專利名稱：一氧化二氮的獲取方法
一氧化二氮的獲取方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及通過微生物過程或酶過程從含氮物質(zhì)，特別是從含有含氮化合物、特別是銨化合物的生物質(zhì)和/或廢物和/或廢水和/或其它物質(zhì)獲取一氧化二氮(N2O)的方法，一氧化二氮也稱為笑氣。含氮物質(zhì)根據(jù)本發(fā)明例如是工業(yè)或家庭廢水，如在凈化設(shè)備，特別是社區(qū)凈化設(shè)備中所凈化的廢水。為此在這些凈化設(shè)備中通常使用微生物。其中在逐步氧化中在氧參與下，特別是通過使用所謂的氧化劑，例如通過銨氧化劑和亞硝酸鹽氧化劑，首先將銨或其它含氮化合物氧化成亞硝酸根離子或硝酸根離子。這種反應(yīng)順序在文獻中稱為硝化作用。在這種情況下，相應(yīng)的基礎(chǔ)化學(xué)反應(yīng)通常被酶催化。在此方面起作用的酶例如是單加氧酶、羥胺氧化還原酶以及亞硝酸鹽氧化酶。這種方法的缺點是，硝化作用的工藝步驟，特別是向廢
水中引入或“吹入”氧氣或空氣是高耗能的。通常要控制硝化作用的工藝步驟，使得所有含氮物質(zhì)的氮含量盡可能被完全氧化成硝酸根離子。向凈化槽中吹入空氣或氧氣的臨時或局部工段通常稱為需氧階段。通過隨后的還原反應(yīng)，存在的硝酸根離子或有時存在的亞硝酸根離子被逐步還原為氮氣(N2)。該氮氣逃逸到大氣中。對于該還原反應(yīng)，在凈化設(shè)備中通常使用微生物。與含氮物質(zhì)的氧化反應(yīng)類似，亞硝酸根離子或硝酸根離子的還原反應(yīng)通常通過合適的微生物酶進行催化。其中，通常是將硝酸根離子通過硝酸鹽還原酶還原為亞硝酸根離子，將亞硝酸根離子通過亞硝酸根還原酶還原為一氧化氮，將一氧化氮通過一氧化氮還原酶還原為一氧化二氮，和將一氧化二氮通過一氧化二氮還原酶還原為氮氣(N2)。這一過程通常也稱為脫硝化作用。通?？刂泼撓趸饔玫墓に嚥襟E，使得存在的硝酸根離子和/或亞硝酸根離子盡可能完全被還原成氮氣。不向凈化槽中吹入空氣或氧氣的臨時或局部工段通常稱為厭氧階段。將合適的微生物用于使銨離子或含氮組分的其它含氮化合物氧化成為亞硝酸根離子或硝酸根離子的所述生物氧化反應(yīng)，和用于硝酸根離子和/或亞硝酸根離子的隨后的所述生物還原反應(yīng)。這些微生物通常也稱為硝化菌或脫硝化菌。根據(jù)工藝步驟的不同，對此合適的有異養(yǎng)和自養(yǎng)細菌、無機自養(yǎng)或化能自養(yǎng)微生物、真菌、寄生物或噬菌體。使用的硝化菌一般是亞硝化球菌屬以及亞硝化弧菌屬、亞硝化單胞菌屬、亞硝化螺菌屬、亞硝化刺菌屬(Nitrosospina)和亞硝化葉菌屬以及硝化桿菌屬的細菌。通常,脫硝化作用的能力在原核生物內(nèi)廣泛傳播。合適的自養(yǎng)細菌例如是脫氮副球菌或脫氮流桿菌。使用的異養(yǎng)細菌例如是施氏假單胞菌。此外，經(jīng)常使用的微生物有Pseudomonas poutida、突光假單胞菌以及糞產(chǎn)堿菌以及黃桿菌屬、節(jié)桿菌屬、無色桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、莫拉氏菌屬、假單胞菌屬和生絲微菌屬中的其它代表菌種。通過使用硝化菌和脫硝化菌的相應(yīng)組合，在廢水處理以及在其它含氮物質(zhì)的處理范圍內(nèi)，通常追求的是將含氮化合物中的氮含量完全氧化成硝酸根離子和/或亞硝酸根離子以及隨后將硝酸根離子和/或亞硝酸根離子完全還原為氮氣(N2)。硝化作用和脫硝化作用的工藝順序在各種成熟的方法中以不同的方式實現(xiàn)。因此，作為對上述順序即首先進行硝化作用和隨后實現(xiàn)脫硝化作用的替代，可以在其中部分和/或完全進行硝化作用的需氧階段之前執(zhí)行其中部分和/或完全發(fā)生脫硝化作用的厭氧階段。在兩個工藝順序變型中通過將各自離開最后階段的廢水或水/泥漿混合物部分地循環(huán)，實現(xiàn)將含氮化合物的氮含量盡可能完全地最后轉(zhuǎn)變成氮氣(N2)。此外可以在一個槽級聯(lián)中，即在其中多個脫硝化作用槽和硝化作用槽交替串聯(lián)的裝置中，實現(xiàn)廢水凈化。此外可以在同一個槽中通過關(guān)閉和開啟氧或空氣的輸送實現(xiàn)交替的脫硝化作用，即硝化作用和脫硝化作用按時間分開進行。即使在最后提到的兩種變型中，任選地通過廢水或水/泥漿混合物的部分循環(huán)可以實現(xiàn)養(yǎng)分盡可能完全分解，即例如含氮化合物的氮成分盡可能地轉(zhuǎn)化為氮氣(N2),從而實現(xiàn)改善的廢水凈化。用于廢水凈化的這些成熟方法的主要缺點是它們的能耗高，這主要是因為用于氧化反應(yīng)的空氣或氧氣輸送的高要求所引起的。此外，含氮物質(zhì)中的含氮化合物在硝化作用和脫硝化作用范圍內(nèi)向很大程度上惰性的和物質(zhì)或能量上不可進一步利用的氮氣的盡可能完全轉(zhuǎn)化構(gòu)成了用于廢水凈化的所有這些成熟方法和工藝的缺點。因此無法在物質(zhì)上和 能量上利用含氮物質(zhì)、特別例如在凈化設(shè)備中借助于硝化作用和脫硝化作用所凈化的廢水中的氮組分中存在的潛力。此外，不利的是，在凈化設(shè)備中盡可能完全的硝化作用和盡可能完全的脫硝化作用范圍內(nèi)，由于方法設(shè)定差和不希望的副反應(yīng)，會以很少的量生成對氣候有害的氣體如一氧化二氮作為副產(chǎn)物并逃逸到大氣中。此外，不利的是，目前，待凈化的廢水在進入凈化設(shè)備之前或在進入完全或部分厭氧或需氧階段之前在凈化設(shè)備內(nèi)部通常未經(jīng)濃縮。因此必須在凈化設(shè)備中處理、運輸和任選地加熱大量的廢水。由此在凈化設(shè)備中對于廢水運輸和任選地對于廢水加熱導(dǎo)致高能耗以及導(dǎo)致凈化設(shè)備對空間的高需求。能耗最小化成為大量研究和科學(xué)工作的焦點。為改善凈化設(shè)備的總物質(zhì)平衡和總能量平衡，通常討論的是對廢水中含有的物質(zhì)在物質(zhì)上和能量上的應(yīng)用。其中的一個例子是例如通過沼氣或生物氣體(CH4)的制備和能量利用，在物質(zhì)上和能量上利用廢水中的含碳化合物。此外，應(yīng)用更新的方法凈化含氮廢水如所謂的ANAMM0X工藝、SHARON、BABE或CANON工藝提供了降低凈化設(shè)備能耗的可能性。這些通過應(yīng)用替代的微生物和實現(xiàn)相應(yīng)匹配的工藝控制和工藝順序得以實現(xiàn)。此外在討論廢水中含有的資源的潛在物質(zhì)利用范圍中，例如討論了將含磷廢水成分用于制作肥料。關(guān)于降低不希望的對氣候有害的凈化設(shè)備排放物，特別是避免基于因為例如工藝設(shè)定不精確以及方法缺陷和不希望出現(xiàn)的副反應(yīng)引起的不完全硝化作用或脫硝化作用產(chǎn)生的凈化設(shè)備的一氧化二氮排放物，目前討論了如何通過合適的微生物和工藝技術(shù)和工藝控制技術(shù)措施避免這種排放物的可能性，并因此能夠?qū)崿F(xiàn)完全的硝化作用和脫硝化作用。相反，未討論廢水中含有的氮組分的物質(zhì)和能量利用。因此，目前大部分是通過技術(shù)和能量上耗費的方法，特別是在氮氣作為反應(yīng)承載的起始物和/或其后續(xù)產(chǎn)物的參與下，制備含氮化合物。因此，一氧化二氮(也稱為笑氣，并例如用作為用于燃燒的氧化劑，例如用于火箭驅(qū)動，或用作麻醉劑)的制備目前一般通過將特別是從氮氣(N2)和氫氣(H2)制備的氨進行催化氧化，或?qū)⑾跛徜@熱分解來進行。這種制備一般來說是耗能和技術(shù)復(fù)雜的。