EP2591118A2 - Verfahren zur gewinnung von distickstoffmonooxid (n²o) - Google Patents

Verfahren zur gewinnung von distickstoffmonooxid (n²o)

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EP2591118A2
EP2591118A2 EP11719001.7A EP11719001A EP2591118A2 EP 2591118 A2 EP2591118 A2 EP 2591118A2 EP 11719001 A EP11719001 A EP 11719001A EP 2591118 A2 EP2591118 A2 EP 2591118A2
Authority
EP
European Patent Office
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nitrogen
processes
microorganisms
bacteria
phages
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11719001.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Finke
Andreas Mattern
Dominic Lingenfelser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2591118A2 publication Critical patent/EP2591118A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • a process for recovering Distickstoffmonooxid (N 2 0) state of the art The invention relates to a process for the recovery of Distickstoffmonooxid (N 2 0), which is also called laughing gas, containing by microbiological or enzymatic processes of nitrogen compounds, in particular, from biomass and / or waste and / or
  • Wastewater and / or other substances containing nitrogen-containing compounds, in particular ammonium compounds are particularly valuable and/or other substances containing nitrogen-containing compounds, in particular ammonium compounds.
  • nitrogen-containing substances are, for example, industrial or household wastewaters, as are purified in sewage treatment plants, in particular municipal sewage treatment plants.
  • microorganisms are used in sewage treatment plants.
  • oxidizers e.g. by ammonium oxidizer and nitrite oxidizer, first ammonium or other nitrogen-containing compounds to nitrite ions or nitrate ions oxidized.
  • nitrification process step in particular the introduction or "blowing in” of oxygen or air into the wastewater, is very energy-intensive
  • the nitrification process step is as a rule controlled such that the nitrogen content of all nitrogen-containing substances oxidized as completely as possible to form nitrate ions, the temporal or local process section in which air or
  • nitrate ions present or partially present nitrite ions are gradually reduced to dinitrogen (N 2 ). This escapes into the The atmosphere.
  • N 2 dinitrogen
  • Microorganisms are commonly used in wastewater treatment plants for this reduction.
  • the reduction of nitrite ions or nitrate ions is analogous to the oxidation of nitrogen-containing substances usually by suitable enzymes of
  • nitrate ions are converted into nitrite ions by nitrate reductases
  • nitrite ions are converted by nitrite reductases into nitrogen monoxide, and this through
  • denitrification Generally also referred to as denitrification.
  • the process step of denitrification is usually controlled so that the present nitrate ions and / or nitrite ions are reduced as completely as possible to dinitrogen.
  • the temporal or local process section in which no air or oxygen is blown into the clarifier, is usually referred to as anaerobic stage.
  • nitrogen-containing compounds nitrogen-containing substances to nitrite ions or
  • Nitrate ions and for the described subsequent biological reduction of nitrate ions and / or nitrite ions suitable microorganisms are used. These are commonly referred to as nitrifiers or denitrifiers. These are suitable in
  • Nitrosovibrio Nitrosomonas
  • Nitrosospira Nitrosospira
  • Nitrosospina Nitrosolobus
  • Nitrobacter In general, the ability to denitrify within the prokaryotes is widespread.
  • Suitable autotrophic bacteria are, for example, Paracoccus denitrificans or Thiobacillus denitrificans.
  • heterotrophic bacteria for example, Pseudomonas props are used.
  • the microorganisms Pseudomonas poutida the microorganisms Pseudomonas poutida
  • nitrifiers and Denitrifizierern are in the context of wastewater treatment and the treatment of other nitrogen-containing substances usually a complete oxidation of the nitrogen content of the nitrogen-containing compounds to nitrate ions and / or nitrite ions and the subsequent complete reduction of nitrate Ions and / or nitrite ions to dinitrogen (N 2 ) sought.
  • the process sequence of nitrification and denitrification is implemented differently in different established procedures. Thus, as an alternative to the sequence described above, ie first performing the nitrification and subsequent implementation of the
  • Process sequence variants by proportionate recycling of the wastewater or the water / sludge mixture, which leaves the last stage reached. Furthermore, it is possible to purify wastewater in a pool cascade, i. in an arrangement in which several denitrification and nitrification tanks are alternately connected in series. In addition, it is possible to have an alternate denitrification, i. to realize a temporal separation of the nitrification and denitrification by the shutdown and connection of the oxygen or air supply within the same basin. Even with the two last mentioned variants can optionally by proportionate recycling of the wastewater or the water / sludge mixture, which leaves the last stage reached. Furthermore, it is possible to purify wastewater in a pool cascade, i. in an arrangement in which several denitrification and nitrification tanks are alternately connected in series. In addition, it is possible to have an alternate denitrification, i. to realize a temporal separation of the nitrification and denitrification by the shutdown and connection of the oxygen or air supply within the
  • Wastewater treatment can be achieved.
  • a major disadvantage of the established methods for wastewater treatment is their high energy consumption, which results mainly from the high demand for air or oxygen supply for the oxidation reactions. Furthermore, the substantially complete conversion of the nitrogen-containing compounds nitrogen-containing substances in the context of nitrification and denitrification in largely inert and not far material or
  • energetically usable dinitrogen is a disadvantage of all established processes and processes for wastewater treatment.
  • the existing potential of the material and energetic use of the nitrogen components of nitrogen-containing substances, in particular wastewaters as they are purified in purification plants by nitrification and denitrification, is therefore not used.
  • Denitrification processes can be achieved. A material or energetic use of the nitrogen components contained in the wastewater, however, is not discussed.
  • nitrous oxide which is also referred to as nitrous oxide and the example, as an oxidizing agent for burns, for example in rocket engines or as Anesthetic is currently used, in general, by catalytic oxidation of ammonia, in particular nitrous oxide (N 2 ) and dihydrogen (H 2 ) is prepared, or thermal decomposition of ammonium nitrate.
  • the production is generally energetically and technically complicated.
  • nitrous oxide N 2 O or nitrous oxide
  • Eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination thereof so selected or manipulated or proportionately or completely reversibly and / or irreversibly inhibited by appropriate measures or the corresponding microbiological or enzymatic processes, eg by suitable process conditions, so controlled that from the nitrogen-containing compounds of the nitrogenous substances proportionately or completely
  • Nitrous oxide (N 2 0) is formed. Furthermore, the corresponding
  • Microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination of those which contribute to nitrous oxide production and / or involved reaction sequences and / or the preparation of nitrogen-containing substances remains possible or remains as far as possible if possible increased by propagation and the reactions underlying the nitrous oxide production and / or their accompanying reaction sequences and / or reactions or processes for working up nitrogen-containing substances proceed as completely as possible and rapidly.
  • Nitrous oxide formed in these reactions is separated off, collected, collected, if necessary purified and / or fed to further processes, in particular combustion processes, eg processes for treatment of sewage gas and biogas.
  • Nitrous oxide e.g. can be coupled with the workup or purification of the nitrogen-containing substances, in particular in sewage treatment plants.
  • Nitrous oxide e.g. by appropriate measures before, after, during and / or instead of nitrification or
  • Nitrous oxide e.g. By incineration in plants or processes for sewage and biogas combustion, the energy gain of these processes or combustion processes increased and thus improves the overall energy balance of sewage and / or biogas plants. Furthermore, by a suitable adaptation according to the invention of the nitrification stage in sewage treatment plants or processes for the treatment or purification of nitrogen-containing substances, the air or oxygen consumption and thus the energy consumption of this stage and thus the total energy consumption of the process or the sewage treatment plant are lowered. Furthermore, the inventive encapsulation or gas-tight closure of the nitrification stage and / or the denitrification stage and optionally further
  • a further advantage of the method according to the invention is that the present invention optional concentration of nitrogen-containing substances on the one hand purified water, optionally drinking water, recovered and on the other hand, the amount of nitrogen-containing water to be treated or nitrogen-containing substances is reduced.
  • the space and energy requirements of a sewage treatment plant or other processes for the treatment or purification of nitrogen-containing substances can be reduced within the currently used and established and other discussed methods for treating or purifying nitrogen-containing substances, in particular for the purification of waste water Nitrogen-containing substances, in particular the wastewater to be purified before entering the process steps provided for this,
  • the nitrification or Denitrification steps are designed and controlled microbiologically, enzymatically and procedurally in sewage treatment plants so that the microbiological or
  • Nitrate ions should be made. As part of denitrification, these nitrate ions should be reduced as completely as possible to dinitrogen (N 2 ).
  • the inventive method optionally includes before and / or after and / or during the aerobic and / or proportionately or completely anaerobic process stage, a
  • Concentration of the nitrogen-containing substances in particular the industrial and municipal wastewater.
  • This can be realized according to the invention by a forward osmosis step.
  • the method of forward osmosis can be realized in particular such that the nitrogen-containing substance to be concentrated, e.g. the wastewater is directed into or through one side of a pelvis and / or tube divided by a membrane and / or other flow geometries divided by a membrane.
  • a so-called "draw solution” is passed into the basin and / or into the tube and / or into other flow geometries divided by a membrane, in or against the flow direction of the nitrogen-containing substance
  • draw solution is passed into the basin and / or into the tube and / or into other flow geometries divided by a membrane, in or against the flow direction of the nitrogen-containing substance
  • Membrane materials can be used, for example, membranes based on polymeric materials, in particular based on polyesters and polyester fibers, or ceramic materials.
  • draw solutions can, for example, aqueous solutions, suspensions and / or mixtures of volatile or thermally unstable substances, in particular salts, especially products of gaseous precursors such as C0 2 and / or NH 3 and / or water such as an aqueous solution of NH 4 HC0 3 and related and other material systems may be used.
  • aqueous solutions, suspensions and / or mixtures of magnetic materials are in water soluble magnetic materials, such as solutions of iron-containing compounds used
  • the composition and / or substance concentration of the corresponding "draw solution” should be selected so that portions of the water of the nitrogen-containing substance, in particular the wastewater, from the one side of the membrane through the membrane to the side of the "draw solution” penetrates through the passage of water from the side of Nitrogen-containing substance, especially of wastewater, to the side of the "draw Solution "is the nitrogen-containing substance, for example, concentrated in terms of their nitrogen content, the" draw solution "is diluted accordingly.
  • the nitrogenous ones are selected so that portions of the water of the nitrogen-containing substance, in particular the wastewater, from the one side of the membrane through the membrane to the side of the "draw solution" penetrates through the passage of water from the side of Nitrogen-containing substance, especially of wastewater, to the side of the "draw Solution "is the nitrogen-containing substance, for example, concentrated in terms of their nitrogen content, the" draw solution "is diluted accordingly.
  • Substance can then be supplied to the further process steps according to the invention, in particular to the process steps for dinitrogen monoxide production.
  • the diluted "draw solution" is removed and may, for example, be replaced by a suitable solvent
  • the separated magnetic substances and / or particles can by suitable
  • the dilute draw solution can also be worked up by thermal decomposition of the thermolabile salts, according to the invention in particular the combustion heat of sewage or biogas or the heat of combustion of the
  • Flow rates are set.
  • the optional realization of the forward osmosis in addition to the concentration of nitrogen-containing substances, which can be achieved, for example, a reduction of space and energy requirements of the following process steps, the production of fresh water, ie water, which are reused in this form and optionally classified as drinking water can, scored.
  • the realization of this optional process step seems particularly expedient against the background of the present scarcity of the resource water.
  • nitrous oxide (N 2 O or nitrous oxide) is obtained by microbiological or enzymatic processes from nitrogen-containing substances are the microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or or enzymes and / or a combination thereof so selected or manipulated or proportionally or fully reversibly and / or irreversibly inhibited by appropriate measures or the corresponding microbiological or enzymatic processes, eg controlled by suitable process conditions, so that from the nitrogen-containing compounds of the nitrogen-containing substances proportionately or completely dinitrogen monoxide (N 2 0) is formed.
  • the corresponding process conditions are selected so that the stock of microorganisms used accordingly, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination of those for nitrous oxide production and / or involved
  • the production of dinitrogen monoxide may be accompanied by and / or in addition to and / or instead of the previously realized workup or purification of nitrogen-containing substances, in particular the workup or purification of wastewaters, in particular in sewage treatment plants by means of nitrification or denitrification.
  • the workup or purification of wastewaters in particular in sewage treatment plants by means of nitrification or denitrification.
  • an aerobic process step which can be seen as a modification or variation of the nitrification currently applied in wastewater treatment plants, the
  • Nitrogen-containing substances by suitable measures in contact with oxygen or air and in contact with suitable microorganisms or heterotrophic and autotrophic bacteria, litho-autotrophic or chemo-litho-autotrophic microorganisms and / or other microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, Fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination thereof.
  • suitable according to the invention are provided in contact with oxygen or air and in contact with suitable microorganisms or heterotrophic and autotrophic bacteria, litho-autotrophic or chemo-litho-autotrophic microorganisms and / or other microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, Fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination thereof.
  • suitable according to the invention are
  • Microorganisms bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination thereof, the nitrogen-containing substances under aerobic conditions proportionately or completely
  • Convert dinitrogen monoxide or participate in the corresponding reaction sequences are. These include, for example, nitrifiers such as Nitrosomonas europea or their associated enzymes. Also suitable are, for example, microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination of those which convert nitrogen-containing substances proportionally or completely into nitrite ions under aerobic conditions or at appropriate
  • Reaction sequences are involved. These include, for example, Nitrifiers such as Nitrosomonas europea.
  • Nitrifiers such as Nitrosomonas europea.
  • the formation of nitrate ions is possible according to the invention in this process step but not preferable.
  • the aerobic process step in particular the oxygen or air supply is controlled in this context so that the oxidation of the nitrogen components leads to the highest possible proportion to the formation of dinitrogen monoxide and the resulting gases are partially or completely led out of the liquid phase.
  • the process step is controlled to maximize the nitrite / nitrate ratio. As a result, the total oxygen consumption and the corresponding energy consumption of this process step is minimized.
  • Methods for injecting oxygen or air into wastewater are known in the art. The
  • Wastewater and the determination of the associated flow velocities and residence times, in particular the liquid phase and / or the sludge-containing phase, the pH value and other process parameters takes place via the acquisition and evaluation of suitable measurement data, in particular the composition of the liquid phase, in particular with respect to the nitrate ion Concentration and / or the nitrite ion concentration and / or the concentration of other ions, in particular, for example of the
  • Nitrous oxide monoxide concentration, and the concentration of dissolved oxygen are used.
