用于处理废水和污水的产品.pdf

生物可降解的支持体，其携带协作分解存在于厕所废水和污水收集和处理池中存在的有机污染物的非致病细菌的混合物。所述细菌混合物包含芽孢杆菌属的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌和环状芽孢杆菌种的细菌菌株。

权利要求书
1、  用于生物降解来自厕所、管道和污水收集池的废水中所含有机物质的产品，其包含生物可降解的固相支持体，该固相支持体携带芽孢杆菌(Bacillus)属的枯草芽孢杆菌(subtilis)、地衣芽孢杆菌(licheniformis)、巨大芽孢杆菌(megaterium)、多粘芽孢杆菌(polymyxa)和环状芽孢杆菌(circulans)种的细菌菌株混合物。

2、  根据权利要求1的产品，其中所述生物可降解的固相支持体基本上由纤维素或纤维素衍生物制成。

3、  根据权利要求2的产品，其中所述生物可降解的固相支持体基本上由再生纸、脱墨纸、合成材料或无纺布制成。

4、  根据权利要求1-3的产品，其中所述固相支持体选自手帕、拭巾、餐巾、尿布、卫生巾、吸水纸。

5、  根据权利要求1-3的产品，其中所述固相支持体是卫生纸。

6、  根据权利要求1-5的产品，其中所述细菌菌株为孢子状态。

7、  根据权利要求1-6的产品，其中所述固相支持体包含软化剂、表面活性剂、芳香剂和/或染料。

8、  根据权利要求1-7的产品，其是至少在一个面上携带所述细菌菌株的卫生纸。

9、  生产权利要求1所述产品的方法，其包括通过喷雾或涂布将细菌菌株应用到所述生物可降解的固相支持体上。

10、  根据权利要求9的方法，其中所述细菌是在水中的溶液或悬浮液的形式，任选地含有添加剂和共溶剂。

11、  根据权利要求10的方法，其中细菌菌株的浓度是每毫升106至109范围的菌落形成单位(CFU)。

12、  携带芽孢杆菌属的枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、多粘芽孢杆菌和环状芽孢杆菌种的细菌菌株混合物的生物可降解的固相支持体的用途，用于降解废水和污水中包含的有机物和消除在废水管道和收集池中形成的有机附聚物和令人不愉快的气味。