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的通過微生物過程或酶過程從含氮物質(zhì)獲取一氧化二氮(N2O或笑氣)的方法中，對所使用的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合進行選擇，或者進行操作，或通過合適的措施部分或完全可逆地和/或不可逆地進行抑制，或例如通過合適的工藝條件對相應(yīng)的微生物過程或酶過程進行控制，使得從含氮物質(zhì)的含氮化合物部分地或完全地形成一氧化二氮(N2O)。此夕卜，選擇相應(yīng)的工藝條件，使得相應(yīng)使用的有助于笑氣生產(chǎn)和/或參與的反應(yīng)順序和/或含氮物質(zhì)處理的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合的存在盡可能保持，或如果可能的話，通過繁殖而提高，且笑氣生產(chǎn)所基于的反應(yīng)和/或其伴生的反應(yīng)順序和/或用于處理含氮物質(zhì)處理的反應(yīng)或工藝盡可能完全和快速地進行。在這些反應(yīng)中生成的一氧化二氮經(jīng)分離、接收、收集、必要時進行凈化和/或輸送到其它工藝，特別是燃燒工藝，例如用于凈化和生物氣體燃燒的方法中。本發(fā)明意義上的含氮物質(zhì)特別是例如在凈化設(shè)備被凈化的工業(yè)和社區(qū)廢水，或是 農(nóng)業(yè)上產(chǎn)生的液體、固體或泥漿，例如糞水和糞肥，或含氮生物質(zhì)和廢料，特別是例如在生物氣體獲取中產(chǎn)生的廢料或物質(zhì)或廢水。本發(fā)明方法的優(yōu)點是，可以特別是在凈化設(shè)備中使一氧化二氮的制備與例如含氮物質(zhì)的處理或凈化結(jié)合。因此，例如可以通過在硝化作用或脫硝化作用之前、之后、期間和/或取而代之的合適措施，在需氧和/或部分或完全厭氧的階段中，實現(xiàn)成本有利的能量和技術(shù)上低要求的獲取一氧化二氮的有利方法。此外，通過使用該方法和根據(jù)本發(fā)明對一氧化二氮的能量利用，例如通過在用于沼氣和生物氣體燃燒的設(shè)備或過程中的燃燒，提高該方法或燃燒過程的能量獲取，和因此改善沼氣設(shè)備和/或生物氣體設(shè)備的總能量平衡。此夕卜，通過在凈化設(shè)備或處理或凈化含氮物質(zhì)的工藝中根據(jù)本發(fā)明合適匹配硝化階段，降低空氣或氧氣消耗和因此也降低該階段的能耗和從而降低該過程或凈化設(shè)備的總能耗。另夕卜，通過根據(jù)本發(fā)明將硝化階段和/或脫硝化階段以及任選地其它工藝階段進行包封或氣密性封閉，大大地降低了或完全避免了凈化設(shè)備所不希望的、正如目前由于方法缺陷和不希望的副反應(yīng)所可能導(dǎo)致出現(xiàn)的一氧化二氮排放。因為N2O是一種對氣候非常有害的氣體，通過這一措施顯著降低了凈化設(shè)備引起的氣候負擔(dān)。根據(jù)本發(fā)明方法的另一優(yōu)點是，通過根據(jù)本發(fā)明任選地濃縮含氮物質(zhì)，一方面獲得了凈化的水，任選地飲用水，另一方面降低了例如待處理的含氮水或其它含氮物質(zhì)的量。由此，例如可以減少對用于處理或凈化含氮物質(zhì)的凈化設(shè)備或其它過程的空間和能量需求。在目前使用的成熟的以及其它討論的處理或凈化含氮物質(zhì)的方法，特別是凈化廢水的方法中，含氮物質(zhì)，特別是待凈化廢水在進入為此設(shè)置的工藝步驟之前，特別是在進入凈化設(shè)備之前或進入凈化設(shè)備的需氧或厭氧階段之前，通常不進行濃縮。在凈化設(shè)備中以微生物、酶和程序方式布置和控制硝化或脫硝化步驟，使得硝化作用和脫硝化作用的微生物或酶過程如上所述盡可能地選擇性地和完全地進行。這意味著，在硝化作用范圍，含氮組分應(yīng)盡可能完全氧化，形成硝酸根離子。在脫硝化作用范圍，該硝酸根離子應(yīng)盡可能完全還原為氮氣(N2)。根據(jù)本發(fā)明的方法包括任選地在需氧和/或部分或完全厭氧工藝階段之前和/或之后和/或期間濃縮含氮物質(zhì)，特別是工業(yè)和社區(qū)廢水。根據(jù)本發(fā)明，這可以通過正向滲透步驟實現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，正向滲透的方法特別是可以這樣實現(xiàn)，即，將待濃縮的含氮物質(zhì)例如廢水導(dǎo)入或?qū)н^被膜分開的槽和/或管和/或其它被膜分開的流動幾何形狀的一側(cè)。在膜的相對一側(cè)，將所謂的“牽引溶液”根據(jù)同流或逆流原則與含氮物質(zhì)的流動方向同向或逆向?qū)胨霾酆?或所述管和/或其它被膜分開的流動幾何形狀中。作為合適的膜材料可使用例如基于聚合物材料的膜，特別是基于聚酯和聚酯纖維的膜，或基于陶瓷材料的膜。用作所謂的“牽引溶液”的可以是例如易揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定性物質(zhì)，特別是鹽，尤其是氣態(tài)前體的產(chǎn)物，例如CO2和/或NH3和/或水和有關(guān)的以及其它的物質(zhì)體系的水溶液、懸浮液和/或混合物，例如NH4HCO3的水溶液。此外，可以使用磁性物質(zhì)的水溶液、懸浮液和/或混合物，特別是磁性顆粒的含水懸浮液或水溶性磁性物質(zhì)的水溶液，例如含鐵化合物的溶液。在此過程中，選擇相應(yīng)的“牽引溶液”的組成和/或物質(zhì)濃度，使得含氮物質(zhì)特別是廢水的水含量從膜的一側(cè)擠壓通過膜到達“牽引溶液” 一側(cè)。通過水從含氮物質(zhì)特別是廢水一側(cè)通到“牽引溶液” 一側(cè)，含氮物質(zhì)例如就其氮含量而言被濃縮，“牽引溶液”被相應(yīng)稀釋。含氮物質(zhì)可以隨后被輸送到根據(jù)本發(fā)明的其它工藝步驟，特別是用于一氧化二氮生產(chǎn)的工藝步驟中。將稀釋的“牽引溶液”導(dǎo)出并可以例如通過合適的分離，特別是通過磁性分離出磁性物質(zhì)和/或顆粒而進行處理。其中生成很大程度上純的水。分離的磁性物質(zhì)和/或顆粒可以通過合適的方法步驟并在使用水的情況下用于制備適合于正向滲透的“牽引溶液”。根據(jù) “牽引溶液”的組成不同，稀釋的“牽引溶液”也可以通過將熱不穩(wěn)定鹽進行熱分解而進行處理。為此，根據(jù)本發(fā)明特別可以使用沼氣或生物氣體的燃燒熱或者根據(jù)本發(fā)明獲取的一氧化二氮與沼氣或生物氣體燃燒的燃燒熱。為此所需的熱能在此過程中可以通過合適的本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的技術(shù)實現(xiàn)手段導(dǎo)入“牽引溶液”中。其中熱不穩(wěn)定鹽的相應(yīng)氣態(tài)前體例如CO2和/或NH3逸出。留下的是很大程度上純的水。所得的氣體可以導(dǎo)入稀釋的“牽引溶液”部分中或水中以制備或再生“牽引溶液”。由此生成的足夠高濃縮的“牽引溶液”然后可以進一步用于正向滲透工藝中。在最廣義上屬于正向滲透的工藝步驟中，通過合適的測量方法，特別是通過導(dǎo)電測量分析“牽引溶液”和/或含氮物質(zhì)的組成。通過評價相應(yīng)獲得的測量值，可以相應(yīng)地監(jiān)測和控制相應(yīng)的工藝步驟。在其中特別是可以設(shè)定相對流動速度。除了濃縮含氮物質(zhì)(由此例如可以實現(xiàn)降低后續(xù)工藝步驟的空間和能量需求)以外，通過任選地實現(xiàn)正向滲透，獲得了新鮮水，即水，它可以以此形式進一步使用和任選地可以分類為飲用水。這一任選的工藝步驟的實現(xiàn)尤其在水源緊缺的背景情況下顯得有助益。