专利名称：用于处理废水的新型微生物及方法
技术领域：
本发明涉M7jC去污染的领域。特别地，其涉及能够在需氧条降下转^^
碳物质和含氮物质的 微生物的分离和表怔。该微生物特别可用于通过生物
学方式^Mt理负^t碳和氮的排放物(effluent )。 背景絲
目前，以生物学方狄理含碳和含氮物质辆至少两种类型的孩性物，第 一种类型专门用于处理含碳物质，第1类型专门用于处理含氮物质。
i^A因为，有才緣质的去污染^^在活性污泥池(des bassins ^ boues acUv纽s)中进行，其中含碳物质在需氧M下被转化为生物质和二氧^^。 M地，有才A^质可以在^lt^H^下被转化为生物质和曱烷。
在所i^t理中的一种或另一种4^，在Jtii行处理的废水的氮载荷(charge azot纽)仍粉艮高。氮载荷的处理需要牵涉专门的g物的后续步骤。
现在，存在用于将7jO性排放物中所包^氨形式(NH3)或氧化形式(N02—、 N03—)的氮转化为气态氮(N2)的不同方法。
当前最"f^4的处理方法由下述步^^M:需攀4化步骤，以AM后的无氧 反硝化步骤。
硝化包^ff助于自养菌(包括，例如ilL^^^胞菌属(A^/wo咖加s)、亚 硝化螺菌属(#27rayoM/ra)和亚硝^^t菌属(W^rosococc^)的Wf7)将氨 型氮(NH3)氧4械 酸盐(N(V)，然后借助于自养菌(^，例如硝^^f菌 属(A7"o6ac^ei")、硝^^菌属(W"ococoAy)和硝化螺菌属(Wtnw/7/ra) 的，)将先前产生的iM^氧^^^L (N03)。
反硝化包括在电子^(^^在的情况下，通过大多数时间异养的、具有反硝 化功能的賴生物W^i^几氮的氧化形式( 酸盐(N(V)、硝酸盐(NO,))还原成气态4^物(N2 )。该过禾Bi过许多细菌来实现，所述细菌包括例如属于 假单胞菌属(/^ewctofflraas)、芽^5^f菌属(勘c27/iw)、副球菌属(户aracocc"s)、 硫杆菌属(7 /o&3c///w)、产碱菌属(/l/ca//'^/2es)的物种。因此，氮的氧 化形式的还原与有才/M^吻的氧4^MH^t i^^示，^H制约A^m匕的因 素。i^A因为，如^处理的水性排放物的含碳物质M不足以维持用于氮的 处理的活性齡物#^，那么添加外源碳源就可育^^得对于反硝^^器的良 瓶行来+XA必需的。如果待处理的排放物负絲很少的碳(^/氮比(C/N) <4)，或者如^^反硝化前经历了初步的倾析，则情况尤其是如此。
可以在包含反硝化细菌的缺氧池中，在硝化步骤后，通*3^斤收集的排 放物来实^^硝化。
才娥另一种运作模式，硝^^可以通过使其錄而周斯I1^用作反硝化池，
例M过中断氧气的供应，^itii^加电子供体，其中曱醇^iiS常使用的。
在该硝化-反硝化方法的^泉当中，注意到，自賴硝化菌^ft"有低的生长
速率。这种动力学特征导fMfe池中的大量停留时间，而itXit^需要或^i殳计 ;W^莫的i^fe (ouvrages )，或者通ii^i5^U^M:理链，这导致更高的投资 成本。jH^卜，在附加池中进行反硝化步骤的情况下，必需向反硝化菌群提供有 才械源，例如甲醇，这可食&1^^行^^的^_额。
另一种处理"^型氮的方法称作Ana咖ox (及^^^^匕(Anaerobic Ammonia Oxidation)), ^f吏得能够实现氨型lt^ilL^酸盐向气态氮的生物转化。该A^
