一氧化二氮的获取方法 |
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| 申请号 | CN201180033448.8 | 申请日 | 2011-05-11 | 公开(公告)号 | CN102985549A | 公开(公告)日 | 2013-03-20 |
| 申请人 | 罗伯特·博世有限公司; | 发明人 | T.芬克; A.马特恩; D.林根费尔泽; | ||||
| 摘要 | 本 发明 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。 | ||||||
| 权利要求 | 1.从含氮物质通过微生物过程或酶过程获取一氧化二氮的方法，其中所述微生物过程或酶过程利用微生物、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/或它们的组合实现或发生。 |
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| 说明书全文 | 一氧化二氮的获取方法背景技术[0002] 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。 [0003] 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。 [0004] 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)。 [0005] 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。 [0006] 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。 [0007] 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ANAMMOX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。 [0008] 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。 发明内容[0009] 在本发明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/或用于处理含氮物质处理的反应或工艺尽可能完全和快速地进行。在这些反应中生成的一氧化二氮经分离、接收、收集、必要时进行净化和/或输送到其它工艺，特别是燃烧工艺，例如用于净化和生物气体燃烧的方法中。 [0010] 本发明意义上的含氮物质特别是例如在净化设备被净化的工业和社区废水，或是农业上产生的液体、固体或泥浆，例如粪水和粪肥，或含氮生物质和废料，特别是例如在生物气体获取中产生的废料或物质或废水。 [0011] 本发明方法的优点是，可以特别是在净化设备中使一氧化二氮的制备与例如含氮物质的处理或净化结合。因此，例如可以通过在硝化作用或脱硝化作用之前、之后、期间和/或取而代之的合适措施，在需氧和/或部分或完全厌氧的阶段中，实现成本有利的能量和技术上低要求的获取一氧化二氮的有利方法。此外，通过使用该方法和根据本发明对一氧化二氮的能量利用，例如通过在用于沼气和生物气体燃烧的设备或过程中的燃烧，提高该方法或燃烧过程的能量获取，和因此改善沼气设备和/或生物气体设备的总能量平衡。此外，通过在净化设备或处理或净化含氮物质的工艺中根据本发明合适匹配硝化阶段，降低空气或氧气消耗和因此也降低该阶段的能耗和从而降低该过程或净化设备的总能耗。另外，通过根据本发明将硝化阶段和/或脱硝化阶段以及任选地其它工艺阶段进行包封或气密性封闭，大大地降低了或完全避免了净化设备所不希望的、正如目前由于方法缺陷和不希望的副反应所可能导致出现的一氧化二氮排放。因为N2O是一种对气候非常有害的气体，通过这一措施显著降低了净化设备引起的气候负担。根据本发明方法的另一优点是，通过根据本发明任选地浓缩含氮物质，一方面获得了净化的水，任选地饮用水，另一方面降低了例如待处理的含氮水或其它含氮物质的量。由此，例如可以减少对用于处理或净化含氮物质的净化设备或其它过程的空间和能量需求。 [0012] 在目前使用的成熟的以及其它讨论的处理或净化含氮物质的方法，特别是净化废水的方法中，含氮物质，特别是待净化废水在进入为此设置的工艺步骤之前，特别是在进入净化设备之前或进入净化设备的需氧或厌氧阶段之前，通常不进行浓缩。