CN102388201A - 用于水处理系统的现场生成硝酸盐的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种仅仅使用装置附近吸取的环境空气的电弧等离子体装置和生成含氮化合物的方法。所述含氮化合物与水处理系统接触，从而现场形成硝酸盐。除去所述水处理系统中的硫化氢并且通过将硝酸盐引入所述系统中消除由硫酸盐还原菌(SRB)产生的硫化氢，借此，通过使用硝酸盐，反硝化微生物竞争可获得的碳营养物胜于硫酸盐还原菌，因此，防止SRB生成硫化氢。在含有反硝化微生物的水处理系统中生成的硝酸根离子可通过微生物提高原油采收率机制的方法来提高原油采收率。此外，电弧等离子体装置和方法消除了常规处理技术的主要成本和对连续供给天然气和水的需求，所述常规处理技术包括硝酸盐的运输和储存。

Description

用于水处理系统的现场生成硝酸盐的方法和装置
相关专利申请的交叉引用
2009年4月3日提交的美国优先申请第12/418,006号的说明书、附图、权利要求书以及摘要通过引用全部并入本文。
技术领域
本发明涉及现场生成产生水溶性硝酸根离子(NO3 -)的一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)并且使所述硝酸根离子与水处理系统接触的方法和装置，本发明尤其适用于油田中。
背景技术
一次采油产率通常少于给定的地质结构或储集层储量的50％。因此，注水被用于提高含有许多地下油藏的多孔岩石中的原油采收率。在提高原油采收率方面，水处理系统用于将水溶液注入储油层。水处理系统可包括配有收集或分配水溶液的装置或一些设备的地上设备，例如油井和气井、油水分离器、储水罐、水处理罐、管线以及注入井、水处理设备或水运输设备。已知注入过程产生硫化氢(H2S)，然而，硫化氢使储油层和储气层酸化并且使与油气采收作业有关的水处理系统和设备酸化。
硫化氢由硫酸盐还原菌(SRB)产生，硫酸盐还原菌将水处理系统和储油层以及储气层中的可溶硫酸盐(SO4)转化为硫化氢。这些细菌会在钻探石油的过程中产生，但是它们也会在钻探之前本身就存在的，并且已知这些细菌存在于几乎所有油田作业的水相中。这些细菌以及它们对油田的影响在例如J.R.Postgate，The Sulphate-Reducing Bacteria 2nd ed.(Cambridge University Press，1984)中描述。
储油层和储气层以及水处理系统受到硫酸盐还原菌(SRB)和硫化氢(H2S)的污染已成为主要操作问题并且提高了石油工业的成本。不期望的硫化氢量的存在导致严重的健康风险和安全性风险，严重腐蚀采油设备并且由于硫化铁颗粒的形成会大幅度地损伤油田的生产能力，所述硫化铁颗粒沉积并导致采收设备以及储油层和储气层堵塞，从而减小油体积并且降低开采的原油的商业价值。因此，已有深入的研究涉及防止硫化氢形成和/或一旦在油田应用中生成硫化氢就将其除去。
用硝酸盐处理受到影响的储油层和储气层以及水处理系统在降解存在的H2S和防止进一步产生H2S方面有效。例如，已知将硝酸盐和硝酸盐化合物加至含有SRB的系统中可降低所述系统中SRB的量，因此，降低由SRB产生的硫化氢的量。该方法依赖于脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)的菌株以及存在于油田水中的其他反硝化微生物。例如，通过向系统中引入硝酸盐来除去存在于水处理系统中的硫化氢并阻止硫酸盐还原菌产生硫化氢，借此，反硝化微生物利用硝酸盐并产生若干阻止SRB生成硫化氢的机制以及条件。
用于这个目的的硝酸盐通常通过氨氧化来形成或通过常规实践方法来开采，将得到的干硝酸盐运输，与液体溶液混合并储存在离油田非常近的地方或使用该硝酸盐的其他偏远的地方。通过供应链生产和运输干硝酸盐化合物的运送链具有许多安全问题和健康问题并且已证明所述运送链产生了不必要的花费，同时导致使用点的硝酸盐供应短缺和间歇供应或完全没有供应硝酸盐。目前，硝酸盐(1)以干形式来源于制造厂，(2)通过包括铁路、公路和海路运输在内的各种方式运输以及(3)储存在仓库待用。
