抑制在厌氧还原脱氯期间甲烷的产生的制作方法
【专利说明】
[0001] 对相关专利申请的夺叉引用
[0002] 本专利申请是名称为"抑制在厌氧还原脱氯期间甲烷的产生（Inhibitionof MethaneProductionDuringAnaerobicReductiveDechlorination)'，并且在 2013 年 3 月5日由相同的发明人提交的共同未决的专利申请号13/785, 840的部分继续申请，在此要 求了该专利申请号13/785,840的优先权。
技术领域
[0003] 本发明涉及造成甲烷产生的不同的酶和辅酶系统的各种抑制剂的使用。本发明利 用了红曲米、维生素B10衍生物、以及乙磺酸盐来破坏酶和辅酶系统并且限制产甲烷菌产 生甲烷的生产率。
【背景技术】
[0004] 包括氯化脂族烃（CAH)在内的卤化挥发性有机化合物（V0C)是美国的超级基金污 染场地（Superfundsite)和其它危险废物场地的土壤和地下水中最常出现的污染物类型。 在1996年，美国环境保护局（EnvironmentalProtectionAgency，EPA)估计这些场地的清 理在未来的几十年间将花费超过450亿美元。
[0005] CAH是人造有机化合物。它们通常是由天然存在的烃成分（甲烷、乙烷、以及乙烯） 和氯经由各种方法制成的，这些方法用氯原子取代一个或多个氢原子或使氯化化合物选择 性地脱氯成更少氯化的状态。CAH被用于多种应用中，包括用作溶剂和脱脂剂以及用于制 造原料。CAH包括诸如四氯乙烯（PCE)、三氯乙烯（TCE)、四氯化碳（CT)、氯仿（CF)以及二 氯甲烷（MC)之类的溶剂。在历史上对含有CAH的废物的管理已经对土壤和地下水造成污 染，CAH存在于美国的许多受污染的地下水场地处。TCE是那些污染物中最普遍的。此外， CAH和它们的降解产物，包括二氯乙烷（DCA)、二氯乙烯（DCE)以及氯乙烯（VC)倾向于存留 在地下，从而对公众健康和环境造成危害。
[0006] 可用于处理地下水中诸如PCE、TCE、顺式-1，2-二氯乙烯（顺式-1，2-DCE)以及 VC等氯化烃污染物的具有成本效益的和可靠的技术的选择方案近年来已经摆脱传统的抽 水处理法（pump-and-treatprocess)，特别是在以下情况下：
[0007]?存在非水相液体（NAPL)、微乳液或高浓度吸附物质，从而导致高溶解相浓度。
[0008] ?地下水的取用受地表结构或用途的限制。
[0009] ?当地限制条件禁止诸如空气喷射或自然衰减之类的其它可供使用的技术的实 施。
[0010] ?已经应用了抽水处理（Pump-and-treat)技术，但是已经达到了渐近性去除率。
[0011] ?污染是广泛的并且浓度对于基于风险的关闭来说是过高的，但是在其它方面是 相对低的（通常是100ppb-7500ppb)。
[0012] ?溶解的CAH迀移穿过属性边界或进入到相邻地表水中导致需要长期修复。
[0013] ?游离相CAH(DNAPL)垂直迀移到下面的饮用水含水层中是一个问题。
[0014] 每一处场地的环境化学部分地决定了该场地处氯化溶剂的生物降解速率。地下水 中诸如氯乙烯和氯乙烷等氯化溶剂的初始代谢通常涉及被描述为连续还原脱氯的一种生 化过程。不同类型和浓度的诸如原生有机物质的电子供体以及诸如氧气和氯化溶剂的电子 受体的存在在很大程度上决定了在场地自然衰减期间还原脱氯发生的程度。
[0015] 实验室研究已经证实多种有机基质将刺激还原脱氯，包括乙酸盐、丙酸盐、丁酸 盐、苯甲酸盐、葡萄糖、乳酸盐、甲醇、以及甲苯。廉价的复合基质，如糖蜜、干酪乳清、玉米 浆、玉米油、氢化棉籽油珠、固体食物起酥油、牛脂、熔融玉米油人造黄油、椰子油、大豆油、 以及氢化大豆油有支持完全的还原脱氯的潜能。
[0016] 还原脱氯仅在不存在氧气的情况下发生；并且氯化溶剂在进行该过程的微生物的 生理机能中实际上取代了氧气。由于在这一生理过程期间使用氯化溶剂，因此它被至少部 分地脱氯。修复处理技术通常将除氧剂引入到地下以确保这一过程将立即发生。
[0017] 常常使用异养细菌来消耗溶解氧，从而降低地下水中的氧化还原电位。此外，由于 细菌依靠有机粒子生长，因此它们使碳发酵并且释放多种挥发性脂肪酸（例如乙酸、丙酸、 丁酸），这些挥发性脂肪酸从发酵的场地扩散到地下水污染羽（groundwaterplume)中并 且用作包括脱齒菌（dehalogenator)和卤素呼吸（halorespiring)菌种在内的其它细菌的 电子供体。铁源通常提供相当大的反应性表面区域，所述表面区域经由化学除氧而刺激直 接的化学脱氯以及地下水的氧化还原电位的额外下降。