在净化设备中以微生物、酶和程序方式布置和控制硝化或脱硝化步骤，使得硝化作用和脱硝化作用的微生物或酶过程如上所述尽可能地选择性地和完全地进行。这意味着，在硝化作用范围，含氮组分应尽可能完全氧化，形成硝酸根离子。在脱硝化作用范围，该硝酸根离子应尽可能完全还原为氮气(N2)。 [0013] 根据本发明的方法包括任选地在需氧和/或部分或完全厌氧工艺阶段之前和/或之后和/或期间浓缩含氮物质，特别是工业和社区废水。根据本发明，这可以通过正向渗透步骤实现。根据本发明，正向渗透的方法特别是可以这样实现，即，将待浓缩的含氮物质例如废水导入或导过被膜分开的槽和/或管和/或其它被膜分开的流动几何形状的一侧。在膜的相对一侧，将所谓的“牵引溶液”根据同流或逆流原则与含氮物质的流动方向同向或逆向导入所述槽和/或所述管和/或其它被膜分开的流动几何形状中。作为合适的膜材料可使用例如基于聚合物材料的膜，特别是基于聚酯和聚酯纤维的膜，或基于陶瓷材料的膜。用作所谓的“牵引溶液”的可以是例如易挥发性或热不稳定性物质，特别是盐，尤其是气态前体的产物，例如CO2和/或NH3和/或水和有关的以及其它的物质体系的水溶液、悬浮液和/或混合物，例如NH4HCO3的水溶液。此外，可以使用磁性物质的水溶液、悬浮液和/或混合物，特别是磁性颗粒的含水悬浮液或水溶性磁性物质的水溶液，例如含铁化合物的溶液。在此过程中，选择相应的“牵引溶液”的组成和/或物质浓度，使得含氮物质特别是废水的水含量从膜的一侧挤压通过膜到达“牵引溶液”一侧。通过水从含氮物质特别是废水一侧通到“牵引溶液”一侧，含氮物质例如就其氮含量而言被浓缩，“牵引溶液”被相应稀释。含氮物质可以随后被输送到根据本发明的其它工艺步骤，特别是用于一氧化二氮生产的工艺步骤中。将稀释的“牵引溶液”导出并可以例如通过合适的分离，特别是通过磁性分离出磁性物质和/或颗粒而进行处理。其中生成很大程度上纯的水。分离的磁性物质和/或颗粒可以通过合适的方法步骤并在使用水的情况下用于制备适合于正向渗透的“牵引溶液”。根据“牵引溶液”的组成不同，稀释的“牵引溶液”也可以通过将热不稳定盐进行热分解而进行处理。为此，根据本发明特别可以使用沼气或生物气体的燃烧热或者根据本发明获取的一氧化二氮与沼气或生物气体燃烧的燃烧热。为此所需的热能在此过程中可以通过合适的本领域技术人员已知的技术实现手段导入“牵引溶液”中。其中热不稳定盐的相应气态前体例如CO2 和/或 NH3逸出。留下的是很大程度上纯的水。所得的气体可以导入稀释的“牵引溶液”部分中或水中以制备或再生“牵引溶液”。由此生成的足够高浓缩的“牵引溶液”然后可以进一步用于正向渗透工艺中。在最广义上属于正向渗透的工艺步骤中，通过合适的测量方法，特别是通过导电测量分析“牵引溶液”和/或含氮物质的组成。通过评价相应获得的测量值，可以相应地监测和控制相应的工艺步骤。在其中特别是可以设定相对流动速度。除了浓缩含氮物质（由此例如可以实现降低后续工艺步骤的空间和能量需求）以外，通过任选地实现正向渗透，获得了新鲜水，即水，它可以以此形式进一步使用和任选地可以分类为饮用水。这一任选的工艺步骤的实现尤其在水源紧缺的背景情况下显得有助益。 [0014] 根据本发明，从含氮物质通过微生物过程或酶过程获取一氧化二氮（N2O或笑气），对待使用的微生物、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和/或不可逆地进行抑制，或对相应的微生物过程或酶过程例如通过合适的工艺条件进行控制，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)。此外，选择相应的工艺条件，使得相应使用的微生物、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（它们有助于笑气生产和/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的反应或过程尽可能完全和快速地进行。 [0015] 根据本发明，一氧化二氮的获得可以与目前实现的含氮物质的处理或净化，特别是废水的处理或净化，尤其是在净化设备中借助于硝化作用或脱硝化作用，相伴随和/或作为其补充和/或替代而实现。