  • Dinitrogen monoxide production expedient Furthermore, low pH values are within this process step and / or within this process step
  • Waste water purposeful for the described process or the further process steps for example, pH values in the range of 3-10, in particular in the range of 5-9 and 5-7 for an increased dinitrogen monoxide production and a high nitrite / nitrate ion ratio are expedient.
  • the suitable microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination thereof may be used as sludge, suspension or the like. be present and transported with the aqueous medium, for example, the wastewater to be purified.
  • these can also be immobilized on suitable carriers by suitable methods. These carriers are by suitable measures, in particular eg by flow
  • Microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites and / or phages multiply as quickly as possible. Furthermore, it is possible for the carriers to be attached in such a way that they alternate with different media, in particular for the purification and / or regeneration and / or growth of the microorganisms, bacteria, archaea,
  • Microorganisms bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells,
  • suitable enzyme inhibitors for example due to the flow, can be improved.
  • nitrogen-containing substances in particular, for example, the nitrite ions and / or nitrate ions, which may be proportionally formed during the aerobic process step, are used.
  • suitable according to the invention are microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or
  • Convert nitrous oxide or participate in corresponding reaction sequences include, for example denitrifiers which do not have the ability to N 2 0-reductase or their ability to N 2 0-reductase can be inhibited by suitable measures proportionally or completely.
  • agrobaterium tumefaciens alcaligenes faecalis, alcaligenes spp.
  • Agrobacterium tumefaciens Pseudomonas chlororaphis, Pseudomonas perfectomarinces, Pseudomonas fluirescenec, Pseudomonas caryophylli, Pseudomonas aureofaciens, Pseudomonas aerogenes, Pseudomonas spp., Propionibacterium acidiprionici, Neisseria spp., Neisseria sicca, neisseria flavescens, neisseria sasflava, neisseria mucosa, bacillus licheniformis, chromobacterium violaceum, chromobacterium lividum, corynebacterium violaceum, chro
  • the proportionately or completely anaerobic process step is controlled in this context so that the implementation of the nitrogen-containing components, in particular the reduction of nitrite ions and nitrate ions or proportionately existing or formed nitrogen monoxide leads to the highest possible proportion to the formation of dinitrogen monoxide and the gas formed is partially or completely led out of the liquid phase.
  • the control of the process step in particular the wastewater and / or
  • Mud supply and the determination of the associated flow rate and residence time in the present and / or previous and / or downstream process step via the detection and evaluation of suitable measurement data in particular the composition of the liquid phase, in particular with respect to the dissolved oxygen concentration and / or the nitrate ion Concentration and / or nitrite Ion concentration and / or the concentration of other ions and other substances, in particular, for example, optionally used inhibitors and / or the C / N ratio, the pH, the gas phase composition, in particular, for example, their dinitrogen monoxide and / or their concentration optionally to be used inhibitors and / or the temperature. Unless the used
  • Microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination of which have the ability to N 2 0-reductase can thus also according to the invention by the control of suitable measures proportionally or completely inhibited.
  • suitable measures proportionally or completely inhibited.
  • This is done in particular when using eg thiosphaera pantotropha, thiobacillus denitrificans, Paracoccus halodenitrificans and achromobacter cycloclastes in particular by the targeted adjustment of the oxygen content of the proportionately or completely anaerobic process step by supplying oxygen or air.
  • Methods for injecting oxygen or air into wastewater are known in the art.
  • halodenitrificans and achromobacter cycloclastes have a dissolved oxygen concentration in the range of a 0 to 90 percent oxygen saturation of the liquid phase, in particular a 0 to 25 percent oxygen saturation of the liquid phase, for an increased
  • Nitrous oxide production optimal oxygen saturation is very much dependent on the microorganisms involved, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination of these and all surrounding process conditions. Analogous to
  • Oxygen concentration can be controlled according to the invention, the carbon content of the wastewater and the C / N ratio of the nitrogen-containing substance so that an increased nitrous oxide production is achieved.
  • C / N and / or COD / NO 3 -N and / or COD-N0 2 -N ratios are less than 10, in particular less than 5 or less than 3 expedient.
  • These can be adjusted, for example, by metering in carbon-rich wastewater or by regulating the relative residence times of the nitrogen-containing substances in the respective process steps.
  • low pH values within this process step and / or within the effluent leaving this process step are expedient for the described process or the further process steps.
  • pH values in the range of 3-10, in particular in the range of 5-9 and 5-7 for an increased dinitrogen monoxide production are expedient.
  • Nitrous oxide reductase by suitable irreversible and / or reversible
  • Nitrous oxide suitable irreversible and / or reversible or non-competitive and / or competitive inhibitors are, for example, substances which deactivate the active site of nitrous oxide reductase or bind instead of nitrous oxide at this center.
  • Suitable substances in this context are substances which, for example, have a structure similarity with dinitrogen monoxide or acetylene, for example N 2 O-containing metal complexes.
  • Solid, gaseous or liquid substances can act as inhibitors of the N 2 O reductase ability. These include in particular acetlys, ethene, azides, cabrids, cyanides, 2,4-dinitrophenol,
  • Monoiodoacetate, CuS0 4 and CO as well as compounds that have these functionalities in their molecular structure and thus can act comparably as inhibitors.
  • the suitable microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination thereof may in turn be used as sludge, suspension or the like. and with the aqueous medium, e.g. be transported to the wastewater to be cleaned.
  • these can be immobilized on suitable supports by the methods described.
  • the cytoplasmic membrane fraction of the marine denitrifiers Pseudomonas perfectomarinus or resting cells of the corynebacterium nephridii are immobilized under proportionally or completely anaerobic conditions
  • N 2 0-reductase inhibited microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages and / or phages, and / or alternatively the combination of the enzymes nitrate reductase, nitrite reductase and NO reductase on To immobility to a carrier, in contact with
  • nitrogen-containing substances in particular nitrite ion-containing and nitrate ion-containing wastewater, and thus a favorable process for N 2 0 extraction to realize.
  • Oxygen or optionally further usable substances in particular suitable enzyme inhibitors and / or a combination of the carrier system with the dosage of air or oxygen and / or inhibitors or their precursors, e.g. flow conditionally improved.
  • copper ions of the metalloenzyme used for the reduction of dinitrogen monoxide may alternatively be reduced, removed or complexed before and / or during the aerobic or proportionately or completely anaerobic process stage.
  • a copper separation can take place by means of selective ion exchangers.
  • Reduction for example by electrolysis, take place.
  • Suitable complexing agents of the copper ions are, for example, chelating substances, for example tetraacetylethylenediamine (TAED).
  • TAED tetraacetylethylenediamine
  • sulfonamide-substituted thiono ligands, 1 - (- chloro-3-indazolylazo) -2-hydroxynaphthalene-3,6-disulfonic acid analogues or chlorophyll-based ligands are also suitable as complexing agents for removing the copper ions.
  • Suitable metals which can be used for the reduction of the copper ions, for example by sedimentation, are, for example, iron, tin and zinc.
  • Suitable metal ions are, for example, Sn 2+ ions.
  • Copper ions are for example nitrate and / or nitrite ions in suitable
  • ion exchangers which are known to the person skilled in the art and used for copper ions are used.
  • Suitable ion exchangers are, for example, those which contain metal ions, for example calcium, magnesium or sodium ions as exchange ions, and furthermore also chelating and adsorptive ion exchangers.
  • Suitable ion exchangers are, for example, modified sulfonated polystyrene ion exchangers, differently substituted iminodiacetic acid ion exchangers and also further polymer- and / or silicate-based ion exchangers
  • Ion exchangers can also be used as immobilizers of the microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages or cells, cell fractions or membrane fractions or enzymes and / or a combination thereof.
  • the copper complexation can be an inhibitory effect on the nitrous oxide reductase and thus increased N 2 0 recovery can be achieved.
  • the complexing agents or the metals used for sedimentation,
  • Metal ions, other redox systems and ions or ion exchangers, as well as suitable irreversible and / or reversible or non-competitive and / or competitive inhibitors may, for example, before and / or during the aerobic or proportionate or
  • Ion exchanger for removing the copper ions and / or immobilizing the
  • the ion exchanger or the ion exchange material in this case can be present as a structured or disordered packing. It is thus possible, for example, for the ion exchanger to be present in the form of a woven or knitted fabric or else as a packed body in the column. It is also possible to fill an ion exchange granulate into the column.
  • Advantage of using a column is that up a simple way a regeneration of the ion exchanger is possible, for example by replacement or by switching to a second column, which also has a
  • ion exchanger Contains ion exchanger.
  • the ion exchanger and / or the immobilized bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages or cells, cell fractions or membrane fractions or enzymes and / or a combination thereof, in the unused column can then be regenerated and / or stimulated their growth become.
  • fraction of the substance mixture which is not recycled within the process step sequence variants can, analogously to the established processes, be subjected to a sedimentation process or further processes for sludge separation, e.g. membrane-based processes are supplied. According to the invention, it is also possible alternative to the invention
  • Nitrous oxide oxide contents are maintained. Furthermore, according to the invention, the forward step sequence steps described above can optionally be switched upstream and / or between and / or downstream as described in the introduction. As a result, further shares largely pure water are obtained.
  • the process steps selected for dinitrogen monooxide production can be monitored by suitable sensors and / or suitable methods and controlled by suitable measures.
  • Methods for monitoring the process steps are e.g. Gas sensory methods.
  • the composition of the gas phase may e.g. by gas spectroscopic measurements, in particular based on the FTI R or
  • the composition of the aqueous phase may be e.g. by spectroscopic as well as by potentiometric or coulombmetric methods and the use of suitable electrodes, e.g. for the determination of the pH and other methods are analyzed. Further gas-analytical methods and methods for analyzing the composition of the aqueous phase are known to the person skilled in the art. By tracking, evaluating or utilizing the measured values thus obtainable, it is possible to use the process described according to the invention as well as established processes for the treatment or purification of nitrogen-containing substances by suitable methods
  • Measures for example by regulating the temperature, the pH, which can be regulated in particular by regulating the oxygen or air supply, the dosage of carbon-rich wastewater or additional carbon components, in particular, for example, organic solvent waste and the relative residence time of the nitrogen-containing components or the microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination of these or the sludge and / or the flow rates and the inhibitor dosage before / after or during the To control individual process steps in such a way that a maximization of the production of nitrous oxide, a reduction of the energy consumption of the process steps as well as a high quality of the purified waste water is achieved.
  • nitrous oxide For the production of nitrous oxide, it is preferable to separate it from the liquid phase. Part of the dinitrogen monoxide formed is discharged from the aqueous phase in the course of the air or oxygen injection in the aerobic or the proportionate or complete anaerobic stage. So that the so-discharged nitrous oxide can be used and does not enter the atmosphere where it can have a climate-damaging effect, it is necessary according to the invention to decompress the corresponding process stages in which dinitrogen monoxide escapes from the liquid phase in a gastight manner. Possibilities for gas-tight encapsulation of the process steps are the expert from eg
  • Nitrous oxide for example, be separated by pressure variation.
  • liquid phase dissolved nitrous oxide, for example, by salting out, stripping or expelling with a gas, for example with air, oxygen or steam or with different media, which are known in the art, before, during and / or after separate aerobic or the proportionate or complete anaerobic stage from the liquid phase.
  • a gas for example with air, oxygen or steam or with different media, which are known in the art, before, during and / or after separate aerobic or the proportionate or complete anaerobic stage from the liquid phase.
  • the dinitrogen monoxide into the gas phase, for example by introducing thermal energy.
  • thermal energy By introducing thermal energy, the solubility of nitrous oxide in the liquid is lowered.
  • some of the liquid evaporates.
  • the introduction of the thermal energy can be carried out by any known in the art methods. Usually, the thermal energy is carried out by heating with a suitable heat exchanger or an electric heater. If a heat exchanger is used, it is on the one hand possible, for example, to use a container with a double jacket, wherein the double jacket is heated. Alternatively, however, also any combination of the dinitrogen monoxide into the gas phase, for example by introducing thermal energy.
  • the solubility of nitrous oxide in the liquid is lowered.
  • some of the liquid evaporates.
  • the introduction of the thermal energy can be carried out by any known in the art methods. Usually, the thermal energy is carried out by heating with a suitable heat exchanger or an electric heater. If a heat exchanger is used, it is on the one hand possible
  • Heat exchanger element may be provided in a container in which the
  • Nitrous oxide containing liquid is included.
  • Heat exchanger elements are, for example, heat exchanger plates or tubes through which a heat transfer medium flows.
  • Commonly used heat transfer media are, for example, heat transfer oils, water or steam.
  • Cells, cell fractions or membrane fractions and / or enzymes and / or a combination thereof are immobilized.
  • nitrous oxide e.g. by extraction or further e.g.
  • dinitrogen monoxide is produced in sewage treatment plants in sewage treatment plants.
  • dinitrogen monoxide it may also contain, for example, gaseous hydrocarbons, carbon monoxide, carbon dioxide and components of the ambient air in the gaseous phase. Also more gaseous
  • Degradation products from wastewater treatment and optionally used inhibitors, their precursors and / or reaction products may be contained in the exhaust gas. variants
  • the nitrous oxide is replaced by, for example, a
  • Nitrous oxide selective gas membrane separated from the exhaust gas.
  • a nitrous oxide impermeable gas membrane which transmits other components of the dinitrogen monoxide-containing gas, and thus concentrates the dinitrogen monoxide in the retentate stream.
  • gaseous enzyme inhibitors or their reaction products or their precursors can be separated from the gas stream and reused according to the invention.
  • Such nitrous oxide or other gas selective gas membranes are known in the art. In particular, membranes based on sulfonate-containing aromatic polyamides and poly-N-vinylamides or Lestosil
  • Membrane cellulose especially cellulosic acetate membrane as well
  • Silicone-based, polydimethylsiloxane-based and poly [bis (trifluoroethoxy) phosphazenes] and other and related membranes and membrane systems can be used.
  • the dinitrogen monoxide of the exhaust gas may be liquefied, for example, by an increase in pressure or a drop in temperature.
  • the liquefied nitrous oxide condenses out and can be collected.
  • Nitrous oxide monoxide by suitable molecular sieves, by introducing and dissolving the nitrous oxide-containing gas in liquid or solid media for concentration or selective adsorption.
  • liquid or solid media through which the nitrous oxide-containing gas
  • Nitrous oxide containing gas is passed, are suitable for example
  • a rectification, distillation or extraction can then be connected.
  • nitrous oxide by microbiological or
  • Household waste water Household waste, waste water, waste as well as waste and other substances that are produced in industry and in agriculture, in particular grain and / or grass cuttings, to be used for nitrous oxide monoxide production. That's how it works
  • Nitrous oxide for example, from manure, fermentation residues of biogas plants, compost, manure and industrial wastewater, for. from dairies and slaughterhouses.