说明书用于处理废水和污水的产品
本发明提供生物降解存在于废水中的有机污染物和防止沿污水管形成附聚物的手段。
更具体地说，本发明提供携带非致病细菌的混合物的生物可降解的固相支持体，所述非致病细菌协作分解存在于厕所污水和污水收集以及处理池中的有机污染物，包括导致沿污水管堵塞的附聚物。
发明背景
长期以来希望解决有效地降解废水和污水中包含的有机物质的问题。除了明显地导致卫生学上的问题外，这些有机物质还造成形成结壳，并且因此迟早导致沿家庭管道到排水管的严重损坏。
生物学和化学产品当前被用于保护管道至排水管的完整和良好状态；多数情况下，这些产品可以导致对使用者的伤害或在除去引起管堵塞和下水道污泥累积的物质中几乎没有效果。
现有技术
专利申请WO00/01621公开了用于污染排出物的生活污水排泄系统和/或维持排泄所述排出物的污水管道体系的生物装置，其特征在于它至少包含生物可降解的支持体，尤其是生理活性卫生纸，其装载有属于枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、Rhodococcus rubica、Rhodococcus rubra、恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)、腐败假单胞菌(Pseudomonas putrefaciens)种的至少一种的腐生菌的组合物。
发明公开
本发明提供了优化的细菌组合物，其被证明无论与完整的还是破损的人体组织接触时都是安全的、不致病的，特别在分解存在于废水收集和运输管中的有机污染物时有效，并且其可以应用于生物可降解的固相支持体，特别是卫生纸，其可以在长时间和不同的环境条件下储存而保持不变的生物降解活性。该细菌组合物由5种芽孢杆菌(Bacillus)属的产孢子菌株组成，它们在存在于废水中的有机污染物的生物降解中协同合作。所述细菌，或优选它们的孢子被置于生物可降解的支持体上并且在与水接触时变得有活性，因此开始有机污染物生物降解的过程。具体的，激活的细菌产生深入穿透到存在于废水管道和/或收集池中的有机附聚物中，促进它们分解为二氧化碳和水。根据本发明的细菌混合物显示出对来自厕所管道的废水的高协同生物降解活性，也能防止导致沿污水管堵塞的大附聚物的形成，并且能相当的降低存在于收集和处理池(储水池、化粪池、双层沉淀池、.污水池、渗水管等)中的有机污染物的含量。
因此，在第一个实施方案中，本发明涉及生物降解来自厕所、管道和在污水收集池的废水中所包含的有机物质的产品，所述的产品包含生物可降解的固相支持体，其携带芽孢杆菌(Bacillus)属的枯草芽孢杆菌(subtilis)、地衣芽孢杆菌(licheniformis)、巨大芽孢杆菌(megaterium)、多粘芽孢杆菌(polymyxa)、和环状芽孢杆菌(circulans)种的细菌菌株混合物。所述细菌菌株，优选孢子状态的细菌菌株，可以以液体培养基、优选以水中的溶液或混悬液形式(任选包含添加剂(例如稳定剂)和共溶剂)的形式应用在生物可降解的支持体上。在特别优选的实施方案中，细菌孢子以每毫升106到109CFU(菌落形成单位)的浓度应用。细菌混合物优选的具有下列数量组成：20至30％的枯草芽孢杆菌、10至20％的地衣芽孢杆菌、10至20％的巨大芽孢杆菌、20至30％的多粘芽孢杆菌和10至20％的环状芽孢杆菌。所示物种的任一细菌菌株都可以根据本发明应用，不管它的起源或天然来源。
生物可降解的支持体优选地由纯纤维素或纤维素衍生物制成，例如再生纸、脱墨纸、合成材料或无纺布；可以根据发明应用的纤维素或纤维素衍生产品的实例包括手帕、拭巾、餐巾、尿布、卫生巾、吸水纸(absorbingpapers)以及优选地卫生纸。当产品为卫生纸的形式时，细菌液态培养物可以通过喷雾或涂层的方法应用于其至少一个表面，如以下进一步详细描述的那样。相同的方法也能用于其它的支持体，必要时依据支持体的形状、厚度、抗张强度、耐破损性、负载能力及其它结构和力学特征加以修改。本领域技术人员能够根据特定支持体和用于生产它的设备确定较好的条件。
除细菌之外，生物可降解的支持体还可以包含其它的成分，包括软化剂、表面活性剂、芳香剂、染料。
在另外的实施方案中，本发明涉及携带上述细菌混合物的生物可降解的固相支持体的用途，用于降解废水和污水中所包含的有机物质、除去废水管和收集池中形成的有机附聚物和使人不愉快的气味。