根據(jù)本發(fā)明，從含氮物質(zhì)通過微生物過程或酶過程獲取一氧化二氮(N2O或笑氣)，對待使用的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合進行選擇，或者進行操作，或通過合適的措施部分或完全可逆和/或不可逆地進行抑制，或?qū)ο鄳?yīng)的微生物過程或酶過程例如通過合適的工藝條件進行控制，使得從含氮物質(zhì)的含氮化合物部分地或完全地形成一氧化二氮(N2O)。此外，選擇相應(yīng)的工藝條件，使得相應(yīng)使用的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合(它們有助于笑氣生產(chǎn)和/或參與的反應(yīng)順序和/或含氮物質(zhì)處理)的存在盡可能保持，或如果可能的話，通過繁殖而提高，且笑氣生產(chǎn)所基于的反應(yīng)和/或其伴生的反應(yīng)順序和/或用于處理含氮物質(zhì)的反應(yīng)或過程盡可能完全和快速地進行。根據(jù)本發(fā)明，一氧化二氮的獲得可以與目前實現(xiàn)的含氮物質(zhì)的處理或凈化，特別是廢水的處理或凈化，尤其是在凈化設(shè)備中借助于硝化作用或脫硝化作用，相伴隨和/或作為其補充和/或替代而實現(xiàn)。在需氧工藝步驟(它可以被看作目前在凈化設(shè)備中施用的硝化作用的改進或變型)范圍內(nèi)，使含氮物質(zhì)通過合適的措施與氧氣或空氣接觸以及與合適的微生物或異養(yǎng)和自養(yǎng)細菌、無機自養(yǎng)或化能無機自養(yǎng)微生物和/或其它微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合接觸。根據(jù)本發(fā)明，其中合適的特別是在需氧調(diào)節(jié)下將含氮物質(zhì)部分或完全地轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸騾⑴c相應(yīng)的反應(yīng)順序的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合。它們包括例如硝化菌，例如歐洲亞硝化單胞菌或其所屬的酶。此外，合適的例如是在需氧調(diào)節(jié)下將含氮物質(zhì)部分或完全地轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛岣x子或參與相應(yīng)的反應(yīng)順序的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合。它們同樣包括例如硝化菌，例如歐洲亞硝化單胞菌。根據(jù)本發(fā)明，在該工藝步驟中可以形成硝酸根離子，但不是優(yōu)選的。在此方面控制需氧工藝步驟，特別是氧氣或空氣的輸送，使得氮組分的氧化反應(yīng)導(dǎo)致以盡可能高的比例形成一氧化二氮和將形成的氣體部分地或完全地從液相中導(dǎo)出。在亞硝酸根離子和硝酸根離子形成方面，需控制工藝步驟，使得亞硝酸根/硝酸根比例最大
化。由此，使得該工藝步驟的總體氧消耗和與此相對應(yīng)的能耗最小化。向廢水中吹入氧氣或空氣的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。對該工藝步驟，特別是氧氣或空氣的輸送和廢水的輸送以及確定所屬的流動速度和停留時間，特別是液相和/或含泥漿相的流動速度和停留時間，PH值和其它工藝參數(shù)的控制，是通過獲取和評估合適的測量數(shù)據(jù)，特別是液相組成的數(shù)據(jù)，尤其是關(guān)于硝酸根離子濃度和/或亞硝酸根離子濃度和/或其它離子濃度，特別是例如銨離子濃度，和其它物質(zhì)特別是例如任選地使用的抑制劑的濃度，氣相組成，特別是例如其一氧化二氮濃度，和溶解的氧的濃度而進行的。在此，例如在使用歐洲亞硝化單胞菌的情況下，對于升高的一氧化二氮生產(chǎn)量來說，溶解的氧濃度例如為氧< 5 mg/1，特別是氧< 2mg/1是有助益的。此外，在該工藝步驟內(nèi)和/或在離開該工藝步驟的廢水內(nèi)部的低pH值對于所述過程或其它工藝步驟是有助益的。其中，例如pH值為3-10，特別是5-9和5-7對于提高的一氧化二氮生產(chǎn)量以及高的亞硝酸根/硝酸根離子比例是有助益的。合適的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合可以作為泥漿、懸浮液等存在并可以與含水介質(zhì)例如待凈化的廢水一起運輸。任選地，它們也可以通過合適的方法固定在合適的載體上。將這種載體通過合適的措施，特別是例如通過控制流動(strSmungsfiihrend)的措施,與含氮物質(zhì)良好接觸。其優(yōu)點例如是，微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合可以針對這種需氧工藝步驟選擇性地進行選擇和優(yōu)化。另外，因此可以將相應(yīng)覆蓋(belegt)的載體在需要時進行凈化和/或交換和/或取出并在任選的單獨的工藝步驟中再生和/或在單獨的工藝步驟中選擇反應(yīng)條件，使得選出的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物和/或噬菌體盡可能快速地繁殖。此外可以這樣施加載體，即使得該載體用不同的介質(zhì)交替地清洗，特別地是用于凈化和/或再生和/或生長微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合和/或用于其它目的。進一步地，可以通過靈活選擇載體和/或其幾何形狀和/或空氣或氧氣的輸送和/或抑制劑的輸送與載體的結(jié)合，例如根據(jù)流動情況改善在含氮物質(zhì)、微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合以及空氣或氧氣和/或任選地其它可使用的物質(zhì)，特別是合適的酶抑制劑之間的接觸。在根據(jù)本發(fā)明的部分或完全厭氧的工藝步驟(它可以看作為目前在凈化設(shè)備中施用的脫硝化作用的改進或變型)范圍內(nèi)，含氮物質(zhì)，特別是例如在需氧工藝步驟范圍內(nèi)任選地部分形成的亞硝酸根離子和/或硝酸根離子和/或部分存在或形成的一氧化氮，通過合適的措施與合適的微生物或異養(yǎng)和自養(yǎng)的細菌、無機自養(yǎng)或化能無機自養(yǎng)微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合進行接觸。根據(jù)本發(fā)明，其中合適的特別是在選擇的條件下將含氮物質(zhì)，特別是亞硝酸根離子和硝酸根離子或部分形成的一氧化氮部分或完全地轉(zhuǎn)變?yōu)橐谎趸颉⑴c相應(yīng)的反應(yīng)順序的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合。它們包括例如不具有N2O還原酶能力或其N2O還原酶能力可以通過合適的措施部分地或完全被抑制的脫硝化菌。它們包括例如根癌土壤桿菌、糞產(chǎn)堿菌、產(chǎn)堿菌屬、根癌土壤桿菌、綠針假單胞菌、金海發(fā)光桿菌(pseudomonasperfectomarinces)、突光假單胞菌(Pseudomonas fluirescenc)、石竹伯克氏菌(pseudomonas caryophylli)、致金色假單胞菌、產(chǎn)氣假單胞菌(Pseudomonas aerogenes)、假單胞菌屬、產(chǎn)丙酸丙酸桿菌、奈瑟菌屬、干燥奈瑟氏球菌、淺黃奈瑟氏球菌、neisseriasasflava、粘液奈瑟氏球菌、地衣芽胞桿菌、紫色色桿菌、藍黑色桿菌、腎棒桿菌、泛養(yǎng)副球菌、脫氮流桿菌、鹽脫氮副球菌、裂環(huán)無色桿菌和幾種根瘤菌以及多種硝化或脫硝化真菌，例如fungus fusarium oxysporum。