在需氧工艺步骤（它可以被看作目前在净化设备中施用的硝化作用的改进或变型）范围内，使含氮物质通过合适的措施与氧气或空气接触以及与合适的微生物或异养和自养细菌、无机自养或化能无机自养微生物和/或其它微生物、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/或它们的组合接触。根据本发明，其中合适的特别是在需氧调节下将含氮物质部分或完全地转变为一氧化二氮或参与相应的反应顺序的微生物、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。它们包括例如硝化菌，例如欧洲亚硝化单胞菌或其所属的酶。此外，合适的例如是在需氧调节下将含氮物质部分或完全地转变为亚硝酸根离子或参与相应的反应顺序的微生物、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。它们同样包括例如硝化菌，例如欧洲亚硝化单胞菌。根据本发明，在该工艺步骤中可以形成硝酸根离子，但不是优选的。 [0016] 在此方面控制需氧工艺步骤，特别是氧气或空气的输送，使得氮组分的氧化反应导致以尽可能高的比例形成一氧化二氮和将形成的气体部分地或完全地从液相中导出。在亚硝酸根离子和硝酸根离子形成方面，需控制工艺步骤，使得亚硝酸根/硝酸根比例最大化。由此，使得该工艺步骤的总体氧消耗和与此相对应的能耗最小化。向废水中吹入氧气或空气的方法是本领域技术人员已知的。对该工艺步骤，特别是氧气或空气的输送和废水的输送以及确定所属的流动速度和停留时间，特别是液相和/或含泥浆相的流动速度和停留时间，pH值和其它工艺参数的控制，是通过获取和评估合适的测量数据，特别是液相组成的数据，尤其是关于硝酸根离子浓度和/或亚硝酸根离子浓度和/或其它离子浓度，特别是例如铵离子浓度，和其它物质特别是例如任选地使用的抑制剂的浓度，气相组成，特别是例如其一氧化二氮浓度，和溶解的氧的浓度而进行的。在此，例如在使用欧洲亚硝化单胞菌的情况下，对于升高的一氧化二氮生产量来说，溶解的氧浓度例如为氧＜5 mg/l，特别是氧＜2 mg/l是有助益的。此外，在该工艺步骤内和/或在离开该工艺步骤的废水内部的低pH值对于所述过程或其它工艺步骤是有助益的。其中，例如pH值为3-10，特别是5-9 和5-7对于提高的一氧化二氮生产量以及高的亚硝酸根/硝酸根离子比例是有助益的。 [0017] 合适的微生物、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/或它们的组合可以作为泥浆、悬浮液等存在并可以与含水介质例如待净化的废水一起运输。任选地，它们也可以通过合适的方法固定在合适的载体上。将这种载体通过合适的措施，特别是例如通过控制流动（strömungsführend）的措施，与含氮物质良好接触。其优点例如是，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/或它们的组合可以针对这种需氧工艺步骤选择性地进行选择和优化。另外，因此可以将相应覆盖（belegt）的载体在需要时进行净化和/或交换和/或取出并在任选的单独的工艺步骤中再生和/或在单独的工艺步骤中选择反应条件，使得选出的微生物、细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物和/或噬菌体尽可能快速地繁殖。此外可以这样施加载体，即使得该载体用不同的介质交替地清洗，特别地是用于净化和/或再生和/或生长微生物、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/或它们的组合和/或用于其它目的。进一步地，可以通过灵活选择载体和/或其几何形状和/或空气或氧气的输送和/或抑制剂的输送与载体的结合，例如根据流动情况改善在含氮物质、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/或它们的组合以及空气或氧气和/或任选地其它可使用的物质，特别是合适的酶抑制剂之间的接触。 [0018] 在根据本发明的部分或完全厌氧的工艺步骤（它可以看作为目前在净化设备中施用的脱硝化作用的改进或变型）范围内，含氮物质，特别是例如在需氧工艺步骤范围内任选地部分形成的亚硝酸根离子和/或硝酸根离子和/或部分存在或形成的一氧化氮，通过合适的措施与合适的微生物或异养和自养的细菌、无机自养或化能无机自养微生物、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/或它们的组合进行接触。