  • the dinitrogen monoxide obtained by the process according to the invention can be supplied, for example, to an oxidation reaction or combustion processes as an oxygen carrier.
  • the dinitrogen monoxide can be used, for example, for the combustion of coal, natural gas, biogas and sewage gas as well as fuels in internal combustion engines, boilers or in fuel cells.
  • Nitrous oxide monoxide in combustion processes is compared to the use of air as the oxygen carrier used, the energy content and the efficiency and thus the maximum usable energy of combustion processes improved. This significantly improves the energy efficiency of internal combustion engines, cogeneration units or fuel cells and reduces energy-specific carbon dioxide emissions.
  • Pollutants such as NO and N0 2, which may arise during combustion processes, for example, to avoid.
  • Suitable gas sensors for this purpose are known to the person skilled in the art.
  • according to the invention further measures for exhaust gas purification such as the realization of appropriate catalytic converters as they are known from industrial and automotive applications, taken.
  • Nitrous oxide is the supply of the recovered in sewage treatment plants Nitrous oxide monooxides to the processes in which by means of sludge digestion or within other anaerobic process recovered sewage gas is energetically used or burned. In addition to the resulting increased power generation, the resulting
  • Combustion heat can be used in various ways. As described, the heat in the context of the optionally applicable Aufkonzentrationsreaes by
  • forward osmosis can be used for thermal decomposition of the thermolabile salts and thus for working up the "draw solution” and water extraction
  • Wastewater in particular the optionally concentrated wastewater can be used.
  • Methods for media heating by thermal energy are well known to those skilled in the art.
  • the thus elevated temperatures of the wastewater to be purified lead to an acceleration of the microbiological or enzymatic processes.
  • the heat may be used to accelerate the growth or regeneration of the microorganisms, bacteria, archaea, eukaryotes, fungi, parasites, phages, cells, cell fractions and / or enzymes and / or a combination thereof used.
  • the anaerobic process steps used to produce sewage gas can be warmed and thus accelerated.
  • the resulting heat or cold can thus e.g. accompanying industrial processes such as e.g.
  • nitrous oxide makes it possible to use the chemical energy of nitrogen-containing substances, in particular nitrogen-containing wastewater, in a favorable manner. So far, the energy use of wastewater is limited to the production of biogas or hydrogen based on the organic carbon compounds contained in the wastewater.
  • inventive method for the production of dinitrogen monoxide opens up a new way of energy technology use of wastewater on the basis of nitrogen-containing components that are contained in the wastewater and results by its implementation also in a significantly improved energy and climate balance of sewage treatment plants.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Distickstoffmonooxid (N2O), das auch Lachgas genannt wird, durch mikrobiologische bzw. enzymatische Prozesse aus Stickstoff enthaltenden Substanzen, insbesondere aus Biomasse und/oder Abfällen und/oder Abwässern und/oder weiteren Substanzen die stickstoffhaltige Verbindungen, insbesondere Ammoniumverbindungen, enthalten. Dabei werden die zu verwendeten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer so ausgewählt bzw. so manipuliert bzw. durch geeignete Maßnahmen anteilig bzw. vollständig reversibel und/oder irreversibel gehemmt bzw. die korrespondierenden mikrobiologischen bzw. enzymatischen Prozesse, z.B. durch geeignete Prozessbedingungen, so gesteuert, dass aus den stickstoffhaltigen Verbindungen der stickstoffhaltigen Substanzen anteilig oder vollständig Distickstoffmonooxid (N2O) gebildet wird. Ferner werden die entsprechenden Prozessbedingungen so gewählt, dass der Bestand der entsprechend eingesetzten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder einer Kombination derer die zur Lachgasproduktion und/oder beteiligter Reaktionsfolgen und/oder der Aufbereitung Stickstoffhaltiger Substanzen beitragen möglichst bestehen bleibt bzw. sich sofern möglich durch Vermehrung erhöht und die der Lachgasproduktion zu Grunde liegenden Reaktionen und/oder deren begleitende Reaktionsfolgen und/oder Reaktionen bzw. Prozesse zur Aufarbeitung Stickstoff enthaltender Substanzen möglichst vollständig und rasch ablaufen. Bei diesen Reaktionen entstehendes Distickstoffmonooxid wird abgetrennt, aufgefangen, gesammelt, sofern notwendig aufgereinigt und/oder weiteren Prozessen, insbesondere Verbrennungsprozessen, z.B. Verfahren zur Klär-und Biogasverbrennung, zugeführt.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zur Gewinnung von Distickstoffmonooxid (N20) Stand der Technik Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Distickstoffmonooxid (N20), das auch Lachgas genannt wird, durch mikrobiologische bzw. enzymatische Prozesse aus Stickstoff enthaltenden Substanzen, insbesondere aus Biomasse und/oder Abfällen und/oder
Abwässern und/oder weiteren Substanzen die stickstoffhaltige Verbindungen, insbesondere Ammoniumverbindungen, enthalten.
Stickstoff enthaltende Substanzen sind erfindungsgemäß zum Beispiel industrielle bzw. Haushaltsabwässer, wie sie in Kläranlagen, insbesondere kommunalen Kläranlagen, gereinigt werden. In den Kläranlagen werden hierzu üblicherweise Mikroorganismen eingesetzt. Dabei werden in einer stufenweisen Oxidation unter Beteiligung von Sauerstoff, insbesondere durch Verwendung so genannter Oxidierer z.B. durch Ammoniumoxidierer und Nitritoxidierer, zunächst Ammonium bzw. weitere Stickstoff enthaltenden Verbindungen zu Nitrit-Ionen bzw. Nitrat-Ionen oxidiert. Diese Reaktionsfolge wird in der Literatur als
Nitrifikation bezeichnet. Hierbei werden die entsprechend zu Grunde liegenden chemischen Reaktionen in der Regel enzymatisch katalysiert. Enzyme die in diesem Zusammenhang eine Rolle spielen sind z.B. die Monooxygenase, die Hydroxylamin-Oxidoreduktase sowie die Nitritoxidase. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass der Prozessschritt der Nitrifikation, insbesondere das Einbringen bzw.„Einblasen" von Sauerstoff bzw. Luft in das Abwasser, sehr energieintensiv ist. Der Prozessschritt der Nitrifikation wird in der Regel so gesteuert, dass der Stickstoffanteil aller Stickstoff enthaltenden Stoffe möglichst vollständig zu Nitrat- Ionen oxidiert wird. Der zeitliche bzw. örtliche Prozessabschnitt in welchem Luft bzw.
Sauerstoff in das Klärbecken eingeblasen wird, wird in der Regel als aerobe Stufe bezeichnet.
Durch eine anschließende Reduktion werden die vorliegenden Nitrat-Ionen bzw. teilweise vorliegende Nitrit-Ionen stufenweise zu Distickstoff (N2) reduziert. Dieses entweicht in die Atmosphäre. Zu dieser Reduktion werden in Kläranlagen üblicherweise Mikroorganismen eingesetzt. Die Reduktion der Nitrit-Ionen bzw. Nitrat-Ionen wird analog zur Oxidation der Stickstoff enthaltenden Substanzen in der Regel durch geeignete Enzyme der
Mikroorganismen katalysiert. Dabei werden in der Regel Nitrat-Ionen durch Nitratreduktasen zu Nitrit-Ionen, Nitrit-Ionen durch Nitritreduktasen zu Stickstoffmonoxid, dieses durch
Stickstoffmonooxidreduktasen zu Distickstoffmonooxid und letzteres durch
Distickstoffmonooxidreduktasen zu Distickstoff (N2) reduziert. Dieser Vorgang wird im
Allgemeinen auch als Denitrifikation bezeichnet. Der Prozessschritt der Denitrifikation wird in der Regel so gesteuert, dass die vorliegenden Nitrat-Ionen und/oder Nitrit-Ionen möglichst vollständig zu Distickstoff reduziert werden. Der zeitliche bzw. örtliche Prozessabschnitt in welchem keine Luft bzw. Sauerstoff in das Klärbecken eingeblasen wird, wird in der Regel als anaerobe Stufe bezeichnet.
Zur beschriebenen biologischen Oxidation von Ammonium-Ionen bzw. weiteren
stickstoffhaltigen Verbindungen Stickstoff enthaltender Substanzen zu Nitrit-Ionen bzw.
Nitrat-Ionen und zur beschriebenen nachfolgenden biologischen Reduktion von Nitrat-Ionen und/oder Nitrit-Ionen werden geeignete Mikroorganismen eingesetzt. Diese werden im Allgemeinen auch als Nitrifizierer bzw. Denitrifizierer bezeichnet. Dazu eignen sich in
Abhängigkeit des Prozessschrittes sowohl heterotrophe als auch autotrophe Bakterien, litho- autotrophe bzw. chemo-litho-autotrophe Mikroorganismen, Pilze, Parasiten oder Phagen. Als Nitrifizierier werden im Allgemeinen Bakterien der Gattung Nitrosococcus sowie
Nitrosovibrio, Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosospina und Nitrosolobus sowie Nitrobacter verwendet. Im Allgemeinen ist die Fähigkeit zur Denitrifikation innerhalb der Prokaryoten weit verbreitet. Geeignete autotrophe Bakterien sind zum Beispiel Paracoccus denitrificans oder Thiobacillus denitrificans. Als heterotrophe Bakterien werden zum Beispiel Pseudomonas stützen eingesetzt. Weiterhin finden die Mikroorganismen Pseudomonas poutida,
Pseudomonas fluorescens sowie Alcaligenes faecalis sowie weitere Vertreter der Gattungen Flavobaterium, Arthrobacter, Achromobacter, Alcaligenses, Moraxella, Pseudomonas und Hyphomicrobium häufig Verwendung. Durch den Einsatz einer entsprechenden Kombination von Nitrifizierern und Denitrifizierern wird im Rahmen der Abwasserbehandlung sowie der Behandlung weiterer Stickstoff enthaltender Substanzen in der Regel eine vollständige Oxidation des Stickstoffanteils der stickstoffhaltigen Verbindungen zu Nitrat-Ionen und/oder Nitrit-Ionen sowie die anschließende vollständige Reduktion der Nitrat-Ionen und/oder Nitrit- Ionen zu Distickstoff (N2) angestrebt. Die Prozessabfolge der Nitrifikation und Denitrifikation wird in verschieden etablierten Verfahren unterschiedlich realisiert. So kann, alternativ zu der oben beschriebenen Abfolge, d.h. zunächst Durchführung der Nitrifikation und anschließende Realisierung der
Denitrifikation, der aeroben Stufe in der die Nitrifikation anteilig und/oder vollständig abläuft die anaerobe Stufe, in der die Denitrifikation anteilig und/oder vollständig stattfindet, vorgeschaltet werden. Eine möglichst vollständige finale Umwandlung des Stickstoffanteils der stickstoffhaltigen Verbindungen zu Distickstoff (N2) wird in beiden
Prozessabfolgevarianten durch anteiliges Rezyklieren des Abwassers bzw. des Wasser- /Schlammgemisches, das die jeweils letzte Stufe verlässt, erreicht. Weiterhin ist es möglich die Abwasserreinigung in einer Beckenkaskade, d.h. in einer Anordnung in der mehrere Denitrifikations- und Nitrifikationsbecken abwechselnd hintereinander geschaltet sind zu realisieren. Zudem ist es möglich eine alternierende Denitrifikation, d.h. eine zeitliche Separierung der Nitrifikation und Denitrifikation durch die Abschaltung und Zuschaltung der Sauerstoff- bzw. Luftzufuhr innerhalb des gleichen Beckens zu realisieren. Auch bei den beiden zu letzt genannten Varianten kann optional durch anteiliges Rezyklieren des
Abwassers bzw. des Wasser-/ Schlammgemisches weitgehend vollständiger
Nährstoffabbau, d.h. z.B. eine weitgehende Umsetzung des Stickstoffanteils der
stickstoffhaltigen Verbindungen zu Distickstoff (N2), und damit eine verbesserte
Abwasseraufreinigung erzielt werden.
Wesentlicher Nachteil der etablierten Verfahren zur Abwasserreinigung ist deren hoher Energieverbrauch, der vor allem aus dem hohen Bedarf an Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr für die Oxidationsreaktionen resultiert. Weiterhin stellt die weitgehend vollständige Umwandlung der stickstoffhaltigen Verbindungen Stickstoff enthaltender Substanzen im Rahmen der Nitrifikation und Denitrifikation in weitgehend inerten und nicht weiter stofflich bzw.
energetisch nutzbaren Distickstoff einen Nachteil aller etablierten Verfahren und Prozesse zur Abwasserreinigung dar. Das vorhandene Potential der stofflichen und energetischen Nutzung der Stickstoffkomponenten Stickstoff enthaltender Substanzen, insbesondere von Abwässern wie sie in Kläranlagen mittels Nitrifikation und Denitrifikation gereinigt werden, wird somit nicht genutzt. Zudem ist es von Nachteil, dass im Rahmen der weitgehend vollständigen Nitrifikation und weitgehend vollständigen Denitrifikation in Kläranlagen auf Grund von schlecht eingestellten Verfahren und ungewollten Nebenreaktionen als
Nebenprodukt in sehr geringen Anteilen klimaschädliche Gase wie Distickstoffmonooxid entstehen und in die Atmosphäre entweichen können. Ferner ist es von Nachteil, dass derzeit die zu reinigenden Abwässer vor Eintritt in die Kläranlage bzw. innerhalb der Kläranlage vor Eintritt in die vollständig bzw. anteilig anaerobe bzw. aerobe Stufe in der Regel nicht aufkonzentriert werden. Daher müssen große Mengen an Abwasser in den Kläranlagen behandelt, transportiert und gegebenenfalls erwärmt werden. Daraus resultiert ein hoher Energieverbrauch für den Abwassertransport und gegebenenfalls für die
Abwassererwärmung innerhalb von Kläranlagen als auch ein hoher Platzbedarf von
Kläranlagen.
Die Minimierung des Energieverbrauches steht im Fokus zahlreicher Studien und
wissenschaftlicher Arbeiten. Zur Verbesserung der Gesamtstoffbilanz bzw.