运输和储存大量干硝酸盐或硝酸盐混合溶液引起许多安全问题和成本问题。一旦需要，就将硝酸盐运送至混合厂，与水混合成为可用的产品并再次运输，从而向远离硝酸盐生产起源地的大多数通常位于近海岸的地方和远离岸边的地方的油气生产作业供应。此外，大量硝酸盐必须储存在现场。
生产硝酸盐的常规方式使用Haber反应并且依赖于作为生产的主要成分的天然气的固定来源。生产厂依赖于与硝酸盐的成本有直接关系的天然气的价格。新的Haber型生产厂需要数亿美元经过多年来建造并且必须在战略上位于靠近天然气的可靠来源处。运输、储存以及混合成本也显著增加。因此，硝酸盐的价格达到历史最高并且由于需求持续增长预计硝酸盐的价格会随时间持续增长。
因此，需要经济且有效的方法来现场生产硝酸盐并使所述硝酸盐与水处理系统接触，从而，防止硫化氢的形式和/或除去在水处理系统中或由水处理系统供给的储油层和储气层中任何存在的硫化氢。此外，需要现场生产硝酸盐以及使硝酸盐与水处理系统接触的方法，所述方法在采油方面有用；这样，H2S污染不会负面地影响原油开采过程中使用的储层或设备。
发明内容
关于这些需求和其他需求，本发明提供现场生成含氮化合物并使所述含氮化合物与水处理系统接触的系统。本发明的系统包括(A)集成系统，(B)递送装置，以及(C)储油层和储气层，其中，所述集成系统由(i)吸取环境空气的压缩装置和(ii)与所述压缩装置连接的电弧等离子体反应器构成，所述电弧等离子体反应器处理存在于环境空气中的氧和氮并且使存在于环境空气中的氧和氮反应以形成含氮化合物，所述递送装置将集成系统与所述水处理系统相互连接，用于使所述含氮化合物与所述水处理系统接触以形成硝酸盐，所述储油层和储气层接收来自水处理系统的与所述含氮化合物结合的水。
本发明的另一方面涉及在设备处生成含氮化合物并且使所述含氮化合物与所述设备附近的水处理系统接触的方法，所述方法包括吸取环境空气中的氧和氮，用电弧等离子体反应器处理存在于环境空气中的氧和氮并且使存在于环境空气中的氧和氮反应以形成所述含氮化合物，使所述含氮化合物与所述水处理系统接触以形成硝酸盐并且将与所述含氮化合物结合的水运送至储油层和储气层。
附图说明
图1是根据本发明的一种实施方式现场生成硝酸盐并使所述硝酸盐与水处理系统接触的系统的框图。
图2是根据本发明的一种实施方式的电弧等离子体反应器的框图。
图3是根据本发明的一种实施方式的递送装置的框图。
图4是说明根据本发明的一种实施方式现场生成硝酸盐的方法的流程图。
具体实施方式
本发明可用于需要控制由SRB产生硫化氢或需要除去水处理系统中预先形成的硫化氢的任何地方。硫化氢腐蚀原油采收处理设备并且由于形成硫化铁沉淀可导致严重损伤设备的原油采收能力，所述硫化铁沉淀堵塞生产设备并且堵塞储油层和储气层，从而使油体积减少，这就使生产的油的市场价值降低。因此，在水处理应用中，必须控制存在于管线、罐和其他水处理设备和一些设备中的H2S。在水处理应用中加入硝酸盐和硝酸盐溶液对除去预先形成的H2S产生作用，此外，防止由SRB进一步产生H2S，所述硝酸盐和硝酸盐溶液可存在于系统中或可以后添加，例如，在油田钻探作业过程中添加。
用于该目的的硝酸盐通常被开采或通过氨氧化来生产，所述硝酸盐根据常规操作以干形式运输，与液体溶液混合并且储存在离油田很近的地方或其他偏远的地方来处理和使用。通过提供现场生成硝酸盐来避免与运输、混合和储存硝酸盐和硝酸盐溶液有关的伴随技术问题、安全问题和成本问题。为了现场(即，在接近设备的地方)生成硝酸盐，也将用于实施一些化学反应的系统设置在所述设备附近。所述系统至少需要水、天然气和环境空气，所有这些必须以有用的量存在于所述设备处。所述系统提取水、天然气和空气并且使用化学反应器处理这三者，从而形成硝酸根离子。典型地，所述化学反应器需要进行上述Haber化学反应，以及本领域还已知的Ostwald反应。由此生成的硝酸根离子然后可与水性系统接触，例如位于所述设备处的管线或罐。
虽然该系统解决了与运输和储存大量硝酸盐有关的若干问题，但是，现场生成硝酸盐的操作其本身存在障碍。首先，上述系统需要许多存在的且易于使用的原料。也就是说，必须存在水和天然气的供给并且还必须存在或建立提取水和天然气的系统。第二，使所获得的输入原料进行反应以获得硝酸盐是复杂的过程。该过程具有若干阶段，每个阶段需要不同的温度和压力。
