DE4324910C2 - Verfahren zur mikrobiellen Beseitigung von Stickstoffmonoxid - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur mikrobiellen Besei­ tigung von Stickstoffmonoxid, den Einsatz von Propandiol-1,2 zur mikrobiellen Beseitigung von Stickstoffmonoxid sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die Beseitigung von Stickstoffmonoxid gewinnt zunehmend an Bedeutung, weil Stickstoffmonoxid umgewandelt wird in Stick­ stoffdioxid, das toxisch ist und zur Ozonbildung in der Atmo­ sphäre beiträgt.

Aus DE-C1 40 27 126 ist ein Verfahren zur Entfernung von gas­ förmigen Stoffen aus einem gasförmigen Medium durch Mikroor­ ganismen bekannt, das auch zur Umsetzung von Stickstoffmon­ oxid geeignet ist. Für dieses Verfahren ist allerdings der Einsatz eines speziellen Reaktors erforderlich, ohne den keine guten Stickstoffmonoxid-Umsatzraten möglich sind.

Ein Verfahren zum Entfernen von Stickoxiden aus Abgasen, bei denen die Stickoxide zu elementarem Stickstoff reduziert wer­ den ist aus DE-C2 34 23 285 bekannt. Hierbei findet die Ent­ fernung der Stickoxide in üblicher Weise unter anoxischen Be­ dingungen statt. Die eingesetzten Bakterien reduzieren die Stickoxide und bilden in Gegenwart von Methanol oder einer wäßrigen Methanollösung molekularen Stickstoff. In Gegenwart von Sauerstoff bricht die Denitrifikation ab, so daß ein reduktiver Abbau von NO_x unter aeroben Bedingungen nicht möglich ist.

Eine Denitrifikation unter anaeroben Bedingungen ist ferner in WO 91/18 661 beschrieben. Auch diese Druckschrift geht da­ von aus, daß eine aerobe Denitrifikation von Stickstoffmon­ oxid nicht möglich ist. Da anaerobe Bedingungen die Verfah­ rensführung grundsätzlich erschweren, sind derartige Bedin­ gungen im allgemeinen nachteilig.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zur mikrobiellen Beseitigung von Stickstoffmonoxid zu entwickeln, mit dem sich gute Umsatzra­ ten ergeben. Das Verfahren soll hierbei möglichst einfach an­ wendbar sein.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß man ein Stickstoffmonoxid enthaltendes Luftgemisch mit Bakte­ rien in Berührung bringt und durch Zugabe von Methanol oder Propandiol-1,2 jene Bakterien selektiert, die Stickstoffmon­ oxid in Gegenwart des Luftgemisches umsetzen.

Der besondere Vorteil des neuen Verfahrens besteht in seiner einfachen Anwendung. Überraschenderweise wurde nämlich gefun­ den, daß Stickstoffmonoxid von vielen Bakterien besonders gut umgewandelt wird, wenn diese in Gegenwart von Methanol wach­ sen. Hierbei findet im wesentlichen eine reduktive Stickstoffmonoxid-Umwandlung statt, bei der keine toxischen Stick­ stoffverbindungen entstehen.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung läßt sich ein Trägermaterial mit Stickstoffmonoxid überströmen, auf dem sich die Bakterien unter Zugabe des Alkohols ansiedeln las­ sen. Der Alkohol wird hierbei vorzugsweise in Form einer ver­ dünnten Lösung eingesetzt. Zur Pufferung eventuell entstehen­ der Säuren neutralisiert man und hält den pH-Wert im Bereich von pH 7 bis pH 8.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung läßt sich an­ stelle des vorgesehenen Alkohols auch eine mit Alkohol bela­ dene Luft wie z. B. Prozeßabluft verwenden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner der Einsatz von Propandiol-1,2 zur mikrobiellen Beseitigung von Stickstoffmonoxid.

Als Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß An­ spruch 1 bis 5 kann hierbei ein Reaktor dienen, der die Bak­ terien entweder in Suspension oder trägerfixiert enthält.

Anhand einer bevorzugten Vorrichtung wird das erfindungsge­ mäße Verfahren nachfolgend näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Reaktor 1, der als Festbettreaktor ausge­ bildet ist. Dieser Reaktor besitzt ein Gehäuse 3, das ein Trägermaterial 4 umgibt. Als Trägermaterial 4 eignen sich im Grunde alle zum Aufwuchs von Mikroorganismen einsetzbaren Ma­ terialien, beispielsweise Blähton, Glassinter oder Aktiv­ kohle. Das Trägermaterial 4 wird mit einer Suspension von Mi­ kroorganismen beimpft, die auf dem Trägermaterial siedeln und Stickstoffmonoxid umwandeln. Solche Mikroorganismen sind bei­ spielsweise Bakterien der Gattungen Methylobacterium, Acine­ tobacter, und Xanthobacter. Damit die eingesetzten Bakterien wachsen können, werden auch Substrate zugesetzt. Anschließend wird der Reaktor 1 mit Stickstoffmonoxid bzw. einem Stick­ stoffmonoxid enthaltenden Gasgemisch durchströmt, so daß sich die eingesetzten Bakterien in Gegenwart von Substrat, aber auch in Gegenwart von Stickstoffmonoxid befinden.

Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß nach Zugabe von Methanol oder Propandiol-1,2 ein besonders guter Stickstoff­ monoxidabbau im Reaktor 1 stattfindet. Es wird angenommen, daß die eingesetzten Bakterien den Alkohol als Substrat ver­ wenden, wobei ein Metabolit wie z. B. Pyruvat entsteht. Dar­ über hinaus wird Stickstoffmonoxid im wesentlichen reduktiv umgesetzt und zu Zellprotein umgewandelt.

Diese Alkohole werden den Bakterien vorzugsweise in Form einer verdünnten Lösung, beispielsweise als zweiprozentige Lösung zugeführt. Darüber hinaus können auch übliche zur An­ zucht von Mikroorganismen verwendete Nährsalze eingesetzt werden. Ebenso ist es möglich, daß man zur Pufferung even­ tuell entstehender Säuren neutralisiert und den pH-Wert im Reaktor beispielsweise durch Zugabe von KH₂PO₄ und K₂HPO₄ im Bereich von pH 7 bis pH 8 hält.

Es hat sich gezeigt, daß eine gute Abbauleistung durch Be­ impfen mit Bakterien möglich ist. Andererseits können aber auch Trägermaterialien eingesetzt werden, die eine natürliche Bakterienpopulation aufweisen, so daß sich durch entspre­ chende Selektion die gewünschten Abbauleistungen mit zeitli­ cher Verzögerung ergeben. Ebenso ist es möglich, für einen natürlichen Bakterienaufwuchs die im eingeleiteten Gasstrom vorhandenen Bakterien zu nutzen.

Um ein Austrocknen im Reaktor 1 zu verhindern, kann eine Be­ feuchtungseinrichtung 2 vorgesehen sein. Als eine solche Be­ feuchtungseinrichtung 2 kann beispielsweise eine Befeuch­ tungsmatte 5 dienen, die auf der Seite 6 des Gaseinlasses an­ geordnet ist. Über diese Befeuchtungsmatte 5 können den Bak­ terien neben der notwendigen Feuchtigkeit auch Nährstoffzu­ sätze zugeführt werden.

Anstelle eines Festbettreaktors lassen sich im Grunde aber auch alle anderen Reaktortypen einsetzen. So können bei­ spielsweise auch Fließbettreaktoren eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bevorzugt einsetzbar zur Luftreinigung. Beispielsweise zur Reinigung von Tunnelabluft und allen anderen mit Stickstoffmonoxid belasteten Gasströ­ men. Es eignet sich insbesondere zur Reinigung solcher Luft, die sowohl mit Alkohol, wie Methanol, als auch mit Stick­ stoffmonoxid belastet ist. Derartige Bedingungen können bei­ spielsweise bei biologischen Verfahren auftreten, so daß sich hier biologische Verfahren ergänzen können.

Versuchsbeispiel

Ein zylindrischer Reaktor (Reaktorvolumen 1,7 l) wurde mit Blähton gefüllt und mit einer Suspension von Bakterien der Gattung Methylobacterium beimpft. Die Bakterien befanden sich in einer zweiprozentigen Propandiollösung, mit der das Trägerma­ terial getränkt wurde. Anschließend wurde der Reaktor konti­ nuierlich mit Stickstoffmonoxid beladener Luft (5 ppm Vol.) durchströmt. Die Strömungsgeschwindigkeit betrug 100 l/h. Das Ergebnis dieses Versuchs zeigt Fig. 2. Man erkennt, daß über einen Versuchszeitraum von 15 Tagen ein weitgehend konstanter NO-Abbau von ca. 50% auftrat. Nach Ablauf dieser Zeit sank die Abbaurate. Durch Zugabe weiterer Propandiollösung konnte der NO-Abbau jedoch wieder gesteigert werden.

In einem Vergleichsversuch ohne Bakterien fand kein NO-Abbau statt.

Claims (8)

1. Verfahren zur mikrobiellen Beseitigung von Stickstoffmonoxid, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Stickstoffmon­ oxid enthaltendes Luftgemisch mit Bakterien in Berührung bringt und durch Zugabe von Methanol oder Propandiol-1,2 jene Bakterien selektiert, die Stickstoffmonoxid in Ge­ genwart des Luftgemisches umsetzen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Trägermaterial mit Stickstoffmonoxid überströmen läßt, auf dem sich die Bakterien unter Zugabe des Alko­ hols ansiedeln lassen.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Alkohol in Form einer verdünnten Lösung ein­ setzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man zur Pufferung eventuell entstehen­ der Säuren neutralisiert und den pH-Wert im Bereich von pH 7 bis pH 8 hält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man anstelle des vorgesehenen Alkohols eine mit Alkohol beladene Luft wie z. B. Prozeßabluft ver­ wendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß man Propandiol-1,2 zur mikrobiellen Beseiti­ gung von Stickstoffmonoxid einsetzt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bestehend aus einem Reaktor, durch den Stickstoffmonoxid bzw. ein Stickstoffmonoxid enthal­ tendes Gasgemisch geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor (1) Bakterien zur Umsetzung von Stickstoff­ monoxid und den Alkohol enthält, wobei die Bakterien in Suspension oder trägerfixiert vorliegen und sowohl mit Stickstoffmonoxid als auch mit Alkohol in Berührung kom­ men.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor als Festbettreaktor ausgebildet ist und auf der Seite (6) des Gaseinlasses eine Befeuchtungseinrichtung (2) aufweist.