Entwicklung einer Methode zur direkten Messung der Lachgasbildungsrate in Nitritationsverfahren (PDF)

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Distickstoffmonoxid (N2O) ist ein geschmackloses, reaktionsträges, in kleinen Mengen ungiftiges Gas, welches eingeatmet Sinnestäuschungen und Lachlust hervorruft. Aus diesem Grund trägt Distickstoffmonoxid den Beinamen Lachgas. In der Industrie wird Lachgas als Treibgas für Lebensmittel, in der Medizin hingegen als Anästhetikum verwendet. Problematisch ist jedoch, dass N2O neben CH4, FCKW und CO2 ein sehr langlebiges Spurengas ist (Riedel, 2007). Lachgas gilt als starkes Treibhausgas, welches 310-mal folgenreicher eingeschätzt wird als CO2 (Barton, 2002). Entsprechend dieses hohen Global Warming Potential (GWP-Wertes) hat Lachgas einen großen Einfluss auf die zukünftige Klimaentwicklung.
Lachgas wird nicht nur anthropogen freigesetzt, sondern auch indirekt durch verschiedene mikrobiologische Prozesse. So trägt neben der Landwirtschaft und der natürlichen Umsetzung in Böden die Abwassertechnik zur Bildung von N2O-Emissionen bei. Hier entweicht N2O bei der weit etablierten biologischen Stickstoffeliminierung aus mikrobiellen Zellen während der Nitrifikation und Denitrifikation (Firestone, 1989). Aktuelle Untersuchungen zeigen zudem, dass bei einer unvollständigen Nitritation von erhöhten Lachgasemissionen ausgegangen werden muss. Aufgrund der zuvor genannten Gründe ist es daher zwingend erforderlich, diese Prozesse unter dem Gesichtspunkt der Emission und dem damit einhergehendem Klimaeinfluss genauer zu bewerten.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es durch den Einsatz eines zur N2O-Messung in der Flüssigphase entwickelten Mikrosensors eine Messmethode zu entwickeln, mit der die Lachgasbildung in Nitritationsverfahren bewertet werden kann.
Zu Beginn dieser Arbeit wird ein Überblick über bisher verwendete Verfahren zur Bestimmung von Gasbildungsraten und Gaszehrungsraten aus der Fachliteratur gegeben. Im Zuge dieser Betrachtung für die Messung von Gasbildungsraten im Abwasser, werden die Stickstoffumsätze auf Kläranlagen unter der besonderen Betrachtung möglicher N2O-Quellen etablierter Verfahren näher beleuchtet. Darauf aufbauend wird das gewählte Konzept zum Messvorgang der möglichen Lachgasbildungsrate in belüfteten Reaktoren mittels eines Mikrosensor für gelöste N2O-Konzentrationen vorgestellt. Ergänzend folgen die Beschreibung der Umsetzung und die Funktionsweise des Messsystems. Ebenso werden der konkrete Aufbau und die Umsetzung der benötigten und gewählten Mess- und Steuerungstechnik dargestellt. In diesem [...]