此外,可以相應(yīng)地使用目前也在脫硝化作用中使用的微生物和細菌。根據(jù)本發(fā)明，在該工藝步驟中可以部分地形成氮氣(N2),但不是優(yōu)選的。在此方面，控制部分或完全厭氧的工藝步驟，使得含氮組分的轉(zhuǎn)化，特別是亞硝酸根離子和硝酸根離子或部分存在或形成的一氧化氮的還原導(dǎo)致以盡可能高的比例形成一氧化二氮，且形成的氣體部分地或完全地從液相中導(dǎo)出。對該工藝步驟，特別是廢水和/或泥漿的輸送以及確定在當(dāng)前的和/或前面的和/或后面的工藝步驟中的所屬的流動速度和停留時間的控制，是通過獲取和評估合適的測量數(shù)據(jù)，特別是液相組成的數(shù)據(jù)，尤其是關(guān)于溶解氧的濃度和/或硝酸根離子濃度和/或亞硝酸根離子濃度和/或其它離子的濃度和其它物質(zhì)特別是例如任選地使用的抑制劑的濃度和/或C/N比例、pH值、氣相組成，特別是例如其一氧化二氮濃度和/或任選使用的抑制劑的濃度和/或溫度方面的數(shù)據(jù)而進行的。如果使用的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合具有N2O還原酶的能力，則因此可以將其同樣通過控制合適的措施，根據(jù)本發(fā)明部分或完全地抑制。這特別是在使用例如泛養(yǎng)副球菌、脫氮流桿菌、鹽脫氮副球菌和裂環(huán)無色桿菌情況下尤其通過輸送氧氣或空氣而有意地設(shè)定部分或完全厭氧工藝步驟中的氧含量進行的。向廢水中吹入氧氣或空氣的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。為此在使用例如泛養(yǎng)副球菌、脫氮流桿菌、鹽脫氮副球菌和裂環(huán)無色桿菌(Achromobactercycloclastes)情況下，溶解的氧濃度為0_90%的液相氧飽和度，特別是0_25%的液相氧飽和度，對于升高的一氧化二氮生產(chǎn)量來說是適宜是。對于一氧化二氮生產(chǎn)最佳的氧飽和度的選擇非常強烈地依賴于參與的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合以及周圍所有的工藝條件。與氧濃度類似，根據(jù)本發(fā)明，可以控制廢水的碳含量或含氮物質(zhì)的C/N比例，使得獲得提高的一氧化二氮生產(chǎn)量。為此，特別是C/N和/或C0D/N03-N和/或COD-NO2-N的比例小于10，特別是小于5或小于3是適宜的。它們例如可以通過計量加入富含碳的廢水或通過調(diào)節(jié)設(shè)定含氮物質(zhì)在各工藝步驟中的相對停留時間而設(shè)定。此外，在該工藝步驟內(nèi)和/或在離開該工藝步驟的廢水內(nèi)部低的PH值對于所述工藝或其它工藝步驟來說是適宜的。其中，例如pH值為3-10，特別是5-9和5-7對于提高的一氧化二氮生產(chǎn)量是適宜的。此外，根據(jù)本發(fā)明在需氧的或部分或完全厭氧的工藝階段之前和/或期間，可以通過合適的不可逆和/或可逆的或非競爭性的和/或競爭性的抑制劑和/或通過底物抑制或產(chǎn)物抑制和/或相應(yīng)抑制劑前體的計量加入，完全或部分地抑制一氧化二氮還原酶。適合用于獲取一氧化二氮的方法的不可逆和/或可逆的或非競爭性的和/或競爭性的抑制劑例如是使一氧化二氮還原酶的活性中心失活或代替一氧化二氮結(jié)合在該中心上的物質(zhì)。在此方面合適的物質(zhì)是例如具有與一氧化二氮或乙炔類似的結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，例如含有N2O的金屬配合物?？梢允枪虘B(tài)、氣態(tài)或液態(tài)的物質(zhì)起到N2O還原酶抑制劑的作用。為此， 它們尤其包括乙炔、乙烯、疊氮化物、碳化物、氰化物、2，4-硝基苯酚、一碘乙酸鹽、CuSO4和CO以及在其分子結(jié)構(gòu)中具有這些官能度并因此類似地能起抑制劑作用的化合物?；蛘?，對相應(yīng)的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合的細胞，特別是脫氮假單胞菌(ps. denitrificans),進行聲致(Schallbedingte)改性可能有助于增加的一氧化二氮生產(chǎn)量。另一方面，合適的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合可以作為泥漿、懸浮液等存在并可以與含水介質(zhì)例如待凈化的廢水一起運輸。任選地，它們可以通過所述的方法固定在合適的載體上。因此根據(jù)本發(fā)明，例如海洋脫硝化物(Denitrifikant)Pseudomonas perfectomarinus的細胞質(zhì)膜部分或腎棒桿菌的剩余細胞可以被固定，并在部分或完全厭氧條件下促進一氧化二氮形成。此外,這樣可以將選擇性抑制N2O還原酶的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體,和/或噬菌體和/或替代地硝酸根還原酶、亞硝酸根還原酶和NO還原酶的酶組合固定在載體上，與含氮物質(zhì)特別是含亞硝酸根離子和硝酸根離子的廢水接觸，因此實現(xiàn)獲取N2O的有利方法。進一步地，可以通過靈活選擇載體及其幾何形狀，例如根據(jù)流動情況改善在含氮物質(zhì)、微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體和/或酶以及空氣或氧氣或任選地其它可使用的物質(zhì)，特別是合適的酶抑制劑和/或載體體系與空氣或氧氣和/或抑制劑或其前體的計量加入的組合之間的接觸。為了阻止或限制一氧化二氮還原成氮氣的反應(yīng)，根據(jù)本發(fā)明替代地可在需氧或部分或完全厭氧的工藝階段之前或之后將用于還原一氧化二氮的金屬酶的銅離子還原、除去或絡(luò)合。或者，在本發(fā)明意義上，也可以在需氧的或部分或完全厭氧的工藝階段之前和/或期間借助于選擇性的離子交換劑分離出銅。可以在需氧的或部分或完全厭氧的工藝階段之前和/或期間，例如通過使用絡(luò)合劑，通過借助于合適的金屬或金屬離子以及借助于可以將存在濃度的銅離子完全或部分地還原的所有氧化還原體系進行的還原，通過選擇性的離子交換劑或通過電化學(xué)還原，例如通過電解，將銅離子除去和/或絡(luò)合。合適的銅離子的絡(luò)合劑是例如形成螯合物的物質(zhì)，例如四乙?；叶?TAED)。但是適合的例如還有磺酰胺取代的硫羰配體、與1-(_氯-3-吲唑基偶氮)-2_羥基萘-3，6- 二磺酸類似的配體或基于葉綠素的配體作為絡(luò)合劑用于除去銅離子。