Gesamtenergiebilanz von Kläranlagen wird meist die stoffliche und energetische Nutzung der in den Abwässern enthaltenden Substanzen diskutiert. Ein Beispiel stellt dabei z.B. die stoffliche und energetische Nutzung der kohlenstoffhaltigen Verbindungen von Abwässern durch die Herstellung und energetische Nutzung von Klär- bzw. Biogas (CH4) dar. Ferner bietet die Anwendung neuerer Verfahren zur Reinigung stickstoffhaltiger Abwässer wie dem so genannten ANAMMOX Prozess, dem SHARON, dem BABE bzw. dem CANON Prozess Möglichkeiten den Energieverbrauch von Kläranlagen zu senken. Dies wird dabei durch die Verwendung alternativer Mikroorganismen und der Realisierung einer entsprechend angepassten Prozesssteuerung und Prozessabfolge realisiert. Im Rahmen der Diskussion der potentiellen stofflichen Nutzung der in Abwässern enthaltenen Ressourcen wird weiterhin z.B. diskutiert phoshorhaltige Abwasserbestandteile zur Düngemittelherstellung zu nutzen. Bezüglich der Reduzierung der ungewollten, klimaschädlichen Emissionen von Kläranlagen, insbesondere der Vermeidung der Distickstoffmonooxidemissionen aus Kläranlagen auf Basis der nicht vollständigen Nitrifikation bzw. Denitrifikation auf Grund von z.B. ungenau eingestellten Prozessen sowie Verfahrensfehlern und ungewollt eintretenden Nebenreaktion werden derzeit Möglichkeiten diskutiert wie diese Emissionen durch geeignete
mikrobiologische und verfahrenstechnische und prozesssteuerungstechnische Maßnahmen vermieden werden, und somit vollständig ablaufende Nitrifikations- und
Denitrifikationsprozesse erreicht werden können. Eine stoffliche bzw. energetische Nutzung der in den Abwässern enthaltenden Stickstoffkomponenten wird hingegen nicht diskutiert.
Derzeit erfolgt daher die Herstellung von stickstoffhaltigen Verbindungen meist durch technisch und energetisch aufwendige Verfahren, insbesondere unter Beteiligung von Distickstoff als reaktionsträgem Edukt und/oder dessen Folgeprodukten. So erfolgt die Herstellung von Distickstoffmonooxid, das auch als Lachgas bezeichnet wird und das zum Beispiel als Oxidationsmittel für Verbrennungen, beispielsweise in Raketenantrieben oder als Narkosemittel eingesetzt wird, derzeit im Allgemeinen durch katalytische Oxidation von Ammoniak, dass insbesondere aus Distickstoff (N2) und Diwasserstoff (H2) hergestellt wird, oder thermische Zersetzung von Ammoniumnitrat. Die Herstellung ist im Allgemeinen energetisch und technisch aufwendig.
Darstellung der Erfindung
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Gewinnung von Distickstoffmonooxid (N20 bzw. Lachgas) durch mikrobiologische bzw. enzymatische Prozesse aus Stickstoff enthaltenden Substanzen werden die zu verwendenden Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen,
Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer so ausgewählt bzw. so manipuliert bzw. durch geeignete Maßnahmen anteilig bzw. vollständig reversibel und/oder irreversibel gehemmt bzw. die korrespondierenden mikrobiologischen bzw. enzymatischen Prozesse, z.B. durch geeignete Prozessbedingungen, so gesteuert, dass aus den stickstoffhaltigen Verbindungen der stickstoffhaltigen Substanzen anteilig oder vollständig
Distickstoffmonooxid (N20) gebildet wird. Ferner werden die entsprechenden
Prozessbedingungen so gewählt, dass der Bestand der entsprechend eingesetzten
Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer die zur Lachgasproduktion und/oder beteiligter Reaktionsfolgen und/oder der Aufbereitung Stickstoffhaltiger Substanzen beitragen möglichst bestehen bleibt bzw. sich sofern möglich durch Vermehrung erhöht und die der Lachgasproduktion zu Grunde liegenden Reaktionen und/oder deren begleitende Reaktionsfolgen und/oder Reaktionen bzw. Prozesse zur Aufarbeitung Stickstoff enthaltender Substanzen möglichst vollständig und rasch ablaufen. Bei diesen Reaktionen entstehendes Distickstoffmonooxid wird abgetrennt, aufgefangen, gesammelt, sofern notwendig aufgereinigt und/oder weiteren Prozessen, insbesondere Verbrennungsprozessen, z.B. Verfahren zur Klär- und Biogasverbrennung, zugeführt. Stickstoff enthaltende Substanzen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind insbesondere industrielle und kommunale Abwässer wie sie in Kläranlagen gereinigt werden, oder auch in der Landwirtschaft anfallende Flüssigkeiten, Feststoffe oder Schlämme, beispielsweise Gülle und Mist, oder auch Stickstoff enthaltende Biomasse und Abfälle, insbesondere Abfälle bzw. Stoffe oder Abwässer, die beispielsweise bei der Biogasgewinnung anfallen. Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die Herstellung von
Distickstoffmonooxid z.B. mit der Aufarbeitung bzw. Aufreinigung der Stickstoff enthaltenden Substanzen, insbesondere in Kläranlagen gekoppelt werden kann. So kann z.B. durch geeignete Maßnahmen vor, nach, während und/oder anstelle der Nitrifikation bzw.
Denitrifikation in einer aeroben und/oder anteilig bzw. vollständig anaeroben Stufe, ein günstiges Verfahren zur kostengünstigen, energetisch und technisch wenig anspruchsvollen, Gewinnung von Distickstoffmonooxid realisiert werden. Weiterhin wird durch die Anwendung dieses Verfahrens und der erfindungsgemäßen energetischen Nutzung von
Distickstoffmonooxid, z.B. durch Verbrennung in Anlagen bzw. Prozessen zur Klär- und Biogasverbrennung, der Energiegewinn dieser Verfahren bzw. Verbrennungsprozesse gesteigert und damit die Gesamtenergiebilanz von Klär- und/oder Biogasanlagen verbessert. Weiterhin wird durch eine geeignete erfindungsgemäße Anpassung der Nitrifikationsstufe in Kläranlagen bzw. Prozessen zur Aufbereitung bzw. Reinigung Stickstoff enthaltender Substanzen der Luft- bzw. Sauerstofferbrauch und damit auch der Energieverbrauch dieser Stufe und damit der Gesamtenergieverbrauch des Prozesses bzw. der Kläranlage gesenkt. Ferner werden durch die erfindungsgemäße Abkapselung bzw. gasdichte Verschließung der Nitrifikationsstufe und/oder der Denitrifikationsstufe sowie gegebenenfalls weiterer
Verfahrensstufen ungewollte Distickstoffmonooxidemissionen von Kläranlagen, wie sie derzeit durch Verfahrensfehler und ungewollte Nebenreaktionen auftreten können, weitestgehend reduziert bzw. vollständig vermieden. Da N20 ein sehr klimaschädliches Gas ist wird durch diese Maßnahmen die Klimabelastung durch die Kläranlagen deutlich reduziert. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass durch die erfindungsgemäß optionale Aufkonzentration der Stickstoff enthaltenden Substanzen zum einen aufgereinigtes Wasser, gegebenenfalls Trinkwasser, gewonnen und zum anderen die Menge an z.B. zu behandelndem stickstoffhaltigem Wasser bzw. weiter Stickstoff enthaltender Substanzen reduziert wird. Dadurch kann z.B. der Platz- und Energiebedarf einer Kläranlage bzw. weiterer Prozesse zur Behandlung bzw. Aufreinigung Stickstoff enthaltender Substanzen reduziert werden Innerhalb der derzeit eingesetzten und etablierten sowie weiterer diskutierter Verfahren zur Behandlung bzw. Aufreinigung Stickstoff enthaltender Substanzen, insbesondere zur Reinigung von Abwässern werden die Stickstoff enthaltender Substanzen, insbesondere die zu reinigenden Abwässer vor Eintritt in die hierfür vorgesehenen Prozessschritte,
insbesondere vor Eintritt in die Kläranlage bzw. vor Eintritt in die aerobe bzw. anaerobe Stufe der Kläranlage in der Regel nicht aufkonzentriert. Die Nitrifikations- bzw. Denitrifikationsschritte werden in Kläranlagen mikrobiologisch, enzymatisch und verfahrenstechnisch so ausgelegt und gesteuert dass die mikrobiologischen bzw.
enzymatischen Prozesse der Nitrifikation und Denitrifikation wie beschrieben möglichst selektiv und vollständig ablaufen. Das bedeutet, dass im Rahmen der Nitrifikation eine möglichst vollständige Oxidation der stickstoffhaltigen Komponenten unter Bildung von
Nitrat-Ionen erfolgen soll. Im Rahmen der Denitrifikation sollen diese Nitrat-Ionen möglichst vollständig zu Distickstoff (N2) reduziert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet optional vor und/oder nach und/oder während der aeroben und/oder anteilig bzw. vollständig anaeroben Prozessstufe, eine
Aufkonzentration der Stickstoff enthaltenden Substanzen, insbesondere der industriellen und kommunalen Abwässer. Diese kann erfindungsgemäß durch einen Vorwärtsosmoseschritt realisiert werden. Erfindungsgemäß kann das Verfahren der Vorwärtsosmose insbesondere so realisiert werden, dass die aufzukonzentrierende Stickstoff enthaltende Substanz, z.B. das Abwasser, in bzw. durch eine Seite eines durch eine Membran geteilten Beckens und/oder Rohres und/oder anderer durch eine Membran geteilter Strömungsgeometrien geleitet wird. Auf der gegenüberliegenden Seite der Membran wird in das Becken und/oder in das Rohr und/oder in andere durch eine Membran geteilte Strömungsgeometrien, in oder entgegen der Strömungsrichtung der Stickstoff enthaltenden Substanz im Gleich- bzw. Gegenstromprinzip eine so genannte„draw Solution" geleitet. Als geeignete
Membranmaterialien können z.B. Membranen auf Basis von polymeren Materialien, insbesondere auf Basis von Polyestern und Polyesterfasern, bzw. keramischen Materialien eingesetzt werden. Als so genannte„draw Solutions" können z.B. wässrige Lösungen, Suspensionen und/oder Mischungen leicht flüchtiger bzw. thermisch instabiler Stoffe, insbesondere Salze, insbesondere Produkte von gasförmigen Vorläufern wie z.B. C02 und/oder NH3 und/oder Wasser wie z.B. eine wässrige Lösung von NH4HC03 und verwandter sowie weiterer Stoffsysteme verwendet werden. Weiterhin können wässrige Lösungen, Suspensionen und/oder Mischungen magnetischer Stoffe, insbesondere wässrige Suspensionen magnetischer Partikel bzw. wässrige Lösungen in Wasser löslicher magnetischer Stoffe, wie z.B. Lösungen eisenhaltiger Verbindungen, verwendet werden. Dabei ist die Zusammensetzung und/oder Stoffkonzentration der entsprechenden„draw Solution" so zu wählen, dass Anteile des Wassers der Stickstoff enthaltenden Substanz, insbesondere des Abwassers, von der einen Seite der Membran durch die Membran hindurch auf die Seite der„draw Solution" dringt. Durch den Durchtritt des Wassers von Seite der Stickstoff enthaltenden Substanz, insbesondere des Abwassers, auf die Seite der„draw Solution" wird die Stickstoff enthaltende Substanz z.B. bezüglich ihres Stickstoffgehaltes aufkonzentriert, die„draw Solution" wird entsprechend verdünnt. Die Stickstoffhaltige
Substanz kann anschließend den weiteren erfindungsgemäßen Prozessschritten, insbesondere den Prozessschritten zur Distickstoffmonooxidproduktion, zugeführt werden. Die verdünnte„draw Solution" wird abgeführt und kann z.B. durch eine geeignete
Abtrennung, insbesondere durch magnetische Abtrennung der magnetischen Stoffe und/oder Partikel aufgearbeitet werden. Dabei entsteht weitgehend reines Wasser. Die abgetrennten magnetischen Stoffe und/oder Partikel können durch geeignete
Verfahrensschritte und unter Verwendung von Wasser zur Herstellung einer für die
Vorwärtsosmose geeigneten„draw Solution" eingesetzt werden. Je nach Zusammensetzung der„draw Solution" kann die verdünnte„draw Solution" auch durch thermische Zersetzung der thermolabilen Salze aufgearbeitet werden. Dazu kann erfindungsgemäß insbesondere die Verbrennungswärme von Klär- bzw. Biogas bzw. die Verbrennungswärme der
Verbrennung des erfindungsgemäß gewonnenen Distickstoffmonooxides mit Klär- bzw. Biogas genutzt werden. Die dafür notwendige Wärmeenergie kann dabei durch geeignete, dem Fachmann bekannte technische Realisierungen in die„draw Solution" eingebracht werden. Dabei entweichen die entsprechenden gasförmigen Vorläufer der thermolabilen Salze z.B. C02 und/oder NH3. Weitgehend reines Wasser bleibt zurück. Die resultierenden Gase können zur Herstellung bzw. Regeneration der„draw Solution" in Anteile der verdünnten„draw Solution" bzw. in Wasser eingeleitet werden. Die so entstehende ausreichend hoch konzentrierte„draw Solution" kann dann für den Vorwärtsosmoseprozess wiederverwendet werden. In denen der Vorwärtsosmose im weitesten Sinne zugehörigen Prozessschritte kann die Zusammensetzung der„draw Solution" und/oder der Stickstoff enthaltenden Substanz durch geeignete Messverfahren, insbesondere durch
Leitfähigkeitsmessungen analysiert werden. Durch Auswertung der entsprechend
erhaltenden Messwerte können die entsprechenden Prozessschritte entsprechend überwacht und gesteuert werden. Dabei können insbesondere die relativen
Strömungsgeschwindigkeiten eingestellt werden. Durch die optionale Realisierung der Vorwärtsosmose wird neben der Aufkonzentration der Stickstoff enthaltenden Substanzen, wodurch z.B. eine Reduzierung des Platz- und Energiebedarfs der folgenden Prozessschritte erzielt werden kann, die Gewinnung von Frischwasser, also Wasser, das in dieser Form wiederverwendet und gegebenenfalls als Trinkwasser klassifiziert werden kann, erzielt. Die Realisierung dieses optionalen Prozessschrittes erscheint vor allem vor dem Hintergrund der vorliegenden Knappheit der Ressource Wasser als zielführend. Erfindungsgemäß erfolgt die Gewinnung von Distickstoffmonooxid (N20 bzw. Lachgas) durch mikrobiologische bzw. enzymatische Prozesse aus Stickstoff enthaltenden Substanzen werden die zu verwendeten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer so ausgewählt bzw. so manipuliert bzw. durch geeignete Maßnahmen anteilig bzw. vollständig reversibel und/oder irreversibel gehemmt bzw. die korrespondierenden mikrobiologischen bzw. enzymatischen Prozesse, z.B. durch geeignete Prozessbedingungen, so gesteuert, dass aus den stickstoffhaltigen Verbindungen der stickstoffhaltigen Substanzen anteilig oder vollständig Distickstoffmonooxid (N20) gebildet wird. Ferner werden die entsprechenden Prozessbedingungen so gewählt, dass der Bestand der entsprechend eingesetzten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer die zur Lachgasproduktion und/oder beteiligter
