[go: up one dir, main page]

CN114341334A - 生物反应器及其应用，用于制备有机营养液和用于存储二氧化碳的方法 - Google Patents

生物反应器及其应用，用于制备有机营养液和用于存储二氧化碳的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114341334A
CN114341334A CN202080044368.1A CN202080044368A CN114341334A CN 114341334 A CN114341334 A CN 114341334A CN 202080044368 A CN202080044368 A CN 202080044368A CN 114341334 A CN114341334 A CN 114341334A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nutrient solution
organic
organic nutrient
carbon dioxide
bioreactor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080044368.1A
Other languages
English (en)
Inventor
B·伊伦伯格
H·贾森
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.)
Zazen Cutting And Shaping Plastic Center Co ltd
Original Assignee
Zazen Cutting And Shaping Plastic Center Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zazen Cutting And Shaping Plastic Center Co ltd filed Critical Zazen Cutting And Shaping Plastic Center Co ltd
Publication of CN114341334A publication Critical patent/CN114341334A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/20—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation using specific microorganisms or substances, e.g. enzymes, for activating or stimulating the treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/16—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/32—Manganese, technetium or rhenium
    • B01J23/34—Manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/10—Addition or removal of substances other than water or air to or from the material during the treatment
    • C05F17/15—Addition or removal of substances other than water or air to or from the material during the treatment the material being gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/40—Treatment of liquids or slurries
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
    • C05F17/90—Apparatus therefor
    • C05F17/989—Flow sheets for biological or biochemical treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/36—Means for collection or storage of gas; Gas holders
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/02—Membranes; Filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M25/00—Means for supporting, enclosing or fixing the microorganisms, e.g. immunocoatings
    • C12M25/16—Particles; Beads; Granular material; Encapsulation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/02—Percolation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/04—Filters; Permeable or porous membranes or plates, e.g. dialysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M29/00—Means for introduction, extraction or recirculation of materials, e.g. pumps
    • C12M29/06—Nozzles; Sprayers; Spargers; Diffusers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
    • C12M43/08—Bioreactors or fermenters combined with devices or plants for production of electricity
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M47/00—Means for after-treatment of the produced biomass or of the fermentation or metabolic products, e.g. storage of biomass
    • C12M47/10—Separation or concentration of fermentation products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20—Bacteria; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P3/00—Preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

本发明涉及生物反应器(1，2，3)及其用于转化有机残余物和/或废物成有机营养液的用途，基于所述营养液的总氮含量，所述有机营养液具有比例为至少10％的植物可利用的矿化氮，本发明还涉及用于制备有机营养液的方法，涉及有机营养液，涉及有机营养液作为吸收剂用于二氧化碳储存的用途，涉及有机营养液作为在植物和土壤中结合碳的媒介，以及养料产生和二氧化碳储存系统。

Description

生物反应器及其应用，用于制备有机营养液和用于存储二氧 化碳的方法
本发明涉及生物反应器及其使用反应容器转化有机残余物和/或废物成有机营养液的用途，基于所述营养液的总氮含量，所述有机营养液具有比例为至少10％的植物可利用的矿化氮，其中所述反应容器具有进料管线，经其可将混悬液导入反应容器，并且其中所述反应容器具有排放管线，经其可将混悬液从所述反应容器导出。
本发明还涉及用于制备具有比例至少为10％的植物可利用的氮的有机营养液的方法。
本发明进一步还涉及一种有机营养液。特别是，所述有机营养液可以是一种有机植物肥料。
本发明此外涉及一种有机营养液作为吸收剂用于存储优选源自燃气的COx和/或NOx和/或SOx的用途。特别是其涉及一种有机营养液作为吸收剂例如在沼气厂中和/或在集中供暖厂中用于二氧化碳存储的用途。
最后，本发明涉及养料产生和二氧化碳储存系统。
农业一直从动植物残余物和废物的利用和回收中获取植物农业生产所需的养分。有机农业设计氮作为重要的植物养分只允许以经济/商业肥料的有机形式施撒，例如粪水、堆肥或角粉肥料。由于有机产品市场的扩大，农场的专业化程度不断提高，蔬菜种植者和其他没有畜牧业的农场由于生物质的销售和出口以及经济肥料的缺乏而被迫购买和使用有机商品肥料。正是在有机肥料使用的强烈需求的情况下，存在着相当比例的非矿化的不能被植物立即吸收的氮。
无机氮化合物原则上被理解为植物可利用的氮，即植物可直接吸收的氮。相反，有机氮化合物不能被植物直接吸收。术语“植物可利用的氮”通常是指以铵(NH4 +)和硝酸盐(NO3)形式存在的氮。
植物的水培、无土或贫土培植系统目前使用矿物肥料或矿物有机肥料(将工业生产中矿化的氮化合物混合到有机材料中的肥料)。纯有机肥料材料出于两个原因不能使用。一方面，这种培植系统中的细菌土壤-植物相互作用非常有限或不适用于无土方法。此外，无法通过依赖外部影响(例如硝化作用)的细菌过程，以足够的量提供土壤中可立即供植物利用的矿化养分。此外，有机肥料无法实现植物、尤其是在水培种植系统中需要的氮的受控、持续和立即释放。
另一个问题是有机肥材料的转化，如堆肥废物等，以及与之相关的矿化氮的释放取决于大量难以控制的环境因素，如土壤湿度、土壤温度和不同浓度的土壤中的有机化合物。在农业应用中，这种缺乏控制会导致氮供应的不及时供应和过剩/短缺以及对经济和环境有害的反过程，例如反硝化。
特别是对于无土(或贫土)水培/气培的培植系统，必须为植物提供经过最佳调整的营养液，因为土壤的缺乏或减少不会使基质在养分和水供应方面具有缓冲功能。传统有机肥料材料的使用不适合这些系统，因为其中的氮不能或仅不足以被植物利用。此外，在有机肥料材料的情况下，由于进一步发生的降解或转化过程，无法在营养液中设定明确且稳定的养分浓度。
