一氧化二氮的获取方法技术

本发明专利技术涉及从含氮物质，特别是从含有含氮化合物特别是铵化合物的生物质和/或废物和/或废水和/或其它物质通过微生物过程或酶过程获取一氧化二氮(N2O)，也称为笑气，的方法。其中，选择或者操作或通过合适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、细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌体、细胞、细胞部分或膜部分和/或酶和/或它们的组合，或例如通过合适的工艺条件控制相应的微生物过程或酶过程，使得从含氮物质的含氮化合物部分地或完全地形成一氧化二氮(N2O)。此外，选择相应的工艺条件，使得相应使用的有助于笑气生产和/或参与的反应顺序和/或含氮物质处理的微生物、细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌体、细胞、细胞部分或膜部分和/或酶和/或它们的组合的存在尽可能保持，或如果可能的话，通过繁殖而提高，且笑气生产所基于的反应和/或其伴生的反应顺序和/或用于加工含氮物质的反应或过程尽可能完全和快速地进行。将在这些反应中生成的一氧化二氮分离、接收、收集、必要时进行净化和/或送到其它过程，特别是燃烧过程，例如用于沼气和生物气体燃烧的工艺中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍
本专利技术涉及通过微生物过程或酶过程从含氮物质，特别是从含有含氮化合物、特别是铵化合物的生物质和/或废物和/或废水和/或其它物质获取一氧化二氮(N2O)的方法，一氧化二氮也称为笑气。含氮物质根据本专利技术例如是工业或家庭废水，如在净化设备，特别是社区净化设备中所净化的废水。为此在这些净化设备中通常使用微生物。其中在逐步氧化中在氧参与下，特别是通过使用所谓的氧化剂，例如通过铵氧化剂和亚硝酸盐氧化剂，首先将铵或其它含氮化合物氧化成亚硝酸根离子或硝酸根离子。这种反应顺序在文献中称为硝化作用。在这种情况下，相应的基础化学反应通常被酶催化。在此方面起作用的酶例如是单加氧酶、羟胺氧化还原酶以及亚硝酸盐氧化酶。这种方法的缺点是，硝化作用的工艺步骤，特别是向废水中引入或“吹入”氧气或空气是高耗能的。通常要控制硝化作用的工艺步骤，使得所有含氮物质的氮含量尽可能被完全氧化成硝酸根离子。向净化槽中吹入空气或氧气的临时或局部工段通常称为需氧阶段。通过随后的还原反应，存在的硝酸根离子或有时存在的亚硝酸根离子被逐步还原为氮气(N2)。该氮气逃逸到大气中。对于该还原反应，在净化设备中通常使用微生物。与含氮物质的氧化反应类似，亚硝酸根离子或硝酸根离子的还原反应通常通过合适的微生物酶进行催化。其中，通常是将硝酸根离子通过硝酸盐还原酶还原为亚硝酸根离子，将亚硝酸根离子通过亚硝酸根还原酶还原为一氧化氮，将一氧化氮通过一氧化氮还原酶还原为一氧化二氮，和将一氧化二氮通过一氧化二氮还原酶还原为氮气(N2)。这一过程通常也称为脱硝化作用。通常控制脱硝化作用的工艺步骤，使得存在的硝酸根离子和/或亚硝酸根离子尽可能完全被还原成氮气。不向净化槽中吹入空气或氧气的临时或局部工段通常称为厌氧阶段。将合适的微生物用于使铵离子或含氮组分的其它含氮化合物氧化成为亚硝酸根离子或硝酸根离子的所述生物氧化反应，和用于硝酸根离子和/或亚硝酸根离子的随后的所述生物还原反应。这些微生物通常也称为硝化菌或脱硝化菌。根据工艺步骤的不同，对此合适的有异养和自养细菌、无机自养或化能自养微生物、真菌、寄生物或噬菌体。使用的硝化菌一般是亚硝化球菌属以及亚硝化弧菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属、亚硝化刺菌属(Nitrosospina)和亚硝化叶菌属以及硝化杆菌属的细菌。通常,脱硝化作用的能力在原核生物内广泛传播。合适的自养细菌例如是脱氮副球菌或脱氮流杆菌。使用的异养细菌例如是施氏假单胞菌。此外，经常使用的微生物有Pseudomonas poutida、突光假单胞菌以及粪产碱菌以及黄杆菌属、节杆菌属、无色杆菌属、产碱杆菌属、莫拉氏菌属、假单胞菌属和生丝微菌属中的其它代表菌种。通过使用硝化菌和脱硝化菌的相应组合，在废水处理以及在其它含氮物质的处理范围内，通常追求的是将含氮化合物中的氮含量完全氧化成硝酸根离子和/或亚硝酸根离子以及随后将硝酸根离子和/或亚硝酸根离子完全还原为氮气(N2)。硝化作用和脱硝化作用的工艺顺序在各种成熟的方法中以不同的方式实现。