;产生气态氮。才M^另一种运作^^式，硝化池可以通过交替变换有M无氧条 件;jM^ff^t，或者在P艮制氧的糾连续^JMi^^。扭匕情况下，硝化细 菌对于氧气的消耗产生了 Anammox方法的^Il条降。能够催化Ana腿ox ^Jl的 细菌可以从常规的活性污泥(boues activ6es)中获得，在后者包含^#^ 化布罗卡德氏菌(5roca/Yf/aa加M70Jr/d3/w)类型的浮#^菌细菌(bact6ries planctomycMes)的情况下。
Ana咖ox方法主要的缺点;I^H^的浮狄菌细菌的^i"j^i率，i^j^ 长的设^^动阶艮jH^卜，这些细菌的培#降以及其以纯培#^形式的维持 仍然是困难的。絲，部分硝化(50y。的从向ilL^船的转化)应当完全得到 控制，这在实际的运行*下是难以实现的。置于Ana咖ox处理上游的Sharon方法ybi午l^f^^^^f匕。Sharon方法基 于氧^|1的细菌和氧^ 酸盐的细菌之间存在的生长速率的差异。该处理以 il才羊的7K压保留时间(temps de r6tention hydraulique)来运作，即所ii^K 压停留时间低于IUW^酸盐的细菌的生长速率，但是高于氧^^的细菌的生 "]^4率(差不多一天)。由于没有污泥的保留，氧4M^缝的细菌不在^器 中维持，并因而被消除。
最近，粪产碱菌("ca/^e加s /aeca/h)的菌#^鉴^能够在需氧条
件下实^f^^^^W化。菌絲产碱菌sp. No. 4的情;;u^^如此，絲述于
Joo等人的文章中(Biotechnology Letter (2005) 27:773—778 )。借助于该菌 林，可以在单个需氧步骤中实miL型氮的处理。
然而，该细菌不允许#4^<型氮转化为气态氮。狄因为，不可忽略的 量的反硝化中间产物会积累。因此，在M的情况下，在需氧条泮下，以10的 C/N比，基于^^I粪产碱菌sp. No. 4絲理高賴的铵，导致通itg^'化而 消除40-50%的肌+，并且90%的反硝化产物是气态氮。另一方面，这种细菌在 高C/N比时最^J4^^ft用，逸就需要向待处理的排放物补M (Joo等人， (2005 ))。
因此，目前，废水中的氨型氮的处理性能的改善通过向iW设备添加^^ 活性污泥或生物滤器的称为第三处理的特3^Mt理iJt^得。对于;^ffit些处理而
言所必需的装备^i^拿M高水平的投资，并且当变得需要添加含^^物时， 例如当反硝化的时候，ii产生大量的运^f亍^^。
本发明旨^^贿技术的故泉，并JL^述了在单一需氧步骤中通过异养
孩&物经生物学方式狄理含碳物质以;sj几氏、絲氧化形式的氮的方法，所
述异##生物具有使得能够设计尺寸减小的净化设沲的高生长速率。
本发明还旨在获得4^匕站(station)的运行^L的减少，尤其是那些4^J 置于硝化池下游的反硝化池的;f^^。 itA因为，由于氨型t^膝气池中转化 为气态氮，因而置于下游的^lL的反硝化 W再有用。
因此，所产生的^^节省一方面来源于和肖了有才;i4^^物(甲醇类型)
的添加，另一方面来源于通itiLl^t理步骤的去除而减少了污泥的产生。 因此，本^发明允i午l^水处理i殳备的最^^f亍，而无需补充的处理步骤。发明详述
^^文中，申请人已分离出了鄉做物，其能够在需氧糾下转^^碳 物质和含氮物质，这使得其在废水处理中特别有用。
由本发明的微生物所转化的含t^质可以是凯氏氮(azote Kjeldahl)、氨 型氮(azote a,oniacal)和/或ILfU彌(oxydes d'azote)。
凯氏氮包括有机形式的和氮形式的氮，排除含硝的(nitreuse)形式(亚 硝喊、硝 )。
因此，本发明的第一个目的涉狄离的孩ti物，^#棘于，它能够实现
i) 凯氏氮、氨型t^/或氮氧化物向气态氮的转化；和
ii) 含碳物质向二氧4械的转化； 这两种转^^需氧M下进行。
