專利名稱：有機解偶聯(lián)劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及有機衍生物和它們作為解偶聯(lián)劑的用途。本發(fā)明涉及這些解偶聯(lián)劑在含水體系，特別是在廢水處理裝置中，控制細菌生物質(zhì)的應用，以及這些試劑的用途和使用這些試劑的方法。
背景技術：
分子的解偶聯(lián)活性在于對細菌細胞能量起作用，以此來減少廢水中生物質(zhì)的生產(chǎn)，同時保持細菌細胞的生物降解有機分子的凈化活性。與細胞呼吸相關的生物化學和機理的詳細內(nèi)容在出版物，例如《Biochemistry》，第三版，作者Lubert Stryer,編輯ff. H. Freemen 公司，紐約，美國，1998,和《General Microbiology)),第三版，作者RogerY.Stanier、Michanel Doudoroff 和 EdwardA. Adelberg,編輯Macmillan, 1971 中有討論。 分子對細菌生長的解偶聯(lián)活性總的表現(xiàn)在細菌能量失衡引起的氧氣的過度消耗。對于在廢水處理裝置(隨后用法語縮寫STEP表示)中的應用，當能夠在生產(chǎn)源頭顯著減少活性污泥的情況下，分子的這種解偶聯(lián)活性是讓人感興趣的。廢水處理中生物質(zhì)和活化污泥的產(chǎn)生，來源于對廢水中營養(yǎng)物的消耗。通過呼吸過程，營養(yǎng)物被氧化，其釋放的能量可以被微生物在細胞分裂中利用。目前，通過氧化磷酸化現(xiàn)象，營養(yǎng)物的消耗促使細菌細胞膜處的質(zhì)子流產(chǎn)生；質(zhì)子流可以形成質(zhì)子梯度從而在ATP合成酶復合物上使得ADP+P合成ATP (三磷酸腺苷)的質(zhì)子泵運轉(zhuǎn)。ATP在細胞過程(包括細胞分裂)中給細胞提供能量。如果能夠避免能量釋放，則通過抑制能量的產(chǎn)生，將會促使生物質(zhì)生產(chǎn)的降低。解偶聯(lián)相當于抑制ATP形式的能量供應的形成。解偶聯(lián)劑減少了碳消耗的能量產(chǎn)率，同時增加了碳被氧化成CO2的比例。解偶聯(lián)因此表現(xiàn)為更少的生物質(zhì)產(chǎn)生和更多的氧氣消耗。在廢水處理中產(chǎn)生的細菌生物質(zhì)的移除是昂貴的，因此，生物質(zhì)的減少將使得移除費用減少。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供解偶聯(lián)分子，其效率通過在源頭，即城市廢水處理裝置的曝氣池中，生物污泥的產(chǎn)生減少了至少30%來衡量。本發(fā)明的另一個目的是提供解偶聯(lián)分子，其效率實質(zhì)上相當于，或者甚至高于參照分子THPS(四羥甲基硫酸磷鎗)，在專利申請W02004/113236中已經(jīng)公開了 THPS對于減少生物污泥產(chǎn)生的效率。本發(fā)明的另一個目的在于提供替代THPS的解偶聯(lián)分子，其非生物降解性和生物降解性慢于THPS，但是所述的分子并不是不能夠降解的(不能降解將導致環(huán)境問題)。本發(fā)明的另一個目的是提供了解偶聯(lián)分子，其毒理學和生態(tài)毒理學特征是令人滿意的并且適合于其在STEP中的應用。事實上，這些分子對環(huán)境的影響很弱，并且最后是可降解的，同時由于其具有生物和非生物降解性使得它們能夠?qū)毦镔|(zhì)有令人滿意的反應性。這些目的和其他的目的可以通過本發(fā)明來實現(xiàn)，本發(fā)明實際上涉及能夠控制水介質(zhì)中細菌生物質(zhì)的生長的方法，包括向含水體系中加入，或者使含水體系接觸，有效量的選自香草醛、季戊四醇、和式(I)所示的甜菜堿的解偶聯(lián)劑(R) 3N+-[CH2]n_C02 (I)其中，基團R可以相同或不同，其選自直鏈或枝化的具有1-8個碳原子的烷基，η為包含在1-5之間的數(shù)字。