Reaktionsfolgen und/oder der Aufbereitung Stickstoffhaltiger Substanzen beitragen möglichst bestehen bleibt bzw. sich sofern möglich durch Vermehrung erhöht und die der
Lachgasproduktion zu Grunde liegenden Reaktionen und/oder deren begleitende
Reaktionsfolgen und/oder Reaktionen bzw. Prozesse zur Aufarbeitung Stickstoff
enthaltender Substanzen möglichst vollständig und rasch ablaufen. Erfindungsgemäß kann die Gewinnung von Distickstoffmonooxid begleitend zu und/oder ergänzend zu und/oder anstelle der bisher realisierten Aufarbeitung bzw. Aufreinigung Stickstoff enthaltender Substanzen, insbesondere der Aufarbeitung bzw. Aufreinigung von Abwässern, insbesondere in Kläranlage mittels Nitrifikation bzw. Denitrifikation, realisiert werden. Im Rahmen eines aeroben Prozessschrittes, der als eine Modifikation bzw. Variation der derzeit in Kläranlagen applizierten Nitrifikation gesehen werden kann, werden die
Stickstoff enthaltenden Substanzen durch geeignete Maßnahmen in Kontakt mit Sauerstoff bzw. Luft sowie in Kontakt mit geeigneten Mirkoorganismen bzw. heterotrophen als auch autotrophen Bakterien, litho-autotrophen bzw. chemo-litho-autotrophen Mikroorganismen und/oder weiteren Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer gebracht. Erfindungsgemäß geeignet sind dabei insbesondere
Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer die unter aeroben Bedingungen stickstoffhaltige Stoffe anteilig oder vollständig in
Distickstoffmonooxid umwandeln bzw. an den entsprechenden Reaktionsabfolgen beteiligt sind. Dazu gehören z.B. Nitrifizierer wie Nitrosomonas europea bzw. deren zugehörige Enzyme. Weiterhin geeignet sind z.B. Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer die unter aeroben Bedingungen stickstoffhaltige Stoffe anteilig oder vollständig in Nitrit-Ionen umwandeln bzw. an entsprechenden
Reaktionsabfolgen beteiligt sind. Hierzu gehören ebenso z.B. Nitrifizierer wie Nitrosomonas europea. Die Bildung von Nitrat-Ionen ist erfindungsgemäß in diesem Prozessschritt möglich aber nicht zu bevorzugen. Der aeroben Prozessschritt, insbesondere die Sauerstoff- bzw. Luftzufuhr wird in diesem Zusammenhang so gesteuert, dass die Oxidation der Stickstoffkomponenten zu einem möglichst hohen Anteil zur Bildung von Distickstoffmonooxid führt und die gebildeten Gase anteilig oder vollständig aus der flüssigen Phase herausgeführt werden. Bezüglich der Nitrit- Ionen und Nitrat-Ionen Bildung wird der Prozessschritt so gesteuert, dass das Nitrit- / Nitratverhältnis maximiert wird. Dadurch wird der Gesamtsauerstoffverbrauch und der damit korrespondierende Energieverbrauch dieses Prozessschrittes minimiert. Verfahren zum Einblasen von Sauerstoff bzw. Luft in Abwässer sind dem Fachmann bekannt. Die
Steuerung des Prozessschrittes, insbesondere der Sauerstoff- bzw. Luftzufuhr und
Abwasserzufuhr sowie der Festlegung der zugehörenden Strömungsgeschwindigkeiten und Verweildauern, insbesondere flüssigen Phase und/oder der schlammhaltigen Phase, des pH- Wertes und weiterer Prozesskennwerte erfolgt über die Erfassung und Auswertung geeigneter Messdaten, insbesondere der Zusammensetzung der flüssigen Phase, insbesondere bezüglich der Nitrat-Ionen-Konzentration und/oder der Nitrit-Ionen- Konzentration und/oder der Konzentration an weiteren Ionen, insbesondere z.B. der
Ammonium-Ionen, und weiteren Stoffen, insbesondere z.B. der gegebenenfalls zu verwenden Inhibitoren, der Gasphasenzusammensetzung, insbesondere z.B: deren
Distickstoffmonooxidkonzentration, und der Konzentration von gelöstem Sauerstoff. Hierbei sind z.B. unter Verwendung der Nitrosomonas europea eine gelöste Sauerstoffkonzentration von z.B. O < 5 mg/l insbesondere von O < 2 mg/l für eine erhöhte
Distickstoffmonooxidproduktion zielführend. Weiterhin sind niedrige pH-Werte innerhalb dieses Prozessschrittes und/oder innerhalb des diesen Prozessschritt verlassenden
Abwassers zielführend für den beschrieben Prozess bzw. die weiteren Prozessschritte. Dabei sind z.B. pH-Werte im Bereich von 3-10, insbesondere im Bereich von 5-9 und von 5-7 für eine erhöhe Distickstoffmonooxidproduktion sowie ein hohes Nitrit/Nitrat-Ionen-Verhältnis zielführend. Die geeigneten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer können als Schlamm, Suspension o.ä. vorliegen und mit dem wässrigen Medium, z.B. dem zu reinigenden Abwasser, transportiert werden. Optional können diese auch durch geeignete Methoden auf geeigneten Trägern immobilisiert werden. Diese Träger werden durch geeignete Maßnahmen, insbesondere z.B. durch strömungsführende
Maßnahmen, in guten Kontakt mit den Stickstoff enthaltenden Substanzen gebracht. Dieses hat z.B. den Vorteil, dass die Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer selektiv für diesen aeroben Prozessschritt ausgewählt und optimiert werden könnten. Weiterhin ist es somit möglich die entsprechend belegten Träger bei Bedarf zu reinigen und/oder zu wechseln und/oder herauszunehmen und in einem optionalen separaten Prozessschritt zu regenerieren und/oder in einem separatem
Prozessschritt die Reaktionsbedingungen so zu wählen, dass sich die ausgewählten
Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten und/oder Phagen möglichst rasch vermehren. Weiterhin ist es möglich dass die Träger so angebracht werden, dass diese alternierend mit verschiedenen Medien, insbesondere zur Reinigung und/oder zur Regeneration und/oder zum Wachstum der Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen,
Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer und/oder zu weiteren Zwecken durchspült werden können. Ferner kann durch geschickte Wahl des Trägers und/oder dessen Geometrie und/oder der Kombination der Luft- bzw. Sauerstoff- und/oder
Inhibitorzufuhr mit dem Träger, der Kontakt zwischen stickstoffhaltiger Substanz,
Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen,
Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer sowie Luft bzw. Sauerstoff und/oder optional weiterer einsetzbarer Substanzen,
insbesondere geeigneter Enzyminhibitoren z.B. strömungsbedingt verbessert werden. Im Rahmen eines erfindungsgemäßen anteilig oder vollständig anaeroben Prozessschrittes, der als eine Modifikation bzw. Variation der derzeit in Kläranlagen applizierten Denitrifikation gesehen werden kann, werden stickstoffhaltige Substanzen, insbesondere z.B. die im Rahmen des aeroben Prozessschrittes gegebenenfalls anteilig gebildeten Nitrit-Ionen und/oder Nitrat-Ionen und/oder anteilig vorhandenes bzw. gebildetes Stickstoffmonoxid durch geeignete Maßnahmen in Kontakt mit geeigneten Mirkoorganismen bzw. heterotrophen als auch autotrophen Bakterien, litho-autotrophen bzw. chemo-litho- autotrophen Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer gebracht. Erfindungsgemäß geeignet sind dabei insbesondere Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw.
Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer die unter den gewählten Bedingungen stickstoffhaltige Substanzen, insbesondere Nitrit-Ionen und Nitrat- Ionen bzw. anteilig gebildetes Stickstoffmonoxid anteilig oder vollständig in
Distickstoffmonooxid umwandeln bzw. an entsprechenden Reaktionsabfolgen beteiligt sind. Dazu gehören z.B. Denitrifizierer die die Fähigkeit zur N20-Reduktase nicht aufweisen bzw. deren Fähigkeit zur N20-Reduktase durch geeignete Maßnahmen anteilig oder vollständig inhibiert werden kann. Dazu gehören z.B. agrobaterium tumefaciens, alcaligenes faecalis, alcaligenes spp., agrobacterium tumefaciens, Pseudomonas chlororaphis, Pseudomonas perfectomarinces, Pseudomonas fluirescenc, Pseudomonas caryophylli, Pseudomonas aureofaciens, Pseudomonas aerogenes, Pseudomonas spp., Propionibacterium acidi- proprionici, neisseria spp., neisseria sicca, neisseria flavescens, neisseria sasflava, neisseria mucosa, bacillus licheniformis, chromobacterium violaceum, chromobacterium lividum, corynebacterium nephridii, thiosphaera pantotropha, thiobacillus denitrificans, paracoccus halodenitrificans, achromobacter cycloclastes und einige Arten der rhizobia sowie Arten nitrifizierender bzw. denitrifizierender Pilze wie z.B. fungus fusarium oxysporum. Weiterhin können entsprechend die auch bisher in der Denitrifikation eingesetzten Mirkoorganismen und Bakterien verwendet werden. Die anteilige Bildung von Distickstoff (N2) ist
erfindungsgemäß in diesem Prozessschritt möglich aber nicht zu bevorzugen. Der anteilig oder vollständig anaerobe Prozessschritt wird in diesem Zusammenhang so gesteuert, dass die Umsetzung der stickstoffhaltigen Komponenten, insbesondere die Reduktion der Nitrit-Ionen und Nitrat-Ionen bzw. von anteilig vorhandenem bzw. gebildetem Stickstoffmonoxid zu einem möglichst hohen Anteil zur Bildung von Distickstoffmonooxid führt und das gebildete Gas anteilig oder vollständig aus der flüssigen Phase herausgeführt wird. Die Steuerung des Prozessschrittes, insbesondere der Abwasser- und/oder
Schlammzufuhr sowie der Festlegung der zugehörenden Strömungsgeschwindigkeit und Verweildauer in dem vorliegenden und/oder vorangegangenen und/oder nachgeschalteten Prozessschritt erfolgt über die Erfassung und Auswertung geeigneter Messdaten, insbesondere der Zusammensetzung der flüssigen Phase, insbesondere bezüglich der gelösten Sauerstoffkonzentration und/oder der Nitrat-Ionen-Konzentration und/oder der Nitrit- Ionen-Konzentration und/oder der Konzentration an weiteren Ionen und weiteren Stoffen, insbesondere z.B. der gegebenenfalls zu verwenden Inhibitoren und/oder dem C/N- Verhältnis, dem pH-Wert, der Gasphasenzusammensetzung, insbesondere zum Beispiel deren Distickstoffmonooxidkonzentration und/oder deren Konzentration an gegebenenfalls zu verwendenden Inhibitoren und/oder der Temperatur. Sofern die verwendeten
Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer die Fähigkeit zur N20-Reduktase aufweisen kann diese somit ebenfalls durch die Steuerung geeigneter Maßnahmen erfindungsgemäß anteilig oder vollständig inhibiert werden. Dies erfolgt insbesondere bei Verwendung von z.B. thiosphaera pantotropha, thiobacillus denitrificans, Paracoccus halodenitrificans und achromobacter cycloclastes insbesondere durch die gezielte Einstellung des Sauerstoffgehaltes des anteilig oder vollständig anaeroben Prozessschrittes durch Zufuhr von Sauerstoff bzw. Luft. Verfahren zum Einblasen von Sauerstoff bzw. Luft in Abwässer sind dem Fachmann bekannt. Hierbei sind z.B. unter Verwendung der thiosphaera pantotropha, thiobacillus denitrificans, Paracoccus
halodenitrificans und achromobacter cycloclastes eine gelöste Sauerstoffkonzentrationen im Bereich einer 0 bis 90 prozentigen Sauerstoffsättigung der flüssigen Phase, insbesondere einer 0 bis 25 prozentigen Sauerstoffsättigung der flüssigen Phase, für eine erhöhte
Distickstoffmonooxidproduktion zielführend. Die Wahl der für die
Distickstoffmonooxidproduktion optimalen Sauerstoffsättigung ist sehr stark von den beteiligten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer sowie aller umgebenden Prozessbedingungen abhängig. Analog zur
Sauerstoffkonzentration kann erfindungsgemäß der Kohlenstoffgehalt des Abwassers bzw. das C/N Verhältnis der Stickstoff enthaltender Substanz so gesteuert werden, dass eine erhöhte Distickstoffmonooxidproduktion erzielt wird. Hierfür sind insbesondere C/N und/oder COD/NO3-N und/oder COD-N02-N Verhältnisse kleiner als 10, insbesondere kleiner als 5 bzw. kleiner als 3 zielführend. Diese können z.B. durch die Zudosierung kohlenstoffreichen Abwassers bzw. durch eine geregelte Einstellung der relativen Verweildauern der Stickstoff enthaltenden Substanzen in den jeweiligen Prozessschritten eingestellt werden. Weiterhin sind niedrige pH-Werte innerhalb dieses Prozessschrittes und/oder innerhalb des diesen Prozessschritt verlassenden Abwassers zielführend für den beschrieben Prozess bzw. die weiteren Prozessschritte. Dabei sind z.B. pH-Werte im Bereich von 3-10, insbesondere im Bereich von 5-9 und von 5-7 für eine erhöhe Distickstoffmonooxidproduktion zielführend. Weiterhin kann erfindungsgemäß vor und/oder während der aeroben bzw. anteilig bzw. vollständig anaeroben Prozessstufe eine vollständige oder teilweise Inhibierung der
Distickstoffmonooxid-Reduktase durch geeignete irreversible und/oder reversible
beziehungsweise nicht-kompetitive und/oder kompetitive Inhibitoren und/oder durch
Substrat- beziehungsweise Produkthemmung und/oder der Dosierung von Vorläufern entsprechender Inhibitoren erfolgen. Für das Verfahren zur Gewinnung von
Distickstoffmonooxid geeignete irreversible und/oder reversible beziehungsweise nicht- kompetitive und/oder kompetitive Inhibitoren sind zum Beispiel Substanzen, die das aktive Zentrum der Distickstoffmonoxid-Reduktase deaktivieren beziehungsweise an Stelle von Distickstoffmonoxid an diesem Zentrum binden. In diesem Zusammenhang geeignete Stoffe sind Substanzen, die zum Beispiel eine Strukturähnlichkeit mit Distickstoffmonooxid oder Acetylen aufweisen, zum Beispiel N20-enthaltende Metallkomplexe. Es können feste, gasförmige oder flüssige Stoffe als Inhibitoren der N20-Reduktase Fähigkeit wirken. Dazu zählen insbesondere Acetlyen, Ethen, Azide, Cabride, Cyanide, 2,4-Dinitrophenol,
Monoiodoacetat, CuS04 und CO sowie Verbindungen die diese Funktionaliäten in Ihrer Molekülstruktur aufweisen und somit Vergleichbar als Inhibitoren wirken können. Alternativ kann eine schallbedingte Modifikation der Zellen der entsprechenden Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw.