本发明的微生物能够将凯氏氮、"K型l^/或氮氧^^^"化为气态 氮，同时积累少于W的氮^IU^。
更M地，本发明的微生物能够实现凯氏氮、募i型t^/或氮氧化物向气态 氮的转化，同时积累少于1%的1<|1^^，所述转4驢介质的C/N比小于4，优 选小于3， M大约1. 5时;l^佳的。
本发明的微生物能够^NWi^荷(charge massique appl iqu6e， CMA) 小于0. 2 kg ,/kg鹏/j的^下实现凯氏氮、>^型1^/或氮氧^^向气态氮 的转化。
J^特别M的^J1才羊的如前所述的分离的M物，^#*于，它在外 赠量载荷(CMA)大于或等于0. 2 kg鹏/kg鹏/j，舰大于0. 5 kg鹏/kg鹏/j 的M下转化凯氏氮、"^型t^/或M^^b。
本发明的孩性物M属于产碱菌属("ca/i'ge/7es)，特别地属于粪产碱菌 树。
^M^)4，本发明的做物的^4^7于2005年6月10曰以编号CNCM I-3448保藏在位于巴斯德研究所中的国立微生物保藏中心(Collection Nationale de Cultures de Microorganismes， CNCM)的粪产械菌菌林。
本发明延伸仏菌林CNCM I-3448衍生的孩逸物，^^有在需氧糾下转 ^^^^物质^^^氮物质的能力。
8"衍生的微生物"意指任何源自菌林CNCM 1-3448的微生物，其可以由于例 如菌林CNCM 1-3448的培养、突变、转化的步M者甚至其与另一种触物一 ^t长的步骤而产生，并且其保留了菌林CNCM 1-3448的^#征。
本发明的另一个目的在于本发明的微生物用于处^^7JC的用途。
型*/或氮氧^#转化为气态氮。 ^ '
才娥本发明用途的一个方面，积累少于l。/。的t^^^ (N03—、 N02—)。 更>^地，本发明微生物的用途涉及在需氧M下联^tma水中所包含
的凯氏氮、氨型l^口/或氮氧化物以及含碳物质。
特别地，在本发明的用途过程中，凯氏氮、泰逸ll^/或氮氧^^ML转化为 气态氮，以及含碳物质被转化为二氧4诚。
本发明的用途可以在介质的外M:t^荷(CMA)小于0.2 kg ,/kg ws/j 的条件下实施。
^i^屯，本发明的用it^NWf^荷(CMA)大于0.2 kg鹏/kg鹏/j, 更M大于0. 5 kg鹏/kg鹏/j的条降下实施。
才緣本发明用途的一^te实施錄，不向待处理的废水中添加夕NP^源。
本发明的用途的^^特4i^L一在于，废水中所包含的凯氏氮、氨型氮和/ 或氮氧化物以及含碳物质的联合处理在单一的游离活性污泥池(bassin de boues activ6es libres)中进行。
^i^，本发明的用途的特棘于，废水中所包含的凯氏氮、氨型氮和/
i:。 ， 口 、口 '
根椐另一个方面，本发明涉及预先通itil^培养产生的如前所述的微生物 的用途。所赵续培絲无菌餅下进行。更^^i^，所舰续培养 ^it"^压力下和以^l定的，时间^i^f亍。
本发明另一个目的涉狄败水的方法，^#絲于，4M了如前所述的
才娥本发明的一个方面，所ii^S^水的方法包括下列步骤
i) 培养如前所述的M物；
ii) 通itOJ^^在步骤i)中产生的培^MMt包含待处理的废7K的处3g^置进行自动^h和
在所狄ii^置中，在需氧条件下，对废水中所包賴含碳物质和 含氮物质进行生物处理。
才鹏本发明的一个方面，步骤Hi)的含碳物质的生物处^^含氮物质的 生物处理同时i^f亍。
^j^，在步骤ii)和iii)中所狄的废7jc处S^Jji膝气池(bassin d' a6ration )。
