用于水基流体中细菌控制的含氮化合物的制作方法

本发明涉及通过向废水流中添加有效量的至少一种含氮组合物来至少部分地减少废水流内第一细菌的量的方法和水处理系统。

背景技术：

可将有机酸添加至烃流体（例如重油、加拿大原油、页岩油及诸如此类）中以从中除去金属、胺类并去除其中的乳状液。向其中添加的有机酸可促进产自烃流体的废水流内丝状细菌过度生长和/或增加粘泥形成细菌（例如菌胶团）的水平。此细菌生长可减少澄清池中的污泥沉降并在废水系统内引起操作问题。

有效处理废水对于改善生活质量和节约清洁水极其重要。简单地将废水排放至水源（例如河流、湖泊和海洋）所牵涉的问题是显而易见的—生物和化学废弃物可对生物造成危害，包括潜在传染性疾病传播和致癌化学品接触。因此，废水处理工艺已演变成系统，涉及范围从无所不在的城市废水处理设施（其中国内居民的生活废水得到净化）到专业的工业废水处理工艺（其中来自各种工业用途的废水中的特定污染物必须经过处理）。

可能需要将某些废水流中的生物和化学化合物减少至特定量或将其完全除去。已进行各种尝试以解决此类化合物的处理问题。因此，发现新方法来处理废水并进一步减少废水流内不合需要的细菌的含量将是有利的。

技术实现要素：

本文以一种形式提供了一种将有效量的至少一种含氮化合物加入至水处理系统内的废水流中的方法。废水流可具有或包括水基流体、第一细菌、第二细菌和至少一种有机酸。第一细菌可为或包括丝状细菌、菌胶团细菌及其组合。与在其他方面相同但缺少含氮化合物的废水流相比，该方法可包括至少部分地减少废水流内有机酸的量和至少部分地减少废水流内第一细菌的量。

在本方法的替代性非限制性实施例中，可将含氮组合物添加至水处理系统内的至少一个缺氧区，必须获得约0.01至100的氮碳比。与在其他方面相同但缺少含氮化合物的缺氧区相比，该方法可包括至少部分地减少缺氧区内有机酸的量和至少部分地减少缺氧区内第一细菌的量。缺氧区可为曝气池下游的返回活性污泥（RAS）管路、曝气池下游的第二澄清池、曝气池上游的储槽、曝气池内的缺氧区及其组合。

在另一个非限制性实施例中，本文提供了一种水处理系统，其使废水流（例如流入废水处理系统的流入废水流）流过其中、至少一个缺氧区、曝气池及流出水处理系统的流出废水流。具有至少第一细菌和至少一种有机酸的流入废水流可流入水处理系统。第一细菌可为或包括丝状细菌、菌胶团细菌及其组合。缺氧区可具有或包括废水流、有效量的至少一种含氮化合物及第二细菌。第二细菌可为或包括兼性细菌、产孢细菌、酚降解细菌、反硝化细菌、有机酸降解细菌、高温细菌及其组合。与在其他方面相同但缺少至少一种含氮化合物的流出废水流相比，该流出废水流可具有或包括数量减少的第一细菌。

在水处理系统的替代性非限制性实施例中，水处理系统可具有位于曝气池上游的第一缺氧区及位于曝气池下游的第二缺氧区。废水流可从第一缺氧区流向曝气池，再流向第二缺氧区，然后返回第一缺氧区，形成回路，直至第一细菌的量减少至预定水平。

第二细菌可在含氮化合物存在下消耗有机酸，这减少了可供第一细菌消耗的有机酸的含量，从而减少了第一细菌的含量。

附图说明

图1为具有第一缺氧区的水处理系统的一个实施例的图示；

图2为水处理系统的另一个非限制性实施例，其中第一缺氧区在曝气池下游；且

图3为具有至少两个缺氧区的水处理系统的另一个非限制性实施例。

应了解，图式所图解说明的系统只不过是本文所述装置的非限制性实施例；其特征不一定成比例，且其设计、定位和外观可经重新构造，同时仍为本文所阐述和要求保护的方法和系统所涵盖。