除了放弃使用工业获得的矿物氮肥的有机农业的根本缺点之外，可能是提高产量的基本手段，但仍被认为是有问题的，即对可立即用于植物的氮的需求，特别是在有用植物最后三分之一的生长阶段，通过使用至今可获得的有机经济肥和来自残余物和废物的有机肥料是不能及时满足的。
自工业化开始以来，地球大气中的二氧化碳(CO2)含量大幅增加，2013年已达到400ppm。除了对气候有影响的其他气体外，二氧化碳还通过人为温室效应导致全球变暖。全球约18％的排放量是由土地使用造成的。问题在于有机废物的厌氧发酵(例如在沼气厂中)以及沼气厂获得的沼气的焚烧会释放CO2。
另一个问题是，化学、矿物和工业制造的肥料，例如基于Haber-Bosch工艺的肥料，是全球农业植物养分的主要来源。传统使用的有机农家肥由于其不受控制和无法操控的矿化以及它们在土壤中的利用率较低而导致负面环境污染，并且使用量越来越少。然而，这会趋势性减少土壤肥力和土壤-细菌相互作用所需的碳供应。
另一个问题是基于Haber-Bosch工艺的化学、矿物和工业制备的肥料是CO2排放的主要来源。仅生产氨气就需要35.2GJ的能源，相当于每吨氨气需要840公斤原油。每千克氮(N)会释放2.2千克CO2。
因此，本发明的目的是分离有机残余物和废物厌氧发酵过程中产生的二氧化碳(CO2)气体和/或沼气燃烧产生的二氧化碳(CO2)气体，从气体流中洗出并以稳定的方式吸收CO2。
根据本发明，该目的通过独立权利要求1和/或4和/或6和/或8和/或9的特征来实现。
特别地，为了解决该问题，提出了上述类型的生物反应器，其中所述通风装置具有过氧化氢储存器和至少一种催化剂，借此在通风过程中，从过氧化氢储存器中流出的过氧化氢在催化反应中可转化为水和氧。这具有能在反应容器内均匀供应氧气的优点。因此，包含在反应容器中的液体可以特别好地富含氧气。此外，与其他通风装置相比，过氧化氢的氧气催化转化的置备和维护成本相对较低。
根据特别有利的方案设计，至少一种催化剂可以布置在过氧化氢储存器和通风装置的出口之间。这样可以更好的防止过氧化氢进入反应容器，在通风装置出口前转化为氧气和水。
如果至少一种催化剂由软锰矿(Braunstein)和/或氧化锰，特别是二氧化锰和/或水锰矿(Manganit)构成，则可能是特别有利的。
如果所述通风装置相应于US 4,784,665所构造的装置，则可能是特别符合目的的。US 4,784,665的内容在此通过引用并入。
为实现上述目的，提出了一种用于制备有机营养液的方法，基于所述有机营养液总氮含量，该有机营养液具有比例为至少10％，特别是至少25％，优选至少50％，更优选至少75％的植物可利用的矿化氮。在此优选植物可利用的矿化氮的硝酸盐含量高于铵含量。在此进一步优选使用如本文所述和要求保护的生物反应器。
所述方法包括以下步骤：
-在接种步骤中，用含有氨化细菌和/或硝化细菌的接种材料接种载体单元，优选如本文所述和/或要求保护的生物反应器的载体单元，
-在载体单元上，形成具有氨化细菌和/或硝化细菌的生物膜，
-在培养步骤中，有机残余物和/或废物与生物膜一起培养，特别是在反应容器中，其中氨化细菌和/或硝化细菌将残余物和/或废物的有机结合氮转化为矿化氮，
-其中在各个或所有步骤的实施期间，借助通过通风装置将氧气导入反应容器和/或载体单元中
-且其中然后在二氧化碳储存步骤中，由前述步骤制备的有机营养液用含二氧化碳的气体，特别是沼气和/或集中供暖厂的废气处理，使得气态二氧化碳通过有机营养液被结合。该二氧化碳储存步骤可以优选地在与外界密封的二氧化碳储存空间中进行。
通过根据本发明的方法不仅能制备具有高比例的植物可利用矿化氮的有机营养液。有机营养液还经过至今只是简单地释放到大气中的二氧化碳处理，以致于二氧化碳被营养液吸收和储存。由此所述营养液为以此施肥的植物、土壤细菌和土壤本身包含了更好的碳源。此外，有害于气候的气体被阻止逸出到大气中，而是在循环中返回并被结合。
有机营养液中的CO2吸收发生在阳离子上，例如NH4和钾。此外，当添加到土壤中时，会在土壤上，所述有机营养液与土壤中的碱土金属例如镁和钙形成稳定的碳酸盐。地下水中存在的其他碱性矿物质被吸收过程中形成的碳酸氢盐HCO3中和。在所形成的有机营养液中，植物养分被矿化地可直接被植物利用地存在，并被植物吸收。凭借这一特性，这些肥料可与矿物NPK肥料的有效性相媲美，并且可以替代它们。由于其可替代性，所述肥料具有主动约束二氧化碳排放和避免额外二氧化碳排放的特性。
所述营养液可以优选以减少水含量的方式进行二氧化碳储存之前被浓缩。这可以例如通过真空蒸馏来完成。由此能够更好地结合CO2。
根据进一步的改进可以设计，在二氧化碳储存步骤中，所述有机营养液表面的扩张。特别地，这可以通过引导所述有机营养液通过洗涤装置而实现。所述洗涤器装置可以例如涉及选自下组的一个装置或者两个或多个装置的组合：泡罩塔反应器、管式反应器、射流喷嘴反应器、搅拌罐、薄膜反应器和/或喷雾塔。借助该洗涤器装置，所述有机营养液的表面扩张是可能的，这增加了通过所述有机营养液结合CO2的效率。
为实现上述目的，还提出了一种有机营养液，其通过上述方法和/或在上述生物反应器中制备，并因此具有额外的碳源。其中可以特别预设，基于所述有机营养液的总氮含量，所述有机营养液具有比例为至少10％，特别是至少25％，优选至少50％，更优选至少75％的植物可利用矿化氮。优选地，植物可利用的矿化氮的硝酸盐含量高于铵含量，更优选NO3:NH4 +比率至少为2:1，特别是至少3:1，特别是至少10:1，优选至少25:1，更优选至少50:1。
根据进一步的发展可以设计，所述有机营养液(也称为“soiling NRF”)具有该有机营养液总氮含量的至少10％的铵含量(NH4 +)，和/或该有机营养液总固体含量的至少10％的钾含量(K+)，和/或该有机营养液总固体含量的至少5％的钙含量(Ca2+)，和/或该有机营养液的总固体含量的至少1％的镁含量(Mg+)，和/或该有机营养液的总固体含量的至少15％的蛋白质含量。特别地，有机营养液的pH值可以最大为7.5，优选低于7.5，更优选最大7.0，更优选最大6.5，更优选最大6.0。所述营养液的吸收能力由气体的摩尔流量、气/液反应器系统的吸收效率、吸收剂的体积和流量率决定。所述营养液的pH值可被视为CO2吸收的指标。NH4 +、钾、钙和镁离子的碳化开始于pH值>7.5并随着CO2的吸收而降低。例如，随着碳酸氢铵(NH4HCO3)的形成，OH浓度下降，从而使pH值下降。通过从胺基的CO2吸收，质子数增加，pH值降低。
Figure BDA0003415187680000061
为了解决该问题，提出了有机营养液、特别是使用如本文所述和/或要求保护的和/或通过本文所述和/或要求保护的方法制备的和/或在本文所述和/或要求保护的生物反应器中制备的有机营养液作为COX和/或NOX和/或SOX的储存吸收剂的用途。特别地，可设计作为吸收剂用于二氧化碳储存的用途，例如在沼气厂和/或集中供暖发电厂中，其中所述有机营养液用含有COX和/或NOX和/或SOX的气体特别是在封闭和/或与外界隔绝的空间内处理，例如含有二氧化碳的气体，特别是沼气和/或来自燃烧过程的废气，例如来自集中供暖发电厂的废气或来自燃烧化石燃料的废气。这具有以下优点：气态COX和/或NOX和/或SOX，特别是二氧化碳，在此被所述有机营养液结合。由此使得有可能取代迄今为止用于储存二氧化碳和其他气体最常用的基于胺化合物如单乙醇胺和二乙醇胺的胺洗涤。经此能够创建一种特别环保的胺洗涤替代方案。
为实现该目的，还提出了一种养料产生和二氧化碳储存系统，包括：
-发酵装置，特别是沼气厂，其用于产生有机残余物和/或废物，
-任选的集中供暖发电厂，其用于燃烧由发酵装置产生的沼气以获得电能和/或热量，
-生物反应器，特别是如本文所述和/或要求保护的生物反应器，其用于将有机残余物和/或废物转化为有机营养液，特别是转化为本文所述和/或要求保护的营养液，和
-具有二氧化碳储存空间的二氧化碳储存装置，优选为可与外界密封的二氧化碳储存空间，其中设置有至少一个洗涤装置，用于进行含二氧化碳的气体，特别是沼气和/或集中供暖发电厂(39)的废气，与通过所述生物反应器制备的有机营养液之间的液气反应。这具有形成优选封闭的气体回路的优点，在进行二氧化碳储存步骤之前从其中没有或几乎没有二氧化碳从该回路中逸出。在发酵过程和/或焚烧过程中作为废物产生的二氧化碳可以被养料产生和二氧化碳储存系统用于精炼营养液，以便为待施肥的植物、土壤细菌和土壤本身额外提供特别是植物可利用的碳源。优选使为此安置的发酵装置和/或如果计划为集中供暖发电厂，能将废气经由至少一个气体管线可引向二氧化碳储存装置。根据优选的实施变化方案，生物反应器还可以用作为二氧化碳存储装置。然而，二氧化碳存储装置也可以构造为独立于生物反应器的单元。二氧化碳储存装置与生物反应器之间可以优选存在至少一个液体管线，以便可以进一步输导有机营养液。
根据一个有利的实施方案，可以设计，二氧化碳存储空间被分成至少两个室，洗涤装置布置在第一室中，而第二室被设计为有机营养液的收集室，并且有机营养液通过至少一个泵送装置从第一腔室排放到第二腔室和/或从第二腔室排放到第一腔室。因此，营养液特别有效地结合二氧化碳是可能的。
作为替代或补充，养料产生和二氧化碳储存系统可以具有浓缩装置，通过该浓缩装置可以降低有机营养物溶液的水含量。例如，可以设置浓缩装置以进行真空蒸馏。
特别地，在上述类型的生物反应器的情况下提出，该生物反应器具有通风装置，通过该通风装置可以将氧气导入反应容器和其中包含的混悬液中，在所述反应容器的接收空间中，设置至少一个具有繁殖区域的载体单元用于形成微生物的生物膜，其中所述至少一个载体单元可以用导入的混悬液和导入的氧气全面漂洗和/或彻底冲洗，并且载体单元的表面积与体积比被构造为大于接收空间的表面积与体积比。凭借所述生物反应器，可以在接收空间内的繁殖区域上的期望位置处形成生物膜。如此可以在繁殖区域为氨化细菌和/或硝化细菌创造理想的生长条件。通过所述生物反应器，可以更好地支持微生物进行所需的转化反应，从而生产出植物可利用的氮含量更高的有机营养液。如果载体单元的表面积与体积比设计为接收空间的表面积与体积比的至少八倍，则可以是特别优选的。通风单元可以例如设置为以空气的形式导入氧气。
根据有利的改进，至少一个载体单元可由一种材料或两种或更多种材料的组合制成，所述材料选自塑料(特别是食品中性塑料)、矿物(特别是沸石)和/或一种橡胶塑料混合物。如果塑料是聚丙烯和/或聚乙烯和/或橡胶，则可在此特别符合目的，因为微生物可以特别好地在这种塑料上繁殖并形成生物膜。如果是聚乙烯-橡胶混合物，也很有用。还可以设想提供矿物-塑料混合物，特别是沸石-塑料混合物。
如果载体单元的繁殖区域至少部分地在孔和/或腔室中形成，则也是特别有利的。这具有以下优点：在载体单元的外部尺寸相对较小的情形下，载体单元具有最大可能的可繁殖表面。孔和/或通向腔室的通路可优选具有10μm至100μm的直径，使得孔和/或通路允许液体和气体的通透和/或透入并允许微生物的透入和滞留。如果孔至少部分或大部分是通透的，即特别是材料设计成具有开孔，则可以是特别有利的。由此可以实现特别好的混悬液彻底冲洗。