Membranfraktionen und/oder eine Kombination derer, insbesondere der ps. denitrificans zur vermehrten Distickstoffmonooxidproduktion beitragen.
Die geeigneten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer können wiederum als Schlamm, Suspension o.ä. vorliegen und mit dem wässrigen Medium, z.B. dem zu reinigenden Abwasser, transportiert werden. Optional können diese durch die beschrieben Methoden auf geeigneten Trägern immobilisiert werden. So kann erfindungsgemäß z.B. die cytoplasmische Mebranfraktion der Marine Denitrifikanten Pseudomonas perfectomarinus bzw. resting cells der corynebacterium nephridii immobilisiert werden und unter anteilig bzw. vollständig anaeroben Bedingungen zur
Distickstoffmonooxidbildung beitragen. Ferner ist es so möglich selektiv N20-Reduktase inhibierte Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen und/oder Phagen, und/oder alternativ die Kombination der Enzyme Nitrat-Reduktase, Nitrit- Reduktase und NO-Reduktase auf einem Träger zu immoblisierien, in Kontakt mit
Stickstoffhaltigen Substanzen, insbesondere Nitrit-Ionenhaltigen und Nitrat-Ionenhaltigen Abwässern, zu bringen und somit eine günstiges Verfahren zur N20 Gewinnung zu realisieren. Ferner kann durch geschickte Wahl des Trägers und dessen Geometrie der Kontakt zwischen der Stickstoff enthaltenden Substanz, Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilzen, Parasiten, Phagen und/oder Enzymen sowie Luft bzw.
Sauerstoff oder optional weiterer einsetzbarer Substanzen, insbesondere geeigneter Enzyminhibitoren und/oder einer Kombination des Trägersystems mit der Dosierung von Luft bzw. Sauerstoff und/oder Inhibitoren bzw. deren Vorläufern z.B. strömungsbedingt verbessert werden.
Um die Reduktionsreaktion von Distickstoffmonooxid zu Stickstoff zu verhindern
beziehungsweise einzuschränken, können erfindungsgemäß alternativ vor und/oder während der aeroben bzw. anteilig bzw. vollständig anaeroben Prozessstufe Kupferionen des für die Reduktion des Distickstoffmonooxids verwendeten Metalloenzyms reduziert, entfernt oder komplexiert werden. Alternativ kann im Sinne der Erfindung auch vor und/oder während der aeroben bzw. anteilig bzw. vollständig anaeroben Prozessstufe eine Kupferabtrennung mittels selektiver lonentauscher erfolgen. Die Entfernung und/oder Komplexierung der Kupferionen kann vor und/oder während der aeroben bzw. anteilig bzw. vollständig anaeroben Prozessstufe zum Beispiel durch den Einsatz von Komplexbildnern, durch Reduktion mittels geeigneter Metalle beziehungsweise Metallionen sowie mittels aller Redoxsysteme, die Kupferionen der vorliegenden Konzentration vollständig oder teilweise reduzieren können, durch selektive Ionenaustauscher oder durch elektrochemische
Reduktion, zum Beispiel durch Elektrolyse, erfolgen.
Als Komplexbildner der Kupferionen eignen sich zum Beispiel chelatbildende Stoffe, beispielsweise Tetraacetylethylendiamin (TAED). Jedoch eignen sich zum Beispiel auch sulfonamidsubstituierte Thionoliganden, 1 -(-Chlor-3-indazolylazo)-2-hydroxynaphthalin-3,6- disolfonsäureanaloge Liganden oder Chlorophyll-basierte Liganden als Komplexbildner zur Entfernung der Kupferionen.
Geeignete Metalle, die zur Reduktion der Kupferionen beispielsweise durch Sedimentation eingesetzt werden können, sind zum Beispiel Eisen, Zinn und Zink. Geeignete Metallionen sind zum Beispiel Sn2+-lonen. Geeignete weitere Redoxsysteme zur Reduktion von
Kupferionen sind zum Beispiel Nitrat- und/oder Nitrit-Ionen in geeigneten
Konzentrationsverhältnissen. Besonders bevorzugt ist Eisen. Um die Kupferionen durch den Einsatz selektiver Ionenaustauscher zu entfernen, werden dem Fachmann bekannte, für Kupferionen selektive Ionenaustauscher eingesetzt. Geeignete Ionenaustauscher sind zum Beispiel solche, die Metall-Ionen, beispielsweise Calcium-, Magnesium- oder Natrium-Ionen als Austausch-ionen enthalten, sowie weiterhin auch chelatbildende und adsorptive Ionenaustauscher. Geeignete Ionenaustauscher sind zum Beispiel modifizierte sulfonierte Polystyrolionenaustauscher, unterschiedlich substituierte Iminodiessigsäure-Ionenaustauscher sowie weitere polymer- und/oder silikatbasierte
Ionenaustauscher. Ionenaustauscher können im Sinne der vorliegenden Erfindung auch als Immobilisatoren der Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder eine Kombination derer eingesetzt werden. Dabei werden die Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder eine Kombination derer z.B. durch die Komplexierung der Kupferionen
immobilisiert. Durch die Kupferkomplexierung kann eine inhibierende Wirkung auf die Distickstoffmonooxid-Reduktase und somit eine erhöhte N20-Gewinnung erreicht werden.
Die Komplexbildner, beziehungsweise die zur Sedimentation eingesetzten Metalle,
Metallionen, weiteren Redoxsysteme und Ionen oder Ionenaustauscher sowie geeignete irreversible und/oder reversible beziehungsweise nicht-kompetitive und/oder kompetitive Inhibitoren können zum Beispiel vor und/oder während der aeroben bzw. anteilig bzw.
vollständig anaeroben Prozessstufe in flüssiger, fester oder gasförmiger Form, Granulat- und/oder Blechform der flüssigen Phase beigesetzt werden.
Alternativ ist es jedoch zum Beispiel möglich, insbesondere bei Einsatz eines
Ionenaustauschers zur Entfernung der Kupferionen und/oder zur Immobiliserung der
Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder eine Kombination derer, die Stickstoff
enthaltende Substanz, insbesondere das Abwasser durch eine geeignete Kolonne zu leiten, die den Ionenaustauscher enthält. Der Ionenaustauscher bzw. das lonenaustauschermatenal kann in diesem Fall als strukturierte oder ungeordnete Packung vorliegen. So ist es zum Beispiel möglich, dass der Ionenaustauscher in Form eines Gewebes oder Gestricks oder auch als Füllkörper in der Kolonne enthalten ist. Auch ist es möglich, in die Kolonne ein lonentauschergranulat einzufüllen. Vorteil der Verwendung einer Kolonne ist, dass auf einfache Weise eine Regeneration des lonentauschers möglich ist, zum Beispiel durch Austausch oder durch Umschalten auf eine zweite Kolonne, die ebenfalls einen
lonentauscher enthält. Der lonentauscher und/oder die immobilisierten Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder eine Kombination derer, in der nicht verwendeten Kolonne können dann regeneriert und/oder deren Wachstum stimuliert werden.
Die Abfolgereihenfolge der aeroben und anteilig bzw. vollständig anaeroben Stufe ist nicht zwingend vorgeben. Analog zu den etablierten Verfahren sind alle im Stand der Technik beschriebenen Varianten, d.h. zunächst anteilig bzw. vollständig anaerob Stufe und anschließende aerob Stufe bzw. zunächst aerob Stufe und anschließend anteilig bzw.
vollständig anaerob Stufe, sowie die zeitlich alternierende aerob und anteilig bzw. vollständig anaerob Stufe als auch die Realisierung einer Beckenkaskade aus entsprechend
ausgelegten aerob und anteilig bzw. vollständig anaerob Becken möglich. Daher ist es möglich bestehende Verfahren zur Abwasserreinigung erfindungsgemäß zu modifizieren und dadurch auf einfache und günstige N20 Gewinnung aus Abwässern zu realisieren. Das gilt insbesondere auch für die erfindungsgemäß optionale Kombination der erfindungsgemäßen Gewinnung von N20 mit einer anaeroben Abwasseraufbereitung, im Rahmen welcher kohlenstoffhaltige Komponenten des Abwassers anteilig bzw. vollständig zu Methan umgesetzt werden. Eine möglichst vollständige Umwandlung der Stickstoffenthaltenden Substanzen zu Distickstoffmonooxid kann in allen Prozessschrittabfolgevarianten und/oder allen Prozessschrittkombinationen mit weiteren Verfahren zur Aufbereitung Stickstoffhaltiger Substanzen, insbesondere der aeroben und anaeroben Abwasseraufbereitung, durch optionales Rezyklieren des Abwassers bzw. des Wasser-/Schlammgemisches erreicht werden.
Der Anteil des Stoffgemisches der innerhalb der Prozessschrittabfolgevarianten nicht rezykliert wird, kann analog zu den etablierten Verfahren einem Sedimentationsprozess oder weiteren Verfahren zur Schlammabtrennung z.B. membranbasierten Prozessen, zugeführt werden. Erfindungsgemäß ist es alternativ zudem möglich den erfindungsgemäßen
Prozessschritten zur N20 Gewinnung und/oder den Prozessschritten zur Abtrennung des Distickstoffmonooxids aus der wässrigen Phase und/oder den Verfahren zur
Schlammabtrennung ein anderes, d.h. ein nicht modifiziertes Verfahren zum Nährstoffabbau, z.B. unmodifizierte, vollständige aerobe und anaerobe Prozessschritte zur Nitrifikation bzw. Denitrifikation nach- und/oder vorzuschalten. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die für das abschließend aufgereinigte Wasser festgelegten Anforderungen z.B. bezüglich maximaler Verunreinigungskonzentrationen und maximaler Stickstoffgehalte und
Distickstoffmonooxidgehalte eingehalten werden. Weiterhin kann den allen beschriebenen Prozessschrittabfolgevarianten erfindungsgemäß optional wie einleitend beschieben ein Vorwärtsosmoseschritt vor- und/oder zwischen- und/oder nachgeschaltet geschaltet werden. Dadurch werden weitere Anteile weitgehend reinen Wassers gewonnen.
Erfindungsgemäß können die zur Distickstoffmonooxidgewinnung gewählten Prozessschritte durch geeignete Sensoren und/oder geeignete Methoden überwacht und durch geeignete Maßnahmen gesteuert werden. Methoden zur Überwachung der Prozessschritte sind z.B. gassensorische Verfahren. So kann die Zusammensetzung der Gasphase z.B. durch gasspektroskopische Messungen insbesondere auf Basis der FTI R- bzw.
Laserspektroskopie analysiert werden. Die Zusammensetzung der wässrigen Phase kann z.B. durch spektroskopische als auch durch potentiometrische bzw. coulombmetrische Verfahren sowie die Verwendung geeigneter Elektroden, z.B. zur Bestimmung des pH- Wertes sowie weitere Verfahren analysiert werden. Weitere gasanalytische Verfahren und Methoden zur Analyse der Zusammensetzung der wässrigen Phase sind dem Fachmann bekannt. Durch Verfolgung, Auswertung bzw. Verwertung der so erhaltbaren Messwerte ist es möglich den erfindungsgemäß beschriebenen Prozess als auch etablierte Verfahren zur Aufbereitung bzw. Reinigung Stickstoff enthaltender Substanzen durch geeignete
Maßnahmen, z.B. durch Regulierung der Temperatur, des pH-Wertes, der insbesondere auch durch die Regulierung der Sauerstoff bzw. Luftzufuhr geregelt werden kann, der Dosierung von Kohlenstoffreichen Abwässern oder zusätzlicher Kohlenstoffkomponenten, insbesondere z.B. organischer Lösemittelabfälle sowie der relativen Verweildauern der Stickstoff enthaltenden Komponenten bzw. der Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer bzw. des Schlamms und/oder der Strömungsgeschwindigkeiten sowie der Inhibitordosierung vor/nach oder während der einzelnen Prozessschritte so zu steuern, dass eine Maximierung der Gewinnung von Distickstoffmonooxid, eine Reduzierung des Energieverbrauchs der Prozessschritte sowie eine hohe Qualität des aufgereinigten Abwassers erzielt wird. Des weiteren wird dadurch ein sicherer Betrieb der zu Grunde liegenden Reaktionen und Prozessschritte, insbesondere der Vermeidung der Emission des klimaschädlichen N2Q gewährleistet. Zur Gewinnung von Distickstoffmonoxid ist es bevorzugt, dieses aus der flüssigen Phase abzutrennen. Ein Teil des gebildeten Distickstoffmonooxids wird im Rahmen der Luft- bzw. Sauerstoffeinblasung in der aeroben bzw. der anteilig bzw. vollständigen anaeroben Stufe aus der wässrigen Phase ausgetragen. Damit das so ausgetragene Distickstoffmonooxid genutzt werden kann und nicht in die Atmosphäre gelangt und dort klimaschädigend wirken kann ist es erfindungsgemäß notwendig die entsprechenden Prozessstufen in denen Distickstoffmonooxid aus der flüssigen Phase entweicht gasdicht abzukapseln. Möglichkeiten zur gasdichten Verkapselung der Prozessschritte sind dem Fachmann z.B. aus
Biogasanwendungen und weiteren industriellen gasbasierten Prozessen bekannt.
