专利名称：控制例如下水道和废水处理系统中的细菌活性的制作方法硫酸盐还原细菌和产甲烷古细菌(也称为产甲烷菌)为存在于广泛的环境包括海洋、沉积物、温泉、贮油器(oil reservoir), UASB反应器、下水道和废水处理系统中的微生物组。它们在下水道网络和其它废水处理系统中的存在因它们在厌氧条件下产生硫化氢和甲烷的能力而被认为是不利的。硫化氢发散至气相中导致许多有害作用，包括下水道基础设施的腐蚀，有害气味的产生以及健康问题。甲烷在5-15%的浓度下为爆炸性气体，并且也是高效温室气体。存在于下水道生物膜中的硫酸盐还原细菌(SRB)在厌氧条件下于下水道中产生硫化物(USEPA，1974; Bowker等人，1989)。当硫化物在水相中积累时，它们可作为H2S气体散发至下水道气氛中，其会诱导对下水道具体结构的破坏并且产生职业危害因素和气味问题(Thistlethwayte, 1972; Bowker 等人，1989; Hvitved-Jacobsen, 2002)。废水工业正在使用许多硫化物控制策略和技术。此类方法可大致分为三类，即下水道生物膜的细菌活性的抑制，从而减少硫化物和其它有气味化合物的产生，形成的硫化物的化学和/或生物学氧化以及H2S从液相至气相的转移的减少。通过化学氧化去除硫化物已通过注射臭氧、过氧化氢、氯或高锰酸钾得已实现(Tomar 和 Abdullah, 1994; Boon, 1995; Charron 等人,2004)。生物学硫化物氧化已通过添加氧、硝酸盐和亚硝酸盐而得以实现，而氧的注射诱导硫化物的化学和生物学氧化(Gutierrez等人，2008)。硝酸盐和亚硝酸盐的添加刺激硝酸盐还原、硫化物氧化细菌的发生，从而实现利用硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体的硫化物氧化(Bentzen等人,1995; Nemati 等人,2001; Yang 等人,2005;Mohanakrishnan 等人,2009)。这些控制硫化物去除的策略将需要连续添加氧化剂，这造成显著的操作成本。H2S从水相转移至气相的减少可通过pH升高(Thistlethwayte, 1972; Gutierrez等人，2009)或添加金属盐(Bowker等人，1989)来实现。分子H2S为从水向空气释放的硫化物的形式。在水中，溶解的H2S与HS—和S2-形成化学平衡这三者之间的比例由pH和温度以及其它因素确定。当PH升高时，H2S的比例下降。通过添加例如Mg(OH)2升高pH通常用于减少H2S转移。分子H2S的减少还可通过利用金属盐沉淀HS—和/或￥_来实现。HS—和/或S2-的沉淀导致总溶解硫化物浓度降低，从而溶解的H2S浓度降低。以亚铁或高铁离子的形式存在的铁盐已被广泛用于减轻下水道网络中硫化物诱导的问题(USEPA, 1974; JameeI,1989; Hvitved-Jacohsen, 2002)。这些策略也需要连续添加化学药品,造成显著的操作成本。添加强碱以将废水中的pH升高至11至13(pH休克)已被用于灭活下水道生物膜中的细菌(MMBW，1989)。类似地，抑制剂例如杀生物剂(biocide)和钥酸盐的添加也已被建议用以抑制H2S的产生(Nemati等人，2001)。通过添加可选择的电子受体例如氧、硝酸盐和亚酸盐来抑制硫化物产生也已被报导(Bentzen等人，1995; Hobson和Yang, 2000)。然而，最近的研究已显示氧和硝酸盐对下水道生物膜中的SRB不具有长期的抑制/毒性作用(Gutierrez等人，2008;Mohanakrishnan等人，2008)。