優(yōu)選地，R為甲基，η為1，且式(I)的產(chǎn)品在文獻中表示為三甲基甘氨酸，N-三甲基甘氨酸，甘氨酸甜菜堿或者式(2)的甘氨酸(CH3)3N+-CH2-CCV (2)添加入含水體系的解偶聯(lián)劑的有效量可以多至5000mg/l，例如至多3000mg/l，如至多1000mg/l。優(yōu)選地，添加入含水體系的解偶聯(lián)劑的有效量為O. 005mg/l至500mg/l，例 如O. OImg/1至300mg/l,如從O. 05mg/l至100mg/l。更優(yōu)選地,解偶聯(lián)劑的有效量從O. Img/I 至 10mg/l,例如從 O. 5mg/l 至 7. 5mg/l，例如從 Img/1 至 5mg/l。解偶聯(lián)劑可以與以下的一種或者多種處理廢水中常規(guī)使用的化學物質(zhì)配制表面活性劑消泡劑阻垢劑防腐蝕劑殺生物劑絮凝劑加速固體/水分離的試劑和分散劑。優(yōu)選地，所述的含水體系為用于處理工業(yè)和城市污水的廢水處理裝置。該設施通過在缺氧、有氧過程(例如脫硝作用)中使用微生物，處理來自工業(yè)(例如造紙業(yè)、食品加工業(yè)、化學工業(yè))和/或生活和辦公建筑和類似設施的廢水，消耗有機污染物，使得水適合重復利用或者排放到環(huán)境中。本發(fā)明因此提出了控制含水體系中細菌生物質(zhì)生長的方法，包括將有效量的上述解偶聯(lián)劑直接與細菌生物質(zhì)接觸。為了應用此方法，推薦在有限的時間內(nèi)使最大量的活性污泥與解偶聯(lián)劑接觸，以獲得后者的最優(yōu)功效。因此，在實驗室的小規(guī)模生物試驗中，解偶聯(lián)劑與細菌生物質(zhì)的直接接觸通過稱作“瞬時給藥”或“瞬時混合”的快速混合(flash mixing)而完成。此外，解偶聯(lián)劑的有效量可以是相對于存在于所述含水體系污泥中的每克固體(以干物質(zhì)表示)，含有O. I至1000毫克解偶聯(lián)劑，優(yōu)選O. 5至750mg/g，例如，I至500mg/g 或 5 至 100mg/g。通過快速地使細菌生物質(zhì)與解偶聯(lián)劑直接接觸(換句話說是最優(yōu)混合)，發(fā)現(xiàn)這促使解偶聯(lián)劑控制細菌生物質(zhì)的效率提高了。如果解偶聯(lián)劑僅是簡單地直接加入到含有污泥的生物反應器中，由于解偶聯(lián)劑可以與其他存在于生物反應器中的物質(zhì)相互作用，會發(fā)現(xiàn)解偶聯(lián)劑的效率大幅降低了，因而解偶聯(lián)劑的作用大幅降低了。
具體實施例方式以下的實施例闡明了本發(fā)明但是不用于限定本發(fā)明。實施例I Oxitop篩詵試駘中有機衍牛物俥得污泥減小的示例:為了評估篩選中化學解偶聯(lián)劑對污泥產(chǎn)生量的減少，使用呼吸計量技術的Oxitop 氣缸。將已知的菌株和活化污泥的代表(因為它們是在曝氣池中分離的)接種于含有一定濃度解偶聯(lián)劑的培養(yǎng)基中7天。通過比較處理的接種體和對照(未處理的接種體)的呼吸作用，可以測定氧氣的過度消耗，這是對細菌解偶聯(lián)效果的生理指標。所用的方法和實驗儀器是描述于本文所引用的參考文獻W02004/113236的實施例3中的那些。
以下表I收集了對菌株Shinella granuli的篩選試驗結果。它們是以相對于對照(不含有任何解偶聯(lián)劑)的解偶聯(lián)百分率表示。THPS (四羥甲基硫酸磷鎗)在額定濃度3ppm時在Oxitop 呼吸計量試驗中產(chǎn)生16±8%的解偶聯(lián)效應，就解偶聯(lián)因子為[10-22]而言，THPS的置信區(qū)間為95%，這些值是通過計算26個Oxitop 實驗結果得到的。表I
I釀
0. Ippm 0.5ppm I ppm 2 ppm 3 ppm 8 ppm 10 ppm 20 ppm
16%*
THPS
______[10-22]____
18%-2521%-21
香麵 5% 18% 14%15%-22%18%-23% 18%
% %