Neben dem anteiligen bzw. vollständigen Austragen des gebildeten Distickstoffmonooxids im Rahmen der Luft- bzw. Sauerstoffeinblasung in der aeroben bzw. der anteilig bzw.
vollständigen anaeroben Stufe lässt sich erfindungsgemäß beispielsweise vor, während und/oder nach der aeroben bzw. der anteilig bzw. vollständigen anaeroben Stufe eine aktive Gasabsaugung einsetzen um das Distickstoffmonooxid aus der flüssigen Phase
abzutrennen. Hierzu ist es zum Beispiel möglich, eine gasdichte Abdeckung aufzubringen und eine Absaugung durch Unterdruck durchzuführen. Hierdurch lassen sich weitere Anteile des in der flüssigen Phase gelösten Distickstoffmonooxids in die Gasphase überführen. Neben dem Anlegen eines Unterdrucks kann das in der flüssigen Phase gelöste
Distickstoffmonooxid zum Beispiel auch durch Druckvariation abgetrennt werden.
Auch ist es möglich, in der Flüssigphase gelöstes Distickstoffmonooxid zum Beispiel durch Aussalzen, Strippen oder Austreiben mit einem Gas, beispielsweise mit Luft, Sauerstoff oder Dampf oder auch mit davon verschiedenen Medien, die dem Fachmann bekannt sind, vor, während und/oder nach der aeroben bzw. der anteilig bzw. vollständigen anaeroben Stufe aus der flüssigen Phase abzutrennen.
Alternativ ist es vor, während und/oder nach der aeroben bzw. der anteilig bzw. vollständigen anaeroben Stufe auch möglich, zum Beispiel durch Einbringen thermischer Energie das Distickstoffmonooxid in die Gasphase zu überführen. Durch das Einbringen thermischer Energie wird die Löslichkeit des Distickstoffmonooxids in der Flüssigkeit gesenkt. Zudem verdampft ein Teil der Flüssigkeit. Das Einbringen der thermischen Energie kann dabei durch jedes beliebige, dem Fachmann bekannte Verfahren erfolgen. Üblicherweise wird die thermische Energie durch Beheizen mit einem geeigneten Wärmetauscher oder einer elektrischen Heizung durchgeführt. Wenn ein Wärmetauscher eingesetzt wird, so ist es einerseits möglich, beispielsweise einen Behälter mit einem Doppelmantel einzusetzen, wobei der Doppelmantel beheizt wird. Alternativ kann jedoch auch ein beliebiges
Wärmetauscherelement in einem Behälter vorgesehen sein, in dem die das
Distickstoffmonooxid enthaltende Flüssigkeit enthalten ist. Derartige
Wärmetauscherelemente sind zum Beispiel Wärmetauscherplatten oder Rohre, die von einem Wärmeträger durchströmt werden. Üblicherweise eingesetzte Wärmeträger sind zum Beispiel Wärmeträgeröle, Wasser oder Dampf.
Ferner können vor, während und/oder nach der aeroben bzw. der anteilig bzw. vollständigen anaeroben Stufe weitere Verfahren zur Abtrennung des Distickstoffmonooxides aus der wässrigen Phase, z.B. die Anwendung von Feinfilmverdampfern oder Dünnschichtreaktoren, in denen durch Realisierung eines dünnen Flüssigkeitsfilms gasförmige Bestandteile die flüssige Phase vorrangig verlassen, appliziert werden. An diesen Feinfilmverdampfern und/oder Dünnschichtreaktoren können erfindungsgemäß optional erfindungsgemäß geeignete Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen,
Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer immobilisiert werden.
Um eine verbesserte Ausbeute an Distickstoffmonooxid zu erzielen, ist es weiterhin möglich, zum Beispiel vor der Abtrennung des Distickstoffmonooxids aus der flüssigen Phase eine Aufkonzentrierung des Distickstoffmonooxids z.B. durch Extraktion oder weitere z.B.
membranbasierte Verfahren durchzuführen.
Durch die Abtrennung des Distickstoffmonooxids aus der flüssigen Phase kann je nach angewendetem Verfahren reines Distickstoffmonooxid bzw. ein mit Distickstoffmonooxid angereichertes Gasgemisch gewonnen werden. Die Reinheit des Distickstoffmonoxids ist dabei abhängig von der Art der Aufbereitung und Abtrennung. Als gasförmige Phase bzw. als Abgas werden in diesem Zusammenhang alle gasförmigen Produkte bezeichnet, die bei der erfindungsgemäßen Gewinnung des Distickstoffmonooxids anfallen. Wenn das
Distickstoffmonooxid bei der Abwasserreinigung in Kläranlagen entsteht, so können je nach Prozessbedingungen neben dem Distickstoffmonooxid zum Beispiel auch gegebenenfalls gasförmige Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Bestandteile der Umgebungsluft in der gasförmigen Phase enthalten sein. Auch weitere gasförmige
Abbauprodukte aus der Abwasserreinigung sowie gegebenenfalls verwendete Inhibitoren, deren Vorläufer und/oder Reaktionsprodukte können im Abgas enthalten sein. Ausführungsvarianten
In einer Ausführungsform wird das Distickstoffmonoxid zum Beispiel durch eine für
Distickstoffmonoxid selektive Gasmembran aus dem Abgas abgetrennt. Alternativ ist es auch möglich, eine für Distickstoffmonooxid undurchlässige Gasmembran einzusetzen, die andere Bestandteile des Distickstoffmonooxid enthaltenden Gases durchlässt, und auf diese Weise das Distickstoffmonooxid im Retentatstrom aufkonzentriert. Weiterhin können je nach verwendeter Membran gasförmige Enzyminhibitoren bzw. deren Reaktionsprodukte bzw. deren Vorläufer aus dem Gasstrom abgetrennt und erfindungsgemäß wiederverwendet werden. Solche für Distickstoffmonooxid bzw. weitere Gase selektive Gasmembranen sind dem Fachmann bekannt. Dabei können insbesondere Membranen auf Basis von Sulfonat enthaltenden aromatischen Polyamiden und Poly-N-vinylamiden bzw. auch Lestosil
Membrane, Cellulose basisierte insbesondere Cellulose-Acetat Membrane sowie
Silikonbasierte, Polydimethilsiloxanebasierte sowie Poly[bis(trifluoroethoxy)phosphazenene] und weitere sowie verwandte Membranen und Membransysteme eingesetzt werden.
Weiterhin ist es jedoch zum Beispiel auch möglich, dass das Distickstoffmonooxid des Abgases zum Beispiel durch eine Druckerhöhung oder eine Temperaturabsenkung verflüssigt wird. Das verflüssigte Distickstoffmonoxid kondensiert aus und kann gesammelt werden.
Auch andere, dem Fachmann bekannte Gasaufreinigungsverfahren können zur Abtrennung des Distickstoffmonoxids aus dem Abgas eingesetzt werden. Solche Verfahren sind zum Beispiel Stripp-, Membran-, Kondensations-, Adsorptions-, Destillations- oder
Rektifikationsprozesse und/oder weitere bekannte Verfahren zur Abtrennung und
Aufreinigung von Gasen. So eignen sich zum Beispiel die Abtrennung des
Distickstoffmonoxids durch geeignete Molekularsiebe, durch Einleitung und Lösung des Distickstoffmonoxid enthaltenden Gases in flüssige oder feste Medien zur Aufkonzentrierung oder selektive Adsorptionsprozesse. Als flüssige oder feste Medien, durch die das
Distickstoffmonooxid enthaltende Gas geleitet wird, eignen sich zum Beispiel
Eisensulfatlösung und in Schwefelsäure emulgiertes Eisensulfat sowie P2O5. Zur weiteren Aufreinigung können dann eine Rektifikation, Destillation oder Extraktion angeschlossen werden. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, das Distickstoffmonooxid, in Abhängigkeit von der weiteren Verwendung, in nicht aufgereinigter Form zu verwenden.
Neben der Gewinnung des Distickstoffmonoxids aus der Reinigung von Abwässern ist es erfindungsgemäß auch möglich, Distickstoffmonooxid durch mikrobiologische bzw.
enzymatische Prozesse aus Stickstoff enthaltenden Substanzen im Rahmen beliebiger weiterer Prozesse zu gewinnen. So ist es zum Beispiel auch möglich, Distickstoffmonooxid aus Stickstoff enthaltenden Stoffen, bzw. Flüssigkeiten zu gewinnen, die beispielsweise bei der Biogas-Gewinnung anfallen. Des Weiteren ist es auch möglich, neben
Haushaltsabwässern Haushaltsabfälle, Abwässer, Abfälle sowie Abfall- und weitere Stoffe, die in der Industrie und in der Landwirtschaft anfallen, insbesondere Getreide und/oder Grasschnittgut, zur Distickstoffmonooxid-Gewinnung zu nutzen. So lässt sich das
Distickstoffmonoxid zum Beispiel auch aus Gülle, Gärresten der Biogasanlagen, Kompost, Mist sowie industriellen Abwässern z.B. aus Molkereibetrieben und Schlachthöfen gewinnen.
Das durch das erfindungsgemäße Verfahren gewonnene Distickstoffmonooxid kann zum Beispiel einer Oxidationsreaktion bzw. Verbrennungsprozessen als Sauerstoffträger zugeführt werden. So kann das Distickstoffmonoxid beispielsweise zur Verbrennung von Kohle, Erdgas, Bio- und Klärgas sowie Kraftstoffen in Verbrennungskraftmaschinen, Bockheizkraftwerken oder in Brennstoffzellen genutzt werden. Durch die Zuführung von
Distickstoffmonooxid in Verbrennungsprozesse wird gegenüber der Verwendung von Luft als eingesetztem Sauerstoffträger der Energieinhalt sowie die Effizienz und damit die maximal nutzbare Energie von Verbrennungsprozessen verbessert. Dadurch wird die Energieeffizienz von Verbrennungskraftmaschinen, von Blockheizkraftwerben oder von Brennstoffzellen deutlich verbessert und die energiespezifischen Kohlendioxid-Emissionen reduziert.
Erfindungsgemäß werden die entsprechenden Prozesse zur N20-Verwendung
gassensorisch überwacht um somit eine ungewollte Emission an N20 bzw. weiterer
Schadstoffe wie z.B. NO und N02 die z.B. bei Verbrennungsprozessen entstehen können, zu vermeiden. Hierfür geeignete Gassensoren sind dem Fachmann bekannt. Gegebenfalls werden erfindungsgemäß weitere Maßnahmen zur Abgasreinigung wie z.B. die Realisierung entsprechender Abgaskatalysatoren wie sie aus industriellen und fahrzeugtechnischen Anwendungen bekannt sind, ergriffen.
Eine besonders geeignete Verwendung des erfindungsgemäß gewonnenen
Distickstoffmonooxids ist die Zuführung des in Kläranlagen gewonnenen Distickstoffmonooxids zu den Prozessen in denen mittels Schlammfaulung bzw. innerhalb weiterer anaerober Verfahren gewonnenes Klärgas energetisch genutzt bzw. verbrannt wird. Neben der dadurch gesteigerten Stromerzeugung kann die resultierende
Verbrennungswärme auf verschiedene Weisen genutzt werden. Wie beschrieben kann die Wärme im Rahmen des optional einsetzbaren Aufkonzentrationsprozesses durch
Vorwärtsosmose beispielsweise zur thermischen Zersetzung der thermolabilen Salze und damit zur Aufarbeitung der„draw Solution" und Wassergewinnung eingesetzt werden. Ferner kann die Wärme ins Fernwärmenetz eingespeist werden bzw. zur Erwärmung des
Abwassers, insbesondere des gegebenenfalls aufkonzentrierten Abwassers verwendet werden. Verfahren zur Medienerwärmung durch thermische Energie sind dem Fachmann hinreichend bekannt. Die somit erhöhten Temperaturen des zu reinigenden Abwassers führen zu einer Beschleunigung der mikrobiologischen bzw. enzymatischen Prozesse.
Dadurch wird die maximale Kapazität einer Kläranlage erhöht bzw. der spezifische Platzbzw. Volumenbedarfbedarf der jeweiligen Prozessschritte je Einwohnerwert gesenkt.
Alternativ kann die Wärmeenergie zur Distickstoffmonooxidabtrennung aus der flüssigen
Phase bzw. für Verfahren zur Aufreinigung des Gases eingesetzt werden. Weiterhin kann die Wärme zur Beschleunigung des Wachstums bzw. der Regeneration der verwendeten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder einer Kombination derer verwendet werden. Alternativ können die zur Klärgasherstellung verwendeten anaeroben Prozessschritte gewärmt und somit beschleunigt werden. Des Weiteren ist es möglich die Wärmeenergie in Kälteenergie umzuwandeln. Hierfür verwendete Verfahren wie z.B. die Anwendung von Absorptionskälteanlagen, insbesondere in Verbindung mit Wärme- und Kältespeichern sind dem Fachmann bekannt. Die entstehende Wärme bzw. Kälte kann somit z.B. begleitenden industriellen Prozessen wie z.B. dem Pasteurisieren von Milch, der Kühlung von Kühl- und Lagerflächen der Molkerei- und Schlachtindustrie sowie weiteren Prozessen als auch den Kommunen und Industrien zur Gebäudeheizung bzw. -kühlung zugeführt werden. Durch die anteilige oder vollständige Umsetzung der oben genannten Maßnahmen wird somit in Summe die Gesamtenergiebilanz von Kläranlagen bzw.
begleitenden Prozessen, z.B. industriellen Prozessschritten, sowie deren Klimarelevanz deutlich verbessert.
Weitere geeignete Anwendungen des Distickstoffmonooxids sind auch die Verwendung als Edukt einer Umsetzungsreaktion bzw. weiterführenden chemischen Synthesen. Durch die erfindungsgemäße Gewinnung von Distickstoffmonooxid lässt sich auf eine günstige Art die chemische Energie von Stickstoff enthaltenden Substanzen, insbesondere von stickstoffhaltigen Abwässern nutzen. Bisher beschränkt sich die energietechnische Nutzung von Abwasser auf die Gewinnung von Biogas bzw. von Wasserstoff auf Basis der organischen Kohlenstoffverbindungen, die im Abwasser enthalten sind. Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Distickstoffmonooxid eröffnet einen neuen Weg der energietechnischen Nutzung des Abwassers auf Basis der stickstoffhaltigen Komponenten, die im Abwasser enthalten sind und resultiert durch seine Realisierung ferner in einer deutlich verbesserten Energie- und Klimabilanz von Kläranlagen.

Claims

Ansprüche 1 . Verfahren zur Gewinnung von Distickstoffmonooxid durch mikrobiologische bzw.
enzymatische Prozesse aus Stickstoff enthaltenden Substanzen, wobei die
mikrobiologischen oder enzymatischen Prozesse mit Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilzen, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw.