因此，作为对上述顺序即首先进行硝化作用和随后实现脱硝化作用的替代，可以在其中部分和/或完全进行硝化作用的需氧阶段之前执行其中部分和/或完全发生脱硝化作用的厌氧阶段。在两个工艺顺序变型中通过将各自离开最后阶段的废水或水/泥浆混合物部分地循环，实现将含氮化合物的氮含量尽可能完全地最后转变成氮气(N2)。此外可以在一个槽级联中，即在其中多个脱硝化作用槽和硝化作用槽交替串联的装置中，实现废水净化。此外可以在同一个槽中通过关闭和开启氧或空气的输送实现交替的脱硝化作用，即硝化作用和脱硝化作用按时间分开进行。即使在最后提到的两种变型中，任选地通过废水或水/泥浆混合物的部分循环可以实现养分尽可能完全分解，即例如含氮化合物的氮成分尽可能地转化为氮气(N2),从而实现改善的废水净化。用于废水净化的这些成熟方法的主要缺点是它们的能耗高，这主要是因为用于氧化反应的空气或氧气输送的高要求所引起的。此外，含氮物质中的含氮化合物在硝化作用和脱硝化作用范围内向很大程度上惰性的和物质或能量上不可进一步利用的氮气的尽可能完全转化构成了用于废水净化的所有这些成熟方法和工艺的缺点。因此无法在物质上和 能量上利用含氮物质、特别例如在净化设备中借助于硝化作用和脱硝化作用所净化的废水中的氮组分中存在的潜力。此外，不利的是，在净化设备中尽可能完全的硝化作用和尽可能完全的脱硝化作用范围内，由于方法设定差和不希望的副反应，会以很少的量生成对气候有害的气体如一氧化二氮作为副产物并逃逸到大气中。此外，不利的是，目前，待净化的废水在进入净化设备之前或在进入完全或部分厌氧或需氧阶段之前在净化设备内部通常未经浓缩。因此必须在净化设备中处理、运输和任选地加热大量的废水。由此在净化设备中对于废水运输和任选地对于废水加热导致高能耗以及导致净化设备对空间的高需求。能耗最小化成为大量研究和科学工作的焦点。为改善净化设备的总物质平衡和总能量平衡，通常讨论的是对废水中含有的物质在物质上和能量上的应用。其中的一个例子是例如通过沼气或生物气体(CH4)的制备和能量利用，在物质上和能量上利用废水中的含碳化合物。此外，应用更新的方法净化含氮废水如所谓的ANAMM0X工艺、SHARON、BABE或CANON工艺提供了降低净化设备能耗的可能性。这些通过应用替代的微生物和实现相应匹配的工艺控制和工艺顺序得以实现。此外在讨论废水中含有的资源的潜在物质利用范围中，例如讨论了将含磷废水成分用于制作肥料。关于降低不希望的对气候有害的净化设备排放物，特别是避免基于因为例如工艺设定不精确以及方法缺陷和不希望出现的副反应引起的不完全硝化作用或脱硝化作用产生的净化设备的一氧化二氮排放物，目前讨论了如何通过合适的微生物和工艺技术和工艺控制技术措施避免这种排放物的可能性，并因此能够实现完全的硝化作用和脱硝化作用。相反，未讨论废水中含有的氮组分的物质和能量利用。因此，目前大部分是通过技术和能量上耗费的方法，特别是在氮气作为反应承载的起始物和/或其后续产物的参与下，制备含氮化合物。因此，一氧化二氮(也称为笑气，并例如用作为用于燃烧的氧化剂，例如用于火箭驱动，或用作麻醉剂)的制备目前一般通过将特别是从氮气(N2)和氢气(H2)制备的氨进行催化氧化，或将硝酸铵热分解来进行。这种制备一般来说是耗能和技术复杂的。
技术实现思路
在本专利技术的通过微生物过程或酶过程从含氮物质获取一氧化二氮(N2O或笑气)的方法中，对所使用的微生物、细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌体、细胞、细胞部分或膜部分和/或酶和/或它们的组合进行选择，或者进行操作，或通过合适的措施部分或完全可逆地和/或不可逆地进行抑制，或例如通过合适的工艺条件对相应的微生物过程或酶过程进行控制，使得从含氮物质的含氮化合物部分地或完全地形成一氧化二氮(N2O)。此夕卜，选择相应的工艺条件，使得相应使用的有助于笑气生产和/或参与的反应顺序和/或含氮物质处理的微生物、细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌体、细胞、细胞部分或膜部分和/或酶和/或它们的组合的存在尽可能保持，或如果可能的话，通过繁殖而提高，且笑气生产所基于的反应和/或其伴生的反应顺序和/或用于处理含氮物质处理的反应或工艺尽可能完全和快速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：T芬克，A马特恩，D林根费尔泽，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：
国别省市：