与先前两类控制策略相比较,这种类型的控制策略不需要化学药品的永久性或连续提供。预期化学药品的间断性添加是足够的。"pH休克〃技术已被证实在减少硫酸盐还原细菌(SRB)的活性中是有效的。然而，硫酸盐还原细菌的活性在1-2周内迅速恢复。因此必需频繁(例如每周一次)施用强碱，这造成巨大成本。废水工业对该技术的有限使用可能意味着其可能因成本问题而受限制。存在对开发用于在包含硫酸盐还原细菌和/或产甲烷古细菌(或两者)的环境中控制此类生物的活性的方法的需要，所述方法克服或至少改善上述不利方面，或提供商业替代品。·下水道管道中的细菌生长也导致沿着管道内壁形成生物膜。下水道管道中的生物膜可获得明显的厚度，例如毫米级至数十毫米级的厚度。生物膜在下水道管道中的存在具有至少3个不期望的副作用，这些副作用是(I)生物膜中的微生物在一定程度上受到保护而不受通过下水道的液体主流的影响；(2)管道中的流动面积减小，和(3)水流与管壁之间的摩擦增加，从而能量消耗增加。因此，通过添加处理试剂至下水道的液流以处理生物膜中的微生物变得困难，因为生物膜起着将处理试剂与微生物隔开的作用。在这方面，处理试剂通常必须扩散至生物膜中，从而需要显著更高浓度的处理试剂和更长时间的添加处理试剂至下水道，以充分处理生物膜。发明概述在第一方面，本发明提供了用于在包含硫酸盐还原细菌或产甲烷古细菌(或两者)的环境中控制所述生物体的活性的方法，包括用游离亚硝酸(HNO2)处理该环境。在第二方面，本发明提供了用于在包含硫酸盐还原细菌或产甲烷古细菌(或两者)的环境中控制所述生物体的活性的方法，包括利用包含亚硝酸根(N02_)、具有低于7的PH的溶液或通过将亚硝酸盐添加至环境、使环境的pH低于7来处理该环境。据信所述方法应当还能够控制其它微生物的活性。因此，在另一个方面，本发明提供了用于在包含此类微生物的环境中控制微生物的活性的方法，包括利用游离亚硝酸(HNO2)处理所述环境。在一个实施方案中，所述方法被用于控制废水系统(包括废水收集系统)中的硫酸盐还原细菌和/或产甲烷古细菌(或两者)的活性。废水收集系统也称为下水道系统。下水道系统可包括在管道或容器的壁上生长的生物膜，并且硫酸盐还原细菌和/或产甲烷古细菌可存在于该生物膜中。可将游离亚硝酸添加至流经下水道系统的废水中。或者，可将亚硝酸盐添加至流经下水道系统的废水中。可通过添加亚硝酸盐溶液(例如酸化的亚硝酸盐溶液)来添加亚硝酸盐。或者，可将亚硝酸盐溶液和酸性溶液添加至该环境。本发明人已令人惊讶地发现，利用游离亚硝酸处理包含硫酸盐还原细菌和/或产甲烷古细菌的环境，能够抑制细菌和古细菌(archael)的活性，并且导致硫化物和甲烷产量的减少。此外，本发明人已发现，利用游离亚硝酸处理所述环境甚至相对短的时期即能够导致硫化物和甲烷产量的相对长期的减少。因此，利用游离亚硝酸间断性处理环境可能提供了一种用于控制环境中的硫酸盐还原细菌和/或产甲烷古细菌的活性的可行策略。这当然具有明显的成本效益。在一个实施方案中，本发明包括将亚硝酸盐添加至pH小于7的环境中。优选地，PH落在2. O至7. O、更优选2至4的范围内。然而，当将亚硝酸盐添加至该环境时，使用在该范围内更高部分的pH，例如pH6至7，或甚至pH6. O至6. 5，有可能实现有效的处理。在一些实施方案中，本发明的方法包括将亚硝酸盐和酸添加至所述环境。可同时添加亚硝酸盐和酸。或者，可在亚硝酸盐之前添加酸。作为另一种选择，可在亚硝酸盐之后添加酸。然而，当分别添加酸和亚硝酸盐时，期望的是在酸与亚硝酸盐的分别添加之间经历合理短暂的时帧。有效地，应当在时间上充分接近地添加亚硝酸盐和酸，以便它们被有效地添加至相同批的废水中。