Membranfraktionen und/oder Enzymen und/oder einer Kombination dieser realisiert werden bzw. stattfinden.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stickstoff enthaltende Substanz industrielle und/oder kommunale Abwässer, die insbesondere in Kläranlagen gereinigt werden, und/oder Ammonium-Ionen und/oder Ammoniumverbindungen und/oder Nitrit-Ionen und/oder Nitrat-Ionen und/oder Ammonium- und/oder Nitrit- und/oder Nitrat-Gruppen enthaltende Verbindungen, und/oder in der Landwirtschaft anfallende Flüssigkeiten, Feststoffe oder Schlämme, beispielsweise Gülle und Mist, und/oder Stickstoff enthaltende Biomasse und Abfälle, insbesondere Abfälle bzw. Stoffe oder Abwässer, die beispielsweise bei der Biogasgewinnung anfallen, und/oder weitere stickstoffhaltigen Verbindungen, enthält.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten
Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer so ausgewählt werden, dass aus den stickstoffhaltigen Verbindungen der
Stickstoff enthaltenden Substanzen anteilig oder vollständig Distickstoffmonooxid (N20) und/oder entsprechende Vorläufer bzw. Zwischenprodukte gebildet werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten
Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen,
Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer so manipuliert werden und/oder durch geeignete Maßnahmen und/oder durch geeignete Einstellung der Prozessbedingungen so beeinflusst werden und/oder anteilig und/oder vollständig reversibel und/oder irreversibel gehemmt werden, so dass aus den stickstoffhaltigen Verbindungen der Stickstoff enthaltenden Substanzen anteilig oder vollständig Distickstoffmonooxid (N20) und/oder entsprechende Vorläufer bzw.
Zwischenprodukte gebildet werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem aeroben und/oder einem anteilig bzw. vollständig anaeroben Prozessschritt, und/oder einer beliebigen örtlichen und/oder zeitlichen Abfolge aerober und/oder anteilig bzw. vollständig anaerober Prozessschritte, zwischen denen eine beliebige Rezkylierung der Stickstoff enthaltenden Substanz, insbesondere dem
Abwasser, und/oder unabhängig bzw. abhängig davon eine beliebige Rezyklierung des Schlamms, der Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder einer Kombination derer stattfindet bzw. stattfinden kann, realisiert wird.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die
Reaktionsbedingungen so gewählt werden, dass der Bestand der entsprechend eingesetzten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder einer Kombination derer die zur Lachgasproduktion und/oder beteiligter Reaktionsfolgen und/oder der Aufbereitung Stickstoffhaltiger Substanzen beitragen möglichst bestehen bleibt bzw. sich sofern möglich durch Vermehrung erhöht und die der Lachgasproduktion zu Grunde liegenden Reaktionen und/oder deren begleitende Reaktionsfolgen und/oder Reaktionen bzw. Prozesse zur Aufarbeitung Stickstoff enthaltender Substanzen möglichst schnell und vollständig ablaufen. 7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor, nach und/oder während der aeroben und/oder anteilig bzw. vollständig anaeroben Prozessstufe Kupferionen reduziert, komplexiert, abgetrennt und/oder ausgetauscht werden. 8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferionen durch Komplexbildner, durch Reduktion mittels geeigneter Metalle und/oder Metallionen und/oder weiterer Redoxsysteme und/oder geeigneter Ionen, durch Verwendung selektiver Ionenaustauscher und/oder durch elektrochemische Reaktion komplexiert, reduziert und/oder entfernt werden. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivität der Distickstoffmonooxid-Reduktase durch geeignete irreversible und/oder reversible beziehungsweise nicht-kompetitive und/oder kompetitive Inhibitoren und/oder Substrat- beziehungsweise Produkthemmung und/oder durch weitere
verfahrenstechnische Maßnahmen, insbesondere der Regulierung des pH-Wertes, des Sauerstoffgehaltes, der Temperatur, der Konzentrationsverhältnisse, insbesondere des C/N-Verhältnisses, sowie der Regulierung weiterer Prozessparameter und/oder Parameter, der Stickstoff enthaltenden Substanz, insbesondere des Abwassers vor, nach und/oder während der aeroben und/oder anteilig oder vollständig anaeroben Prozessstufe, eingeschränkt oder ausgesetzt wird.
0. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass als Messgröße und/oder Regelungsgröße der Prozessbedingungen und damit der mikrobiologischen bzw. enzymatischen Prozesse der pH-Wert und/oder die Luft- bzw. Sauerstoffzufuhr und/oder die Temperatur und/oder das C/N-Verhältnis der Medien und/oder die Gasphasenzusammensetzung, insbesondere deren
Distickstoffmonooxidkonzentration und/oder deren Konzentration an gegebenenfalls zu verwendenden Inhibitoren bzw. deren Reaktionsprodukten bzw. deren Vorläufern und/oder die Zusammensetzung der flüssigen bzw. schlammhaltigen Phase, insbesondere bezüglich der gelösten Sauerstoffkonzentration und/oder der Nitrat-Ionen- Konzentration und/oder der Nitrit-Ionen-Konzentration und/oder der Konzentration an weiteren Ionen, insbesondere der Ammonium-Ionen, und weiteren Stoffen,
insbesondere z.B. der gegebenenfalls zu verwenden Inhibitoren bzw. deren
Reaktionsprodukten bzw. deren Vorläufern, und/oder die
Durchströmungsgeschwindigkeiten und/oder die Verweildauern der flüssigen Phase und/oder der schlammhaltigen Phase und/oder der Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw.
Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder einer Kombination derer verwendet und/oder reguliert wird.
1 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die geeigneten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer auf den jeweiligen Prozessschritt abgestimmt sind.
2. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass die geeigneten Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen, Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen und/oder Enzyme und/oder eine Kombination derer auf geeigneten Trägern, insbesondere auf porösen Materialien und/oder Ionenaustauschern und/oder ionenaustauscherähnlichen Materialien und/oder Feinfilmverdampfern und/oder Dünnschichtreaktoren und/oder weiteren geeigneten Trägern, insbesondere Partikeln mit einer geeigneten spezifischen, gegebenenfalls porösen Oberfläche, und/oder den Wandungen von Strömungsrohren und/oder schwammartigen Materialien, immobilisiert werden.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 dadurch gekennzeichnet, dass die
entsprechend belegten Träger bei Bedarf durch geeignete Methoden leicht gewechselt und/oder gereinigt und/oder regeneriert werden können und/oder die entsprechend belegten Träger leicht herausgenommen und insbesondere einem optionalen separaten Prozessschritt zur Reinigung und/oder zur Regeneration insbesondere der
Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder einer
Kombination derer und/oder zum Wachstum der Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw.
Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder einer Kombination derer zugeführt werden können und/oder dass die Träger so angebracht werden, dass diese alternierend mit verschiedenen Medien, insbesondere zur Reinigung und/oder zur Regeneration der Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder einer
Kombination derer und/oder zum Wachstum der Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw.
Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder einer Kombination derer und/oder zu weiteren Zwecken durchspült werden können und/oder dass die Träger so gestaltet sind, dass z.B. durch die Kombination des Trägers mit der Luft- bzw.
Sauerstoffdosierung und/oder der Inhibitor- bzw. Inhibitorvorläuferdosierung, ein guter Kontakt zwischen eingeführter Luft- bzw. Sauerstoff und/oder gegebenenfalls
einzusetzenden Inhibitoren mit den Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw. Membranfraktionen bzw.
Enzyme und/oder einer Kombination derer ermöglicht wird.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass bei diesen Reaktionen entstehendes Distickstoffmonooxid und/oder gegebenenfalls eingesetzte Enzyminhibitoren aus der flüssigen und/oder der schlammhaltigen und/oder der gasförmigen Phase abgetrennt, aufgefangen, sofern notwendig gesammelt, sofern notwendig aufgereinigt und/oder weiteren Prozessen, insbesondere
Verbrennungsprozessen, insbesondere Verfahren zur Klär- und Biogasverbrennung und/oder Enzyminhibiierungsprozessen zugeführt werden können wobei die Abtrennung des Distickstoffmonooxides und/oder der gegebenenfalls eingesetzten Enzyminhibitoren von der flüssigen und/oder der schlammhaltigen und/oder der gasförmigen Phase vor und/oder nach der Abtrennung des Schlamms bzw. der Mikroorganismen, Bakterien, Archaeen, Eukaryoten, Pilze, Parasiten, Phagen bzw. Zellen, Zellfraktionen bzw.
Membranfraktionen bzw. Enzyme und/oder einer Kombination derer, von der flüssigen Phase erfolgen kann.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Distickstoffmonooxid und/oder gegebenenfalls eingesetzte Enzyminhibitoren und/oder weitere Medienbestandteile durch selektive Membranprozesse aus der flüssigen und/oder der schlammhaltigen und/oder der gasförmigen Phase abgetrennt
beziehungsweise aufgereinigt und/oder in der flüssigen und/oder der schlammhaltigen und/oder der gasförmigen Phase aufkonzentriert werden.
6. Verfahren zur Aufsammlung, Aufreinigung, Abtrennung, Behandlung und/oder Nutzung von Gasen die aus Prozessen, insbesondere aus Prozessen bzw. vor und/oder nachgeschalteten Prozessen, im Rahmen der Aufbereitung bzw. Reinigung Stickstoff enthaltener Substanzen, insbesondere von Abwässern, mittels Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder weiteren Klärprozessen und/oder weiterer Verfahren zur anteiligen und/oder vollständigen Nitrifikation und/oder Denitrifikation von Stickstoff enthaltenden Substanzen, ausgasen bzw. entweichen dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessbecken bzw. Prozessschritte abkapselt bzw. gasdicht verschlossen und/oder die gasdichte Verschließung dazu verwendet wird entweichende Gase abzutrennen, aufzufangen, sofern notwendig zu sammeln, sofern notwendig aufzureinigen und/oder weiteren Prozessen, insbesondere Verbrennungsprozessen, insbesondere Verfahren zur Klär- und Biogasverbrennung, und/oder Abgasreinigungsprozessen, insbesondere katalytischen Abgasreinigungsverfahren wie sie aus industriellen und
fahrzeugtechnischen Anwendungen bekannt sind, zuzuführen.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das gewonnene Distickstoffmonooxid einer Reaktion als Sauerstoffträger und/oder
Stickstoffträger zugeführt wird.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion z.B. eine Oxidationsreaktion, insbesondere eine Verbrennungsreaktion, dabei insbesondere eine Verbrennungsreaktion von Kohle, Erdgas, Klär- bzw. Biogas und/oder Kraftstoff in einer Verbrennungsanlage und/oder in einer
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in Kraftwärmekopplungssystemen wie sie bei der Klärgasverbrennung eingesetzt werden, ist und/oder eine Reaktion in einer Brennstoffzelle ist.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 dass dadurch gekennzeichnet ist, dass die in diesem Rahmen gewonnene Elektrizität und/oder Wärmeenergie anteilig oder vollständig ins Stromnetz und/oder Fernwärmenetz eingespeist wird und/oder zur Aufarbeitung der„draw Solution" und/oder zur Gewinnung von Wasser und/oder zur Abtrennung bzw. Aufreinigung von Distickstoffmonooxid und/oder zur Erwärmung und/oder unter Verwendung von geeigneten Geräten, insbesondere von
Absorptionskälteanlagen, zur Kühlung beteiligter und/oder begleitender und/oder weiterer, insbesondere industrieller Prozessschritte und/oder in diesen und/oder in weiteren Prozessschritten verwendeten Medien, insbesondere der Stickstoff enthaltenden Substanz, insbesondere des Abwassers, genutzt wird.
20. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Distickstoffmonooxid als Edukt einer Umsetzungsreaktion und/oder weiterführenden Synthese zugeführt wird.
21 . Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Stickstoff enthaltende Substanz, insbesondere das zu reinigende Abwasser, vor und/oder nach und/oder während der aeroben und/oder anteilig bzw. vollständig anaeroben Prozessstufe, mittels geeigneter Verfahren aufkonzentriert wird.
22. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem geeigneten Verfahren zur Aufkonzentration Stickstoff enthaltender Substanzen um ein Vorwärtsosmoseprozess unter Verwendung einer durch eine geeignete
Membran geteilten Strömungsgemetrie und/oder unter Verwendung eines durch eine geeignete Membran geteilten Beckens und/oder unter Verwendung eines durch eine geeignete Membran geteilten Rohres sowie unter Verwendung einer so genannten „draw Solution", insbesondere einer„draw Solution" unter Verwendung thermisch instabiler Salze und/oder unter Verwendung thermisch instabiler Stoffe, insbesondere solcher Stoffe die aus gasförmigen Vorläufern insbesondere C02 und NH3 gebildet werden können, und/oder einer„draw Solution" unter Verwendung magnetischer Stoffe bzw. Partikel handelt und/oder der Prozess im Gegenstrom bzw. Gleichstromprinzip geführt wird und/oder die im Rahmen der Distickstoffmonooxid- und/oder Klärgas- und/oder Biogasverbrennung gewonnene Wärmenergie anteilig oder vollständig zur Aufarbeitung der„draw Solution" bzw. zur Gewinnung von Wasser genutzt wird und/oder der Prozess sowie die im weitesten Sinne zur Vorwärtsosmose bzw. Aufkonzentration zugehörigen Prozessschritte durch geeignete Messverfahren, insbesondere durch Leitfähigkeitsmessungen zur Analyse der Zusammensetzung der„draw Solution" und/oder der Stickstoff enthaltenden Substanz überwacht und z.B. durch Auswertung der entsprechend erhaltenden Messwerte insbesondere durch Regelung der relativen Strömungsgeschwindigkeiten der entsprechenden Medien reguliert werden. 23. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Distickstoffmonooxidgewinnung begleitend zu und/oder ergänzend zu und/oder anstelle der bisher realisierten Aufarbeitung bzw. Aufreinigung Stickstoff enthaltender Substanzen, insbesondere der Aufarbeitung bzw. Aufreinigung von Abwässern, insbesondere in Kläranlage mittels Nitrifikation bzw. Denitrifikation, bzw. weiteren Verfahren zur Abwasserreinigung, insbesondere Verfahren zur aeroben und/oder anaeroben Abwasserreinigung realisiert wird.
24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23 dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Medien und/oder der Stoffgemische und/oder des Abwassers der nicht rezykliert wird und/oder aus dem Distickstoffmonooxid bereits abgetrennt wurde
Verfahren zur Schlammabtrennung, insbesondere membranbasierten Verfahren, und/oder zunächst und/oder anschließend anderen verfahren, insbesondere nicht modifizierten Verfahren zum Nährstoffabbau, insbesondere unmodifizierten, aeroben und anaeroben Prozessschritten zur Nitrifikation bzw. Denitrifikation, zum weitgehend vollständigem Nährstoffabbau, zugeführt wird.
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