可选地，Haber/Ostwald反应总体上是Birkeland-Eyde型反应，所述Haber/Ostwald反应可通过电弧等离子体来实施。在电弧等离子体中，当气体分子途径等离子体时，该等离子体产生高度离子化的气体，所述高度离子化的气体由不同的不稳定的且高反应性的化学物质流构成。根据一种实施方式，电弧等离子体可转化空气，使空气中所含的氮和氧转化成一氧化氮(N2+O2→2NO)，然后进行氧化，从而生成二氧化氮(2NO+O2→2NO2)。二氧化氮可溶于水，从而产生硝酸(3NO2+H2O→2HNO3+NO)。因此，与Haber/Ostwald反应不同，电弧过程的输入原料仅仅是空气和电能。
Haber/Ostwald反应已用作可选的有历史意义的Birkeland-Eyde反应，例如，用于生产合成肥料，因为，常规电弧等离子体需要非常大量的能量并且相比于Haber/Ostwald反应具有较低的硝酸盐产量。在油井和水处理应用中，在所产生的肥料(例如，硝酸盐)可发现快速应用的地方每日需要的硝酸盐相对较少并且在油井或水处理现场通常可获得大量能源。几种因素的这种结合大大有利于使用电弧等离子体方法现场生产硝酸盐。此外，在防止硫化氢以及提高原油采收应用方面，供应较大的能量消耗在经济上优于运输和储存硝酸盐或对连续供给水和天然气体的依赖。根据本发明，提供通过电弧等离子体方法现场生产硝酸根离子消除了对这种依赖的需求。
如上所述，具有电弧等离子体反应器的系统会使存在于环境空气中的氮和氧反应以产生含氮化合物。当这些含氮化合物与存在于水处理系统中的水接触时，硝酸根离子以前面讨论的方式产生。在水处理系统中存在的硝酸根离子减少并阻止了硫化氢的形成并且在油田具体应用中，提高了原油采收率。此外，该系统消除了包括运输和存储硝酸盐在内的常规技术的主要成本并且消除了对连续供给天然气和水的需求。
本发明的装置和方法不限于减少H2S或不限于油田应用。因此，本发明可用于控制含有水或具有水相的垃圾填埋地、冷却水塔、煤浆管线以及其他罐、管线或设备中的硫化氢。本发明的装置和方法可用于水处于地下的矿井、水污染物池塘或水注入系统。此外，本发明的方法适于在开采工业中应用以及各种其他环境应用，所述开采工业中的应用例如，用于金属开采(生物浸矿)和消除酸性矿井水排放，用于处理诸如污水之类的废水系统或用于处理在运输中受H2S污染的压舱水。
装置
如图1所示，根据本发明的一种实施方式的系统现场生成含氮化合物并且在水处理系统20中形成硝酸盐。水处理系统20可包括装配了收集或分配水溶液的装置或设备的地上设备，例如，油气井、油井分离器、储水罐、管线和注入井。根据一种实施方式，存在于水处理系统20中的水的来源可以是海水、回收生成的水或含水层水。根据一种实施方式，在使含氮化合物与水处理系统20接触之前，水处理系统20含有SRB和/或反硝化微生物以及硫化物氧化微生物。在其他实施方式中，水处理系统20本身含有用于反硝化微生物的碳源营养物。
集成系统10(图1所示)包括用于吸取环境空气(氮和氧)的压缩装置30。根据一种实施方式，集成系统10相对较小，这样可容易地根据需要将它运输至各种水处理系统20并从各种水处理系统20中运出。例如，集成系统10可以是常规办公桌的尺寸，大约3英尺×2英尺×5英尺。根据另一实施方式，集成系统10的尺寸可增加或减少以适应将用该集成系统操作的水处理系统20的尺寸和对硝酸盐的需求。此外，集成系统10可具有使集成系统10容易地运输至各个位置的轮子和/或垫木。
集成系统10还包括用于使来自环境空气中的氧和氮反应以形成含氮化合物的电弧等离子体反应器40。电弧等离子体过程可以是任何使氮和氧反应和处理氮和氧以获得诸如一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)之类的含氮化合物的过程。如图2所示，根据一种实施方式，电弧等离子体反应器40包括电极41、腔室42以及接口43和接口44。接口44向腔室42提供空气(氮和氧)。优选地，外部电源向电弧等离子体反应器40提供高压电流。电极41释放腔室42中接收的电流，所述电流产生高压电弧。所述电弧有效裂解氮分子和氧分子，从而形成氮氧化物(NO，NOx)。电弧等离子体反应器40通过接口43排出新生成的氮氧化物。