具体实施方式

已发现，与在其他方面相同但缺乏含氮组合物的废水流相比，添加有效量的含氮组合物至废水流中可使第二细菌胜过第一细菌。水基废水流体可为或包括脱盐设备洗涤水、常压或真空处理单元顶部水、汽提酸性水、焦化装置排污、冷却水排污、锅炉排污、含油污水下水道、均衡槽、用于除垢的清洗溶液、储罐水底、API单元、溶气浮选单元及其组合。在本文中，将“胜过”定义为相比于第一细菌，第二细菌以更快速率消耗有机酸的能力。结果可为第一细菌总数的下降或消失。尽管第一细菌群体的消失是一个有价值的并受人欢迎的目标，但应了解，若实现第一细菌总数下降，则可认为本文所述方法是成功的。废水流可具有或包括但不限于水基流体、第一细菌、第二细菌、至少一种有机酸及其组合。

有机酸可出现于废水流中，这是由于当炼油厂加工原油时（例如原油脱盐期间），为改善原油中污染物的去除，将有机酸添加至原油中。有机酸来源亦可包括其在某些类型原油中的存在。这些原油包括但不限于重质加拿大原油、委内瑞拉原油和页岩油。有机酸亦可由在工业环境内的下水道系统和存储罐中发现的厌氧活动产生。然而，废水流中存在的有机酸可促进利用有机酸的细菌生长。细菌过度生长可导致水处理系统中沉降条件不良。

第一细菌可为或包括但不限于丝状细菌、菌胶团细菌及其组合。丝状细菌的非限制性实例可为或包括但不限于泥生诺斯克氏菌（Nostocoida limicola）、发硫菌属、021N型、0581型、0411型、其它生物体及其组合。021N型、0581型、0411型细菌为丝状细菌，已经在废水系统中观察到它们但其在废水处理系统外可能不生长。此类命名是由Dick Eikelboom设计，为废水处理系统领域的技术人员所熟知。在本文中，将“其它生物体”定义为当废物处理系统中存在有机酸时，具有选择性增殖优势的任何生物体；若此类“其它生物体”恰好过度增殖，则可为废物处理系统带来问题。菌胶团细菌的非限制性实例可为或包括但不限于无定形菌胶团、指状菌胶团及其组合。在本文中，将“第一细菌”定义为被第二细菌竞争出局的目标细菌；在本文中，将“第二细菌”定义为与第一细菌竞争类似营养物并胜出的细菌。

第二细菌在消耗有机酸方面可胜过第一细菌。在一个非限制性实施例中，第二细菌可转化硝酸盐（-NO₃）、亚硝酸盐（-NO₂）和/或反硝化中间体及其组合并在该过程中消耗有机酸。在本文中，将反硝化中间体定义为与反硝化过程相关的任何中间体。将含氮组合物添加至废水流中可使得反硝化在缺氧条件下连续发生，从而使第二细菌消耗有机酸。最终，可供第一细菌生长的有机酸含量的减少可减少第一细菌的数量。

第二细菌可为或包括但不限于兼性细菌、产孢细菌、酚降解细菌、反硝化细菌、有机酸降解细菌、高温细菌及其组合。第二细菌的非限制性实例可为称为CHEMCROBE 751^TM的细菌添加剂，其由贝克休斯公司配销。

若废水流中存在溶解氧，则兼性细菌可有氧代谢之。然而，缺乏溶解氧时，兼性细菌可切换至厌氧代谢或缺氧代谢。胜过第一细菌的兼性细菌的非限制性实例可为或包括但不限于脱氮硫杆菌、脱氮小球菌、副球菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属和假单胞菌属、在厌氧或缺氧条件能够消耗有机酸且亦可或亦不可反硝化的其它兼性细菌及其组合。

产孢细菌可形成孢子，其为细菌的精简、休眠形式，细菌可将自身缩减为这一形式。孢子的形成通常是由细菌可利用的营养物缺乏引发，且孢子可使细菌长时间处于休眠状态。当环境变得更为有利时，孢子可将自身重新活化为其营养态。大多数类型的细菌不能变为内生孢子形式。产孢细菌的非限制性实例可为或包括芽孢杆菌、梭菌属及其组合。

