营养物调制的废水流生长微生物生物质;和
(g)使用所述微生物生物质产生动物饲料。
50.根据权利要求48或49的方法产生的动物饲料。
51.一种用于生长细菌物质的微量营养物组合物，其包含微量营养物的混合物，所述微量营养物包括铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌，其中所述微量营养物组合物用于调制废水流中微量营养物的浓度，其中将所述微量营养物组合物添加至废水流，所述微量营养物调制的废水流具有：(i)铝的生物需氧量(BOD)归一化剂量为60mg/日/lb BOD/日至285mg/日/lbBOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为50mg/日/lb BOD/日至500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为65mg/日/lb BOD/日至220mg/日/lbBOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为115mg/日/lb BOD/日至275mg/日/lb BOD/日。
52.一种废弃的活性淤泥组合物，其包含(i)至少50%w/w蛋白质;(ii)至少6.5%w/w粗脂肪;(iii)至少4%w/w的60%饱和脂肪酸;和(iv)至少0.004%w/w辅酶Q10。
说明书
用于产生微生物生物质的废水处理
涉及相关申请
本申请要求2013年5月29日提交的，标题为“WASTEWATER TREATMENT FOR THEPRODUCTION OF MICROBIAL BIOMASS”的美国临时申请号61/828,504的优先权，其公开通过全文提述并入本文。
技术领域
本文中提供的本公开一般地涉及废水处理领域，且更具体而言，涉及用于处理废水以产生微生物生物质的方法。本文中提供的方法是有用的，因为其增强废水处理，并产生富含蛋白质的微生物生物质，所述生物质可用于制备动物饲料等。
背景技术
许多工业上生产的产品的制造涉及水的使用，导致生成水性废物流作为制造工艺的副产品。为了限制与废物流的丢弃相关的环境冲击，通常将有机污染物从废物流通过需氧生物水处理来去除，即通过培养微生物来去除，所述微生物转化存在于水性废物流中的污染物(pollutant)以产生微生物细胞物质，二氧化碳和其它代谢物，以及相对不含沾染物(contaminant)的水。
典型的生物废水处理工艺涉及在通气的反应器内培养微生物细胞，所述反应器包含水性废水和悬浮生长于所述水性废水中的微生物细胞。通常允许在通气的反应器中产生的微生物细胞持续溢流入固-液分离器(例如重力澄清器、溶解空气浮选容器，或基于膜的系统)，生成澄清的流出物和微生物生物质，常常称作“活性淤泥”。然后将流出物排放于当地的水路，注入地下或以任何合适的方式排放，并将微生物物质部分地送回至通气反应器(常常称作“返回的活性淤泥(return activated sludge)”或“RAS”)，且部分作为固体废物丢弃(常常称作“废弃的活性淤泥(waste activated sludge)”或“WAS”)。
已知的废水处理工艺呈现数种缺点。首先，必须丢弃废弃的活性淤泥组分，且丢弃成本常常是废水厂运营中显著的成本构成。然而，废弃的活性淤泥可转化为有价值的产品，例如动物饲料产品(参见美国专利7,931,806)，由此显著地改善废水处理的经济情况。
其次，废水流在其组成成分方面呈现较大程度的差异。例如，昼夜差异，季节差异，和由上游制造工艺中的差异性导致的差异，均具有影响有机化合物，无机微量营养物，和其它废水成分的可能。取决于废水流的组成成分，废水流可或多或少地适于作为有效的介质用于在曝气池中培养微生物细胞。
第三，常常观察到丝状微生物生物体在常规通气的生物废水系统中生长，该现象称为丝状膨胀(filamentous bulking)(参见美国专利申请号2011/0139714)。丝状微生物生物体的生长导致澄清工艺中的固液分离中微生物物质的不良分离和不良压缩，进一步潜在地导致不合意的微生物物质被携带至流出物中，以及不合意的废弃的活性淤泥的丧失，和藉此不合意的供转化为有价值产品的原料的丧失。
第四，常规废水处理实践通常着眼于减少产生的总生物质以降低丢弃成本。这通常通过将细胞保持在有氧的废水处理系统中较长期的时间以在曝气池中将其矿化为二氧化碳来实现。这使得细胞衰老，导致平均而言较低的胞内蛋白水平。同样也常常观察到该将细胞维持较长期间的方法可导致营养物特别是氮和磷更不良的去除速率，在许多情况下，为了满足环境标准，必须在释放之前的流出物中控制所述营养物的浓度。此外，该方法需要大量氧气矿化有机化合物，这向废水处理增加了显著的成本。减少平均细胞年龄(亦称作“平均细胞停留时间(mean cell residence time)”或“MCRT”)导致仍更年轻的细胞的质量的增加，所述细胞当合适地生长时，具有含有高浓度的蛋白和其它营养成分的潜力。
