[发明专利]生物反应器用于制备有机营养溶液的方法

说明书

本发明涉及生物反应器(1、2、3)，其用于将有机残余物和/或废料转化为有机营养溶液，所述有机营养溶液具有相对于营养溶液的总氮含量至少10％份额的植物可用矿化氮，所述生物反应器包含反应容器(5)，其中该反应容器(5)具有输入管线(6)，通过该输入管线可将悬浮液(4)导入反应容器(5)，并且其中该反应容器(5)具有输出管线(7)，通过该输出管线可从反应容器(5)排放悬浮液(4)，以及包含通风装置(8)用于通风悬浮液(4)和/或在反应容器(5)内布置的载体元件(10)，其中该载体元件(10)具有至少一个内沉积表面和一个外沉积表面(11)，氨化和/或硝化细菌可在其上以生物膜(12)的形式沉积。

本发明涉及生物反应器及其用于将有机残余物和/或废料转化为有机营养溶液的用途，所述有机营养溶液具有相对于营养溶液的总氮含量至少10％比例的植物可用矿化氮，所述生物反应器具有反应容器，其中该反应容器具有输入管线，通过该输入管线可将悬浮液导入反应容器，并且其中该反应容器具有输出管线，通过该输出管线可从反应容器排放悬浮液。

本发明还涉及用于制备具有至少10％比例的植物可用氮的有机营养溶液的方法。

本发明还涉及制备用于培养植物的基质材料的方法。

本发明还涉及有机营养溶液。尤其是，有机营养溶液可为有机植物肥料。

本发明还涉及用于培养植物的基质材料，使用具有氨化和/或硝化细菌的生物膜。本发明还涉及用于培养植物的基质材料的用途。

本发明还涉及在载体元件上以生物膜形式的氨化和/或硝化细菌的用途，用于将有机残余物和/或废料转化为有机营养溶液，所述有机营养溶液具有相对于营养溶液的总氮含量至少10％比例的植物可用矿化氮。

本发明还涉及一种套件，由生物反应器和接种物材料组成，用于接种载体元件和用于形成具有氨化和/或硝化细菌的生物膜。

本发明还涉及一种套件，由载体元件和接种物材料组成，用于接种载体元件和用于形成具有氨化和/或硝化细菌的生物膜。

农业已经通过使用和利用植物和动物残余物和废料而获得了用于植物农业生产的营养物。通常，生态农业强制要求氮可以作为重要的植物营养物，仅以有机形式作为经济/商业肥料例如液体肥料、堆肥或角粉肥料施用。生态产品市场的扩大增加了农场和蔬菜种植者的专业化程度，其它没有畜牧业的农场由于生物质的销售和输出以及缺少肥料而被迫购买和使用有机商业肥料。有相当大比例的未矿化氮即使当对有机肥料的需求量更大时也不可立即被植物吸收。

原则上，无机氮化合物理解为植物可用的氮，即可被植物直接吸收的氮。与此相反，植物的有机氮化合物不可被直接吸收。术语“植物可用的氮”通常是指以铵(NH₄⁺)和硝酸盐(NO₃)形式存在的氮。

目前用于植物的水培、无土或少土培养系统使用矿物肥料或矿物有机肥料(将来自工业生产的矿物氮化合物混合到有机材料中的肥料)。由于两个原因不可使用纯的有机肥料材料。一方面，细菌-土壤-植物相互作用在这样的培养体系中非常受限，或者在无土壤方式的情况下消失。另外，通过细菌方式例如依赖外部影响的硝化作用不可在土壤中获得足够数量的植物立即可用的矿化营养物。另外，有机肥料不能实现植物需要的受控、连续和立即的氮释放，尤其是在水培植物系统中。

此外，被认为有问题的是有机肥料材料例如堆肥废料等的反应和矿化氮的相关释放取决于多种难以控制的环境因素例如土壤湿度、土壤温度和土壤中有机化合物的不同浓度。在农业应用中，这种缺乏控制导致不及时的提供和过量/不足的氮供应，并导致对经济和环境有害的相反过程，例如反硝化作用。

特别是对于无土/少土的水培法/气培法培养系统，向植物提供最佳调节的营养溶液是必要的，因为缺少或减少的土壤没有提供关于营养和水供应的基质缓冲功能。在这些系统中使用常规的有机肥料材料是不适合的，因为其中的氮植物不可用或仅不充分地可用。此外，由于进一步发生转化过程，有机肥料材料不能用于在营养溶液中设定确定并稳定的营养浓度。