根据本发明，其中合适的特别是在选择的条件下将含氮物质，特别是亚硝酸根离子和硝酸根离子或部分形成的一氧化氮部分或完全地转变为一氧化二氮或参与相应的反应顺序的微生物、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。它们包括例如不具有N2O还原酶能力或其N2O还原酶能力可以通过合适的措施部分地或完全被抑制的脱硝化菌。它们包括例如根癌土壤杆菌、粪产碱菌、产碱菌属、根癌土壤杆菌、绿针假单胞菌、金海发光杆菌（pseudomonas perfectomarinces）、 荧光假单胞菌（Pseudomonas fluirescenc）、石竹伯克氏菌（pseudomonas caryophylli）、致金色假单胞菌、产气假单胞菌（Pseudomonas aerogenes）、假单胞菌属、产丙酸丙酸杆菌、奈瑟菌属、干燥奈瑟氏球菌、浅黄奈瑟氏球菌、neisseria sasflava、粘液奈瑟氏球菌、地衣芽胞杆菌、紫色色杆菌、蓝黑色杆菌、肾棒杆菌、泛养副球菌、脱氮流杆菌、盐脱氮副球菌、裂环无色杆菌和几种根瘤菌以及多种硝化或脱硝化真菌，例如fungus fusarium oxysporum。此外，可以相应地使用目前也在脱硝化作用中使用的微生物和细菌。根据本发明，在该工艺步骤中可以部分地形成氮气(N2)，但不是优选的。 [0019] 在此方面，控制部分或完全厌氧的工艺步骤，使得含氮组分的转化，特别是亚硝酸根离子和硝酸根离子或部分存在或形成的一氧化氮的还原导致以尽可能高的比例形成一氧化二氮，且形成的气体部分地或完全地从液相中导出。对该工艺步骤，特别是废水和/或泥浆的输送以及确定在当前的和/或前面的和/或后面的工艺步骤中的所属的流动速度和停留时间的控制，是通过获取和评估合适的测量数据，特别是液相组成的数据，尤其是关于溶解氧的浓度和/或硝酸根离子浓度和/或亚硝酸根离子浓度和/或其它离子的浓度和其它物质特别是例如任选地使用的抑制剂的浓度和/或C/N比例、pH值、气相组成，特别是例如其一氧化二氮浓度和/或任选使用的抑制剂的浓度和/或温度方面的数据而进行的。如果使用的微生物、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/或它们的组合具有N2O还原酶的能力，则因此可以将其同样通过控制合适的措施，根据本发明部分或完全地抑制。这特别是在使用例如泛养副球菌、脱氮流杆菌、盐脱氮副球菌和裂环无色杆菌情况下尤其通过输送氧气或空气而有意地设定部分或完全厌氧工艺步骤中的氧含量进行的。向废水中吹入氧气或空气的方法是本领域技术人员已知的。为此在使用例如泛养副球菌、脱氮流杆菌、盐脱氮副球菌和裂环无色杆菌（Achromobacter cycloclastes）情况下，溶解的氧浓度为0-90%的液相氧饱和度，特别是0-25%的液相氧饱和度，对于升高的一氧化二氮生产量来说是适宜是。对于一氧化二氮生产最佳的氧饱和度的选择非常强烈地依赖于参与的微生物、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/或它们的组合以及周围所有的工艺条件。与氧浓度类似，根据本发明，可以控制废水的碳含量或含氮物质的C/N比例，使得获得提高的一氧化二氮生产量。为此，特别是C/N和/或COD/NO3-N和/或COD-NO2-N的比例小于10，特别是小于5或小于3是适宜的。它们例如可以通过计量加入富含碳的废水或通过调节设定含氮物质在各工艺步骤中的相对停留时间而设定。此外，在该工艺步骤内和/或在离开该工艺步骤的废水内部低的pH值对于所述工艺或其它工艺步骤来说是适宜的。其中，例如pH值为 3-10，特别是5-9 和5-7对于提高的一氧化二氮生产量是适宜的。 [0020] 此外，根据本发明在需氧的或部分或完全厌氧的工艺阶段之前和/或期间，可以通过合适的不可逆和/或可逆的或非竞争性的和/或竞争性的抑制剂和/或通过底物抑制或产物抑制和/或相应抑制剂前体的计量加入，完全或部分地抑制一氧化二氮还原酶。适合用于获取一氧化二氮的方法的不可逆和/或可逆的或非竞争性的和/或竞争性的抑制剂例如是使一氧化二氮还原酶的活性中心失活或代替一氧化二氮结合在该中心上的物质。在此方面合适的物质是例如具有与一氧化二氮或乙炔类似的结构的物质，例如含有N2O的金属配合物。可以是固态、气态或液态的物质起到N2O还原酶抑制剂的作用。