第五，常规废水处理方法需要使用大量的氧，其通常由通气鼓风机(aerationblower)操作来供应;然而这增加了资本和运营成本。
此外，一些食品工艺来源的废水含有不利地影响微生物生长的化合物。这些化合物最通常来源于加工为食品的植物材料，并导致不良的废水处理和使所谓“混合液悬浮固体浓度(mixed liquor suspended solids)”(或"MLSS")相比通常观察到的浓度降低。
因此，用于在废水处理操作中产生微生物物质的常规方法仍然存在显著的缺点，限制了可回收的增殖产品(value-added product)的总量，且有时导致流出物受不合意地高浓度的营养物和/或微生物生物体污染。
发明内容
在多种实施方案中，本发明提供了改善的和新颖的使用水性废水流作为生长介质用于产生微生物生物质的方法。提供的方法在许多方面优于之前已知的方法，包括用于产生微生物生物质中的营养组分，限制废水处理池中的丝状微生物，减少氮和磷的流出水平，将微生物生物质转化为有价值的产品，和从包含抑制微生物生长的化合物的废水产生有价值的产品的能力。
此外，在多种实施方案中，本发明提供了改善的和新颖的使用水性废水流作为生长介质用于对于一种或多种微生物菌株富集微生物生物质的方法。此种富集允许产生所需的微生物化合物。
相应地，在多种实施方案中，本发明提供了改善的用于生长微生物物质的方法，其包括：
(a)提供水性废水流;
(b)确定水性废水流中微量营养物的浓度，所述微量营养物选自铝、硼、钴、镁、锰和锌，及其任意组合;
(c)确定微量营养物的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制水性废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的水性废水流，由此使得所述微量营养物调制的水性废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为约60mg/日/lb BOD/日至约285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为约115mg/日/lbBOD/日至约300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为约50mg/日/lb BOD/日至约500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少约100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为约65mg/日/lb BOD/日至约220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为约115mg/日/lb BOD/日至约275mg/日/lb BOD/日;和
(e)在微量营养物调制的水性废水流中生长微生物生物质。
依照本公开获得的微生物生物质可用作制备动物饲料的成分。
在本发明的一些实施方案中，步骤(b)进一步包括确定常量营养物BOD和氮和磷的浓度，其中BOD和氮和磷的浓度在步骤(d)中调制以提供(i)至少100mg/升BOD:6-20mg/升氮的BOD:氮比;和(ii)至少100mg/升BOD:0.5-2mg/升磷的BOD:磷比。
微量营养物以及任选地，常量营养物的浓度，可通过增加微量营养物或任选地，常量营养物的浓度，或减少微量营养物或任选地，常量营养物的浓度，来进行调制。
依照本公开获得的微生物生物质可用作制备动物饲料的成分。
在一些实施方案中，本文中提供的方法进一步包括步骤(f)，其包括用在步骤(e)的生长之后获得的微量营养物调制的水性废水流稀释第二水性废水流以获得稀释的废水流。
本发明亦提供了供用作产生微生物生物质的添加剂的组合物，所述组合物包含铝、硼、钴、镁、锰和锌的混合物，其中所述混合物包含(i)约5.5%至约28.6%(w/w)铝;(ii)约4.8%至约9.1%(w/w)硼;(iii)约1.8%至9.3%(w/w)钴;(iv)约9.5%至约72.7%(w/w)镁;(v)约7.3%至约23.9%(w/w)锰;和(vi)约3.6%至约23.9%(w/w)锌。
在本发明的一个实施方案中，用于产生微生物生物质的水性废水流中的丝状微生物的生长受限制。相应地，本发明进一步提供了用于限制用于产生微生物生物质的水性废水流中的丝状微生物的生长的方法，其包括：
(a)提供水性废水流;
(b)确定水性废水流中多种微量营养物的每一种的浓度，所述微量营养物包括铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌;