递送装置50与反应器40连接，递送装置50使所形成的含氮化合物与水处理系统20接触。根据一种实施方式以及图3所示，递送装置50包括用于将由反应器40形成的含氮化合物通过导管52泵入水处理系统20的泵51。
水处理系统20提供储存器60。储存器60可以是任何结构或环境，在该结构和环境中需要控制硫化氢和/或提高原油采收率。优选地，储存器60是储油层和储气层。根据一种实施方式，储存器60可以是垃圾填埋地、污水处理设备或其他地上或地下水储存设备。
控制器70可操作地与压缩装置30、反应器40和递送装置50连接。控制器70控制硝酸盐的生成速度和生成量。用于监测水处理系统20中的硝酸盐浓度的传感器80可操作地连接至控制器70。
操作
现在介绍通过使含氮化合物与集成系统10附近的水处理系统20接触现场生成硝酸盐的方法。优选地，将便携的集成系统10置于需要处理的水处理系统20的附近。根据一种实施方式和如图4所示，集成系统10的压缩装置30吸取环境空气并向电弧等离子体反应器40提供氧和氮。
如图4的步骤120所示，电弧等离子体反应器40处理环境空气中的氮和氧并使环境空气中的氮和氧反应，从而生成氧化氮离子(NO)。环境空气被压缩并随电能一同注入电弧等离子体反应器40的腔室42的一端，从而产生空气漩涡，所述空气漩涡形成超过2,000℃的高温等离子体弧。任何电能来源可用于驱动反应，包括燃煤电厂、燃气电厂或诸如风、太阳能或水力(水)之类的可再生能源。在这些温度下空气中的氮和氧发生反应，从而形成一氧化氮(N2+O2+热量→2NO)。管壁附近的冷却空气包含沿着管轴的电弧并且促进二氧化氮(2NO+O2→2NO2)的形成。
如图4的步骤130所示，通过电弧等离子体反应器40形成的含氮化合物通过递送装置50与水处理系统20接触。当将所形成的一氧化氮和二氧化氮化合物引入水处理系统20中时，化合物溶解并形成硝酸盐(3NO2+H2O→2HNO3+NO)。含氮化合物可以分批的方式或连续的方式加至水处理系统20中。根据本发明的一种实施方式，水处理系统20与含氮化合物接触一次。在可选的实施方式中，水处理系统20与含氮化合物重复接触。处理方法的选择由待处理的系统调节。因此，如果待处理的是单一油井，那么单独注入一批硝酸盐和亚硝酸盐可以是最有用的。如果待处理的是整个水处理系统，那么连续处理可以是最佳的。
控制器70和传感器80调节和监测水中硝酸盐的浓度(步骤140)。在所使用的集成系统10中的应用(例如，还原H2S，提高原油采收率)将决定如何操作控制器70和传感器80。控制器70和传感器80的操作可以是自动的。此外，控制器70和传感器80可以配置成远程监测。自动和远程监测有利于提高安全性测量。就减少H2S和提高原油采收率而言，考虑的因素在下面依次讨论。
减少硫化氢
就减少H2S而言，根据本发明的一个方面，重要的考虑因素是形成足够的硝酸盐以促进反硝化微生物的生长，所述反硝化微生物通常与SRB一同存在于水处理系统20中。如果这些反硝化微生物不存在或不存在足够量，那么，反硝化微生物与硝酸盐可一同加入水处理系统20中。对于本领域来说反硝化菌是已知的并且在例如THE PROKARYOTES：A HANDBOOK ON HABITATS，ISOLATION，AND IDENTIFICATION OF BACTERIA，卷1-4(Springer-Verlag，1981)中描述。这些细菌利用硝酸盐或亚硝酸盐作为最终电子受体，即，细菌通过呼吸硝酸盐或亚硝酸盐如同动物呼吸氧气一样来获得能量。一些细菌将硝酸盐(NO3)转化为NO2、N2O和N2，同时，其他细菌将硝酸盐转化为NH3。反硝化菌可在与SRB使用的碳源/能量源相同的碳源/能量源上生长并且由于考虑到热力学因素和生理学因素，反硝化菌是好得多的碳源/能量源竞争者，因此，拒绝向SRB给予用于SRB生长和随后形成硫化物的碳源/能量源。其他生长条件和机制也由破坏存在的硫化氢以及阻断SRB产生硫化物的能力的反硝化菌来建立。熟知本领域知识的那些技术人员使用上述原则可容易地确定待形成的硝酸盐的合适的量，从而除去任何预先形成的硫化氢并且防止SRB生成额外的硫化氢。