本发明的目的i^于控制废7K的生物去污染的效率，以便^^、限制因素例
如碳和/或氮载荷增加来^^#放物的处理。
jH^卜，更m地，拟 前面描述的方法之一的曝，的游离污泥中存在 的本发明微生物的活'腿过下列方式来评估向培养装置中定时##样品，然 后与^i^择压力下,的所述微生物的培^^相tb艮。
才^t另一个实施方案，本发明的方法平4亍地包括在处^置中通it^发
明的孩ii物进ea氏氮、氨型MV或t^化物以及含碳物质的需氧转化，在含
有对于樣g物生长而言必需的营养物(碳源、氮源...)的介质中连续培养本发 明的孩A物，以^^^k^l所述孩i^物，该处iS^置。
I微生物的生^无菌培^MH^下在允"it^养本发明微生物的装置 中进行。更*地，该培养^i^择压力下和以不确定的持续时间来进行。
才娥本发明的一个l沐实施方案，将这种平^^^用于定时iik^种具有
数百升至to方米的^P、的扩增M器，在其中非无菌地大量产生本发明孩^t
物的培#。培^h质可以;l^^成的或者包^"待处理的废7jc，并且必须具有充
分的选棒性以^i^斤述微生物的大量产生。可以^^确定的频率向废水处s^ 置(例如，具有游离活性污泥的膝气池)中自动地^x供给该培养物。由于本
置中并不添加有才咸物例如曱醇来^^发明的孩iH物的维持。
^^k>，有利地，在步骤U )和iii)中^5L的废水处3S^X^具有固定
在支持物上的培*的装置。
才娥本发明方法的另一个方面，所^法在所i^t^^置上游包^H古输
入的废7財于所述败物的毒性的步骤。特别地，该毒I^ff古步骤可以基于测
量所述做物在所iiA水中的生长。因而，可以将对i^亥触物有絲因而对于凯氏氮、氨型妹/或氮氧^^
向气态氮的转4^r害的排放物导向^池以备后续处理。
才Nt;^发明的另一个方面，将该微生物固定在支持物上。
所述支持物可以包括结构化(structur6)类型或其他类型的衬料 (garnissage),其允^^M^"发明孩性物的培^W的种植、其固定以及其在 有利条件下的M。所述衬料可以是^域技^A员已知的不同类型或不同材 料。
特别地，单^^者以与一种或多种专门用于处理碳质污染的M物共培 养的方式固定本发明的微生物。
本发明的fe物在支持物表面上的分布应尽可^^好，并且该方法的 ^f亍,于在所述孩性物与待处理的排放物之间的^^多。在膝^r面，应当如 此设计所述设备，即使得氧气的转移对于固定在支持物上的净化用孩性物尽可 肯铕效。另一方面，关于待处理的污染物(尤其鄉氏氮、氨型I^/或氮氧化 物以"4^^^质)，需^##放物向固定的微生物良^>#移，以M于微生物 的代谢产物(尤其是二氧^^和气态氮)则以相>^向#^多。
才緣本发明，待处理的废7jc包^frf可废水，不论其是市政、工业、a来 源的i^l^i"f可^M^原的，所i^水包含^水平的氨型氮。待处理的排放物 中的凯氏氮或氨型氮含量为例如50 mg/1，尤其是l g/1，特别是30 g/1。待 处理的废7j^^可以来自于用于净^i^有^^型氮的气体的水。
本发明的方^#别适用于处理含有超过30 g/1的凯氏氮或氨型氮的废水。
待处理的废^^中还包含J^水平的有机碳。有才诚的总^可以为例如80 mgA，尤其是l gA，特别是80 g/l或95 g/1。
才娥另一个方面，本发明的方'^f半崎少于1%的氮氧4彌(N02—、 N03—)的 积累。
以下实施例#^说明了本发明，^Sil些实施例不应当被iM7是限制性的。 实施例l:城市综合排放物(effluent synth6tique)的生物转化