替代地或补充地，根据另一有利的实施方式可以设计，至少一个载体单元设计为可从反应容器取出，特别是无需工具即可取出。特别地，载体单元可以设计为可更换的模块。这具有的优点是允许快速且容易地从反应容器中取出和更换载体单元。此外特别有利的是，在接收空间中布置有引导装置，借助该引导装置可以将载体单元以引导的方式导入到接收空间中，尤其是可以被推入或插入。载体单元在接收空间内的位置因此可以由引导装置限定。
为了便于将氧气导入反应容器中并更好地避免厌氧反应，可以设计，可以通过通风装置将氧气通过供气管线导入反应容器和/或至少一个载体单元中。在此有利的是，通风装置具有至少一个压缩机或一个气体接口，以便能够更好地调节供气。优选所述供气管线可以地独立于进料管线和排放管线，从而可以彼此独立地导入氧气和混悬液。例如，氧气也可以以空气的形式导入。其优点是，特别是不导入纯氧，而是可无限量使用的循环空气。
替代地或补充地，在反应容器的底部用许多通风口构造通风装置，特别是一个或之前所述做成通风板的通风装置。特别地，可借助所述通风装置在反应容器内、优选在接收空间内可产生均匀的气泡密度，从而使得反应容器内的特别均匀的通风成为可能。所述通风口可以优选地布置成具有相同的直径和/或彼此以相同的间隔。更优选地，通风装置可以构造成圆锥形，从而更容易防止通风口被混悬液的固体颗粒下沉而堵塞。
为了实现混悬液在接收空间内的特别良好的循环，生物反应器可以具有泵送装置。泵送装置例如可以设计为离心泵或循环泵。此外有利的是，借助泵装置混悬液可以通过进料管线泵入反应容器中，并通过排放管线从反应容器中泵出。为了能够设置通过反应容器和/或进料和排放管线的不同流量，可以改变泵装置的泵输出，特别是手动可调和/或可编程。优选地，泵送装置可用于在反应容器内产生混悬液流动方向，该混悬液流动方向至少部分地沿相反方向和/或至少部分地沿氧气流动方向流动。经此可以实现混悬液与氧气的特别好的混合。为了借助所述反应器，能够将多步骤的制备方法的实施自动化，泵送装置优选地可以编程为可以自动设置具有多个子步骤的泵送程序。
为了给微生物创造理想的生长和/或转化条件，生物反应器可以具有加热装置，通过该加热装置可以加热反应容器的接收空间和/或反应容器的接收空间中的混悬液到可调节的温度。特别地，可以提供20℃至34℃的温度，优选22℃至32℃的温度。
为使载体单元能够容易地从生物反应器上取下，根据有利的改进，所述反应容器具有用于填充反应容器的接收空间的开口，并且所述生物反应器具有封闭单元，通过该封闭单元，反应容器的开口是可关闭的。反应容器的开口可优选地通过封闭单元以液密和/或耐压的方式封闭。
为了避免对有机残余物和/或废物转化为有机营养液的破坏性外部影响，反应容器的壁和一个或前述封闭单元可以设计为不透明的。因此，可以提高转换率。
如果繁殖区域是疏水的，也可以是符合目的的。
为了使微生物更容易附着在繁殖区域上，繁殖区域可以具有比反应容器壁内侧更高的粗糙度。
为了给微生物的繁殖提供尽可能大的总繁殖区域积，生物反应器可以具有多个载体单元。载体单元可以优选地设计和/或布置成可相对于彼此移动。载体单元优选地松散地布置在接收空间内。通过混悬液的循环，载体单元也可以由此被所产生的流循环和/或移动。因此可以改进载体单元处的气体交换和混悬液交换。
根据特别优选的改进，可以提供大量的碎片，特别是大量的由塑料制成的流动碎片作为载体单元，其中所述碎片可以以无序的方式布置在反应容器内。特别是，无序分布会导致碎片缠结在一起。因此，碎片的繁殖区域可能不会相互粘附和/或不能充分地用氧气冲洗，从而不会发生不希望的反硝化过程。如果碎片具有选自螺旋形和/或曲折形和/或波浪形碎片的组中的一种形状或多种形状的组合，则可以是特别优选的。这是防止碎片的繁殖区域相互粘连或相互接触的一种特别好的方法。
碎片可优选地各自具有2cm至10cm的长度和/或0.5cm至1.5cm的宽度和/或50μm至500μm的厚度。
替代地或补充地，可以提供至少一个多孔软管作为载体单元。特别地，所述软管可以横向或平行于导入反应容器的氧气的流动方向和/或横向或平行于导入反应容器的混悬液的流动方向布置。这使得所述软管的全面漂洗效果特别好。
根据一种有利的改进方案可以设计，氧气可以通过软管或上述软管经由供气管线导入。特别地，该供气管线可以设计为旁路气体管线，其从主气体管线(优选通向一个通风装置或前述通风装置的主气体管线)分支。因此可以为位于软管壁内侧繁殖的微生物提供特别好的氧气供应。生物反应器优选具有多个构造为软管的载体单元。还可以设计，软管被集成到在接收空间内延伸的管线中。这种管线可以与进料管线和/或排放管线绑结。优选地可以在软管之前和/或之后，在接收空间内的管线中使用截止阀。因此，可以通过关闭布置在流动方向上软管后面的截止阀以简单的方式增加软管的内部压力，由此混悬液流可以至少短时间地通过软管中的孔被引导。或者通过关闭布置在流动方向上软管上游的截止阀，可以防止在软管中导入混悬液。
根据另一有利的改进可以设计，载体单元设计为沸石颗粒。特别是，沸石颗粒可以具有0.6mm至1.0mm的粒度。沸石颗粒和/或另一种载体材料可以优选地布置在安置在反应容器内的优选纺织袋构造的收集单元中。因此可以防止载体材料被冲洗到接收空间内的通风不良和/或混合不良的区域。
替代地或另外地，可以在一个收集单元或前述收集单元上或其底部设置另外的通风装置，通过该通风装置可以将氧气导入沸石颗粒和/或另一载体单元中。所述另外的通风装置可以优选地连接到从主气体管线分支的旁路气体管线。通过所述另外的通风装置能使沸石颗粒和/或其他载体单元特别好地用氧气全面漂洗。
为了能够更好地避免混悬液中的固体在接收空间底部的沉降，进料管线可以在排放管线上方和/或在与排放管线相同的高度处通向反应容器。因此，下沉的颗粒可以优选地在更上方导入接收空间中并且从接收空间的更下方排出。作为替代或补充，生物反应器可以具有多条进料管线和/或多条排放管线。在生物反应器的使用过程中，生物反应器的管线是承担供给管线还是排放管线的任务，优选在此可以至少部分由可调节的混悬液流向来定义。这使得可以在反应容器内优选同时设置至少两个不同的流动方向，其中根据流动方向，现有管线可用作进料或排放管线。例如至少两个排放管可以从底部附近从反应容器导出，以便能够更有效地排出沉积的颗粒和混悬液。
为了在反应容器的接收空间内可以实现混悬液的特别良好的循环，可以借助一个泵送装置或前述的泵送装置在反应容器内和/或在生物反应的管线内可设置至少两个混悬液流动方向。为了实现特别好的循环，进料管线和排放管线可替代地或补充地通过一个泵送装置或前述泵送装置彼此分开。特别是所述生物反应器可以具有包括进料管线、排放管线、泵送装置和反应容器的混悬液回路，使得混悬液可以重复地被引导通过反应容器内的生物膜。
为了更容易地调节混悬液流，可以在反应容器和泵装置之间的进料管线中设置截止阀，和/或在反应容器和一个泵装置或所述泵装置之间的排放管线中设置截止阀。
根据生物反应器的有利发展，特别是在一个或所述泵送装置之后和/或在一个或所述截止阀之前，旁路进料管线可以从进料管线分支，其接入所述反应容器。由此混悬液也可以额外地通过旁路进料管线导入反应容器中。优选地旁通供给管线可以具有截止阀。还可以优选地设计，在通过泵送装置的混悬液流动方向发生变化、尤其是反转的情况下，旁路供给管线可以用作排放管线。因此可以增加流动路径的可变性，这导致反应容器中的混悬液甚至更好的循环。
如果具有氨化细菌和/或硝化细菌的生物膜已经定居在繁殖区域，则这可能是特别有利的。在此可以例如设计，生物膜中氨化细菌和/或硝化细菌的比例为至少2％，优选至少4％，优选至少6％，优选至少10％，优选至少15％，优选至少20％，优选至少25％，优选至少30％，优选至少40％，优选至少50％，优选至少60％，优选至少70％，优选至少80％，优选至少90％，优选大约100％。
为了产生用于微生物繁殖的尽可能大的表面，至少一个载体单元可以具有多个繁殖区域，其中繁殖区域可以被设计成弯曲的，从而可以避免载体单元的繁殖区域的彼此粘附和/或贴靠，和/或不同载体单元的繁殖区域的彼此粘附和/或贴靠。
根据本发明，上述目的也通过用于制备有机营养液的独立方法权利要求的特征来实现。特别地，提出了一种用于制备有机营养液的方法以实现所述目的，其中所述有机营养液具有比例为至少10％，特别是至少25％，优选至少50％，更优选至少75％的植物可利用的矿化氮，基于该有机营养液的总氮含量。优选地，其中植物可利用的矿化氮中的硝酸盐含量高于铵含量。在此可以特别优选的是，在所述有机营养液中，NO3:NH4+比率为至少2:1，特别是至少3:1，特别是至少10:1，优选至少25:1，更优选至少50:1。该方法在此包括以下步骤：
-在接种步骤中，用包含氨化细菌和/或硝化细菌的接种材料接种载体单元，优选如本文描述和要求保护的生物反应器的载体单元，
-在载体单元上形成具有氨化细菌和/或硝化细菌的生物膜，
-在培养步骤中，有机残余物和/或废物与生物膜一起培养，特别是在反应容器中，其中所述氨化细菌和/或硝化细菌将残余物和/或废物材料的有机结合氮转化为矿化氮。
通过该方法首次能从有机残余物和/或废物生产可用作植物肥料的有机营养液，在该方法的情况下，由于所述特殊的方法，植物可利用的氮的比例大幅提高。根据一个优选的实施方案，可由此在这种植物可利用氮的情形下还实现了硝酸盐与铵含量的比率向硝酸盐的明显推移。植物特别依赖硝酸盐，尤其是在无土的水培系统中，因为它可以更好地被吸收。此外，还可以明显减少经常发生在有机残余物和/或废物中的气味污染(其特别是由氨产生的)直至最终的有机营养液中的气味完全中和。
根据本发明，上述目的也通过用于制备植物培植的基质材料的独立方法权利要求的特征来实现。特别地，因此提出一种制备用于培植植物的基质材料的方法以实现所述目的，其包括以下步骤：
-在接种步骤中，用包含氨化细菌和/或硝化细菌的接种材料接种载体单元，优选根据前述权利要求之一的生物反应器的载体单元，
-在载体单元上形成具有氨化细菌和/或硝化细菌的生物膜。
使用上述方法，因此可以用氨化细菌和/或硝化细菌接种载体单元并使生物膜由此在载体单元上生长。载体单元然后可以例如在生物反应器中使用，如本文所述和要求保护的，或用作基底材料，如本文所述和要求保护的。
以下有利发展涉及上述这两种方法。
为了能够实现特别好的接种和/或转化，可以以液体形式使用接种材料和/或有机残余物和/或废物。优选所述接种材料和/或有机残余物和/或废物可以以混悬液形式使用。因此，载体单元与接种物和/或有机残余物和/或废物的特别良好的润湿是可能的。此外，有机残余物和/或废物的特别简单和有效的循环是可能的。为此例如可以将作为固体存在的接种材料和/或有机残余物和/或废物与水混合以产生混悬液。
可能是有利的是，如果使用选自下组的所述接种材料或者一种或多种接种材料的组合：堆肥，特别是树皮堆肥，蠕虫排泄物，特别是蚯蚓排泄物，土壤，特别是田间土壤。除了氨化细菌和/或硝化细菌外，这些接种材料还含有粘液和/或蛋白质物质，其可加速载体单元上生物膜的形成并稳定该生物膜。原则上，生活在土壤中的蠕虫排泄物是合适的，因为它们富含氨化细菌和/或硝化细菌。