下列实施例更详细的阐述了本发明。
实施例1细菌组合物的制备
细菌组合物(此后表示为B.A.T.P.L1700S)是下列细菌菌株孢子的水性悬浮液：
ο枯草芽孢杆菌(ATCC 6051)，革兰氏阳性，嗜中温，需氧，产生即使在不是很适合于生物生长的环境中也具有高抵抗性的内生孢子，以及产生多种对糖和淀粉特异的酶(蛋白酶和β-葡聚糖酶)。
ο地衣芽孢杆菌(ATCC 12713)，革兰氏阳性，嗜中温，厌氧，产孢子，产生蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，特异降解脂肪，在高NaCl浓度(直至7％)的环境中具有抗性，在厌氧条件下有脱氮活性，在高温(直至50℃)下也能生长。
ο巨大芽孢杆菌(ATCC 14581)，革兰氏阳性，嗜中温，需氧，产孢子，产生对降解淀粉特异的α，β-淀粉酶，对酪蛋白特异的蛋白酶，在高NaCl浓度(直至7％)的环境中具有抵抗力。
ο多粘芽孢杆菌(ATCC 842)，革兰氏阳性，嗜中温，厌氧，产孢子，产生对降解纤维素和纸特异的纤维素酶和半纤维素酶，具有硝化活性。
ο环状芽孢杆菌(ATCC 9500)，革兰氏阳性，嗜中温，兼性厌氧，产孢子，产生蛋白酶、壳多糖酶和果胶酶，对降解植物衍生物、纤维和纸特异的酶，对高温(直至50℃)具有抵抗力。
ATCC＝美国典型培养物保藏中心，Manassas，Virginia，USA。
所述生物产品具有下列特征：
外观：浑浊液体
颜色：淡黄色
pH：8.2-8.8
密度：1000-1025g/cm3
稳定剂：丙二醇
CFU/ml：100×107
安全性：没有危险，即使在不正确的使用情况下，例如吞咽、触摸或接触，甚至与生殖器接触。
特异挑选每克10亿个细菌计数以使得产品适当的应用于每cm2卫生纸，这一计数确保细菌库至下水道的正确输入，不会在卷纸的生产过程中损坏卫生纸。
产品可以以水性乳剂或溶剂中的液体形式使用，添加或不添加酶，具有香味。
实施例2在下水道系统中单个细菌菌株的效力研究
该研究的目的是证明生物制品B.A.T.P.L1700S所包含的微生物的生物降解活性大于属于每一类型的细菌菌株的微生物单独使用时得到的活性。试验在模拟的下水道系统中通过观测COD(化学需氧量)的变化进行，COD是用含有化学可氧化的有机物的水样品测定的。在没有生物处理的模拟的下水道系统中，在相同的实验条件下平行地进行试验。
废水中COD值的测定提供了污染性有机化合物的存在的定量测量。由微生物导致的COD的减少因此是所使用的产品效力的好的指标。
步骤：
制备包含3g糖(碳源)和3g营养化合物(N.P.K.：12∶5∶10的来源)的3.5升水。
将溶液分装在7个0.5升的容器中(A、B等)。
在处理之前测量溶液的COD(倾析后1h)。发现的值对应于每一样品的基础COD值。
样品保持在搅动(以非常低的速度)和35℃恒温下。搅动后，将一张卫生纸加入到每一容器中。
每一样品每天都如下处理，持续15天：
在容器A中用10ml水；
在容器B中用10ml枯草芽孢杆菌20×106；
在容器C中用10ml地衣芽孢杆菌20×106；
在容器D中用10ml巨大芽孢杆菌20×106；
在容器E中用10ml多粘芽孢杆菌20×106；
在容器F中用10ml环状芽孢杆菌20×106；
在容器G中用1ml B.A.T.P.L1700S 1×109；
在处理后，每一样品在非常低的速度下搅拌10min/天。最后，加入一张卫生纸。
根据下列方式进行COD的测定和处理(T)：
  天  COD  T  0  x  1  x  2  x  3  x  x  4  x  5  x  6  x  x  7  x  8  x
  9  x  x  10  x  11  x  12  x  x  13  x  14  x  15  x  x
在使溶液静置1h(不搅动)后测量样品的COD。样品从容器的底部大约1cm处取得，小心操作以避免固体成分沉淀和/或悬浮。
结果：
表a)
以mg/升表示的COD值