例如通過沉降可用于還原銅離子的合適的金屬是例如鐵、錫和鋅。合適的金屬離子是例如Sn2+離子。合適的用于還原銅離子的其它氧化還原體系是例如以合適的濃度比例的硝酸根離子和/或亞硝酸根離子。特別優(yōu)選鐵。為了通過使用選擇性的離子交換劑除去銅離子，本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的是使用對于銅離子有選擇性的離子交換劑。合適的離子交換劑例如是含有金屬離子例如鈣離子、鎂離子或鈉離子作為交換離子的那些，以及此外還有形成螯合物的吸附性離子交換劑。合適的離子交換劑例如是改性的磺化聚苯乙烯離子交換劑、不同取代的亞氨基二乙酸離子交換劑以及其它的基于聚合物和/或硅酸鹽的離子交換劑。離子交換劑在本發(fā)明意義上也可以用作為微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合的固定劑。其中，例如通過將銅離子絡(luò)合而固定微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體或細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合。通過將銅絡(luò)合，可以實現(xiàn)對一氧化二氮還原 酶的抑制作用和因此實現(xiàn)提高的N2O獲取量。絡(luò)合劑，或用于沉降的金屬、金屬離子、其它氧化還原體系和離子或離子交換劑以及合適的不可逆和/或可逆的或非競爭性和/或競爭性的抑制劑，可以例如在需氧或部分或完全厭氧的工藝階段之前或期間以液態(tài)、固態(tài)或氣態(tài)形式，顆粒形式和/或片狀形式，添加到液相中。但是，特別是在使用離子交換劑以除去銅離子和/或固定細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體或細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合情況下，另外例如可以將含氮物質(zhì)，特別是廢水導(dǎo)過含有離子交換劑的合適的柱。離子交換劑或離子交換劑材料在這種情況下可以作為結(jié)構(gòu)化的或無序的包裝形式存在。因此例如可以使離子交換劑以織物或針織物或還有填充體形式包含在柱體中。還可以在柱體中填入離子交換劑顆粒。使用柱體的優(yōu)點是，可以以簡單的方式將離子交換劑再生，例如通過交換或通過轉(zhuǎn)換到同樣含有離子交換劑的第二個柱體進行再生。然后可以將在未使用的柱體中的離子交換劑和/或固定的細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體或細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合進行再生和/或刺激其生長。需氧階段和部分或完全厭氧階段的進行順序不必是預(yù)定的。與已經(jīng)成熟的方法類似，現(xiàn)有技術(shù)中描述的所有變型，即首先是部分或完全厭氧階段和隨后是需氧階段，或首先是需氧階段和接著是部分或完全厭氧階段，以及隨時間交替的需氧和部分或完全厭氧階段，以及由相應(yīng)設(shè)置的需氧和部分或完全厭氧槽實現(xiàn)槽級聯(lián)，都是可行的。因此，可以將用于廢水凈化的現(xiàn)有方法根據(jù)本發(fā)明進行改性和由此以簡單有利的方式實現(xiàn)從廢水獲取N2O0這也特別適合于根據(jù)本發(fā)明的任選的將根據(jù)本發(fā)明的N2O獲取與廢水的厭氧處理結(jié)合，在其范圍內(nèi)將廢水的含碳組分部分或完全轉(zhuǎn)化為甲烷。在所有的工藝步驟順序變型和/或與其它的含氮物質(zhì)處理方法，特別是廢水的需氧和厭氧處理方法的所有工藝步驟組合中，通過任選的廢水循環(huán)或水/泥漿混合物循環(huán)，可以將含氮物質(zhì)盡可能完全轉(zhuǎn)化為一氧化二氮。在工藝步驟順序變型中未循環(huán)的物質(zhì)混合物部分，類似于所述成熟的方法，可以輸送到沉降過程或其它的泥漿分離方法，例如基于膜的過程中。根據(jù)本發(fā)明，另外對此可以在用于獲取N2O的根據(jù)本發(fā)明的工藝步驟和/或用于從水相分離一氧化二氮的工藝步驟和/或用于泥漿分離的方法之后和/或之前連接另外的即未經(jīng)改進的養(yǎng)分分解方法，例如用于硝化作用或脫硝化作用的未經(jīng)改進的完全需氧和厭氧的工藝步驟。由此可以確保對于最后凈化的水所確定的例如關(guān)于最大污染濃度和最大氮含量和一氧化二氮含量方面的要求得以保持。此外，根據(jù)本發(fā)明，可以在所述的所有工藝步驟順序變型之前和/或期間和/或之后任選地如前面所述連接正向滲透步驟。由此獲得附加部分的非常純的水。 根據(jù)本發(fā)明，為了獲得一氧化二氮而選擇的工藝步驟可以通過合適的傳感器和/或合適的方法進行監(jiān)控并通過合適的措施進行控制。對工藝步驟監(jiān)控的方法例如是氣體感應(yīng)性方法。因此，氣相的組成例如可以通過特別是基于FTIR或激光分光法的氣體分光鏡測量進行分析。水相的組成例如可以通過分光鏡法和也可以通過電位滴定法或庫侖法以及使用合適的電極，例如用于測定PH值的電極，以及其它的方法進行分析。用于分析水相組成的其它氣體分析過程和方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。通過跟蹤、評價或應(yīng)用可如此獲得的測量值，可以通過合適的措施，例如通過調(diào)節(jié)溫度、PH值(氣特別是也可以通過調(diào)節(jié)氧氣或空氣的輸入而調(diào)節(jié))、計量加入富含碳的廢水或附加的碳組分，特別是例如有機溶劑廢料
以及含氮組分或微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合或泥漿的相對停留時間和/或流動速度以及抑制劑的計量加入，在單個工藝步驟之前/之后或期間控制根據(jù)本發(fā)明所述的工藝以及用于處理或凈化含氮物質(zhì)的成熟方法，使得可以實現(xiàn)一氧化二氮獲取的最大化、工藝步驟能耗的降低以及高質(zhì)量的凈化廢水。此外，由此確保了基礎(chǔ)反應(yīng)和工藝步驟的可靠操作，特別是避免了對氣候有害的N2O的排放。為獲取一氧化二氮，優(yōu)選的是將其從液相中分離。形成的一部分一氧化二氮在空氣或氧氣吹入的范圍內(nèi)在需氧或部分或完全厭氧階段中從水相中排出。為了能夠利用如此排出的一氧化二氮和不使其進入大氣中起危害氣候的作用，根據(jù)本發(fā)明需要將其中一氧化二氮會從液相中逸出的相應(yīng)工藝階段進行氣密包封。將工藝步驟氣密包封的可能性對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說例如可從生物氣體應(yīng)用和基于氣體的其它工業(yè)過程獲知。除了將形成的一氧化二氮在空氣或氧氣吹入的范圍內(nèi)在需氧或部分或完全厭氧階段部分或完全排出，根據(jù)本發(fā)明例如在需氧或部分或完全厭氧階段之前、期間和/或之后使用活性氣體抽吸，以便從液相分離一氧化二氮。為此，例如可以施加氣密性覆蓋體和在負壓下進行抽吸。因此可以將其它部分的在液相中溶解的一氧化二氮轉(zhuǎn)移到氣相中。除了施加負壓外，也可以將在液相中溶解的一氧化二氮例如通過壓力變化而分離。還可以的是,例如通過鹽析、汽提(Strippen)或用氣體例如用空氣、氧氣或蒸汽或也可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的與其不同的介質(zhì)進行抽氣(Austreiben),在需氧的或部分或完全厭氧階段之前、期間和/或之后，從液相分離出液相中溶解的一氧化二氮。另外，也可以在需氧的或部分或完全厭氧階段之前、期間和/或之后，例如通過引入熱能將一氧化二氮轉(zhuǎn)移到氣相中。通過引入熱能，一氧化二氮在液體中的溶解度下降。此外一部分液體蒸發(fā)。在此過程中弓I入熱能可以通過各種本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意方法進行。通常熱能通過用合適的熱交換器或電加熱器加熱進行。如果使用熱交換器的話，則一方面可以使用例如帶有雙層夾套的容器，其中雙層夾套被加熱。或者也可以在其中含有含一氧化二氮的液體的容器中設(shè)置任意的熱交換元件。這種類型的熱交換元件例如是有熱載體流過的熱交換板或管。通常使用的熱載體例如是熱載體油、水或蒸汽。