为此，它们尤其包括乙炔、乙烯、叠氮化物、碳化物、氰化物、2,4-硝基苯酚、一碘乙酸盐、CuSO4和CO以及在其分子结构中具有这些官能度并因此类似地能起抑制剂作用的化合物。或者，对相应的微生物、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/或它们的组合的细胞，特别是脱氮假单胞菌（ps. denitrificans），进行声致（Schallbedingte）改性可能有助于增加的一氧化二氮生产量。 [0021] 另一方面，合适的微生物、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/或它们的组合可以作为泥浆、悬浮液等存在并可以与含水介质例如待净化的废水一起运输。任选地，它们可以通过所述的方法固定在合适的载体上。因此根据本发明，例如海洋脱硝化物（Denitrifikant）Pseudomonas perfectomarinus的细胞质膜部分或肾棒杆菌的剩余细胞可以被固定，并在部分或完全厌氧条件下促进一氧化二氮形成。此外，这样可以将选择性抑制N2O还原酶的微生物、细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌体，和/或噬菌体和/或替代地硝酸根还原酶、亚硝酸根还原酶和NO还原酶的酶组合固定在载体上，与含氮物质特别是含亚硝酸根离子和硝酸根离子的废水接触，因此实现获取N2O的有利方法。进一步地，可以通过灵活选择载体及其几何形状，例如根据流动情况改善在含氮物质、微生物、细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌体和/或酶以及空气或氧气或任选地其它可使用的物质，特别是合适的酶抑制剂和/或载体体系与空气或氧气和/或抑制剂或其前体的计量加入的组合之间的接触。 [0022] 为了阻止或限制一氧化二氮还原成氮气的反应，根据本发明替代地可在需氧或部分或完全厌氧的工艺阶段之前或之后将用于还原一氧化二氮的金属酶的铜离子还原、除去或络合。或者，在本发明意义上，也可以在需氧的或部分或完全厌氧的工艺阶段之前和/或期间借助于选择性的离子交换剂分离出铜。可以在需氧的或部分或完全厌氧的工艺阶段之前和/或期间，例如通过使用络合剂，通过借助于合适的金属或金属离子以及借助于可以将存在浓度的铜离子完全或部分地还原的所有氧化还原体系进行的还原，通过选择性的离子交换剂或通过电化学还原，例如通过电解，将铜离子除去和/或络合。 [0023] 合适的铜离子的络合剂是例如形成螯合物的物质，例如四乙酰基乙二胺(TAED)。但是适合的例如还有磺酰胺取代的硫羰配体、与1-(-氯-3-吲唑基偶氮)-2-羟基萘-3,6-二磺酸类似的配体或基于叶绿素的配体作为络合剂用于除去铜离子。 [0024] 例如通过沉降可用于还原铜离子的合适的金属是例如铁、锡和锌。合适的金属离2+ 子是例如Sn 离子。合适的用于还原铜离子的其它氧化还原体系是例如以合适的浓度比例的硝酸根离子和/或亚硝酸根离子。特别优选铁。 [0025] 为了通过使用选择性的离子交换剂除去铜离子，本领域技术人员已知的是使用对于铜离子有选择性的离子交换剂。合适的离子交换剂例如是含有金属离子例如钙离子、镁离子或钠离子作为交换离子的那些，以及此外还有形成螯合物的吸附性离子交换剂。合适的离子交换剂例如是改性的磺化聚苯乙烯离子交换剂、不同取代的亚氨基二乙酸离子交换剂以及其它的基于聚合物和/或硅酸盐的离子交换剂。 [0026] 离子交换剂在本发明意义上也可以用作为微生物、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/或它们的组合的固定剂。其中，例如通过将铜离子络合而固定微生物、细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌体或细胞、细胞部分或膜部分和/或酶和/或它们的组合。通过将铜络合，可以实现对一氧化二氮还原酶的抑制作用和因此实现提高的N2O获取量。 [0027] 络合剂，或用于沉降的金属、金属离子、其它氧化还原体系和离子或离子交换剂以及合适的不可逆和/或可逆的或非竞争性和/或竞争性的抑制剂，可以例如在需氧或部分或完全厌氧的工艺阶段之前或期间以液态、固态或气态形式，颗粒形式和/或片状形式，添加到液相中。 [0028] 但是，特别是在使用离子交换剂以除去铜离子和/或固定细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌体或细胞、细胞部分或膜部分和/或酶和/或它们的组合情况下，另外例如可以将含氮物质，特别是废水导过含有离子交换剂的合适的柱。