  天A水  B  枯草  芽孢  杆菌  C  地衣芽孢  杆菌  D  巨大芽孢  杆菌  E  多粘芽  孢杆菌  F  环状芽  孢杆菌  G  BATPL  1700S  01850  1850  1850  1850  1850  1850  1850  31884  1721  2013  1699  1818  2005  1780  62405  1905  2288  2210  2153  2364  1106  93047  1899  2894  2573  2589  2792  884  123500(＊＊)  2157  2802  2781  2422  2807  653  153500(＊＊)  2100  2791  2664  2360  2640  488
(＊＊)用所使用的方法测定的最大COD值是3500；对于超出了这一极限的样品，按惯例给出3500mg/L的值。
表b)
处理后污染物含量的％减少
  天  B  C  D  E  F  G
  枯草  芽孢  杆菌  地衣芽孢杆  菌  巨大芽孢  杆菌  多粘芽  孢杆菌  环状芽  孢杆菌  BATPL1700S  0  0  0  0  0  0  0  3  9  0  10  4  0  6  6  12  5  8  10  2  54  9  10  5  6  15  8  71  12  18  13  15  14  14  81  15  25  15  10  15  13  86
评论：
为了证明B.A.T.P.L1700S包含的微生物的生物降解比单个细菌菌株更有效，制备了7个相同的具有已知COD(1850mg/升的基础值)的模拟下水道系统。
在连续的15天加入一张卫生纸到每个样品中，并且进行“步骤”下所描述的处理。每3天测量相应的COD值。
基于所得到的结果(表a)计算与样品A(没有处理＝水)相比的每一个处理样品的污染物含量的减少百分数。图1显示了通过5种菌株(白色条形)的总百分数减少和通过B.A.T.P.L1700S的相应的减少(灰色条形)。表a)表明：
1)下水道系统中，在没有生物处理的情况下(样品A)，COD值倾向于随时间增加，即化学可氧化的有机物质(污染物)的浓度增加。
2)在下水道系统中，生物处理的存在随时间减少了COD，即化学可氧化的有机物质(污染物)的浓度通过微生物的降解作用减少了。发现表明不同降解活性的不同的COD减少百分数明显依赖于细菌产生的酶的特异性。该特异性区别每种选择的菌株，并且也依赖于下水道系统中更适宜或更不适宜的环境条件。在我们的条件下，最具抗性的菌株枯草芽孢杆菌和多粘芽孢杆菌，显示了随时间更稳定的活性，它们比其它的菌株在百分比方面更优秀。
3)当用B.A.T.P.L1700S处理时，由于属于产品包含的5种菌株的微生物的生物降解活性，系统的COD随时间显著的减少；在有机物存在和适宜的环境条件下，这些微生物变得有活性、摄食和繁殖，将污染物水平从第一天的1850降低到最后一天的488，也就是减少了86％。
图1的曲线图清楚的表明在下水道系统中，B.A.T.P.L1700S的生物降解活性高于5种菌株单独使用的活性的总和。
实施例3在下水道系统中B.A.T.P.L1700S的效力研究
该研究的目的是通过观测在用包含化学可氧化的有机物的水样品测定的COD(化学需氧量)的变化，来建立在模拟的下水道系统中B.A.T.P.L1700S中包含的微生物的生物降解效力。这一效力与市场上已有的产品，即WC Net Fosse Biologiche(其是具有每克2亿个CFU计数的基于细菌的粉末)进行比较，以及与没有生物处理的系统比较。
在废水中COD值的测定提供了污染性有机化合物存在的量化的测量。由微生物导致的COD的减少因此是所利用的产品效力的好的指标。
步骤：
制备1升包含1g糖(碳源)和1g营养化合物(N.P.K.：12∶5∶10的来源)的水。
将溶液分装在3个0.5升的容器中(A、B和C)。
在处理之前测量溶液的COD(在倾析后1h)；发现的值对应于每一样品的基础COD值。
将3个样品保持在搅动(以非常低的速度)和35℃恒温下。
样品B：用1/4张卫生纸(约25cm2)上的0.21μL(＊)B.A.T.P.L1700S处理。
样品C：每5天用5ml溶液处理，该溶液由500ml中125mg WC Net组成，根据生产商的指导制备。
每天将一张有B.A.T.P.L1700S的纸插入到样品B中，将一张没有处理的纸插到样品A和样品C中，连续15天。
样品A：每5天用5ml水处理。
处理后，每一样品在非常低的速度下搅动10min/天。
根据下列方式进行COD测量、卫生纸的添加(F)和处理(T)。