^^J具有城市来源废水的平均组成的综合排放物，对有效体积为1升的发 酵^i^链续给枓。该朝Ht物的M^如下53 mg/1以(NH4)2S04形式的N-肌，82 mg/1以乙酸钠形式的总有才诚(carbone organique total, COT), 0.1 g/1 K2HP04和^^域净i^人员已知用于^i^斤述微生物生长的微量元素。如果必要， 用HCl/Na0H将皿的pH调节至8。
该发酵罐含有菌#||产碱菌CNCM 1—3448的,#^。
该機的运转状态通过固定1.9 g冊3/mVj和2.6 g C/mVj的夕N^K载 荷(charge vol腿ique appliqu6e) ;^##。
该实施方案相应于其中夕NW:I^荷(CMA)为0. 27 kg M5/kg鹏/j和介质 的C/N比为1. 5的条降。
培#^的曝^1过压缩空^^支^^保证(i^解氧的浓度大于3 mg/l)。空 气的唯一出口连接至包含有2升pH 5的经渗透纯化的水的鼓泡器。itt^t叙己的 目的是保证，^i^行排放物的魏生物降解时，氨不由于曝气而被排出。
当ii^稳定的运转状态时，鼓泡器(pH 5)中的J(j^7零，干物质的平 均^ML^ 0. 7 g/1, 90%的输入的碳(COT),皮4H匕为生物质或二lt^^。
测得氨型氮减少99.9%, ^f皮转化为生物质或气态氮。因此，所获得的氮 的生物转化产率大于99. 9%。
jH^卜，在介质中和在出口排放物中均未测量到ilW船和硝^的积累。
实施例2:浓集了有机氮的工业排放物的生物转化
^^]主要包含来源于肽生产过程的含氮溶剂(例如乙腈或二甲基甲酰胺) 的废水，对有效^P、为7. 5升的发酵^i^ff^M。
对该排放物的分析显示出，总有机碳(C0T)的^jML为95 g/1，和凯氏氮 的M为34 g/1 (差^^上来自于乙腈)。
该发酵罐含有菌,产碱菌CNCM 1-3448的,*。
该持续的运转状态通过固定1. 2 kg N/m7 j和3. 2 kg C/m3/j的夕卜;^^P、载 荷絲持。
该实施方案相应于其中夕卜赠:t^荷(CMA)为0. 96 kg o^/kg鹏/j和介质 的C/N比为2. 8的条fr。
输7^培#^中的空气(8升/分钟)通过增湿器。空气的唯一出口连接至 包含有2升pH 5的经渗透纯化的7jC的鼓泡器。》辦叙己的目的是保证，^Lii行
12排放物的连续生物降解时，凯氏氮不由于膝气而被排出。XRL^到，在气态排放 物中的凯氏氮的流對目当于输入流量的十分之一。
当iif'J稳定的运转状态时，鼓泡器(pH 5)中的凯氏氮^1^零，干物质 的平均就为10 g/1， 98°/ 的输入的碳(C0T)被转化为生物质或二氧4械。
观'J得凯氏f^少99. 9%， ^^皮转化为生物质或气态氮。
jH^卜，在介质中和在出口排放物中氮的氧化形式(n(V和n03-)的积累少于 1%，并iUi暂时的(< 12小时)。
因此，所获得的凯氏氮的生物转化产率大于99°/。。
权利要求
1. 分离的微生物，其特征在于，它能够实现i)凯氏氮、氨型氮和/或氮氧化物向气态氮的转化；和ii)含碳物质向二氧化碳的转化；这两种转化在需氧条件下进行。
2. 权利要求l的分离的做物，^#絲于，它^NWi^荷(CMA) 大于或等于0. 2 kg鹏/kg鹏/j的a下转化凯氏氮、氨型K^/或M^^。
3. W，J要求1的分离的孩性物，^#棘于，它在外赠J^荷(CMA) 大于0. 5 kg ,/kg鹏/j的M下转化凯氏氮、氨型#/或氮氧化物。
4. W'J要求1至3中^-项的孩ii物，^#絲于，它将凯氏氮、氨型氮 和/或氮氧^^转化为气态氮，同时积累少于1%的氮氧化物。
5. W'J要求l至4中^r""项的孩性物，^#棘于，当介质中的C/N比小 于4， M小于3，更M大约1.5时，它最^^凯氏氮、氨型氮和/或fjL 她转化为气态氮。