此外，在需氧的或部分或完全厭氧階段之前、期間和/或之后可以實施用于從水相分離一氧化二氮的其它方法，例如使用薄膜蒸發(fā)器或薄層反應(yīng)器，其中通過實現(xiàn)薄的液體膜使氣態(tài)組分優(yōu)先離開液相。在這種薄膜蒸發(fā)器和/或薄層反應(yīng)器上，根據(jù)本發(fā)明可以任選地將本發(fā)明合適的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合進行固定。為了取得一氧化二氮的改善收率，此外可以例如在從液相分離一氧化二氮之前將一氧化二氮例如通過萃取或其它的例如基于膜的方法進行濃縮。通過從液相分離一氧化二氮，根據(jù)使用的方法可以獲得純的一氧化二氮或富含一氧化二氮的氣體混合物。在此情況下一氧化二氮的純度依賴于處理和分離工藝的類型。在此方面將在本發(fā)明的一氧化二氮獲取過程中產(chǎn)生的所有氣態(tài)產(chǎn)物稱為氣態(tài)相或廢氣。如果一氧化二氮是在凈化設(shè)備中的廢水凈化過程中生成的話，則根據(jù)工藝條件，除了一氧化二氮之外，在氣態(tài)相中例如也可以任選地含有氣態(tài)烴、一氧化碳、二氧化碳和周圍空氣的組分。在廢氣中也可能含有來自廢水凈化的其它氣態(tài)分解產(chǎn)物以及任選地使用的抑制劑、其前體和/或反應(yīng)產(chǎn)物。 具體實施方案變型
在一個實施方式中，例如通過對一氧化二氮有選擇性的氣體膜從廢氣中分離一氧化二氮。作為替代，也可以使用一氧化二氮不能透過的氣體膜，該膜使含一氧化二氮的氣體中的其它成分通過，和以此方式將一氧化二氮濃縮在保留物流中。此外，根據(jù)使用的膜，可以將氣態(tài)的酶抑制劑或其反應(yīng)產(chǎn)物或其前體從氣流中分離并根據(jù)本發(fā)明再次使用。對于一氧化二氮或其它氣體有選擇性的那些氣體膜是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。在此過程中特別是可以使用基于含有磺酸酯的芳族聚酰胺和聚-N-乙烯基酰胺的膜或也可以使用Lestosil膜、基于纖維素的膜尤其是纖維素乙酸酯膜以及基于硅酮、基于聚二甲基硅氧烷以及聚[雙(三氟乙氧基)磷腈(phosphazenene)]的膜和其它的以及相似的膜和膜體系。但是此外例如也可以例如通過提高壓力或降低溫度而液化廢氣中的一氧化二氮。液化的一氧化二氮冷凝出來和可以被收集。也可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它氣體凈化方法用于從廢氣中分離一氧化二氮。這樣的方法例如是汽提法、膜法、冷凝法、吸附法、蒸餾法或精餾法和/或用于分離和凈化沼氣的其它已知方法。因此例如通過合適的分子篩、通過將含一氧化二氮的氣體導(dǎo)入和溶解在液體或固體介質(zhì)中而分離一氧化二氮適合于濃縮或選擇性吸附方法。適合作為含有一氧化二氮的氣體所流過的液體或固體介質(zhì)的是例如硫酸鐵溶液和在硫酸中乳化的硫酸鐵以及p205。然后接著進行精餾、蒸餾或萃取以進一步凈化。但是根據(jù)本發(fā)明也可以根據(jù)進一步使用的情況，將一氧化二氮以未凈化的形式使用。除了從廢水的凈化獲取一氧化二氮外，根據(jù)本發(fā)明也可以通過微生物過程或酶過程在任意的其它工藝范圍內(nèi)從含氮物質(zhì)獲得一氧化二氮。因此例如也可以從例如在生物氣體制備中產(chǎn)生的含氮物質(zhì)或液體獲得一氧化二氮。此外也可以除了家庭廢水外利用家庭廢物、廢水、廢料以及在工業(yè)和農(nóng)業(yè)中產(chǎn)生的廢料和其它物質(zhì)，特別是谷物和/或切割草料，來獲取一氧化二氮。因此，所述一氧化二氮例如也可以從糞水、生物氣體設(shè)備的消化物、堆月巴、糞肥以及工業(yè)廢水，例如從牛奶加工廠和屠宰場獲得。
所述通過本發(fā)明的方法獲得的一氧化二氮例如可以作為氧載體輸送到氧化反應(yīng)或燃燒過程中。因此，該一氧化二氮可以例如用于在內(nèi)燃機、分片供熱廠或燃料電池中燃燒煤、天然氣、生物氣體和沼氣以及燃料。通過向燃燒過程中輸送一氧化二氮，相比于使用空氣作為使用的氧載體，燃燒過程的能量含量以及效率和由此最大可利用的能量得以改善。由此，內(nèi)燃機、分片供熱廠或燃料電池的能效顯著改善，比能量的二氧化碳排放降低。根據(jù)本發(fā)明，對利用N2O的相應(yīng)工藝通過氣體傳感進行監(jiān)控，以便因此避免N2O或例如可能在燃燒過程中產(chǎn)生的其它有害物質(zhì)例如NO和NO2不希望的排放。對此合適的氣體傳感器是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。任選地，根據(jù)本發(fā)明，采取其它措施進行廢氣凈化，例如如在工業(yè)和汽車技術(shù)應(yīng)用中所已知的實現(xiàn)相應(yīng)的廢氣催化劑。根據(jù)本發(fā)明獲得的一氧化二氮的特別合適的應(yīng)用是將在凈化設(shè)備中獲得的一氧化二氮輸送到在其中將借助污泥消化或在其它的厭氧方法中獲得的沼氣進行能量利用或燃燒的過程中。除了由此可提高發(fā)電外，所得的燃燒熱可以以不同的方式進行利用。如上所述，該熱能在任選可使用的濃縮過程范圍內(nèi)可以通過正向滲透例如用于將熱不穩(wěn)定鹽進 行熱分解和因此處理“牽引溶液”和獲得水。此外，該熱能可以儲存在遠程熱網(wǎng)中或用于加熱廢水，特別是加熱任選地經(jīng)濃縮的廢水。通過熱能進行介質(zhì)加熱的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員充分已知的。待凈化廢水由此升高的溫度導(dǎo)致微生物或酶過程加速進行，從而提高了凈化設(shè)備的最大能力或降低了各居民人數(shù)(Einwohnerwert)的各工藝步驟的比空間或比體積需求?；蛘?，可以將熱能用于從液相分離出一氧化二氮或用于氣體凈化方法。此外，所述熱能可以用于加速使用的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合進行生長或再生?；蛘?，用于制備沼氣的厭氧工藝步驟可以被加熱和由此被加速。此外，可以將熱能轉(zhuǎn)化為冷能。為此使用的方法例如吸收式致冷設(shè)備的使用，特別是與熱儲存器和冷儲存器結(jié)合，是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的。產(chǎn)生的熱或冷因此可以輸送到例如伴隨的工業(yè)過程例如牛奶消毒、牛奶加工廠和屠宰工業(yè)的冷卻面和儲存面的冷卻以及送到其它過程以及送到社區(qū)和工業(yè)用于建筑物加熱或冷卻。因此總而言之，通過部分或完全實現(xiàn)上述措施，顯著改善了凈化設(shè)備或伴隨過程，例如工業(yè)工藝步驟，以及與氣候有關(guān)的總體能量平衡?！趸钠渌线m應(yīng)用還有用作為轉(zhuǎn)化反應(yīng)或進一步進行的化學(xué)合成的起始物。通過本發(fā)明對一氧化二氮的獲取，可以以有利的方式利用含氮物質(zhì)，特別是含氮廢水的化學(xué)能。目前，廢水的能量技術(shù)應(yīng)用限于基于在廢水中含有的有機碳化合物獲取生物氣體或氫。根據(jù)本發(fā)明獲取一氧化二氮的方法開啟了基于廢水中含有的含氮組分對廢水進行能量技術(shù)應(yīng)用的新途徑，并通過實現(xiàn)上述新途徑進一步導(dǎo)致凈化設(shè)備顯著改進的能量和氣候平衡。
權(quán)利要求