用于测定COD的样品在将溶液静置1h(不搅动)后取得；样品从表面大约1cm深处取得，避免悬浮液中的细菌成分和固体。
(＊)剂量等于5g/60m2卫生纸。
结果：
表c)
                        B＝BATP
天         A＝水        L1700S       C＝WC Net
0          950          950          950
3          1340         1280         2010
6          1410         1390         1980
9          3500         765          3027         (＊＊)
12         2490         498          3500         (＊＊)
15         2880         444          3108
(＊＊)用所使用的方法测定的最大COD值是3500；对于超出了这一极限的样品，按惯例给出3500mg/L的值。
评论
为了证明B.A.T.P.L1700S中包含的微生物的生物降解效力并将它与已知产品的效力相比较，制备了3个相同的具有已知COD的模拟下水道系统。
连续15天将一张卫生纸添加到每一样品：对于A和C是没有处理的，对于样品B是用B.A.T.P.L1700S处理的，如在“步骤”下所描述的那样。样品A和C每5天以水和上述剂量的“WC Net Fosse Biologiche”分别处理。每3天测量相应的COD。
所得到的结果记录在图2的曲线图上；为每个样品相应的每组数据计算统计学上内插所有获得的值的线(“趋势线”)。曲线表明：
1)在下水道系统中，在没有生物处理的情况下(样品A)，COD值随时间有增加的趋势，即化学可氧化的有机物质(污染物)的浓度增加。
2)用“WC Net Fosse Biologiche”进行的处理证明是无效的；自相矛盾的是，在样品A中观察到更高的COD值的趋势线。
3)在用B.A.T.P.L1700S处理的情况下，由于产品所包含的微生物的生物降解活性，系统的COD值随时间下降；在有机物存在和适宜的环境条件下，这些微生物变得有活性、摄食和繁殖，降低了污染物水平。
用肉眼观察3个样品也证实了COD测量的结果。
在第10天对每个样品拍照(图3)。
样品A：混浊的上清液液体，微粒状物质沉淀在底部，完整的纸张依然明显并且没有被降解。
样品B：上清液液体比A更清澈，均匀的微粒状物质沉淀在底部，纸被降解了。
样品C：混浊的液体，漂浮的微粒部分，包含完整的纸张，依然清楚明显，并且有霉菌形成。
在第15天拍照(图4)：
样品A：上清液液体混浊，底部有大量沉淀并且卫生纸依然能清楚的辨别，有霉菌形成。
样品B：均匀的上清液液体，卫生纸被降解并溶解，在底部有厚但均匀的沉淀，没有霉菌的形成和/或
样品C：上清液液体混浊，底部有大量沉淀，卫生纸依然能清楚的辨别，有霉菌形成。
实施例4最佳cfu/(cm2纸)比值的评估
家庭使用：
假设一个4口之家平均每周消费的卫生纸大约是5卷，每一卷大约是19m长和10cm宽，每周大约有9.5m2(1900cm×10cm×5卷＝95000cm2)的卫生纸排入到下水道。
细菌菌株向这样一个家庭的污水管的正确装载量已计算为20亿CFU/周，以激活和保持分解有机物质、消除令人不愉快的气味和彻底分解纤维素微粒的过程。
所得到的数量，即20亿CFU，等于2g B.A.T.P.L1700S产品，必须置于9.5m2卫生纸上。
社区使用：
假设一个具有20个双人间，即40个客人的旅馆平均每周消费的卫生纸大约是40卷，每一卷大约是19m长和10cm宽，每周大约有76m2(190cm×10cm×40卷＝760000cm2)的卫生纸排入到下水道。
细菌菌株向这样一个旅馆污水管的正确装载量已计算是250亿CFU/周，以激活和保持分解有机物质、消除令人不愉快的气味和彻底分解纤维素微粒的过程。
所得到的数量，也就是250亿CFU，等于25g B.A.T.P.L1700S产品，必须被置于76m2卫生纸上。
实施例5细菌向纸的应用
可以用两种方法将产品应用到卫生纸上：喷雾和涂布。
喷雾装置可以安装在传送单位(converting unit)(制成的纸在此被粘合、切割和包装)或在造纸厂的最后一个部分，在此制成的纸被重绕并送到转换单位以进行随后的处理。
在传送单位的喷雾应用发生在“压花和粘合”之前的“纸通过点”、“DESL”或“顶-到-顶”(tip-to-tip)，这取决于所选择的加工类型。车间位于纸张粘合过程之前。
在造纸厂，设备放置在纸张粘合阶段之前和卷重绕阶段之后，称为“大卷”(big roll)阶段。
喷雾应用系统包括喷嘴，其喷雾(根据机器的速度)一定量的足够覆盖最后卷全长的产品。
喷嘴通过2个会聚射流的碰撞工作，一个是压缩空气，另一个是细菌产品，以产生由平均直径小于10微米的微粒组成的射流。系统包括搅动下的细菌产品的储存罐、进料泵、1-5个喷雾器喷嘴(取决于隙缝和机器(传送单位或重绕机)的速度)、运送射流成两层的挡板、管理软件、以及基于机器转数控制递送量的系统(加快或减缓机器的速度)。
如果应用喷雾方法，我们的生物产品可以在生物相容性测试后与软化剂组合。
在涂层应用系统(柔性版印刷系统的轮转凹板印刷类型)中，产品被有微齿的“蜂窝”钢辊吸纳，所述钢辊传递随后的滚轴，并将细菌产品散布在纸上。这种类型的应用可以应用在造纸厂最后阶段的传送单位，或在纸被重绕的地方。
如果应用涂布(柔性版印刷)方法，细菌可以在生物相容性测试后，与纸张粘合胶黏剂组合。