提高原油采收率
根据本发明的另一实施方式，控制器70决定在水处理系统20中生成的硝酸盐的浓度，水处理系统20向储油层提供水溶液以实现提高原油采收率，也被称为微生物作用提高原油采收率。受硝酸盐刺激的反硝化微生物将作为化学剂起作用，它在微生物提高原油采收率方法中产生诸如分水、生物聚合物、生物溶剂、生物表面活性剂、生物气体等等代谢产物和机制。也就是说，反硝化菌以及这些细菌的产物通过包括分水在内的上述机制导致油的释放，所述分水在高渗透性区域发生，使得水被优先转移进入较低渗透性的区域，导致促进油的移动。
因此，在水处理系统20中生长的反硝化菌不仅仅除去了存在的硫化氢以及防止额外的硫化氢形成，还使水处理系统20可用于通过微生物作用方法提高原油采收率。在采油步骤之前或采油步骤过程中，在水处理系统20中形成硝酸盐，这样硫化氢不进入地下层。然后，水处理系统20可用于提高原油采收率的方法中，这本身是已知的。例如，通过微生物作用以及代谢物处理过的水处理系统20用于注入地下含油层以代替该地层中的油，所述微生物作用以及代谢物产生包括上述生物表面活性剂、生物溶剂、生物聚合物和生物气体在内的条件、机制以及生物产物，已知所有这些有助于增加油产量。含有反硝化菌且具有降低的硫化氢或没有硫化氢的水处理系统20对于原油采收更加有效，因为硫化铁沉淀的堵塞作用被消除，并且对生产设备的腐蚀、破坏情况较少，所述腐蚀和破坏情况通常增加了原油采收作业的成本并且最终导致很早放弃油田。
因此，对于在提高原油采收率方面的应用而言，本发明适用于水处理系统20。本发明降低了存在于地下层中的硫化氢的量，这防止了油的酸化、堵塞和腐蚀。消除了与干硝酸盐的生产和运输有关的健康问题和安全问题，因为不生产干硝酸盐并且反应器生成的离子通过水立即溶解成为硝酸盐。现场生成硝酸盐将确保恒定、连续并且低成本的提供对抗H2S污染物以及提高油产量所需的硝酸盐。
虽然现场生成硝酸盐的具体应用涉及油气田用途，相同的现场生成硝酸盐可用于其它水性情况，在所述水性情况中具有硫化物问题以及发生了硫化物问题，并且所述硫化物问题导致操作腐蚀和由生物硫化物的产生所带来的健康问题和安全问题。实例为污水厂作业和垃圾填埋地，其中，将硝酸盐运输并储存在这些地方是危险的、高成本的、环境不可接受的或不实际的。仅需要空气和电力的现场生成硝酸盐的存在使得这些个体显著适于隔离的或偏远的地方，所述隔离的或偏远的地方需要硝酸盐但是从非现场生产以及运输链来递送硝酸盐是不实际或不经济的，所述电力可通过诸如风、水或太阳能之类的清洁的可再生的能源现场产生。具有电弧等离子体的现场生成硝酸盐的这些额外用途是可包括作为现场肥料来源的在各种农业地区中应用的方法。

Claims (22)

1.一种现场生成含氮化合物并且使所述含氮化合物与水处理系统接触的系统，所述系统包括：
(A)集成系统，所述集成系统由(i)吸取环境空气的压缩装置和(ii)与所述压缩装置连接的电弧等离子体反应器构成，所述电弧等离子体反应器处理所述环境空气中的氮和氧并且使所述环境空气中的氮和氧发生反应，从而形成所述含氮化合物；
(B)递送装置，所述递送装置将所述集成系统与所述水处理系统相互连接，用于使所述含氮化合物与所述水处理系统接触，从而形成硝酸盐；以及
(C)储油层和储气层，所述储油层和储气层接收来自所述水处理系统中的与所述含氮化合物结合的水。
2.如权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括控制器，所述控制器可操作地与所述压缩装置、所述电弧等离子体反应器和所述递送装置中的每一个连接，并且所述控制器被配置为控制所述含氮化合物的生成速度和生成量。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述含氮化合物为一氧化氮NO或二氧化氮NO2中的至少一种。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述水处理系统包括管线、罐、井、水处理设备或水运输设备中的一种或一种以上。
5.如权利要求1所述的系统，其中，所述递送装置还包括(i)从所述集成系统延伸至所述水处理系统的导管，和(ii)用于将所述含氮化合物通过所述导管移送至所述水处理系统的泵。