酚降解细菌通常降解酚，但无酚存在时可降解氮。酚降解细菌的非限制性实例可为或包括但不限于固氮弓菌属、索氏菌属、表皮链球菌（Streptococcus epidermis）、紫红红球菌、恶臭假单胞菌、其它酚降解细菌及其组合。

在非限制性例子中，反硝化细菌可代谢含氮化合物，例如那些具有硝酸盐还原酶的细菌，其中氧化物可重新转化为氮气和/或氮氧化物。反硝化细菌的非限制性实例可为或包括但不限于脱氮副球菌、施氏假单胞菌及其组合。

在非限制性实例中，有机酸降解细菌可降解或以其它方式失活有机酸，例如乙醇酸、苹果酸、乙酸、乳酸、丁酸、丙酸及其组合。在非限制性实施例中，有机酸降解细菌可利用乙醇酸获得能量和/或产生二氧化碳。在另一个非限制性实施例中，有机酸降解细菌可利用乙酸生长，且乙酸可帮助细菌细胞形成。有机酸降解细菌可为或包括但不限于脱氮副球菌、施氏假单胞菌及其组合。

高温细菌可生存于约25℃独立地至约46℃，或约35℃独立地至约43℃之高温下。高温细菌的非限制性实例可为或包括可生长于此类高温下的细菌，其可为或包括本文所提到细菌中的任一者。

在非限制性实施例中，在前3天操作中可将第二细菌以约20至约100磅（lbs）/天/每百万加仑废水流的速率添加至废水流中。在处理废水流的4-7天期间，可将第二细菌的量以减少量添加至废水流中，例如约5至约40lbs/天/每百万加仑生物反应器流。

含氮组合物可为或包括但不限于硝酸盐、亚硝酸盐、反硝化中间体及其组合。可将含氮组合物以以下速率添加至水处理系统中：例如连续添加、以一致的时间间隔间歇添加、以不一致的时间间隔间歇添加及其组合。有效量的含氮组合物可具有约0.01至100、或者约0.05独立地至约20、或约0.5独立地至约1的氮碳比。

在另一个非限制性实施例中，当废水流温度介于约60°F（约15.6℃）独立地至约110°F（约43.3℃）、或约85°F（约29.4℃）独立地至约90°F（约32.2℃）独立地至约99°F（约37.2℃）范围时，可将含氮组合物添加至当废水流中。在此使用的范围“独立地”意指任何下限阈值可与任何上限阈值一起使用来得到适宜的备选范围。

可将有效量的含氮组合物添加至至少一个缺氧区中，例如仅第一缺氧区、仅第二缺氧区及其组合。根据所期望的结果，可将有效量的含氮化合物分配于各缺氧区。在本文中，将“缺氧区”定义为水处理系统内的、在其中可发生反硝化并满足第二细菌的代谢需求的任何区域。

因为有许多变量，所以仅将投与速率用作准则。影响投与速率的因素可包括但不限于流入流中的有机酸浓度、所存在的消耗有机酸的反硝化细菌的含量、pH、温度、流入废水的毒性、废水处理目标、拟处理底物（例如细菌）和所期望的流出废水质量。相比于此处所指出的，生物废水处理工厂可需要明显更多的细菌且许多工厂可使用少很多的细菌。

在非限制性实施例中，可将额外添加剂与含氮组合物同时或不同时添加至废水流中。额外添加剂可为或包括但不限于反硝化细菌、酚降解细菌、微生物、巨生物体、微量营养物、常量营养物、微量元素、维生素及其组合。常量营养物可为或包括但不限于磷（例如正PO₄）、氨、其它含磷化合物、胺类或含氨化合物及诸如此类。废水内常量营养物的含量可介于约0.5ppm独立地至约5ppm、或约1ppm独立地至约3ppm范围。

有机酸可为或包括但不限于乙醇酸、苹果酸、乙酸、乳酸、丁酸、丙酸、琥珀酸、富马酸、苯甲酸、其它水溶性有机酸、醇类及其组合。相比于第一细菌，第二细菌可以更快速率消耗有机酸。另一选择为或除此之外，相比于缺少含氮组合物时第二细菌所消耗有机酸的含量，当含氮组合物存在时，第二细菌可消耗更多的有机酸。