期望地，亚硝酸盐的添加和酸的添加大致同时发生。在另一个实施方案中，将酸和亚硝酸盐彼此预混合以产生游离亚硝酸，随后将游离亚硝酸添加至待处理的环境。在此类实施方案中，将包含游离亚硝酸的溶液添加至所述环境。在本发明的一些实施方案中，添加酸化亚硝酸盐溶液或亚硝酸盐和酸溶液至导致废水中有至少O. 05ppm的游离亚硝酸。在其它实施方案中，添加酸化的亚硝酸盐溶液或亚硝酸盐和酸溶液至导致废水中有至少O. lppm，优选O. 3ppm的游离亚硝酸，更特别地至少O. 5ppm的游离亚硝酸，甚至更特别地至少Ippm的游离亚硝酸或甚至更高浓度的游离亚硝酸。在一个实施方案中，本发明的方法涉及用于控制废水系统(例如下水道系统)中的硫酸盐还原细菌和/或产甲烷古细菌的活性的方法。在该实施方案中，流经下水道的废水可利用游离亚硝酸来处理。例如，可将亚硝酸盐和酸添加至流经下水道系统的废水中。已发现这样能有效地抑制存在于下水道系统中生长的生物膜中的硫酸盐还原细菌和/或产甲烷古细菌的活性。在本发明的一些实施方案中，所述方法包括利用游离亚硝酸间断性处理所述环境的步骤。在本实施方案中，本发明的方法可包括在相对短的时期内利用游离亚硝酸处理该环境，允许经历相对长的时期通过，并且随后经较长的时期利用游离亚硝酸处理该环境(等等)。例如，可利用游离亚硝酸处理所述环境I小时至数天(例如达到7天)，或I小时至约I天，或甚至4小时至16小时，或甚至进行约6小时的一段时间，随后允许经历5天至40天，更适当地10天至35天，更适当地20天至30天的一段时间，然后再次利用游离亚硝酸处理该环境。应理解，这些时期应当仅被认为是示例性的，并且本发明不应当被认为限定于那些时期。事实上，本发明人相信用于处理环境(例如下水道系统)的最佳时期将取决于该特定环境的具体运行参数。例如，目前的结果显示产甲烷菌的活性要花费数月才会恢复至处理前水平，而硫酸盐还原细菌在约数周内更快速地恢复。因此，为了控制甲烷，以约一个月至数月的处理间隔可能是适当的，然而对于硫酸盐还原细菌，I周至I个月(例如2周)的处理间隔可能是更适当。应理解，如果产甲烷菌和硫酸盐还原细菌都存在，则应当利用适合于硫酸盐还原细菌的更短处理间隔。本发明人认为，本领域技术人员可容易地通过进行相当直接的实验来确定处理和静息的最佳时期.在另一个实施方案中，如上所述添加FNA/亚硝酸盐/酸，进行如上所述的持续时间。随后终止FNA/亚硝酸盐/酸流的添加一段时间，例如数天，以使废水流洗去减弱的生物膜，并且将内生物膜层暴露于环境/废水。随后施用进一步的FNA/亚硝酸盐/酸。这种进一步的剂量可施用如上所述的持续时间，或可使用更短的施用持续时间。预期SRB和产甲烷菌得到更充分处理，并且可在更长的时间(许多周或月)内保持无活性。本发明人还预期环境需要仅隔数周来利用游离亚硝酸进行处理。其中游离亚硝酸存在于环境中的接触时间可能仅为约数小时的水平。在利用亚硝酸处理期间，亚硝酸在环境中的浓度可在O. 1-1. OmgN/L,更优选O. I至O. 5mgN/L,更优选O. 1-0. 2mgN/l的范围内。同样地，本领域技术人员将理解本发明不应当被视为限定于这些浓度。在本发明的一些实施方案中，包含游离亚硝酸的溶液可通过处理废水处理厂中的液流来获得。在这些实施方案中，包含游离亚硝酸的溶液通常通过处理废水处理厂中的液流以形成亚硝酸盐来获得，其中亚硝酸盐在酸性条件下或通过将酸添加至亚硝酸盐(或两者)来形成。在其它实施方案中，商购可得的亚硝酸盐可用作亚硝酸盐的来源。本发明人还已发现，添加游离亚硝酸至下水道具有破坏在下水道管道中形成的生物膜的能力。