6.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括用于监测所述水处理系统中硝酸盐的浓度的传感器。
7.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括用于运送所述集成系统的垫木或轮子。
8.如权利要求1所述的系统，其中，调节所述集成系统的尺寸以符合所述水处理系统的硝酸盐的需求。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述压缩装置、所述电弧等离子体反应器以及所述递送装置是自动的。
10.一种在设备处生成含氮化合物并使所述含氮化合物与所述设备附近的水处理系统接触的方法，所述方法包括：
(A)从环境空气中吸取氧和氮；
(B)用电弧等离子体反应器处理存在于所述环境空气中的氧和氮并且用所述电弧等离子体反应器使存在于所述环境空气中的氧和氮反应，从而形成含氮化合物；
(C)使所述含氮化合物与所述水处理系统接触，从而形成硝酸盐；以及
(D)将与所述含氮化合物结合的水送至储油层和储气层。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述含氮化合物是一氧化氮NO或二氧化氮NO2中的至少一种。
12.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括监测所述水处理系统中硝酸根离子(NO3)的浓度的步骤。
13.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括下述步骤：使所述含氮化合物与所述水处理系统接触，从而导致在所述水处理系统中形成足以控制硫化氢并且提高原油采收率的浓度的硝酸根离子。
14.如权利要求10所述的方法，其中，所述水处理系统包含硫酸盐还原菌。
15.如权利要求10所述的方法，其中，所述水处理系统包含反硝化微生物和硫化物氧化微生物。
16.如权利要求10所述的方法，所述方法还包括在将所述含氮化合物加至所述水处理系统之前、之时或之后，将反硝化微生物加至所述水处理系统中。
17.如权利要求10所述的方法，所述方法为分批方法，通过所述分批方法，所述水处理系统与所述含氮化合物接触一次。
18.如权利要求10所述的方法，所述方法为连续方法，通过所述连续方法，所述水处理系统与所述含氮化合物重复接触。
19.如权利要求15所述的方法，其中，所述水处理系统本身包含用于所述反硝化微生物的碳源营养物。
20.如权利要求15所述的方法，其中，用于所述反硝化微生物的碳源营养物在所述含氮化合物加至所述水处理系统之前、之时或之后加至所述水处理系统中。
21.一种现场生成含氮化合物并且使所述含氮化合物与水处理系统接触的系统，所述系统包括：
(A)集成系统，所述集成系统由(i)吸取环境空气的压缩装置和(ii)与所述压缩装置连接的电弧等离子体反应器构成，所述电弧等离子体反应器处理存在于所述环境空气中的氧和氮并且使存在于所述环境空气中的氧和氮反应，从而形成所述含氮化合物；
(B)递送装置，所述递送装置将所述集成系统与所述水处理系统相互连接，用于使所述含氮化合物与所述水处理系统接触，从而形成硝酸盐；和
(C)垃圾填埋地，所述垃圾填埋地接收来自所述水处理系统的与所述含氮化合物结合的水。
22.一种现场生成含氮化合物并且使所述含氮化合物与水处理系统接触的系统，所述系统包括：
(A)集成系统，所述集成系统由(i)吸取环境空气的压缩装置和(ii)与所述压缩装置连接的电弧等离子体反应器构成，所述电弧等离子体反应器处理存在于所述环境空气中的氧和氮并且使存在于所述环境空气中的氧和氮反应，从而形成所述含氮化合物；
(B)递送装置，所述递送装置将所述集成系统与所述水处理系统相互连接，用于使所述含氮化合物与所述水处理系统接触，从而形成硝酸盐；和
(C)地下水供给装置，所述地下水供给装置接收来自所述水处理系统的与所述含氮化合物结合的水。
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