离子交换剂或离子交换剂材料在这种情况下可以作为结构化的或无序的包装形式存在。因此例如可以使离子交换剂以织物或针织物或还有填充体形式包含在柱体中。还可以在柱体中填入离子交换剂颗粒。使用柱体的优点是，可以以简单的方式将离子交换剂再生，例如通过交换或通过转换到同样含有离子交换剂的第二个柱体进行再生。然后可以将在未使用的柱体中的离子交换剂和/或固定的细菌、古生菌、真核生物、真菌、寄生物、噬菌体或细胞、细胞部分或膜部分和/或酶和/或它们的组合进行再生和/或刺激其生长。 [0029] 需氧阶段和部分或完全厌氧阶段的进行顺序不必是预定的。与已经成熟的方法类似，现有技术中描述的所有变型，即首先是部分或完全厌氧阶段和随后是需氧阶段，或首先是需氧阶段和接着是部分或完全厌氧阶段，以及随时间交替的需氧和部分或完全厌氧阶段，以及由相应设置的需氧和部分或完全厌氧槽实现槽级联，都是可行的。因此，可以将用于废水净化的现有方法根据本发明进行改性和由此以简单有利的方式实现从废水获取N2O。这也特别适合于根据本发明的任选的将根据本发明的N2O获取与废水的厌氧处理结合，在其范围内将废水的含碳组分部分或完全转化为甲烷。在所有的工艺步骤顺序变型和/或与其它的含氮物质处理方法，特别是废水的需氧和厌氧处理方法的所有工艺步骤组合中，通过任选的废水循环或水/泥浆混合物循环，可以将含氮物质尽可能完全转化为一氧化二氮。 [0030] 在工艺步骤顺序变型中未循环的物质混合物部分，类似于所述成熟的方法，可以输送到沉降过程或其它的泥浆分离方法，例如基于膜的过程中。根据本发明，另外对此可以在用于获取N2O的根据本发明的工艺步骤和/或用于从水相分离一氧化二氮的工艺步骤和/或用于泥浆分离的方法之后和/或之前连接另外的即未经改进的养分分解方法，例如用于硝化作用或脱硝化作用的未经改进的完全需氧和厌氧的工艺步骤。由此可以确保对于最后净化的水所确定的例如关于最大污染浓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，根据本发明，可以在所述的所有工艺步骤顺序变型之前和/或期间和/或之后任选地如前面所述连接正向渗透步骤。由此获得附加部分的非常纯的水。 [0031] 根据本发明，为了获得一氧化二氮而选择的工艺步骤可以通过合适的传感器和/或合适的方法进行监控并通过合适的措施进行控制。对工艺步骤监控的方法例如是气体感应性方法。因此，气相的组成例如可以通过特别是基于FTIR或激光分光法的气体分光镜测量进行分析。水相的组成例如可以通过分光镜法和也可以通过电位滴定法或库仑法以及使用合适的电极，例如用于测定pH值的电极，以及其它的方法进行分析。用于分析水相组成的其它气体分析过程和方法是本领域技术人员已知的。通过跟踪、评价或应用可如此获得的测量值，可以通过合适的措施，例如通过调节温度、pH值（气特别是也可以通过调节氧气或空气的输入而调节）、计量加入富含碳的废水或附加的碳组分，特别是例如有机溶剂废料以及含氮组分或微生物、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/或它们的组合或泥浆的相对停留时间和/或流动速度以及抑制剂的计量加入，在单个工艺步骤之前/之后或期间控制根据本发明所述的工艺以及用于处理或净化含氮物质的成熟方法，使得可以实现一氧化二氮获取的最大化、工艺步骤能耗的降低以及高质量的净化废水。此外，由此确保了基础反应和工艺步骤的可靠操作，特别是避免了对气候有害的N2O的排放。 [0032] 为获取一氧化二氮，优选的是将其从液相中分离。形成的一部分一氧化二氮在空气或氧气吹入的范围内在需氧或部分或完全厌氧阶段中从水相中排出。为了能够利用如此排出的一氧化二氮和不使其进入大气中起危害气候的作用，根据本发明需要将其中一氧化二氮会从液相中逸出的相应工艺阶段进行气密包封。将工艺步骤气密包封的可能性对于本领域技术人员来说例如可从生物气体应用和基于气体的其它工业过程获知。 [0033] 除了将形成的一氧化二氮在空气或氧气吹入的范围内在需氧或部分或完全厌氧阶段部分或完全排出，根据本发明例如在需氧或部分或完全厌氧阶段之前、期间和/或之后使用活性气体抽吸，以便从液相分离一氧化二氮。为此，例如可以施加气密性覆盖体和在负压下进行抽吸。因此可以将其它部分的在液相中溶解的一氧化二氮转移到气相中。