因此，在进一步的方面，本发明提供了用于处理或破坏下水道或废水处理厂中的生物膜的方法，包括将游离亚硝酸添加至该下水道或废水处理厂的步骤。所述游离亚硝酸可通过将包含游离亚硝酸的溶液添加至下水道或废水处理厂来添加。在另一个方面，本发明提供了用于处理或破坏具有生物膜的下水道或废水处理厂容器或任何管道中的生物膜的方法，包括将游离亚硝酸添加至该下水道或废水处理厂，或利用包含亚硝酸根(N02_)、具有低于7的pH的溶液处理下水道或废水处理厂容器或管道，或通过将亚硝酸盐添加至下水道或废水处理厂容器或管道并且使下水道或废水处理厂容器或管道中的PH低于7来处理下水道或废水处理厂容器或管道的步骤。在另一个方面，本发明提供了用于处理或破坏下水道或废水处理厂容器或管道中的生物膜的方法，包括在使在废水处理厂容器或管道或下水道中获得包含亚硝酸盐的具有酸性PH的溶液的条件下，将亚硝酸盐添加至下水道或废水处理厂容器或管道中的步骤。在一个实施方案中，将包含亚硝酸盐(NO2O的具有低于7的pH的溶液添加至下水道或废水处理厂容器或管道中。在另一个实施方案中，将亚硝酸盐添加至下水道或废水处理厂容器或管道，并且在下水道或废水处理厂中形成或维持低于7的pH。在本发明该方面的一些实施方案中，本发明的方法包括将亚硝酸盐和酸添加至下水道或废水处理厂。可同时添加所述亚硝酸盐和酸。或者，可在亚硝酸盐之前添加酸。作为另外的选择，可在亚硝酸盐之后添加酸。然而，当分开添加酸和亚硝酸盐时，期望酸与亚硝酸盐的分开添加之间经历合理短的时帧。有效地，应当在时间上充分靠近地添加亚硝酸盐和酸，以使它们被有效地添加至相同批次的废水中。期望地，亚硝酸盐的添加和酸的添加或多或少地同时发生。还已发现，本发明的所有方面的方法还可通过与过氧化氢(H2O2) —起施用来进行改善。具体地，利用游离亚硝酸或在酸性pH下利用亚硝酸盐的处理，结合过氧化氢的施用，可导致硫酸盐还原细菌和/或产甲烷古细菌的杀伤的显著增加。因此，在另一个实施方案中，本发明还包括利用游离亚硝酸或在酸性pH下利用亚硝酸盐的处理和利用过氧化氢的处理。过氧化氢可与游离亚硝酸或酸性pH下的亚硝酸盐同时存在，或可在利用游离亚硝酸或酸性PH下的亚硝酸盐处理之后(适当时，正好之后)添加过氧化氢，或可在利用游离亚硝酸或酸性PH下的亚硝酸盐处理之前添加过氧化氢。可添加过氧化氢以便过氧化氢的浓度达到500ppm,适当地Ippm至250ppm,更适当地5ppm至150ppm,更适当地IOppm至lOOppm。在约30ppm的过氧化氢水平也已显示了有效处理。 由本发明人进行的初步工作已显示，利用游离亚硝酸(或酸化亚硝酸盐)和过氧化氢的组合进行施用可获得达到或甚至大于99%的杀伤(2个对数降低)。这是一个显著的结果，因为其允许化学药品的剂量施用之间有宽得多的间隔或时期，因为与导致更低杀伤的处理相比较，硫酸还原细菌和/或产甲烷古细菌将花费更长的时间恢复。进一步增强的杀伤率还可通过利用氧处理来获得。适当地，在与利用游离亚硝酸处理或用酸性PH下的亚硝酸盐处理的同时添加氧。可这样添加氧，以便氧的浓度达到50ppm,适当地Ippm至IOppm,甚至更适当地5ppm至lOppm。在低于IOppm (例如约6ppm)的氧水平上已证实了有效处理。进一步增强的杀伤率还可通过利用游离亚硝酸处理或用酸性pH下的亚硝酸盐处理，然后利用碱性物质例如苛性钠处理来获得。碱性物质的添加量可以是，在加入所述碱性物质后PH大于8，更适当地8至13，甚至更适当地9至12，甚至更适当地10至11，或甚至约 10. 5。附图概述图I显示对于实验I的SRB和MA活性的抑制和恢复图；图2显示对于实验II的SRB和MA活性的抑制和恢复图，该图显示FNA的单次施用(6hr)立即抑制SRB和MA。