1.從含氮物質(zhì)通過微生物過程或酶過程獲取一氧化二氮的方法，其中所述微生物過程或酶過程利用微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合實現(xiàn)或發(fā)生。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，所述含氮物質(zhì)包含特別在凈化設(shè)備中被凈化的工業(yè)和/或社區(qū)廢水，和/或銨離子和/或銨化合物和/或亞硝酸根離子和/或硝酸根離子和/或含有銨基團和/或亞硝酸根基團和/或硝酸根基團的化合物，和/或農(nóng)業(yè)上產(chǎn)生的液體、固體或泥漿，例如糞水和糞肥，和/或含氮的生物質(zhì)和廢料，特別是例如在生物氣體獲取過程中產(chǎn)生的廢料或物質(zhì)或廢水，和/或其它含氮化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，選擇所使用的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合，使得從含氮物質(zhì)的含氮化合物部分或完全地形成一氧化二氮(N2O)和/或相應(yīng)的前體或中間產(chǎn)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，對所使用的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合進行操作和/或通過合適的措施和/或通過適當(dāng)設(shè)定工藝條件進行影響和/或部分和/或完全可逆和/或不可逆地進行抑制，使得從含氮物質(zhì)的含氮化合物部分或完全地形成一氧化二氮(N2O)和/或相應(yīng)的前體或中間產(chǎn)物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一的方法,其特征在于,該方法在一個需氧和/或部分或完全厭氧的工藝步驟，和/或任意的按照地點和/或時間順序的多個需氧和/或部分或完全厭氧的工藝步驟中實現(xiàn)，在所述多個工藝步驟之間發(fā)生或可以發(fā)生含氮物質(zhì)、特別是廢水的任意再循環(huán)，和/或相互依賴或獨立地發(fā)生或可以發(fā)生泥漿、微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體或細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合的任意再循環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一的方法,其特征在于,選擇工藝條件,使得相應(yīng)使用的有助于笑氣生產(chǎn)和/或參與的反應(yīng)順序和/或含氮物質(zhì)處理的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合的存在盡可能保持，或如果可能的話，通過繁殖而提高，且笑氣生產(chǎn)所基于的反應(yīng)和/或其伴生的反應(yīng)順序和/或用于處理含氮物質(zhì)的反應(yīng)或工藝盡可能快速和完全地進行。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一的方法，其特征在于，在需氧和/或部分或完全厭氧的工藝階段之前、之后和/或期間還原、絡(luò)合、分離和/或交換銅離子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，通過絡(luò)合劑、通過借助于合適的金屬和/或金屬離子和/或其它的氧化還原體系和/或合適的離子進行還原、通過使用選擇性的離子交換劑和/或通過電化學(xué)反應(yīng)絡(luò)合、還原和/或去除所述銅離子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一的方法，其特征在于，在需氧和/或部分或完全厭氧的工藝階段之前、之后和/或期間，通過合適的不可逆和/或可逆的或非競爭性的和/或競爭性的抑制劑和/或底物抑制或產(chǎn)物抑制和/或通過其它的方法技術(shù)措施，特別是調(diào)節(jié)PH值、氧含量、溫度、濃度比，特別是C/N比例，以及調(diào)節(jié)其它工藝參數(shù)和/或含氮物質(zhì)尤其是廢水的參數(shù)，限制或抑制一氧化二氮還原酶的活性。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一的方法，其特征在于，作為工藝條件和因此微生物過程或酶過程的量度和/或調(diào)節(jié)參數(shù)，使用和/或調(diào)節(jié)PH值和/或空氣或氧氣輸送和/或溫度和/或介質(zhì)的C/N比例和/或氣相組成，特別是其一氧化二氮濃度和/或其任選使用的抑制劑的濃度或其反應(yīng)產(chǎn)物或其前體的濃度和/或液相或含泥漿相的組成，特別是關(guān)于溶解氧的濃度和/或硝酸根離子濃度和/或亞硝酸根離子濃度和/或其它離子特別是銨離子和其它物質(zhì)特別是例如任選地使用的抑制劑或其反應(yīng)產(chǎn)物或其前體的濃度，和/或液相和/或含泥漿相和/或微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合的流通速度和/或停留時間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10之一的方法，其特征在于，針對各工藝步驟調(diào)整合適的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11之一的方法，其特征在于，將合適的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合固定在合適的載體上，特別是固定在多孔材料和/或離子交換劑和/或類似離子交換劑的材料和/或薄膜蒸發(fā)器和/或薄層反應(yīng)器和/或其它合適的載體，特別是具有合適的任選地多孔的比表面的顆粒，和/或流動管內(nèi)壁和/或海綿狀材料上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11之一的方法，其特征在于，在需要時可以通過合適的方法容易地替換和/或凈化和/或再生所述的相應(yīng)覆蓋的載體，和/或可以容易地取出所述的相應(yīng)覆蓋的載體，并且特別是可以將其輸送到一個任選的單獨的工藝步驟中用于凈化和/或再生特別是微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合，和/或用于生長微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體或細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合，和/或以使其交替地被不同的介質(zhì)吹掃的方式施加所述載體，特別是用以凈化和/或再生微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體或細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合和/或用以生長微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體或細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合和/或用于其它目的，和/或構(gòu)造所述載體，使得例如通過載體與空氣或氧氣的計量加入和/或抑制劑或抑制劑前體的計量加入相組合，使得送入的空氣或氧氣和/或任選地使用的抑制劑與微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