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技术

本发明专利技术涉及生物反应器(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，本发明专利技术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。存系统。存系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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
[0001]本专利技术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。
[0002]本专利技术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。
[0003]本专利技术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。
[0004]本专利技术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。
[0005]最后，本专利技术涉及养料产生和二氧化碳储存系统。
[0006]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。
[0007]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(NH
4+
)和硝酸盐(NO3)形式存在的氮。
[0008]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
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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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]另一个问题是，化学、矿物和工业制造的肥料，例如基于Haber
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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
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细菌相互作用所需的碳供应。
[0014]另一个问题是基于Haber
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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。
[0015]因此，本专利技术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。
[0016]根据本专利技术，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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]所述方法包括以下步骤：
[0023]‑
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，
[0024]‑
在载体单元上，形成具有氨化细菌和/或硝化细菌的生物膜，
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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，
[0026]‑
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
[0027]‑
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。该本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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：
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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)，
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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)，
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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，
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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。
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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
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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...

【专利技术属性】
技术研发人员：B，
申请(专利权)人：扎森器具切割和定型塑胶中心有限公司，
类型：发明
国别省市：