根据一个特别有利的实施方案，有机残余物和/或废物中有机材料的比例可以为5％至60％。
替代地或另外地，有机残余物和/或废物的碳/氮比可为11或更小。数值高于11时，转化率会下降。
如果基于有机残余物和/或废物的总重量的总氮含量为至少0.3％，则也是有利的。
可以进一步设计，基于有机残余物和/或废物的植物可利用的氮的总含量，与硝酸盐结合的氮的比例小于与铵结合的氮的比例。通过所述方法可以改变这个比例，从而使存在的大部分是硝酸盐而不是铵。
为了为氨化细菌和/或硝化细菌创造理想的生长条件，可以在温度，特别是恒温，20℃至34℃，优选22℃至32℃下进行单个或所有方法步骤。
为了防止厌氧反硝化细菌进行不希望的反硝化过程，并为好氧氨化细菌和/或硝化细菌充分供应氧气，可以在进行单个或所有步骤时将氧气导入反应容器和/或载体单元中。
为了更好地防止厌氧菌在接种步骤中繁殖，可以在接种步骤中循环所述接种材料。特别是通过将所述接种材料多次泵送和/或以不同的流动方向泵送通过优选闭合的回路的方式，在所述回路中布置有载体单元。特别是可以通过循环撕下固定在载体单元上的接种材料和部分生物膜，并在另一位置重新附着。这种撕下和重新附着会促进细菌生长。
替代地或另外地，有机残余物和/或废物可在培养步骤期间循环以更好地防止固体沉淀和厌氧降解过程的发生。特别是有机残余物和/或废物可以多次泵送和/或以不同的流动方向泵送通过优选闭合的回路，载体单元布置在所述回路中。
为了能够进一步提高细菌的转化效率，接种步骤可以分为连续通气和/或循环的第一阶段和不连续通气和/或循环的第二阶段。优选地，可以在第二阶段期间进行通气暂停和/或循环暂停，特别是每小时30至50分钟。
如果接种步骤和培养步骤在不同的反应容器中进行，也可以是符合目的的。优选地，在接种步骤中使用的反应容器可以具有比在培养步骤中使用的反应容器小的体积。
可以进一步设计的是，所述培养步骤具有氨化步骤和/或硝化步骤，其中在氨化步骤期间来自有机残余物和/或废物的有机结合的氮被生物膜的氨化细菌转化成铵基，和/或其中在硝化步骤期间，铵基被生物膜中的硝化细菌转化为硝酸盐。分别根据所使用的有机残余物和/或废物材料以及其所具有的植物可利用的氮的初始比例，有时只能设计一个硝化步骤。特别地，可以进行培养步骤直到有机营养液含有比铵基多的硝酸盐，优选直到NO3:NH4 +比为至少2:1，特别是至少3:1，优选至少10:1，优选至少25:1，更优选至少50:1。为了确定植物可利用的氮的比例，优选地可以定期或连续地进行测量步骤。可以使用本领域技术人员已知的用于确定硝酸盐和/或铵浓度和/或总氮浓度的测量方法。
根据特别有利的改进，可使用至少一个多孔软管(特别是多孔橡胶-塑料软管)作为载体单元，其中在所述软管中时间分开地导入氧气和接种材料和/或氧气和残余物和/或废物被导入到软管在不同的时间。在此优选可以在接种步骤和/或培养步骤期间变化软管内压，特别是在一段时间内增加接种材料和/或残余物和/或废物通过软管的流量，和/或通过在一段时间内增加氧气通过软管的体积流量。载体单元的多孔软管形式具有为微生物产生相对大的繁殖区域的优点。特别是由于开孔构造，推压流经软管的混悬液也可以通过穿透软管壁的孔排出。因此，一方面，全部繁殖区域的特别好的接种是可能的，此外，生物膜细菌的氧气和营养物的特别好的供应也是可能的。特别地，软管可以设计成柔性的，即可拉伸的，其优点是当软管内部的压力增加时可以扩大孔径。因此可以至少在短时间内实现通过孔的增加的流速，例如以便在软管内也实现混悬液的更好循环。
为了能够实现载体材料的特别好的润湿，载体单元可以在接种步骤期间完全浸入接种材料中，和/或载体单元可以在培养步骤期间完全浸入残余物和/或废物中。
本发明还涉及通过如本文所述和要求保护的方法和/或在如本文所述和要求保护的生物反应器中制备的有机营养液，特别是有机植物肥料，基于所述有机营养液的总氮含量，其具有比例为至少10％、特别是至少25％、优选至少50％、更优选至少75％的植物可利用矿化氮。优选其中所述植物可利用的矿化氮的硝酸盐含量高于铵含量。进一步优选的是，在所述有机营养液中NO3:NH4 +比为至少2:1，特别是至少3:1，特别是至少10:1，优选至少25:1，更优选至少为50:1。所述有机营养液的优势在于，与工业生产的矿物肥料相比，它还可用于有机农业。完全由有机残余物和/或废物制成的具有如此高氮的矿化率的有机植物肥料是至今未知的。
优选所述有机营养液为液体肥料。
为了使有机营养液可用于有机农业，植物可利用的矿化氮必须完全或基本上由有机结合氮转化和/或有机营养液不含工业生产的矿物肥料。工业生产的矿物肥料包括，例如通过化学或物理处理从主要在采矿中采下的原材料获得的矿物盐，特别是非有机来源的氮肥。作为制备有机营养液的起始材料使用的有机残余物和/或废物，可以包括例如植物和/或动物废料、发酵残余物，特别是来自沼气厂、粪水、污水、农场粪便，来自食品和消费以及饲料工业的有机二次原料。
本发明进一步涉及用于培养具有氨化细菌和/或硝化细菌生物膜的植物的基质材料，其通过如本文描述和要求保护的方法和/或通过本文描述和要求保护的生物反应器制备。所述载体单元可优选具有直径为10μm至100μm的孔和/或腔室。
根据基材材料的有利改进，载体单元可以设计为多孔管。载体单元可以优选地设计为由塑料-橡胶混合物制成的软管。在此，参考生物反应器的载体单元的实施性，其也可以对于基材材料是有用的。
根据基材材料的另一有利改进，载体单元可以由矿物制成，特别是由沸石制成。特别地，载体单元可以设计为沸石颗粒。沸石特别适合作为土壤助剂，因为基于其多孔构造具有由内表面和外表面组成的特别大的表面积，其可用作繁殖区域。因此，尽管繁殖区域相对较大，但沸石需要相对较小的空间。
为了能够更好地保护与基质材料接触或在基质材料附近培植的植物免于缺乏养分和/或水，载体单元可以具有海绵效应，通过这种方式基质材料可以储存液体。这例如可以通过以下方式实现，即载体单元至少部分地由泡沫材料制成，特别是由泡沫塑料制成。
本发明还涉及在载体单元上以生物膜形式的氨化细菌和/或硝化细菌的用途，特别是在如本文所述和要求保护的生物反应器中，用于将有机残余物和/或废物转化为有机营养液，其基于营养液的总氮含量，具有比例为至少10％，特别是至少25％，优选至少50％，更优选至少75％的植物可利用矿化氮，特别是通过执行如本文所述和要求保护的方法。在此优选在最终的有机营养液中NO3:NH4 +比为至少2:1，特别是至少3:1，特别是至少10:1，优选至少25:1，更优选至少50:1。
本发明还涉及如本文所描述和要求保护的有机营养液的用途，其用于给植物施肥，特别是用于给根据有机农业标准种植的植物施肥。与传统的有机植物肥料相比，所述有机营养液可以更好地补偿作物生长最后三分之一发生的土壤浸出。
根据有利的实施方式，所述有机营养液可用于水培系统，特别是无土和/或贫土的水培系统。与其他纯有机植物肥料相比，所述有机营养液也适用于无土和/或贫土培植系统，因为植物可利用的氮，特别是植物可利用的硝酸盐的比例明显高于常规有机植物肥料。
本发明进一步涉及本文所述和要求保护的基质材料在植物培植中的用途。特别是用于培植有用植物。优选所述基质材料可以与种植土壤混合，特别是作为土壤助剂。特别地，它可以在田地的土壤下混合。这使得加速土壤中自然发生的氨化和/或硝化转化过程成为可能。因此，土壤中有机结合的氮可以更快地转化为植物可利用的氮。这增加了天然土壤的肥力并增加了作物产量。
替代地或补充地可以设计，所述基质材料用作锚定材料，特别是在水培系统中。因此，当所需的土壤不可用或形式不足时，可以使用基质材料，以便植物能够在其上固定。
根据优选的改进，植物可以至少部分地通过它们的根与基质材料的载体单元的外部直接接触。特别是可以通过载体单元引导有机营养液，特别是如本文所描述和要求保护的有机营养液。优选所述有机营养液然后可以通过在载体内壁中的孔从载体单元的内部向载体单元的外部扩散和/或挤出。这能够为植物提供特别好的营养供应。例如，可以将载体单元放置在可耕地中。此外如上所述，所述载体单元也可以以这种形式用于贫土或无土系统中。
根据一个特别优选的改进，植物可以至少部分地通过它们的根与基质材料的载体单元的外部直接接触，其中通过所述载体单元引导所述有机残余物和/或废物，其中通过生物膜的细菌将残余物和/或废物转化为矿化氮，其中所述矿化氮通过载体单元壁中的孔从载体单元内部向载体单元的外侧扩散和/或挤出，并且其中与所述载体单元的外侧至少部分接触的植物根吸收植物可利用的矿化氮。由此所述有机残余物和/或废物可以直接用于供应植物，而无需事先单独转化为有机营养液。令人惊讶地表明，由于有机结合的氮通过载体单元上的生物膜有效地转化为植物可利用的氮，植物被充分地供应了氮。
本发明还涉及由如本文所描述和要求保护的生物反应器，和用于接种载体单元和用于形成具有氨化细菌和/或硝化细菌的生物膜的接种材料组成的成套设备。
本发明还涉及由载体单元和一种接种材料组成的套件，所述接种材料用于接种载体单元和用于形成具有氨化细菌和/或硝化细菌的生物膜，特别是用于实施如本文中描述和要求保护的方法，和/或在如本文所述和要求保护的生物反应器中，和/或用于如本文所述和要求保护的用途。
本发明进一步涉及一种有机营养液的用途，特别是如本文所述和/或要求保护的和/或通过如本文所述和/或要求保护的方法制备的和/或在如本文所述和/或要求保护的生物反应器中制备的有机营养液，其用作为在植物和/或土壤中结合碳和/或富集碳的媒介，优选通过在土壤中存在的碱土金属和/或通过地下水中的碱性矿物质以及上层土壤矿物质的风化。
现在将基于具体实施方式更详细地解释本发明，但不限于这些实施方式。进一步的实施方式由单个或多个权利要求的特征彼此组合和/或与具体实施方式的单个或多个特征的组合产生。
具体实施方式
1.实施例
用于制备有机营养液的方法的实施，在以下实施例中使用如本文所描述和要求保护的生物反应器。
在反应容器的接收空间中，首先添加发酵残余物(获自生物垃圾的发酵)，所述生物垃圾由分开收集的私人家务(92％)，来自食品、消费品和饲料生产的植物性材料，来自园艺和园林绿化、来自林业的植物性材料，脂肪和脂肪残余物组成，其具有小比例的植物可利用的氮(小于1％)。
替代地或补充地，可以添加发酵的甜菜糖蜜(酒糟)作为来自食品和饲料工业的残余物，其具有比例小于0.5％的可用氮。
如上所述，载体单元的接种分别在第一容器中进行。
然后将重量为200克且塑料接触面积估计为1.76平方米的接种过的塑料载体材料以碎片形式加入第二个容器中，并装满720毫升有机液体发酵残余物物和11升水。
发酵残余物具有以下组成：
0.46％的N总氮
0.18％的N铵氮
0.12％的P2O5总磷酸盐
0.42％的K2O总氧化钾
0.0029％的Zn总锌
次要成分：
0.11％的MgO总氧化镁
0.04％的S硫
0.66％的CaO基本活性成分
6.41％的有机物
体积密度1040kg/m3
pH值8.4
由此初始溶液中的总氮经计算为294mg/l。与11升水一起导入的发酵残余物材料具有初始值(使用来自德国Merck KgaA公司，64271Darmstadt的MQuantTM测试条测得)：