水处理系统内的第一缺氧区可为或包括但不限于返回活性污泥（RAS）管路、第二澄清池、曝气池上游的储槽、曝气池内缺氧区及其组合。水处理系统可具有或包括不同于第一缺氧区的可选的第二缺氧区，但可为返回活性污泥（RAS）管路、第二澄清池、曝气池上游的储槽、曝气池内缺氧区及其组合。

现在转到图示，图1为水处理系统10的一个实施例的图示。流入废水12流入水处理系统，并进入曝气池16上游的第一缺氧区14。可将含氮化合物添加至第一缺氧区14。第二细菌可与第一细菌竞争可利用有机酸并胜出，从而减少第一细菌的选择性优势。此可导致第二细菌含量降低且废水系统性能较佳。经过一段时间后，第一细菌可被饿死并可被第二细菌取代。废水可从第一缺氧区14流向曝气池16且最终流出水处理系统，成为流出废水18。与在其他方面相同，但缺少含氮组合物的流出废水18相比，流出废水18的第一细菌含量可减少。

在非限制性例子中，废水可经由返回活性污泥管路（RAS）管路20从曝气池16流回缺氧区14，这取决于废水中存在的第一和/或第二细菌含量。在替代性非限制性实施例中，可将含氮组合物添加至除第一缺氧区14以外或作为第一缺氧区14备选方案的RAS管路20。

图2为水处理系统10的另一个非限制性实施例，其中第一缺氧区14可位于曝气池16下游，这取决于水处理系统10的构造。

图3为水处理系统10的另一个非限制性实施例，其除了第一缺氧区14外，还具有第二缺氧区22。可向第二缺氧区22中添加有效量的含氮组合物。废水可从第一缺氧区14流向曝气池16，然后流向第二缺氧区22且最终流出水处理系统10，成为流出废水18。在非限制性例子中，废水流可经由返回活性污泥管路（RAS）管路20从第二缺氧区22流回第一缺氧区14，形成回路，直至第一细菌的含量减少至期望水平。在替代性非限制性实施例中，可将含氮组合物添加至除第一缺氧区14、第二缺氧区22及其组合以外或作为其备选方案的RAS管路20。

在前述说明书中，已参照其特定实施例阐述本发明，且与在其他方面相同，但废水流缺少至少一种含氮化合物相比，所阐述的本发明对于提供方法和水处理系统来至少部分地减少废水流内第一细菌的含量有效。然而，显而易见的是，在不背离所附权利要求所阐明的本发明较广范围的情况下，可以对本发明作出各种修改和变化。因此，本说明书将以说明性而非限制性意义考虑。例如，落入所请求保护的参数内、但未特别地在特定组合物或方法中证实或试验的特定的第一细菌、第二细菌、缺氧区、含氮组合物、常量营养物、微量营养物和有机酸均被视为在本发明范围内。

本发明可适当地包含所公开元素、由其组成或基本上由其组成，且可在缺乏未公开元素的情况下实践本发明。例如，该方法可由以下组成或基本上由以下组成：将有效量的至少一种含氮化合物添加至水处理系统内的、具有第一细菌和至少一种有机酸的废水流中，从而与在其他方面相同但缺少含氮化合物的废水流相比，至少部分地减少废水流内有机酸的含量并减少废水流内第一细菌的含量；第一细菌可为或包括但不限于丝状细菌、无定形菌胶团细菌、指状菌胶团细菌及其组合；且第二细菌在消耗有机酸方面可胜过第一细菌。

具有废水流流过其中的水处理系统可由以下组成或基本上由以下组成：流入废水处理系统的流入废水流、至少一个缺氧区、曝气池及流出水处理系统的流出废水流，其中流出废水流与在其他方面相同，但缺少至少一种含氮化合物的流出废水流相比，第一细菌的含量减少；具有至少第一细菌和至少一种有机酸的流入废水流可流入水处理系统，其中第一细菌可为或包括丝状细菌、无定形菌胶团细菌、指状菌胶团细菌及其组合；缺氧区可具有或包括废水流、有效量的至少一种含氮化合物及第二细菌；第二细菌可为或包括兼性细菌、产孢细菌、酚降解细菌、反硝化细菌、有机酸降解细菌、高温细菌及其组合。