15-17%- 21-21%- 季戊四醇 2% 8% 19% 22% _______17%___19%___
20%-26 20%-26 甜麵 5% 18% 0%24%-25%12-20%
% %在此階段還對這些分子的毒理學和生態(tài)毒理學特性進行了評估，從而使得在后續(xù)的生物小規(guī)模試驗評估階段進行以前選擇出最有前景的分子。從表I中，可以看出香草醒最少在0. 5ppm就具有效果,并且到至多20ppm都有效果。篩選試驗中，季戊四醇具有效果的濃度范圍包含在2_20ppm之間，其具有顯著的解偶聯(lián)因子，因為解偶聯(lián)因子接近于20%。甜菜堿在2_8ppm的濃度范圍內(nèi)擁有最優(yōu)的效率。
權利要求
1.控制含水體系中細菌生物質(zhì)生長的方法，其包括向含水體系中加入，或者使得含水體系接觸，有效量的選自香草醛、季戊四醇和式(I)所示的甜菜堿的解偶聯(lián)劑(R)3N = [CH2] n = CO2 (I) 其中基團R可以相同或不同，選自直鏈或枝化的具有1-8個碳原子的烷基，n為包含在1-5之間的數(shù)字。
2.如權利要求I所述的方法，其特征在于式(I)中，R為甲基，n為1，且式(I)的產(chǎn)品為三甲基甘氨酸，N-三甲基甘氨酸，甘氨酸甜菜堿或甘氨酸。
3.如權利要求I或2所述的方法，其特征在于所述解偶聯(lián)劑的有效量是包括在0.005和5000mg/l之間。
4.如權利要求3所述的方法，其特征在于所述解偶聯(lián)劑的有效量是包括在0.01和IOOOmg/1 之間。
5.如權利要求4所述的方法，其特征在于所述解偶聯(lián)劑的有效量是包括在0.01和300mg/l 之間。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于所述解偶聯(lián)劑的有效量是包括在0.05mg/l至IOOmg/1 之間。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于所述解偶聯(lián)劑的有效量是包括在0.lmg/1至IOmg/1 之間。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于所述解偶聯(lián)劑的有效量是包括在0.5mg/l至7.5mg/l 之間。
9.如權利要求8所述的方法，其特征在于所述解偶聯(lián)劑的有效量是包括在lmg/1至5mg/l之間。
10.如權利要求I所述的方法，其特征在于對于存在于所述含水體系污泥中的以干物質(zhì)表示的每克固體，所述解偶聯(lián)劑的有效量是在0. Img至IOOOmg之間。
11.如權利要求10所述的方法，其特征在于對于存在于所述含水體系污泥中的以干物質(zhì)表示的每克固體，所述解偶聯(lián)劑的有效量是在Img至500mg之間。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于對于存在于所述含水體系污泥中的以干物質(zhì)表示的每克固體，所述解偶聯(lián)劑的有效量是在5mg至IOOmg之間。
13.如前述任一權利要求所述的方法，其特征在于所述的含水體系為處理工業(yè)和城市廢水的廢水處理裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制含水體系中細菌生物質(zhì)生長的方法，其包括向含水體系中加入，或者使得含水體系接觸，有效量的選自香草醛、季戊四醇和式(1)所示的甜菜堿的解偶聯(lián)劑(R)3N+＝[CH2]n＝CO2-(1)，其中基團R可以相同或不同，選自直鏈或枝化的具有1-8個碳原子的烷基，n為1-5的數(shù)。
文檔編號A01P1/00GK102711457SQ201080042496
公開日2012年10月3日 申請日期2010年7月26日 優(yōu)先權日2009年9月22日
發(fā)明者A·皮拉斯-貝格, G·莫羅, L·盧韋爾, P·瑪麗昂, P·馬沙爾, R·雅科 申請人:羅迪亞運營公司