pH＝7.4
NH4＝200mg/l对应于NH4-N＝155mg/l
NO3＝0mg/l
在培养步骤期间，将液体加热至25℃并吹入空气，每小时6分钟，每天14小时。这对应于每天25.2m3的总空气量。
5天后，NO3值为250ml/l(对应于56ml/l的NO3-N)，而NH4值已降至90ml/l(对应于70ml/l的NH4-N)。9天后，NO3值达到最大值1000ml/l(226ml/l的NO3-N)，NH4值为15ml/l(12ml/l的NH4-N)。此时，起始溶液中所含总氮的81％(238mg/l)以植物可利用的形式存在。氮以50:1的NO3与NH4比率存在。在初始溶液中，总氮的39％以100％作为NH4直接植物可用地存在。
在中欧，取决于温度和土壤湿度，土壤中的年平均矿化率约为有机氮的1-2％。在矿化率为2％时，计算出的土壤中294ml/l的总氮将以每年5.88ml/l的速度矿化。9天后0.145ml/l被矿化。与土壤矿化相比，这种使用导致高出1500倍以上的矿化率。
2.实施例
在该情况下，酒糟用作有机残余物和/或废物。
将重150克、估计塑料接触面积为1.32平方米的接种过的塑料载体材料以碎片形式加入第二个容器中，并在容器中装入60毫升酒糟和93升水。
酒糟具有如下组成：
4.5％N总氮
0.5％N可用氮
6％K2O总氧化钾
次要成分：
1.5％S水溶性硫
2.5％Na水溶性钠
48％有机物
密度1360kg/m3
总氮经计算为40ml/l。与93升水一起导入的酒糟具有初始值(使用来自德国MerckKgaA公司，64271 Darmstadt的MQuant测试条测得)：
pH＝6.8
NH4＝20mg/l对应于NH4-N＝16mg/l
NO3＝5mg/l对应于NO3-N＝1.2mg/l
在培养步骤期间，将液体加热至25℃并吹入空气，每小时10分钟，每天14小时。这对应于每天42立方米的总空气量。
5天后，NH4值为45ml/l(对应于35ml/l的NH4-N)，9天后最大值为80ml/l(对应于62ml/l的NH4-N)。9天后，NO3值为3ml/l，并在第11天增加到最大值240ml/l(50ml/l的NO3-N)。此时NH4值为8ml/l(6ml/l的NH4-N)。
此时，起始溶液中所含总氮的140％*(56ml/l)以植物可利用的形式存在。氮以8:1的NO3与NH4比率存在。在初始溶液中，11％的总氮以1:10的NO3与NH4比例直接植物可用地存在。
在中欧，取决于温度和土壤湿度，土壤中的年平均矿化率约为有机氮的1-2％。矿化率为2％时，计算出的土壤中40ml/l的总氮将以每年0.8ml/l的速度矿化。9天后0.02ml/l被矿化。与土壤矿化相比，这种使用导致高出2500倍以上的矿化率。
*总氮使用凯氏定氮法测定。蛋白质含量中所含的氮在很大程度上是确定的，在此不考虑取决于氨基酸组成的氮含量波动。由此可知，起始材料中的实际氮含量高于根据凯氏定氮法分析确定的值。
3.实施例
多孔软管用作载体材料。
通过以软管形式的接种载体单元导入发酵残余物(获自生物垃圾的发酵)，所述生物垃圾由分开收集的私人家务(92％)，来自食品、消费品和饲料生产的植物性材料，来自园艺和园林绿化、来自林业的植物性材料，脂肪和脂肪残余物组成，其具有小比例的植物可利用的氮(小于1％)。
替代地或补充地，通过以软管形式的接种载体单元可以导入作为食品和饲料工业残余物的发酵的甜菜糖蜜(酒糟)，其可用氮的比例小于0.5％。
在软管形式的载体单元的孔隙上分别流出具有立即植物可利用的矿化N的营养液，其作为立即植物可利用的矿物质营养液被与基质接触的植物根部吸收。
为此，注入720毫升液体有机发酵残余物和13升水。
所述发酵残余物具有以下组成：
0.46％N总氮
0.18％N氨氮
0.12％P2O5总磷酸盐
0.42％K2O总氧化钾
0.0029％Zn总锌
次要成分：
0.11％MgO总氧化镁
0.04％S硫
0.66％CaO基本活性成分
6.41％有机物
体积密度1040kg/m3
pH值8.4
由此初始溶液中的总氮经计算为251ml/l。导入的发酵残余物材料具有初始值(使用来自德国Merck KgaA公司，64271 Darmstadt的MQuant测试条测得)：
pH＝7.2
NH4＝180ml/l对应于140ml/l的NH4-N
NO3＝0ml/l
3天后当测量滴出收集的液体(A)和软管形式的接种的载体单元的外表面(B)时，获得以下值：
NO<sub>3</sub>(NO<sub>3</sub>-N)mg/l NH<sub>4</sub>(NH<sub>4</sub>-N)mg/l NO<sub>3</sub>:NH<sub>4</sub>
A 40(9) 190(148) 1:4.75
B 300(69) 50(34) 6:1
且5天后：
NO<sub>3</sub>(NO<sub>3</sub>-N)mg/l NH<sub>4</sub>(NH<sub>4</sub>-N)mg/l NO<sub>3</sub>比NH<sub>4</sub>
A 50(11) 180(140) 1:3.6
B 500(113) 80(62) 6.25:1
在未接种的软管形式的载体单元与起始溶液并行供应的情况下，在3天和5天后获得的A和B测量结果是起始值。
4.实施例
通过以软管形式的接种载体单元注入25毫升有机酒糟和10升水。
所述酒糟具有如下组成：
4.5％N总氮
0.5％N可用氮
6％K2O总氧化钾
次要成分：
1.5％S水溶性硫
2.5％Na水溶性钠
48％有机物
密度1360kg/m3
由此初始溶液中的总氮经计算为153ml/l。与10升水一起导入的酒糟显示初始值(使用来自德国Merck KgaA公司，64271 Darmstadt的MQuant测试条测得)：
pH＝6.5
NH4＝15ml/l对应于12ml/l的NH4-N
NO3＝0ml/l
1天后当测量滴出收集的液体(A)和软管形式的接种的载体单元的外表面(B)时，获得以下值：
NO<sub>3</sub>(NO<sub>3</sub>-N)mg/l NH<sub>4</sub>(NH<sub>4</sub>-N)mg/l NO<sub>3</sub>:NH<sub>4</sub>
A 35(27) 5(4) 7:1
B 35(27) 5(4) 7:1
7天后：
NO<sub>3</sub>(NO<sub>3</sub>-N)mg/l NH<sub>4</sub>(NH<sub>4</sub>-N)mg/l NO<sub>3</sub>:NH<sub>4</sub>
A 5(1) 80(62) 1:16
B 90(21) 8(6) 11:1
14天后
NO<sub>3</sub>(NO<sub>3</sub>-N)mg/l NH<sub>4</sub>(NH<sub>4</sub>-N)mg/l NO<sub>3</sub>:NH<sub>4</sub>
A 20(5) 150(117) 1:7.5
B 400(92) 70(55) 5.7:1
在未接种的软管形式的载体单元与起始溶液平行供应的情况下，在1、7和14天后获得的A和B测量结果是起始值。
5.实施例
沸石颗粒用作载体单元。
将接种的沸石颗粒混合到种植土壤中。将发酵残余物(获自生物垃圾的发酵)添加到沸石-土壤混合物中，所述生物垃圾由分开收集的私人家务(92％)，来自食品、消费品和饲料生产的植物性材料，来自园艺和园林绿化、来自林业的植物性材料，脂肪和脂肪残余物组成，其具有小比例的植物可利用的氮(小于1％)。
替代地或补充地，可将发酵的甜菜糖蜜(酒糟)作为来自食品和饲料工业的残余物添加到沸石-土壤混合物中，所述酒糟的可用氮比例小于0.5％。
将重量为400克、估计接触面积为21.6平方米的接种沸石颗粒加入第二个容器中，并装入440毫升有机液体发酵残余物和28升水。
所述发酵残余物具有以下组成：
0.46％N总氮
0.18％N氨氮
0.12％P2O5总磷酸盐
0.42％K2O总氧化钾
0.0029％Zn总锌
次要成分：
0.11％MgO总氧化镁
0.04％S硫
0.66％CaO基本活性成分
6.41％有机物
体积密度1040kg/m3
pH值8.4
由此初始溶液中的总氮经计算为74ml/l。与28升水一起导入的发酵残余物材料具有初始值(使用来自德国Merck KgaA公司，64271 Darmstadt的MQuant测试条测得)：
pH＝7.4
NH4＝80ml/l对应于56ml/l的NH4-N
NO3＝5ml/l对应于1ml/l的NO3-N
5天后，NO3值为75ml/l(对应于17ml/l的NO3-N)，NH4值已降至5ml/l(对应于4ml/l的NH4-N)。此时，起始溶液中所含总氮的28％(21ml/l)以植物可利用的形式存在。氮以15:1的NO3与NH4比率存在。在初始溶液中，总氮的77％以1:16的NO3与NH4比例存在。
下面参考附图更详细地描述本发明。
显示：
图1显示了生物反应器的第一个实施变体，其具有多个缠绕一起形成线团的塑料碎片作为载体单元，
图2示出了生物反应器的第二个实施变体，其具有多个以沸石颗粒构造的载体单元，其被布置在生物反应器的接收空间内的纺织袋中，
图3示出了生物反应器的第三个实施变体，其具有三个分别以多孔软管构造的载体单元，彼此平行，连接在接收空间内的一个管线上，
图4显示了养料制备和二氧化碳储存系统的实施变体的总概简图，
图5示出了具有两个腔室的二氧化碳储存装置的可能实施变体的简图，
图6显示了多个并联的二氧化碳储存装置实验装置，其作为CO2储存的吸收剂包含A)浓缩营养液，B)营养液或C)作为参考的水，
图7是图6所示实验的结果，其中A)浓缩营养液用窄虚线表示，B)营养液用宽虚线表示，C)水为实线。
在图1至3中，示出了生物反应器的三个不同的示例性实施例，它们各自作为一个整体被分别标记为1、2或3。所述生物反应器1、2、3设置用于将有机残余物和/或废物转化为具有较高比例的植物可利用矿化氮的有机营养液。
借助所述生物反应器1、2、3，可以由此实施有机营养液的制备方法，其中基于所述营养液的总氮含量，植物可利用的氮的比例为至少10％。此外，在植物可利用的矿化氮中，硝酸盐含量应高于铵含量。
所述生物反应器1、2、3具有反应容器5，其接入进料管线6和接出排放管线7。混悬液4可通过进料管线6导入反应容器中，并且所述混悬液在通过反应容器5后可再次通过排放管线7排出。
所述生物反应器1、2、3具有通风装置8，通过它可以将氧气优选以空气的形式导入反应容器5中。在图1至3所示的实施例中，通风装置8具有压缩机17。空气形式的氧气可以通过压缩机17经由供气管线16导入反应容器5中。
所述三个生物反应器1、2和3的主要区别在于不同的载体单元10，它们各自布置在反应容器5的接收空间9内。所述载体单元10以这样的方式布置在接收空间9内，使得载体单元10可以通过经由进料管线6导入的混悬液4进行全面漂洗。所述混悬液4可以例如是如上所述的有机残余物和/或废物，和/或如上所述的有机接种物材料。此外，所述载体单元10还以这样的方式布置，即借助通风装置8导入的氧气优选基本上在所有侧面都围绕冲刷载体单元10。