[0018] 细菌一般根据以下方面来分类：1)它们获得能量的方式；2)它们需要的电子 供体的类型；或3)它们需要的碳源。通常，参与地下的CAH的生物降解的细菌是化能菌 (chemotroph)(由化学氧化还原反应获得它们的能量的细菌）并且使用有机化合物作为电 子供体和有机碳源（有机异养菌）。然而，细菌根据它们使用的电子受体以及因此将在地下 占优势的区域的类型而被进一步分类。引起产生相对更多能量的氧化还原反应的细菌电子 受体类别相对于引起产生相对更少能量的氧化还原反应的细菌电子受体类别将占优势。
[0019] 某些微生物将有助于从所施用的系统中去除氧气和硝酸盐。嗜盐菌是栖息于高盐 环境的好盐的生物体。它们主要包括具有平衡环境的渗透压和抵御盐的变性作用的能力的 原核微生物和真核微生物。在嗜盐微生物当中有多种异养的和产甲烷的古菌；光合、无机营 养和异养细菌；以及光合和异养真核生物。
[0020] 另一方面，产甲烷菌在无氧环境中起至关重要的环境作用，这是因为它们去除了 由其它形式的厌氧呼吸所产生的过量的氢气和发酵产物。产甲烷菌通常在其中除C02以外 的所有电子受体（如氧气、硝酸盐、三价铁以及硫酸盐）已经被耗尽的环境中生长旺盛。
[0021] 基于热力学方面的考虑，还原脱氯将只是在氧气和硝酸盐这两者均已经从含水层 中被耗尽之后发生，这是因为氧气和硝酸盐是比氯化溶剂在能量上更有利的电子受体。几 乎任何可以被发酵成氢气和乙酸盐的基质均可以用于提高还原脱氯，这是因为这些材料由 脱氯微生物所使用。然而，氢气还是产甲烷细菌的基质，所述产甲烷细菌将它转化成甲烷。 通过利用氢气，产甲烷菌与脱氯微生物竞争。
[0022] 最终，对产甲烷作用的抑制将产生更低的甲烷产生，这积极地影响了主要关注的 许多环境问题，并且还将帮助脱卤细菌在原位修复过程中更有效地利用促进还原脱氯的环 境条件或氯化挥发性有机化合物（CV0C)。
[0023] 因此，在本领域中需要一种抑制在厌氧还原脱氯过程期间负责产生甲烷的酶和辅 酶系统的方法。
【发明内容】
[0024] 为了解决本领域中对抑制在厌氧还原脱氯过程期间负责产生甲烷的酶和辅酶系 统的方法的需要，已设计出本发明。
[0025] 本发明提供了抑制产生甲烷的生物体的甲烷产生的方法，所述方法是通过抑制在 甲烷产生中起关键作用的各种酶和辅酶的作用来实现的。在本发明中靶向各种酶和辅酶。 发现所使用的抑制剂对存在于所述系统中的其它细菌是无害的。
[0026] 这种通过使用酶抑制剂限制产甲烷菌的甲烷产生的方法在氯化溶剂的原位修复 期间可以是非常有用的。这种方法预期积极地影响产甲烷菌和嗜盐细菌对在修复过程期间 被注入到土壤和地下水系统中的有机氢供体的竞争。这种方法还提供了一种用于降低甲烷 的排放水平的替代方法，所述甲烷被认为是一种主要的温室气体。在这方面，在详细地阐明 本发明的至少一个实施方案之前，应当了解的是，本发明在它的应用方面不限于以下说明 中所阐述的构造细节和组件的布置。本发明能够具有其它实施方案，并且能够以不同的方 式实施和执行。还应当了解的是，本文中所用的用语和术语是为了描述的目的，而不应当被 视作具有限制性。
[0027] 因而，本领域技术人员将了解的是，作为本公开的基础的构思可以容易地被用作 设计用于实现本发明的若干个目的的其它结构、方法以及系统的基础。因此，重要的是，权 利要求书被认为包括了这些等同构造，只要它们没有脱离本发明的精神和范围即可。
【具体实施方式】
[0028] 具体地说，本文提供了一种用于抑制产甲烷菌的甲烷产生的方法，所述方法包括 使所述产甲烷菌与有效量的包含红曲米、维生素B10衍生物以及乙磺酸盐的组合物接触， 所述有效量足以引起对甲烷产生的抑制。作为本发明的一个方面，所述方法引起了诸如土 壤或地下水的环境介质的还原脱氯。
[0029] 根据本发明的一个实施方案，所述方法还包括将可发酵的基质添加到环境介质中 的步骤。本领域技术人员已知的任何可发酵的基质在本发明的方法内均是可操作的。举例 来说，一些有用的可发酵的基质包括但不限于碳水化合物；包括葡萄糖和产生葡萄糖的化 合物；乙酸盐；丙酸盐；丁酸盐；苯甲酸盐；乳酸盐；甲酸盐；甲醇；甲苯；糖蜜；干酪乳清； 玉米浆；油类，