體或細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合能夠進行良好的接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13之一的方法，其特征在于，可以從液相和/或含泥漿相和/或氣相分離、接收、必要時收集、必要時凈化在這些反應(yīng)中生成的一氧化二氮和/或任選地使用的酶抑制劑和/或?qū)⑵漭斔偷狡渌^程，特別是燃燒過程，特別是沼氣和生物氣體的燃燒工藝和/或酶抑制過程，其中一氧化二氮和/或任選地使用的酶抑制劑從液相和/或含泥漿相和/或氣相的分離是在泥漿或微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體或細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合與液相分離之前和/或之后進行的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-14之一的方法，其特征在于，通過選擇性的膜方法從液相和/或含泥漿相和/或氣相分離或凈化一氧化二氮和/或任選地使用的酶抑制劑和/或其它介質(zhì)組分，和/或在液相和/或含泥漿相和/或氣相中濃縮一氧化二氮和/或任選地使用的酶抑制劑和/或其它介質(zhì)組分。
16.收集、凈化、分離、處理和/或利用氣體的方法，所述氣體是從在借助于根據(jù)權(quán)利要求1-15之一的方法處理或凈化含氮物質(zhì)特別是廢水范圍內(nèi)的過程，特別是從該過程或上游過程和/或下游過程，和/或其它凈化過程和/或?qū)镔|(zhì)進行部分和/或完全硝化和/或脫硝化的其它方法中排出或溢出的，其特征在于，將工藝槽或工藝步驟包封或氣密性密封，和/或?qū)⑺鰵饷苄悦芊庥糜诜蛛x、接收、必要時收集、必要時凈化溢出的氣體和/或用于將其輸送到其它過程，特別是燃燒過程，尤其是用于沼氣和生物氣體燃燒的工藝，和/或廢氣凈化過程，特別是如工業(yè)和汽車技術(shù)應(yīng)用中已知的催化廢氣凈化工藝。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16之一的方法,其特征在于，將獲取的一氧化二氮作為氧載體和/或氮載體送去反應(yīng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-17之一的方法，其特征在于，所述反應(yīng)是例如氧化反應(yīng)，特別是燃燒反應(yīng)，特別是在燃燒設(shè)備和/或內(nèi)燃機中，特別是在如沼氣燃燒中使用的動力熱耦合系統(tǒng)中的煤、天然氣、沼氣或生物氣體和/或燃料的燃燒反應(yīng)，和/或是在燃料電池中的反應(yīng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-18之一的方法，其特征在于，將所述范圍內(nèi)獲得的電和/或熱能部分或完全地儲存到電網(wǎng)和/或遠程熱網(wǎng)中和/或用于處理“牽引溶液”和/或用于獲取水和/或用于分離或凈化一氧化二氮和/或用于加熱和/或在使用合適的儀器，特別是吸收式致冷設(shè)備的情況下用于冷卻參與的和/或伴隨的和/或其它的特別是工業(yè)的工藝步驟和/或在這些和/或其它工藝步驟中使用的介質(zhì)，特別是含氮物質(zhì)，特別是廢水。
20.根據(jù)權(quán)利要求1-19之一的方法，其特征在于，將一氧化二氮作為起始物輸送到轉(zhuǎn)化反應(yīng)和/或繼續(xù)進行的合成中。
21.根據(jù)權(quán)利要求1-20之一的方法，其特征在于，在需氧和/或部分或完全厭氧的工藝階段之前和/或之后和/或期間，借助于合適的方法濃縮所述含氮物質(zhì)，特別是待凈化的廢水。
22.根據(jù)權(quán)利要求1-21之一的方法，其特征在于，適用于濃縮含氮物質(zhì)的方法是正向滲透過程，該過程利用通過合適的膜分開的流動幾何形狀和/或利用通過合適的膜分開的槽和/或利用通過合適的膜分開的管以及利用所謂的“牽引溶液”，特別是使用熱不穩(wěn)定鹽和/或使用熱不穩(wěn)定物質(zhì)，特別是能夠由氣態(tài)前體特別是CO2和NH3形成的物質(zhì)情況下的“牽引溶液”，和/或使用磁性物質(zhì)或顆粒情況下的“牽引溶液”，和/或所述過程以逆流或同流原理進行，和/或?qū)⒁谎趸紵?或沼氣燃燒和/或生物氣體燃燒范圍內(nèi)獲得的熱能部分或完全地用于處理“牽引溶液”或用于獲取水，和/或通過合適的測量方法，特別是通過用于分析“牽引溶液”和/或含氮物質(zhì)的組成的導(dǎo)電性測量監(jiān)控所述過程以及最廣義上屬于正向滲透或濃縮的工藝步驟，并例如通過評價相應(yīng)獲得的測量值尤其是通過調(diào)節(jié)相應(yīng)介質(zhì)的相對流動速度而調(diào)整所述過程以及最廣義上屬于正向滲透或濃縮的工藝步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求1-22之一的方法，其特征在于，所述獲取一氧化二氮的方法是與目前實現(xiàn)的含氮物質(zhì)的處理或凈化，特別是廢水的處理或凈化，尤其是在凈化設(shè)備中借助于硝化或脫硝化作用進行的廢水處理或凈化，或廢水凈化的其它方法，特別是需氧和/或厭氧廢水凈化的方法相伴隨和/或作為它們的補充和/或替代而實現(xiàn)的。
24.根據(jù)權(quán)利要求1-23之一的方法，其特征在于，將介質(zhì)和/或物質(zhì)混合物和/或廢水中未循環(huán)的和/或從一氧化二氮中已經(jīng)分離的部分輸送到污泥分離工藝，特別是基于膜的工藝，和/或首先和/或隨后輸送到其它工藝，特別是用于分解養(yǎng)分的未改進工藝，特別是用于硝化作用或脫硝化作用的未改進的需氧和厭氧工藝步驟，用于基本上完全的養(yǎng)分分解。
全文摘要
本發(fā)明涉及從含氮物質(zhì)，特別是從含有含氮化合物特別是銨化合物的生物質(zhì)和/或廢物和/或廢水和/或其它物質(zhì)通過微生物過程或酶過程獲取一氧化二氮(N2O)，也稱為笑氣，的方法。其中，選擇或者操作或通過合適的措施部分或完全可逆和/或不可逆地抑制待使用的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合，或例如通過合適的工藝條件控制相應(yīng)的微生物過程或酶過程，使得從含氮物質(zhì)的含氮化合物部分地或完全地形成一氧化二氮(N2O)。此外，選擇相應(yīng)的工藝條件，使得相應(yīng)使用的有助于笑氣生產(chǎn)和/或參與的反應(yīng)順序和/或含氮物質(zhì)處理的微生物、細菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌體、細胞、細胞部分或膜部分和/或酶和/或它們的組合的存在盡可能保持，或如果可能的話，通過繁殖而提高，且笑氣生產(chǎn)所基于的反應(yīng)和/或其伴生的反應(yīng)順序和/或用于加工含氮物質(zhì)的反應(yīng)或過程盡可能完全和快速地進行。將在這些反應(yīng)中生成的一氧化二氮分離、接收、收集、必要時進行凈化和/或送到其它過程，特別是燃燒過程，例如用于沼氣和生物氣體燃燒的工藝中。
文檔編號C02F3/34GK102985549SQ201180033448
公開日2013年3月20日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者T.芬克, A.馬特恩, D.林根費爾澤 申請人:羅伯特·博世有限公司