所述载体单元10相对于它们的体积具有特别大的表面积。所述载体单元10的表面在此被构造为用于形成生物膜12的繁殖区域11，该生物膜12至少部分地由氨化细菌和/或硝化细菌组成。因此，所述繁殖区域11被构造成例如比反应容器壁的内侧更粗糙。因此，生物膜12的微生物可以特别好地粘附到繁殖区域11并在其上生长。这使得氨化细菌和/或硝化细菌基本上在繁殖区域11上形成生物膜12，因为这里可以产生理想的生长条件。
图1至3中的各种示例性实施例的载体单元10部分地由不同的材料或多种材料的组合制成。
图1中的生物反应器1的载体单元10由塑料碎片13制成。例如，当加工塑料坯料时，这些碎片13可能作为废品出现。如果碎片由诸如聚丙烯和/或聚乙烯的热塑性塑料制成，则可能是特别有利的。在此多个碎片13在反应容器5的接收空间9内以无序的方式排列。结果，碎片13适当地缠结在一起。因为碎片13具有(例如可由碎片13回纹和/或螺旋形和/或波状形式产生的)弯曲的繁殖区域11，可以简单的方式防止单独的碎片13彼此粘附或相互贴靠。因此粘附或贴靠是不利的，因为不再能保证气体交换和/或全面漂洗，并且因此会形成厌氧细菌的生物膜。这可能准确地导致不希望的影响，特别是发生反硝化过程。
在图2的生物反应器2的情况下，载体单元10设计为沸石颗粒14。为了能够防止颗粒14沉积在接收空间9的流动不良或通风不良的区域中，以颗粒14构造的载体单元10布置在设计为纺织袋的收集单元27中。所述收集单元27可通过悬挂装置固定在接收空间内。另一个通风装置28可以通过旁路气体管线25供应氧气，其布置在收集单元27内。此外，在反应容器5内部延伸的进料管线6通入收集单元27并在那里结束，因此混悬液4可以被直接导入收集单元27中。所述收集单元27具有开孔设计，使得混悬液可以从收集单元27排出到接收空间9中。旁路通气管线25从与通风装置8连接的主气体管线26分支。因此可以在两个不同的位置将氧气导入接收空间9而无需第二压缩机17。
图3中的生物反应器3具有三个分别设计为多空软管15的载体单元10，它们彼此平行地集成在接收空间9内的管线系统中。所述软管15分别与进料管线6和设计为旁路气体管线25的供气管线16连接。因此，特别地，混悬液4和氧气可以在不同的时间被导入管15中。为了防止将氧气或混悬液4导入软管15或更多软管15中，沿流入进料管线6的方向，在每个软管15前布置截止阀34。
为了能够特别是独立于其他软管15增加软管15或多个软管15中的软管内部压力，在混悬液4的流动方向上在每个软管15后设置另一个截止阀35。通过截止阀门35，可以防止混悬液通过在接收空间9内延伸的排放管线7从软管15逸出。混悬液4因此可以通过软管壁中的孔进入接收空间9。由于软管15优选地设计为可拉伸的，因此可以通过增加软管15内部的压力来扩大软管壁中的孔。所述生物反应器3具有另外的排放管线7，在第一排放管线7被关闭的情况下，混悬液4可以通过该排放管线从接收空间9导出。
所述通风装置8具有通风板19，通风板19设置在生物反应器1、2、3的反应容器5的底部18上。通风板19通过供气管线16，特别是主气体管线26连接到压缩机17。通风板19具有多个均匀分布的通风口20，氧气可以通过这些通风口流入混悬液4。
所述生物反应器1、2、3各有一个泵装置21，其特别是可以设计为离心泵或循环泵。借助泵送装置21，可以将混悬液4通过进料管线6泵入反应容器5中并通过排放管线7将其从反应容器5中吸出。
所述生物反应器1、2、3因此具有由供给管线6、排放管线7和反应容器5组成的悬浮回路29，混悬液4可以通过泵送装置21在其中循环。泵送装置21设置成使得反应容器5内和/或生物反应器1、2、3的管线内的混悬液流动方向可以颠倒。结合多个截止阀30、31、34、35，可以设定和改变反应容器5内的流动方向。
例如，如图1至图3所示，可以从进料管线6分支出旁路进料管线32，其通向反应容器5的接收空间9。如果混悬液流动方向被颠倒，则多条进料管线6中的一条进料管线6可转变成排放管线7和/或旁通进料管线32可转变成排放管线7。各管线的功能因此取决于借助泵装置21预先确定的混悬液4的流动方向。然而一般而言，供给管线6在排放管线7的上方或至少在与排放管线7相同的高度处通向反应容器5的接收空间9。因此可以实现反应容器5内的混悬液更好的循环。
为了能够方便地从接收空间9中取出载体单元10，所述生物反应器1、2、3在反应容器5的上侧具有开口23。通过设计为盖子的封闭单元24，该开口23可以在使用生物反应器1、2、3时以液密和/或耐压的方式封闭。
所述生物反应器1在接收空间9的上三分之一处具有分流器单元36，通过所述分流器单元可以将混悬液4分成多个单独的射流。以此方式，一方面可以打碎彼此粘附的固体，另一方面可以实现混悬液的额外通气。所述分流器单元36例如可以设计为分隔板。此外，所述分流器单元36还可以与图2和3的其他实施变体或权利要求的特征组合。
所述生物反应器1、2、3还具有加热装置22，通过该加热装置可以将接收空间9和/或容纳在其中的混悬液4加热到期望的温度。
从图3中可以看出，可以设计在旁路通气管线25中设置截止阀33。这可以防止氧气被导入到反应容器5的接收空间9中，但同时可以通过通风板19进行通风。
为了由至少部分氨化的细菌和/或硝化的细菌产生生物膜12，用水由颗粒状有机接种物制成混悬液。例如，蠕虫排泄物或蠕虫土壤可作为接种材料。其他可能的接种材料已在上文详细描述。原则上可以说，原则上所有含有分解蛋白的土壤细菌的有机物质都适合作为接种材料。
为了最佳的生物膜形成，通过循环和通过空气充气的湍流使接种材料与载体材料10接触。所述有机接种材料具有增加浓度的土壤细菌、粘液和其他蛋白质以及无机矿物质，其附着着死亡细菌材料。这些成分一方面支持所述载体单元10上含有的细菌的粘附，从而支持生物膜的形成。此外，它们还作为细菌的养料。由此产生了具有多样的、定性和定量可变的且可改性的细菌培植的载体单元10，所述细菌培植由包括氨化细菌和硝化细菌的多种土壤细菌组成。
在载体单元10上形成生物膜12之后，所述载体材料10可以从第一反应容器5中取出并转移到另一反应容器5中。随即可以借助所述生物膜进行有机残余物和/或废物向有机营养液的转化。然而，也可以设想在同一反应容器5中进行接种步骤和培养步骤。在此建议在添加有机残余物和/或废物之前，从反应容器5中取出接种材料。
本发明还特别涉及一种生物反应器1、2、3及其应用，其用于将有机残余物和/或废物转化为有机营养液，基于所述营养液的总氮含量，所述有机营养液具有比例为至少10％的植物可利用的矿化氮，所述生物反应器具有反应容器5，其中所述反应容器5具有进料管线6，混悬液4可以通过该进料管线6导入反应容器5中，并且所述反应容器5具有排放管线7，混悬液4可以通过该排放管线7从反应容器5排出，并且所述生物反应器具有通风装置8，所述通风装置8用于混悬液4和/或布置在反应容器5内的载体单元10的通风，其中所述载体单元10具有至少一个内部和外部繁殖区域11，在所述繁殖区域上氨化细菌和/或硝化细菌可以繁殖成生物膜中12。
图4示出了养料产生和二氧化碳储存系统37，其具有用于产生沼气和有机残余物和/或废物的发酵装置38、用于燃烧由发酵装置38产生的沼气以获取电能和/或热量的集中供暖发电厂39、用于将有机残余物和/或废物转化为有机营养液的生物反应器1、2、3和具有二氧化碳储存空间41(优选为碳可与外界密封的二氧化碳储存空间41)的二氧化碳储存装置40，其中布置有至少一个洗涤装置42，其被设置用于实施含二氧化碳的气体(特别是沼气和/或集中供暖发电厂39的废气)与生物反应器1、2、3产生的有机营养液之间的液气反应。
通过在发酵装置38中的发酵过程产生的二氧化碳可以通过设计为气体管线的管线43导入二氧化碳储存装置40中。所述有机残余物和废物(发酵残余物)作为制备有机营养液的原料，从所述发酵装置38导入生物反应器1、2、3。在发酵装置38中产生的沼气可以借助集中供暖发电厂39燃烧。在该过程中产生的二氧化碳同样被送入二氧化碳储存装置40。
在生物反应器1、2、3中由残余物和废物(发酵残余物)制备的有机营养液随即从所述生物反应器1、2、3经由管线43输送到二氧化碳储存空间41中。在那里所述有机营养液与来自发酵装置38和集中供暖发电厂39的含有二氧化碳的气体混合。
图5显示了二氧化碳储存装置40中有机营养液储存CO2的过程。
所述二氧化碳储存装置40的二氧化碳储存空间41被分成两个腔室44、45。有机营养液可以通过泵送装置46在室44、45之间来回泵送。洗涤器装置42被布置在第一腔室44中。这可以例如设计为泡罩塔反应器、管式反应器、射流喷嘴反应器、搅拌罐、薄膜反应器和/或喷雾塔。在有机营养液和气体之间建立尽可能大的界面对于改善CO2结合至关重要。
图6中的二氧化碳储存装置40均以相同的方式构造，以产生统一的实验条件。从图7可以看出，对于相同的处理时长，浓缩营养液的结果是最好的。经其大部分的CO2/液体体积可以结合。
样品A(浓缩营养液)、B(营养液)和C(参照物＝水)的组成：
Figure BDA0003415187680000321
Figure BDA0003415187680000331
来自内燃机废气的气体混合物被供给到二氧化碳储存装置A、B和C约10分钟，随即以气密方式密封这些通道。CO2含量在洗涤器功能开始时测量，然后在第1、2、3和4小时后测量。测量仪器(testo330-2LX；来自TestoSE和CoKGaA，Lenzkirch的烟气分析仪)确定气体混合物中CO2的比例。
实验结果可从下表和图7中的相关图表中得出。
测试结果
Figure BDA0003415187680000332
在测试系列开始时，CO2浓度比空气中0.038％的CO2浓度高约30倍。
经过4小时的循环后，对洗涤器A、B和C中的吸收剂液体进行测量并得出以下测量值：
使用浓缩的soilingNRCO2capF的洗涤器A
pH NH<sub>4</sub>mg/l* NO<sub>3</sub>mg/l* CaCO<sub>3</sub>mg/l* K mg/l*
6.4 20 1750 200 125
*使用Darmstadt的MerckKGA公司的测试棒MQuant.进行测量；通过目视比较测试棒的反应区与彩色刻度上的区域来确定浓度
使用soilingNRCO2capF的洗涤器B
pH NH<sub>4</sub> mg/l* NO<sub>3</sub> mg/l* CaCO<sub>3</sub> mg/l* K mg/l*
5.3 5 450 120 170
*使用Darmstadt的MerckKGA公司的测试棒MQuant.进行测量；通过目视比较测试棒的反应区与彩色刻度上的区域来确定浓度
使用水的洗涤器C
pH NH<sub>4</sub> mg/l* NO<sub>3</sub> mg/l* CaCO<sub>3</sub> mg/l* K mg/l*
6 0 3 130 0