除了施加负压外，也可以将在液相中溶解的一氧化二氮例如通过压力变化而分离。 [0034] 还可以的是，例如通过盐析、汽提(Strippen)或用气体例如用空气、氧气或蒸汽或也可以用本领域技术人员已知的与其不同的介质进行抽气（Austreiben），在需氧的或部分或完全厌氧阶段之前、期间和/或之后，从液相分离出液相中溶解的一氧化二氮。 [0035] 另外，也可以在需氧的或部分或完全厌氧阶段之前、期间和/或之后，例如通过引入热能将一氧化二氮转移到气相中。通过引入热能，一氧化二氮在液体中的溶解度下降。此外一部分液体蒸发。在此过程中引入热能可以通过各种本领域技术人员已知的任意方法进行。通常热能通过用合适的热交换器或电加热器加热进行。如果使用热交换器的话，则一方面可以使用例如带有双层夹套的容器，其中双层夹套被加热。或者也可以在其中含有含一氧化二氮的液体的容器中设置任意的热交换元件。这种类型的热交换元件例如是有热载体流过的热交换板或管。通常使用的热载体例如是热载体油、水或蒸汽。 [0036] 此外，在需氧的或部分或完全厌氧阶段之前、期间和/或之后可以实施用于从水相分离一氧化二氮的其它方法，例如使用薄膜蒸发器或薄层反应器，其中通过实现薄的液体膜使气态组分优先离开液相。在这种薄膜蒸发器和/或薄层反应器上，根据本发明可以任选地将本发明合适的微生物、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/或它们的组合进行固定。 [0037] 为了取得一氧化二氮的改善收率，此外可以例如在从液相分离一氧化二氮之前将一氧化二氮例如通过萃取或其它的例如基于膜的方法进行浓缩。 [0038] 通过从液相分离一氧化二氮，根据使用的方法可以获得纯的一氧化二氮或富含一氧化二氮的气体混合物。在此情况下一氧化二氮的纯度依赖于处理和分离工艺的类型。在此方面将在本发明的一氧化二氮获取过程中产生的所有气态产物称为气态相或废气。如果一氧化二氮是在净化设备中的废水净化过程中生成的话，则根据工艺条件，除了一氧化二氮之外，在气态相中例如也可以任选地含有气态烃、一氧化碳、二氧化碳和周围空气的组分。在废气中也可能含有来自废水净化的其它气态分解产物以及任选地使用的抑制剂、其前体和/或反应产物。 [0039] 具体实施方案变型在一个实施方式中，例如通过对一氧化二氮有选择性的气体膜从废气中分离一氧化二氮。作为替代，也可以使用一氧化二氮不能透过的气体膜，该膜使含一氧化二氮的气体中的其它成分通过，和以此方式将一氧化二氮浓缩在保留物流中。此外，根据使用的膜，可以将气态的酶抑制剂或其反应产物或其前体从气流中分离并根据本发明再次使用。对于一氧化二氮或其它气体有选择性的那些气体膜是本领域技术人员已知的。在此过程中特别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、基于纤维素的膜尤其是纤维素乙酸酯膜以及基于硅酮、基于聚二甲基硅氧烷以及聚[双(三氟乙氧基)磷腈（phosphazenene）]的膜和其它的以及相似的膜和膜体系。 [0040] 但是此外例如也可以例如通过提高压力或降低温度而液化废气中的一氧化二氮。液化的一氧化二氮冷凝出来和可以被收集。 [0041] 也可以使用本领域技术人员已知的其它气体净化方法用于从废气中分离一氧化二氮。这样的方法例如是汽提法、膜法、冷凝法、吸附法、蒸馏法或精馏法和/或用于分离和净化沼气的其它已知方法。因此例如通过合适的分子筛、通过将含一氧化二氮的气体导入和溶解在液体或固体介质中而分离一氧化二氮适合于浓缩或选择性吸附方法。适合作为含有一氧化二氮的气体所流过的液体或固体介质的是例如硫酸铁溶液和在硫酸中乳化的硫酸铁以及P2O5。然后接着进行精馏、蒸馏或萃取以进一步净化。 [0042] 但是根据本发明也可以根据进一步使用的情况，将一氧化二氮以未净化的形式使用。 [0043] 除了从废水的净化获取一氧化二氮外，根据本发明也可以通过微生物过程或酶过程在任意的其它工艺范围内从含氮物质获得一氧化二氮。因此例如也可以从例如在生物气体制备中产生的含氮物质或液体获得一氧化二氮。此外也可以除了家庭废水外利用家庭废物、废水、废料以及在工业和农业中产生的废料和其它物质，特别是谷物和/或切割草料，来获取一氧化二氮。因此，所述一氧化二氮例如也可以从粪水、生物气体设备的消化物、堆肥、粪肥以及工业废水，例如从牛奶加工厂和屠宰场获得。 |
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