6. 权利要求1至5中^"-项的孩&物，其特站于，它属于产碱菌属 (^/ca//ge"es )。
7. 权利要求1至6中^^项的孩i^物，其特#于，它属于粪产碱菌 ("ca//#e/2es /"aecs/h) ^#。
8. ^U'虔求l至7中^"-项的做物，*#棘于，它是粪产碱菌的菌林 CNCM 1-3448 ^y^^f生的孩性物。
9. ^'J要求1至8中^""项的微生物用于处S^7jC的用途。
10. W，漆求9的用途，用于在需氧*下将废水中所包賴凯氏氮、氨 型t^/或氮氧^^转化为气态氮。
11. ^f'J^求10的用途，用于在需氧^Ht下联^h^a水中所包含的凯氏 氮、氨型#/或氮氧^^以及含碳物质。
12. W，漆求11的用途，^#絲于，凯氏氮、氨型#/或氮氧^^皮 转4匕为气态氮，以及含碳物质被转化为二氧^C
13. W'J^求11或12的用途，^#絲于，夕卜顺Wl荷(CMA)大于 0. 2 kg ,/kg ws/j。
14. 拟'J^求13的用途，^#棘于，夕卜赠f^荷(CMA)大于0.5 kgDB05 /kg鹏/j。
15. 权矛虔求9至14中{—项的用途，^#棘于，不向待处理的废水中添加夕h^源。
16. 权利要求9至15中任一项的用途，其特征在于，所ii^3^L单一的游 离活性污泥池中进行。
17. WJ^求9至12或15中^-项的用途，^#棘于，所舰錄具有固定在支持物上的培养物的装置中进行。
18. W'J^"求9至17中^-项的用途，^#棘于，预絲舰续培养来 产生所述孩夂生物。
19. '决求18的用途，^#棘于，所述孩性物的连续培养在无菌糾 下进行。
20. W'漆求19的用途，^#棘于，所述孩性物的錢培养^i^择压力 下和以不确定的持续时间ijU^f亍。
21. 处^^水的方法，其特征在于，该方法^^J^'J^"求1至8中任一项 的微生物。
22. 相j'JJ^求21的处a^水的方法，其^iTF列步骤i) 培#^']^求1至Mi-项的g物；ii) 通itSj^供给在步骤i)中产生的培，M包含待处理的废水的处 錄置进行自动糾；和在所*3^^置中，在需氧务降下，对废水中所包含的含碳物质和 含餘质进行生物处理。
23. ^f'JJ^求22的处城水的方法，其中步骤iii)的含碳物质的生物处 S^^含氮物质的生物处理同时进行。
24. WJ^求22或23中^-项的方法，其中所i^水处S^^A具有游 离活性污泥的膝气池。
25. ;^U'J^求22或23中^P项的方法，其中所ii^水处M^J^具有固 定在支持物上的培#^的装置中。
26. 似'J^求21至25中<—项的方法，其在所i^h3g^Ui游包^H古 i^入的^^7Mt于所iig物的毒性的步骤。
27. W，漆求21至26中^-项的方法，其中所述樣性械固定在支持物上。
28. ^f'J^求27的方法，其中单^JL者以与"^t或多种专门用于处理碳 质污染的孩性物共培养的方式固定所述微生物。
29. W'J^求21至28中^-项的方法,其中待处理的废水包含大于30 g/1 的凯氏IUl^型氮。
全文摘要
本发明涉及分离的新型微生物，其特征在于，它能够实现i)凯氏氮、氨型氮和/或氮氧化物向气态氮的转化；以及ii)含碳物质向二氧化碳的转化；这两种转化都在需氧条件下进行。本发明还涉及使用所述微生物来处理废水的方法。
文档编号C02F3/34GK101426901SQ200780014712
公开日2009年5月6日 申请日期2007年4月20日 优先权日2006年4月27日
发明者A·达科斯塔 申请人:Eco解决方案公司