*使用Darmstadt的MerckKGA公司的测试棒MQuant.进行测量；通过目视比较测试棒的反应区与彩色刻度上的区域来确定浓度
通过浓缩营养液(A)和营养液(B)可以实现特别好的CO2储存。
本发明还适用于结合和/或作为COx、NOx和SOx的吸收剂，所述COx、NOx和SOx来自发酵气体，和沼气的生产和燃烧以及化石燃料的燃烧中产生的燃烧气体。
因此，所述系统特别适用于执行在此描述和/或要求保护的方法以制备有机营养液和/或用于二氧化碳储存。
附图标记列表
1,2,3 生物反应器
4 混悬液
5 反应容器
6 进料管线
7 排放管线
8 通风装置
9 接收空间
10 载体单元
11 繁殖区域
12 生物膜
13 碎片
14 颗粒
15 软管
16 供气管线
17 压缩机
18 土壤反应容器
19 通风板
20 通风孔
21 泵装置
22 加热装置
23 开口
24 封闭单元
25 旁路通气管线
26 主导气管线
27 收集单元
28 加强通风装置
29 混悬液循环
30 截止阀
31 截止阀
32 旁路进料管线
33 截止阀(空气)
34 反应容器中的截止阀
35 反应容器中的截止阀
36 分流器单元
37 养料产生和二氧化碳存储-系统
38 发酵装置，特别是沼气厂
39 集中供暖厂
40 二氧化碳存储装置
41 二氧化碳存储室
42 洗涤器
43 管线
44 洗涤器腔室
45 收集室
46 泵装置
47 二氧化碳测量装置

Claims (11)

1.制备基于有机营养液的总氮含量具有比例至少为10％的植物可利用矿化氮的有机营养液的方法，优选其中植物可利用的矿化氮的硝酸盐比例高于铵比例，其包括以下步骤：
-在接种步骤中，用含有氨化细菌和/或硝化细菌的接种材料接种载体单元(10)，优选生物反应器(1，2，3)的载体单元(10)，
-在载体单元(10)上，形成具有氨化细菌和/或硝化细菌的生物膜(12)，
-在培养步骤中，有机残余物和/或废物与生物膜(12)一起培养，特别是在反应容器(5)中，其中所述氨化细菌和/或硝化细菌将残余物和/或废物的有机结合氮转化为矿化氮，
-其中在各个或所有步骤的实施期间，借助通风装置(8)将氧气导入反应容器(5)和/或载体单元(10)中。
-且其中然后在二氧化碳存储步骤中，由前述步骤制备的有机营养液用含二氧化碳的气体特别是沼气和/或集中供暖厂的废气处理，使得气态二氧化碳通过有机营养液被结合，优选其中所述二氧化碳存储步骤在与外界密封的二氧化碳储存空间中进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述二氧化碳储存步骤中进行有机营养液的表面扩张，特别是通过引导所述有机营养液通过洗涤装置的方式，优选其中所述洗涤器装置是选自下组的一个装置或者两个或多个装置的组合：泡罩塔反应器、管式反应器、射流喷嘴反应器、搅拌罐、薄膜反应器和/或喷雾塔。
3.生物反应器(1，2，3)，其用于将有机残余物和/或废物转化为有机营养液，基于所述有机营养液的总氮含量，有机营养液具有比例至少为10％的植物可利用的矿化氮，所述生物反应器具有反应容器(5)，其中所述反应容器(5)具有进料管线(6)，经其混悬液(4)可被导入反应容器(5)中，并且其中所述反应容器(5)具有排放管线(7)，经其源自所述反应容器(5)的混悬液(4)是可排出的，其中所述生物反应器(1，2，3)具有通风装置(8)，经其氧气可导入所述反应容器(5)中和其中含有的混悬液(4)中，在反应容器(5)的接收空间(9)中，设置至少一个具有用于形成微生物的生物膜(12)的繁殖区域(11)的载体单元(10)，其中所述至少一个载体单元(10)可用导入的混悬液(4)和导入的氧来回冲洗和/或彻底冲洗，并且载体单元(10)的表面积与体积的比大于接收空间(9)的表面积与体积的比，其特征在于，所述通风装置(8)具有过氧化氢储存器和至少一种催化剂，借此在通风过程中，流出过氧化氢储存器的过氧化氢在催化反应中能转化成或被转化成水和氧。
4.根据权利要求3所述的生物反应器(1，2，3)，其特征在于，至少一种催化剂布置在过氧化氢储存器和通风装置(8)的出口之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的生物反应器(1，2，3)，其特征在于，所述至少一种催化剂是软锰矿和/或氧化锰，特别是二氧化锰和/或水锰矿。
6.通过根据权利要求1或2的方法和/或在根据前述权利要求3-5中任一项的生物反应器(1，2，3)中制备的有机营养液，特别是有机植物肥料，其基于所述有机营养液的总氮含量具有比例为至少10％、特别是至少25％，优选至少50％，更优选至少75％的植物可利用的矿化氮，优选其中所述植物可利用的矿化氮的硝酸盐比例高于铵比例，更优选在所述有机营养液中NO3:NH4 +的比例为至少2:1，特别是至少3:1，特别是至少10:1，优选至少25:1，更优选至少50:1。
7.根据权利要求6的有机营养液，其特征在于，所述有机营养液具有该有机营养液总氮含量的至少10％的铵含量，和/或该有机营养液总固体含量的至少10％的钾含量，和/或该有机营养液总固体含量的至少5％的钙含量，和/或该有机营养液总固体含量的至少1％的镁含量，和/或该有机营养液总固体含量的至少15％的蛋白质含量，特别是其中所述有机营养液的pH值为最大7.5，优选低于7.5，更优选最大7.0，更优选最大6.5，更优选最大6.0。
8.有机营养液特别是根据前述权利要求中任一项的和/或通过根据前述权利要求中任一项的方法和/或在根据前述权利要求中任一项的生物反应器中制备的有机营养液作为吸收剂用于储存COX和/或NOx和/或SOX的用途，其中用含COX和/或NOx和/或SOx的气体对所述有机营养液进行处理，特别是在对外封闭的和/或密封的空间中，特别是其中气态COX和/或NOx和/或SOx通过所述有机营养液被结合。
9.养料产生和二氧化碳储存系统(37)，其包括：
-发酵装置(38)，特别是沼气厂，其用于产生有机残余物和/或废物，
-任选的集中供暖发电厂(39)，其用于燃烧由发酵装置(38)产生的沼气，以获得电能和/或热量，
-生物反应器(1，2，3)，特别是根据前述权利要求中任一项的生物反应器，其用于将有机残余物和/或废物转化为有机营养液，特别是转化为根据前述权利要求中任一项的营养液，和
-具有二氧化碳存储空间(41)的二氧化碳存储装置(40)，优选为能与外界密封的二氧化碳存储空间(41)，其中设置有至少一个洗涤器装置(42)，用于进行含二氧化碳的气体，特别是沼气和/或集中供暖发电厂(39)的废气，与通过所述生物反应器(1,2,3)制备的有机营养液之间的液气反应。
10.根据权利要求9所述的养料产生和二氧化碳储存系统(37)，其特征在于，所述二氧化碳存储空间(41)被分成至少两个腔室(44,45)，其中在第一腔室(44)中安置洗涤器装置(42)，且第二腔室(45)构造成为有机营养液的收集室(45)，并且通过至少一个泵送装置(46)能将有机营养液从第一腔室(44)泵入第二腔室(45)中和/或从第二腔室(45)泵入第一腔室(44)中。
11.有机营养液特别是根据前述权利要求中任一项的和/或通过根据前述权利要求中任一项的方法和/或在根据前述权利要求中任一项的生物反应器中制备的有机营养液的用途，特别是根据权利要求8的用途，所述有机营养液用作在植物和/或土壤中结合碳和/或富集碳的媒介，优选通过在土壤中存在的碱土金属和/或通过地下水中的碱性矿物质以及上层土壤矿物质的风化。
CN202080044368.1A 2019-06-17 2020-06-15 生物反应器及其应用，用于制备有机营养液和用于存储二氧化碳的方法 Pending CN114341334A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019116410.9 2019-06-17
DE102019116410.9A DE102019116410A1 (de) 2019-06-17 2019-06-17 Bioreaktor und dessen Verwendung, Verfahren zur Herstellung einer organischen Nährstofflösung und zur Kohlenstoffdioxidspeicherung und organische Nährstofflösung zur Kohlenstoffdioxidspeicherung
PCT/EP2020/066473 WO2020254242A1 (de) 2019-06-17 2020-06-15 Bioreaktor und dessen verwendung, verfahren zur herstellung einer organischen nährstofflösung und zur kohlenstoffdioxidspeicherung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114341334A true CN114341334A (zh) 2022-04-12

Family

ID=71108575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080044368.1A Pending CN114341334A (zh) 2019-06-17 2020-06-15 生物反应器及其应用，用于制备有机营养液和用于存储二氧化碳的方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20220363608A1 (zh)
EP (1) EP3827072A1 (zh)
CN (1) CN114341334A (zh)
DE (1) DE102019116410A1 (zh)
WO (1) WO2020254242A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113387070B (zh) * 2021-04-28 2023-05-26 山东华百邻食品科技有限公司 一种降盐式发酵豆瓣制品存储罐

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0486748A1 (de) * 1990-11-22 1992-05-27 FISCHTECHNIK FREDESLOH, Dr. Gerhard Müller GmbH Verfahren und Biofilmreaktoren zur biologischen Behandlung von organisch belastetem Abwasser
EP0710626A2 (en) * 1994-11-07 1996-05-08 France Megusar Process for reducing nitrogen content in waste waters