(c)确定所述微量营养物中每一种的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制水性废水流中至少一种微量营养物的浓度以获得微量营养物调制的水性废水流，由此使得所述微量营养物调制的水性废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为约60mg/日/lb BOD/日至约285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为约115mg/日/lbBOD/日至约300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为约50mg/日/lb BOD/日至约500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少约100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为约65mg/日/lb BOD/日至约220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为约115mg/日/lb BOD/日至约275mg/日/lb BOD/日;和
(e)使用微量营养物调制的水性废水流生长微生物生物质。
在某些方面，本发明提供了微量营养物调制的废水流，其表征为当用至少一种微营养物以下述方式调制时，沉降的淤泥体积(settled sludge volume，SSV)与从未经调制的水性废水流收集的废水的SSV相比要更低，在所述方式中，获得了微量营养物调制的水性废水流，其具有(i)铝的BOD归一化剂量为约60mg/日/lb BOD/日至约285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为约115mg/日/lb BOD/日至约300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为约50mg/日/lb BOD/日至约500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少约100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为约65mg/日/lb BOD/日至约220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为约115mg/日/lb BOD/日至约275mg/日/lb BOD/日。
此外，在某些方面，本发明提供了微量营养物调制的废水流，其表征为在微量营养物调制之后一至三或更多平均细胞停留时间(MCRT)，其SSV与来自从相同的废水流收集的废水相比较低。此外，依照本发明的方法，用至少一种微量营养物调制废水，导致水性废水流中肉眼可观察到的微生物丝状物的减少。
相应地，以下述方式调制水性废水流，使得获得了微量营养物调制的水性废水流，其中(i)铝的BOD归一化剂量为约60mg/日/lb BOD/日至约285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为约115mg/日/lb BOD/日至约300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为约50mg/日/lb BOD/日至约500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少约100mg/日/lbBOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为约65mg/日/lb BOD/日至约220mg/日/lbBOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为约115mg/日/lb BOD/日至约275mg/日/lb BOD/日，且其中所述调制导致水性废水流中肉眼可观察到的微生物丝状物的减少。
在一些实施方案中，还确定和调制了常量营养物氮和磷的浓度。相应地，本发明进一步提供了用于生长微生物物质的方法，其包括：
(a)提供水性废水流;
(b)确定水性废水流中多种微量营养物的浓度，所述微量营养物包括铝、硼、钙、钴、镁、锰和锌，和确定水性废水流中常量营养物氮和磷的浓度;
(c)确定一种或多种微量营养物，包括其任意组合的生物需氧量(BOD)归一化剂量;
