一氧化二氮的獲取方法技術

本發明專利技術涉及從含氮物質，特別是從含有含氮化合物特別是銨化合物的生物質和/或廢物和/或廢水和/或其它物質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的微生物過程或酶過程，使得從含氮物質的含氮化合物部分地或完全地形成一氧化二氮(N2O)。此外，選擇相應的工藝條件，使得相應使用的有助于笑氣生產和/或參與的反應順序和/或含氮物質處理的微生物、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，且笑氣生產所基于的反應和/或其伴生的反應順序和/或用于加工含氮物質的反應或過程盡可能完全和快速地進行。將在這些反應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。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
技術介紹
本專利技術涉及通過微生物過程或酶過程從含氮物質，特別是從含有含氮化合物、特別是銨化合物的生物質和/或廢物和/或廢水和/或其它物質獲取一氧化二氮(N2O)的方法，一氧化二氮也稱為笑氣。含氮物質根據本專利技術例如是工業或家庭廢水，如在凈化設備，特別是社區凈化設備中所凈化的廢水。為此在這些凈化設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。這種反應順序在文獻中稱為硝化作用。在這種情況下，相應的基礎化學反應通常被酶催化。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，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，在凈化設備中通常使用微生物。與含氮物質的氧化反應類似，亞硝酸根離子或硝酸根離子的還原反應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。通常控制脫硝化作用的工藝步驟，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，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。這些微生物通常也稱為硝化菌或脫硝化菌。根據工藝步驟的不同，對此合適的有異養和自養細菌、無機自養或化能自養微生物、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廣泛傳播。合適的自養細菌例如是脫氮副球菌或脫氮流桿菌。使用的異養細菌例如是施氏假單胞菌。此外，經常使用的微生物有Pseudomonas poutida、突光假單胞菌以及糞產堿菌以及黃桿菌屬、節桿菌屬、無色桿菌屬、產堿桿菌屬、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組合，在廢水處理以及在其它含氮物質的處理范圍內，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。因此，作為對上述順序即首先進行硝化作用和隨后實現脫硝化作用的替代，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行其中部分和/或完全發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，實現將含氮化合物的氮含量盡可能完全地最后轉變成氮氣(N2)。此外可以在一個槽級聯中，即在其中多個脫硝化作用槽和硝化作用槽交替串聯的裝置中，實現廢水凈化。此外可以在同一個槽中通過關閉和開啟氧或空氣的輸送實現交替的脫硝化作用，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可以實現養分盡可能完全分解，即例如含氮化合物的氮成分盡可能地轉化為氮氣(N2),從而實現改善的廢水凈化。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的空氣或氧氣輸送的高要求所引起的。此外，含氮物質中的含氮化合物在硝化作用和脫硝化作用范圍內向很大程度上惰性的和物質或能量上不可進一步利用的氮氣的盡可能完全轉化構成了用于廢水凈化的所有這些成熟方法和工藝的缺點。因此無法在物質上和 能量上利用含氮物質、特別例如在凈化設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，由于方法設定差和不希望的副反應，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備內部通常未經濃縮。因此必須在凈化設備中處理、運輸和任選地加熱大量的廢水。由此在凈化設備中對于廢水運輸和任選地對于廢水加熱導致高能耗以及導致凈化設備對空間的高需求。能耗最小化成為大量研究和科學工作的焦點。為改善凈化設備的總物質平衡和總能量平衡，通常討論的是對廢水中含有的物質在物質上和能量上的應用。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，在物質上和能量上利用廢水中的含碳化合物。此外，應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備能耗的可能性。這些通過應用替代的微生物和實現相應匹配的工藝控制和工藝順序得以實現。此外在討論廢水中含有的資源的潛在物質利用范圍中，例如討論了將含磷廢水成分用于制作肥料。關于降低不希望的對氣候有害的凈化設備排放物，特別是避免基于因為例如工藝設定不精確以及方法缺陷和不希望出現的副反應引起的不完全硝化作用或脫硝化作用產生的凈化設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和工藝控制技術措施避免這種排放物的可能性，并因此能夠實現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和能量利用。因此，目前大部分是通過技術和能量上耗費的方法，特別是在氮氣作為反應承載的起始物和/或其后續產物的參與下，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，或將硝酸銨熱分解來進行。這種制備一般來說是耗能和技術復雜的。
技術實現思路
在本專利技術的通過微生物過程或酶過程從含氮物質獲取一氧化二氮(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的微生物過程或酶過程進行控制，使得從含氮物質的含氮化合物部分地或完全地形成一氧化二氮(N2O)。此夕卜，選擇相應的工藝條件，使得相應使用的有助于笑氣生產和/或參與的反應順序和/或含氮物質處理的微生物、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，且笑氣生產所基于的反應和/或其伴生的反應順序和/或用于處理含氮物質處理的反應或工藝盡可能完全和快速本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：T芬克，A馬特恩，D林根費爾澤，
申請(專利權)人：羅伯特·博世有限公司，
類型：
國別省市：