[发明专利]一氧化二氮的获取方法

说明书

背景技术

本发明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。

含氮物质根据本发明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、荧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。