(d)调制水性废水流中至少一种微量营养物的浓度以提供微量营养物调制的水性废水流，由此使得所述微量营养物调制的水性废水流具有(i)铝的BOD归一化剂量为约60mg/日/lb BOD/日至约285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼的BOD归一化剂量为约115mg/日/lbBOD/日至约300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴的BOD归一化剂量为约50mg/日/lb BOD/日至约500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁的BOD归一化剂量为至少约100mg/日/lb BOD/日;(v)锰的BOD归一化剂量为约65mg/日/lb BOD/日至约220mg/日/lb BOD/日;和(vi)锌的BOD归一化剂量为约115mg/日/lb BOD/日至约275mg/日/lb BOD/日;和
调制微量营养物调制的水性废水流中至少一种常量营养物的浓度以提供微量营养物调制和常量营养物调制的水性废水流，由此使得所述微量营养物调制和常量营养物调制的水性废水流具有(vii)BOD:氮比为至少约100mg/升BOD:6-20mg/升氮;和(viii)BOD:磷比为至少约100mg/升BOD:0.5-2mg/升磷;和
(e)使用微量营养物调制和常量营养物调制的水性废水流生长微生物生物质。
在本发明的一些实施方案中，在微生物生物质的生长之后，微量营养物和常量营养物调制的水性废水流中的BOD:磷比达到约100mg/升BOD:1mg/升磷，而BOD:氮比达到约100mg/升BOD:10mg/升氮。
本发明进一步提供了使用水性废水流作为生长介质用于对于一种或多种微生物菌株富集微生物生物质的方法。相应地，本发明提供了用于生长微生物群落以供产生微生物生物质的方法，其包括下述步骤：
(a)提供水性废水流;
(b)从所述废物流获得微生物群落样品，其包含多种微生物菌株;
(c)在多种使用水性废物流作为底物产生微生物物质的生长方案下生长所述多种微生物群落的微生物菌株;
(d)在产生的微生物物质中，确定能够在微生物物质中产生废弃的活性淤泥化合物的一种或多种微生物菌株(或由其产生的一种或多种细胞成分)的比例代表;
(e)在产生的微生物物质中，确定能够在微生物物质中产生废弃的活性淤泥化合物的一种或多种微生物菌株(或由其产生的一种或多种细胞成分)的比例代表;和
(f)在选定用于产生废弃的活性淤泥的生长方案下使用水性废水流作为底物生长所述微生物群落。
在一些实施方案中，生长方案针对微量营养物的浓度有变化。相应地，所述公开进一步提供了：
(a)提供水性废水流;
(b)从水性废水流获得微生物群落样品，其包含多种微生物菌株;
(c)在多种使用水性废水流作为底物产生微生物物质的生长方案下生长所述多种微生物群落的微生物菌株，其中生长介质中的BOD归一化剂量为(i)铝为约60mg/日/lbBOD/日至约285mg/日/lb BOD/日;(ii)硼为约115mg/日/lb BOD/日至约300mg/日/lb BOD/日;(iii)钴为约50mg/日/lb BOD/日至约500mg/日/lb BOD/日;(iv)镁至少为约100mg/日/lb BOD/日;(v)锰为约65mg/日/lb BOD/日至约220Illg/日/lb BOD/日的范围;(vi)锌为约115mg/日/lb BOD/日至约275mg/日/lb BOD/日;
(d)在产生的微生物物质中，确定能够在微生物物质中产生废弃的活性淤泥化合物的一种或多种微生物菌株(或由其产生的一种或多种细胞成分)的比例代表;
(e)在多种生长方案中选择一种生长方案，在该生长方案下调制了微生物物质中一种或多种微生物菌株(或一种或多种由其产生的细胞成分)的比例代表;和
(f)在选定用于产生微生物生物质的生长方案下使用水性废水流作为底物生长所述微生物群落。
在一些实施方案中，在步骤(c)中，还选择了生长介质中的氮的浓度使得生长介质中BOD:氮比为至少100mg/升BOD:6-20mg/升氮，并选择了生长介质中的磷的浓度，使得BOD:磷比为至少100mg/升BOD:0.5-2mg/升磷。
在一些实施方案中，所述方法进一步包括步骤(g)，其包括用在步骤(e)的生长之后获得的微量营养物调制的水性废水流稀释第二水性废水流以获得稀释的废水流。
在一些实施方案中，在步骤(e)中调制的比例代表的微生物菌株是能够产生合意的细胞化合物如蛋白质、粗脂肪、脂肪酸、辅酶Q10、核酸或氨基酸的微生物菌株。
根据下述详细描述，本发明的其它特征和优点会变得显而易见。然而，应理解的是，所述详细描述和具体实施例，尽管指示本公开的具体实施方案，但其是通过以非限定性方式说明而给出的，因为对于本领域技术人员，根据所述详细描述，本公开的精神和范围内的多种变化和修饰会是显而易见的。