在后面的I. 5个月也获得了缓慢的恢复；图3显示对于实验III的SRB和MA活性的抑制和恢复图，该图显示FNA的4次施用(24hr)抑制了硫化物和甲烷的产生。在此后的数月内也获得了缓慢的恢复；图4A显示因实验III而产生的生物膜剥落图，图4B显示对于实验III而言生物膜中的死亡细胞的图。这些发现显示，FNA引起严重的生物膜剥落，主要发生在施用药期间。图4B显示FNA对下水道生物膜细胞施加了严重的杀生物作用；图5显示在实验III中，在FNA处理后生物膜的显微图像，显示了在实验III的处理后生物膜中的死亡细胞；图6显示实验IV中日均硫化物⑷和甲烷⑶浓度的图；图7显示在暴露于不同化学药品后的微生物杀伤率(%)；图8显示对于几个不同的过氧化氢浓度，微生物杀伤(%)对游离亚硝酸浓度(mgN/L)的图；和图9显示对于O. 26ppm的游离亚硝酸浓度，微生物杀伤(％)对过氧化氢浓度(mg/U的图。
实施例本发明源于由本发明人针对亚硝酸盐对硫酸盐还原细菌的作用而进行的实验。亚硝酸盐很久以来已被公认为硫酸盐还原细菌(SRB)的代谢抑制剂。其通过阻断亚硫酸盐还原成硫化物而作用于异化型亚硫酸盐还原(dissimilatory sulfite reduction, dsr)酶。在由本发明人进行的包括给污水系统连续添加亚硝酸盐的研究中，在连续亚硝酸盐施用开始后数天发生反硝化作用(异养和自养的)。反硝化作用在下水道反应器中产生高pH(8-9)。pH的升高与亚硝酸盐施用浓度相关。本发明人观察到亚硝酸盐抑制效力被高PH减小。基于该观察，本发明人假设亚硝酸盐的效力与污水的pH相关。在更低的pH下，本发明人假设亚硝酸盐在控制硫化物产生上可能表现更好。不希望受理论束缚，因为亚硝酸盐在更低的PH下形成游离亚硝酸(HNO2),因此本发明人假定不同的亚硝酸盐抑制机制游离亚硝酸对于硫酸盐还原细菌是更有效的抑制剂，或甚至游离亚硝酸对于硫酸盐还原细菌显示毒性。该假设具有高度创新性，因为其提供了亚硝酸盐对硫酸盐还原细菌代谢的抑制的不同机制。本发明人进行了实验，游离亚硝酸被认为在抑制硫酸盐还原细菌上非常有效。在由本发明人进行的研究中还已发现亚硝酸盐在减少甲烷的产量上是有效的。这可能是由游离亚硝酸或反硝化作用的中间产物(NO)的更高氧化-还原电位或毒性引起的。 然而，迄今为止还未曾有人报道游离亚硝酸对产甲烧聚生体(methanogenic consortium)的抑制作用。由本发明人进行的游离亚硝酸实验因此也研究了游离亚硝酸抑制的该创新方面。实验进行四组实验以研究亚硝酸盐和游离亚硝酸(在下面的讨论中，FNA用于表示游离亚硝酸，SRB用于表示硫酸盐还原细菌，以及MA用于表示产甲烷古细菌): 实验I:亚硝酸盐对SRB和MA的抑制作用(Mohanakrishrian等人,2008)。这构成了比较实例。·实验II :FNA对SRB和MA的作用-利用6hr FNA处理的实验室研究。·实验III :FNA对SRB和MA的作用-利用24hr FNA处理的实验室研究。·实验IV: FNA对SRB和MA的作用-利用33hr FNA处理的现场研究(持续3天；仅在白天施用药)。第一个实验主要集中在亚硝酸盐上，然而其它实验针对的是FNA。实验细节列于下列表I中。


用于在包含硫酸盐还原细菌或产甲烷古细菌(或两者)的环境中控制此类生物的活性的方法，包括利用游离亚硝酸(HNO2)或用包含亚硝酸根(NO2-)的具有低于7的pH的溶液处理该环境，或通过将亚硝酸盐添加至环境并且使环境中的pH低于7来处理环境。所述方法还可破坏生物膜。