TW472783U (en) * 2000-08-30 2002-01-11 Guo-Tsang Liau Oxygen generator
CN101164926A (zh) * 2007-08-17 2008-04-23 浙江大学 一种具有原位脱氮功能的生活垃圾填埋处理技术及生物反应器
US20090282882A1 (en) * 2006-02-24 2009-11-19 Beesterzwaag Behkeer B.V. Process for the conversion of liquid waste biomass into a fertilizer product
CN102206028A (zh) * 2011-03-28 2011-10-05 上海百泉生物技术有限公司 一种全自动沼气生产净化装置及其应用
JP2012147682A (ja) * 2011-01-17 2012-08-09 Daicel Corp 気体資源から有機物を製造する方法、及び装置
CN103923821A (zh) * 2014-04-29 2014-07-16 江苏理工学院 餐厨垃圾的厌氧消化装置和消化方法
JP2017024973A (ja) * 2015-07-17 2017-02-02 株式会社アイエイアイ 有機肥料養液の製造方法及び製造装置
US20170327398A1 (en) * 2014-08-04 2017-11-16 Koji IDO Methane fermentation method and methane fermentation system

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3779906A (en) * 1972-08-03 1973-12-18 Biospherics Inc Plastic moving-surface treatment of sewage
US4784665A (en) 1986-07-24 1988-11-15 Toray Silicone Co., Ltd. Agent for the treatment of fibers
ES2298011B1 (es) * 2005-12-09 2009-07-06 Febiona S.L. Proceso de fabricacion de fertilizantes naturales por fermentacion de diversos y variados tipos de cereales.
WO2010003255A1 (en) * 2008-07-11 2010-01-14 Dube Yves Process for continual multiphase recycling of solid and liquid organic waste for a greenhouse culture
JP5388096B2 (ja) * 2008-10-09 2014-01-15 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構 並行複式無機化反応の触媒として最適化された微生物群の種菌の製造方法
CN107002014A (zh) * 2014-09-30 2017-08-01 东能源热电有限公司 使用固定化生物膜进行微生物消化的方法和生物反应器
DE102017131089B4 (de) * 2017-12-22 2022-06-30 Jassen - Kunststoffzentrum Gmbh - Apparatebau, Zuschnitte Und Formung Bioreaktor und dessen Verwendung, Verfahren zur Herstellung einer organischen Nährstofflösung und organische Nährstofflösung

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0486748A1 (de) * 1990-11-22 1992-05-27 FISCHTECHNIK FREDESLOH, Dr. Gerhard Müller GmbH Verfahren und Biofilmreaktoren zur biologischen Behandlung von organisch belastetem Abwasser
EP0710626A2 (en) * 1994-11-07 1996-05-08 France Megusar Process for reducing nitrogen content in waste waters
TW472783U (en) * 2000-08-30 2002-01-11 Guo-Tsang Liau Oxygen generator
US20090282882A1 (en) * 2006-02-24 2009-11-19 Beesterzwaag Behkeer B.V. Process for the conversion of liquid waste biomass into a fertilizer product
CN101164926A (zh) * 2007-08-17 2008-04-23 浙江大学 一种具有原位脱氮功能的生活垃圾填埋处理技术及生物反应器
JP2012147682A (ja) * 2011-01-17 2012-08-09 Daicel Corp 気体資源から有機物を製造する方法、及び装置
CN102206028A (zh) * 2011-03-28 2011-10-05 上海百泉生物技术有限公司 一种全自动沼气生产净化装置及其应用
CN103923821A (zh) * 2014-04-29 2014-07-16 江苏理工学院 餐厨垃圾的厌氧消化装置和消化方法
US20170327398A1 (en) * 2014-08-04 2017-11-16 Koji IDO Methane fermentation method and methane fermentation system
JP2017024973A (ja) * 2015-07-17 2017-02-02 株式会社アイエイアイ 有機肥料養液の製造方法及び製造装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3827072A1 (de) 2021-06-02
BR112021025454A2 (pt) 2022-04-26
US20220363608A1 (en) 2022-11-17
WO2020254242A1 (de) 2020-12-24
DE102019116410A1 (de) 2020-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Stoknes et al. Efficiency of a novel “Food to waste to food” system including anaerobic digestion of food waste and cultivation of vegetables on digestate in a bubble-insulated greenhouse
KR101830130B1 (ko) 내부공기 순환 및 간헐포기를 통한 고온소화 액비 제조 장치 및 그 제조 방법
CN101134687B (zh) 地坑式高温好氧生物发酵除臭器和降解有机恶臭废弃物堆肥的方法
Mathur et al. Static pile, passive aeration composting of manure slurries using peat as a bulking agent
US8919282B2 (en) System and method for continuous vermiculture cycle
Losak et al. Digestate from biogas plants is an attractive alternative to mineral fertilisation of kohlrabi
CN102167627A (zh) 利用农业有机废弃物发酵对温室大棚增施二氧化碳气肥的方法
CN111492048B (zh) 生物反应器用于制备有机营养溶液的方法
CN101438674A (zh) 简易高效无土栽培技术
CN105948866A (zh) 利用河塘淤泥和污水处理厂污泥制备腐植质有机肥的方法
CN114341334A (zh) 生物反应器及其应用，用于制备有机营养液和用于存储二氧化碳的方法
CN113307369A (zh) 畜禽场粪污资源化利用及控氨降碳全链条减排系统与方法
KR100807801B1 (ko) 축산 농가 폐수의 부숙속도를 높이고 악취 저감을 위한액비반응조
CN107973508A (zh) 一种利用生物热集成化处理猪场粪污的处理系统及方法
Cheng et al. Utilization of treated swine wastewater for greenhouse tomato production
CN214299801U (zh) 组合式节能自动循环生态系统
EP0971581B1 (en) Symbiosis of sheds and greenhouses
JP2004097093A (ja) メタン発酵汚泥の施肥方法および栽培用支持体
CN113748769B (zh) 用于集约型生物水合成、能量产生与贮存和/或表层土修复的方法和系统
OA20560A (en) Bioreactor and use thereof, method for producing an organic nutrient solution and for carbon dioxide storage.
CN209047245U (zh) 一种生态种植养殖系统
CN209383491U (zh) 一种采用微生物及藻类的污水治理系统
BR112021025454B1 (pt) Solução orgânica de nutrientes, seus usos e processo para sua produção, biorreator, e sistema para geração de nutrientes e para armazenamento de dióxido de carbono
JP2007039253A (ja) 有機ケイ酸肥料
CN111943472A (zh) 组合式节能自动循环生态系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination