CN114364648A - 用于生产经处理的粪肥的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于生产经处理的动物粪肥的方法和添加剂。

Description

用于生产经处理的粪肥的方法
技术领域
本发明涉及用于处理动物粪肥(厩肥，animal manure)的方法、系统和组合物。
背景技术
大气中的甲烷(CH4)是一种强效温室气体(GHG)，其IPCC第五次评估报告(AR5)全球增温潜能值为二氧化碳(CO2)的28倍(IPCC 2014)。在2000年至2009年间，农业和废物管理占全球人为CH4排放的62％。
来自粪肥的CH4排放中的大部分在厌氧条件下，例如在储存期间产生，在粪肥的土地施用之后具有逐渐减弱的甲烷释放。
使来自粪肥的GHG产生最小化的方法集中于改变储存条件(如向土地的施用、调整储存温度和通风)，或者重要地，捕获并且转化所产生的任何CH4。通过有机废物如动物粪肥的厌氧消化的含甲烷生物气(沼气，biogas)的产生和利用是一种新兴的替代性可再生能源技术。
生物气在世界许多地方被视为新兴的可再生能源策略中的关键要素，并且受政府制定目标激励而用于可再生能源用途。生物气主要含有CH4(50-75％)和CO2(25-50％)。
进行了大量工作以将生物气中的CH4含量提高到高于90％，从而不仅提高热值，而且降低由酸性气体造成的腐蚀，并因此扩展生物气作为可再生能源的利用。
提高生物气中的甲烷含量的常见方法包括水洗、变压吸附、聚乙二醇吸附和化学处理，其旨在从生物气去除CO2。上述方法的成本相对较高，因为它们需要高压力或添加化学品。当从生物气去除CO2时，也去除了少量的CH4，这将可能促进逸出的温室气体排放。
仍需要降低来自粪肥的GHG排放进入到环境中的影响和程度。
发明内容
在一个方面，本发明提供了一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的方法，该方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触。
在一个实施方案中，包含溴仿的生物质是红色海洋大型藻类(red marinemacroalgae)的生物质。
在另一个实施方案中，红色海洋大型藻类是海门冬属(Asparagopsis)物种或柏桉藻属(Bonnemaisonia)物种。
在另外的实施方案中，红色海洋大型藻类选自由以下各项组成的组：紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)、具钩柏桉藻(Bonnemaisonia hamifera)和门冬柏桉藻(Bonnemaisonia asparagoides)。
在另一个实施方案中，动物粪肥是反刍动物粪肥或单胃动物粪肥。
在另一个实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的有机物的至少0.1％的水平与所述粪肥接触。
在另一个实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的有机物的至少0.2％的水平与所述粪肥接触。
在另一个实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的有机物的至少0.4％的水平与所述粪肥接触。
在另一个实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的有机物的至少0.8％的水平与所述粪肥接触。
在一个实施方案中，动物粪肥来自选自猪亚目(Suina)、反刍亚目(Ruminantia)和胼足亚目(Tylopoda)的成员中的动物。
在另一个实施方案中，动物是猪类(swine)、牛类(cattle)或羊类(绵羊，sheep)。
在另一个方面，本发明提供了一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的添加剂，所述添加剂包含有效量的包含溴仿的生物质。
在一个实施方案中，包含溴仿的生物质是红色海洋大型藻类的生物质。
在另一个实施方案中，红色海洋大型藻类是海门冬属(Asparagopsis)物种或柏桉藻属(Bonnemaisonia)物种。
在另外的实施方案中，海门冬属(Asparagopsis)物种是紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)或刺海门冬(Asparagopsis armata)。
在另一个实施方案中，动物粪肥是反刍动物粪肥或单胃动物粪肥。
在另一个实施方案中，有效量的生物质被配制用于以动物粪肥的有机物的至少0.1％的水平与所述粪肥接触。
在另一个实施方案中，有效量的生物质被配制用于以动物粪肥的有机物的至少0.2％的水平与所述粪肥接触。
在另一个实施方案中，有效量的生物质被配制用于以动物粪肥的有机物的至少0.4％的水平与所述粪肥接触。
在另一个实施方案中，有效量的生物质被配制用于以动物粪肥的有机物的至少0.8％的水平与所述粪肥接触。
在另一个实施方案中，动物选自猪亚目(Suina)、反刍亚目(Ruminantia)和胼足亚目(Tylopoda)的成员。
在另一个实施方案中，动物是猪类、牛类或羊类。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的方法，该方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的如本文所述的生物质接触。
在另一个方面，本发明提供了一种用于动物粪肥的厌氧降解的方法，该方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触。在一个实施方案中，本发明提供了一种如本文所述的方法，该方法包括在包括反应容器的系统中引发(启动，initiate)动物粪肥的厌氧降解。
在另一个方面，本发明提供了一种用于本文所述的方法的系统。
附图说明
图1示出了在不同包含水平(以有机物‘OM’的％计)的海门冬属(Asparagopsis)的存在下由粪肥产生的甲烷(CH4)的量(以顶空气体的％计)。
图2示出了含有溴仿的紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)或刺海门冬(Asparagopsis armata)的示例性生物质。从吉宝湾驼峰岛(Humpy Island,Keppel Bay)附近的位置收集的紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)配子体阶段的生物质含有大约6.55+/-1.86mg/g干重溴仿(“Keppels 2016”)，并且刺海门冬(Asparagopsis armata)的生物质含有平均大约3.16+/-90mg/g溴仿(“刺海门冬(A.armata)平均值”)，即一种卤化代谢物。对于自由浮动的刺海门冬(Asparagopsis armata)四分孢子体阶段的收集深度，示出了以米为单位的深度。
具体实施方式
本发明人考查了含溴仿的生物质对使用瘤胃液的体外瘤胃发酵或在饲料中施用至动物的作用，但是在本发明之前，并不知晓含有溴仿的生物质是否可以在除了经由瘤胃发酵外的其他情况下减轻甲烷产生。
在瘤胃发酵(其中在瘤胃中产生甲烷并且通过打嗝释放甲烷)之后，内容物移动至瓣胃，在那里水和养分被吸收。然后内容物移动至皱胃，其具有2-3的pH，并且其消化来自饲料和瘤胃微生物群的蛋白质。一旦饲料已通过皱胃中的基于酸的消化，就进入小肠，在那里内容物与胰腺分泌物混合，从而将养分酶促分解并吸收。最后，内容物通过大肠，其吸收水和矿物质，并且发生结肠发酵。
因此，粪肥的组成在物理和结构方面与瘤胃液的组成不同。还已知的是，瘤胃和粪肥微生物组学显著不同。
使用瘤胃液的体外研究已经证实，在将这些合成的化合物加入到瘤胃液中时，CH4的产生明显受合成的卤代甲烷影响。例如，当以1μM的浓度以及以≥5μM的浓度加入到瘤胃液中时，与对照相比，溴仿和二溴氯甲烷当加入到瘤胃液中时抑制CH4的产生(Machado,L.,Magnusson,M.,Paul,N.A.等人，J Appl Phycol(2016)28:3117)。
然而，先前的工作已经证实，瘤胃液中这样的次生代谢物的作用由于包含这样的化合物的提取物/组合物、化合物的剂量以及基础饮食的影响类型和品质的差异而是可变的且矛盾的。
溴仿是挥发性的，并且具有使其体内或体外使用不实际的物理性质(包括其挥发性)。尚未研究过对体内瘤胃发酵使用合成的溴仿。此外，暴露于高水平的浓溴仿被认为对动物是有害的。
因此，作为合成/纯化的化学品的溴仿及化学相关化合物(例如，溴氯甲烷)是不安全的，并且不允许用于人和动物应用，包括对反刍动物中的产甲烷作用的抑制。
已经证实，当在动物饲料中施用至动物时减少肠道CH4的抑制剂在添加到粪肥中时不能减少CH4产量。例如，在动物饲料中施用的肠道CH4抑制剂3-硝基氧基丙醇(3NOP)将来自肉用牛的CH4排放减少59％，并且减少产甲烷菌的DNA拷贝数。利用3NOP的其他研究报告的CH4排放减少在从绵羊中的24％到乳用牛中的高达60％的范围内。尽管3NOP当在饲料中施用至动物时在减少肠道CH4产生方面是有效的，但是当添加到动物粪肥中时其不降低CH4产量。例如，Nkemka等人在2019，Water Science and Technology，80.3中证实了，掺入200mg 3NOP kg-1干物质的粪便导致在总CH4产量方面没有显著差异。这个研究还证实，在动物饮食中包含抑制剂如3NOP对粪便的CH4排放没有显著的下游作用，并且因此可以用作肠道CH4抑制剂(仅在肠道条件下抑制甲烷)，而对厌氧消化没有残留作用。由本领域清楚的是，在使用瘤胃液的体外研究中和当在饲料中施用至动物时减少甲烷产生的抑制剂(如3NOP)在与动物粪肥接触时不一定抑制甲烷产量。
本发明部分地基于以下出人意料的发现：含溴仿的生物质如海门冬属(Asparagopsis)的生物质在与动物粪肥接触时可以在体外减少来自动物粪肥的厌氧消化的甲烷产生，而没有通过动物的消化系统(例如，没有经过物理地咀嚼/反刍，进入瘤胃并接触瘤胃内容物，或通过瘤胃)。例如，图1示出了来自与红色海洋大型藻类接触的粪肥的厌氧发酵在体外产生的甲烷的减少。因此，在一个实施方案中，本发明提供了一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的方法，该方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触。
与瘤胃相比，一种有利于可能有助于厌氧发酵的微生物生长的富含养分的系统，粪肥具有较少的可用养分、水、矿物质和能量，并且暴露于厌氧条件，通常在比动物体温更低的温度。
如本文中使用的，术语“减少”包括与参照相比的物质量的减少。例如，相对于未与包含溴仿的生物质(根据本发明的红色海洋大型藻类的生物质或添加剂)接触的动物粪肥，由与包含溴仿的生物质(根据本发明的红色海洋大型藻类的生物质或添加剂)接触的动物粪肥产生的总气体和/或甲烷的量的减少。该减少可以在体外测量，例如利用对厌氧发酵建模的系统。评估来自粪肥的甲烷和/或总气体产生在本领域技术人员的知识和技能范围之内。
如本文中使用的，术语“减少甲烷产生”是指所产生的甲烷的减少，例如，在一段时间内由粪肥产生的甲烷的量的减少。该术语包括作为例如来自储存粪肥、在生物消化池(生物消化器，biodigester)中或在本文所述的系统中的厌氧发酵的结果所产生的甲烷的具体体积。粪肥的厌氧发酵导致甲烷的产生。本发明旨在减少这种过程，如减少所产生的甲烷的总量。评估甲烷产生在本领域技术人员的知识和技能范围之内。
如本文中使用的，术语“减少产甲烷作用”是指由粪肥中的厌氧产甲烷菌所产生的甲烷的减少，例如，在一段时间内由粪肥产生的甲烷的量的减少。该术语包括作为例如来自储存粪肥、在生物消化池中或在本文所述的系统中的产甲烷作用的结果所产生的甲烷的具体体积。粪肥中的产甲烷作用导致甲烷的产生。本发明旨在减少这种过程，如减少所产生的甲烷的总量。评估甲烷产生在本领域技术人员的知识和技能范围之内。
包含溴仿的生物质可以用于减少由粪肥产生的总气体。
如本文中使用的，术语“减少总气体产生”是指所产生的气体总量的减少，例如，在一段时间内由粪肥产生的总气体的量的减少。该术语包括作为例如来自储存粪肥或在本文所述的系统中的厌氧发酵的结果所产生的所有气体的总体积。粪肥的发酵导致包含甲烷的气体的产生。本发明旨在减少这种过程，如减少所产生的气体的总量。评估总气体产生在本领域技术人员的知识和技能范围之内。
如本文中使用的，术语“厌氧降解”是指在体外的厌氧发酵，例如，在储存粪肥或消化池(消化器，digester)中存在的粪肥或者本文所述的系统中的厌氧发酵。厌氧发酵导致包括甲烷和二氧化碳的生物气的产生。
甲烷形成是饲料有机物(OM)通过微生物菌群的厌氧发酵的结果，所述微生物菌群产生由产甲烷菌使用的还原路径中的底物CO2和氢气。提出低分子量卤代甲烷的作用模式是通过与还原的维生素B12(其在化学上类似于辅酶F430，一种被提出是产甲烷作用所需的辅因子)反应的酶促抑制，并且这种反应可降低产甲烷作用所要求的钴胺酰胺依赖性甲基转移酶步骤的效率。
重要地，3-硝基氧基丙醇(3NOP)，其是一种设计用于抑制甲基辅酶M还原酶(该酶负责CH4的微生物形成)的活性的化合物，当在动物饲料中施用时减少来自产奶乳用牛的肠道CH4排放，但是当添加到动物粪肥中时不减少总甲烷产量。此外，在体内利用抑制剂的工作已经证实，瘤胃微生物群由于微生物抗性而可能变得对抑制剂如BES是抗性的，已经提出甲烷产生的一些抑制剂在减少甲烷方面不具有显著或长期的作用(Mathison等人，Journalof Applied Animal Research,14:1,1-28)。
除了微生物生态系统对抑制剂的适应性(例如，对抑制剂的抗性)以外，对动物的毒性以及抑制剂对厌氧降解的易感性导致了在动物饲料中的有限使用。例如，溴化有机化合物的还原性脱卤通过微生物活性而且在无菌厌氧条件下发生[Bouwer等人，Environ.Sci.Tech.,15,596–599,1981，Bouwer和McCarthy，Appl.Environ.Microbiol.,95,1286–129；Goodwin等人，Environ.Sci.Technol.,31,3188–3192]。
已经证实化合物溴仿在厌氧条件下易于降解。例如，初始浓度在132至177μg/L范围内的溴仿在用初级沉降污水接种的连续流生物膜柱中在1.5小时填充床停留时间下经历>99％的减少(Cobb和Bouwer，Environ.Sci.Technol.25:1068–1074)。
重要地，本发明人已经证实，包含挥发性卤代甲烷溴仿的生物质可以与动物粪肥接触，并且令人惊讶地引起对产甲烷作用的有效抑制。
重要地，该生物质为其中溴仿(以及二溴氯甲烷、溴氯乙酸、二溴乙酸和/或二氯甲烷中的一种或多种)保持有效的形式，从而允许抑制在厌氧条件下的产甲烷作用。
在一个实施方案中，本发明提供了一种用于减少动物粪肥中的产甲烷作用的方法，该方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触。
因此，在一个实施方案中，本发明的方法在其中产甲烷菌(methanogen)的产甲烷作用可以发生的条件例如厌氧条件下进行。
在一个实施方案中，本文所述的方法在允许产甲烷作用的温度，如嗜冷温度(15至25℃)、嗜中温温度(30至38℃)和嗜热温度(50至60℃)下进行。这些温度/温度范围有利于特定微生物的生长。不希望受理论束缚，嗜热系统对环境变化如在厌氧降解期间产生的温度波动和化学浓度更敏感，因为在此温度下茁壮成长的功能性微生物物种的数量远少于在较低温度下存活的功能性微生物物种的数量。低于15℃时，在常规系统中，生物气的产生大幅减少，并且CO2变成厌氧消化的主要产物；因此，在没有补充热量和温度控制的情况下，对于平均温度低于此阈值的地理位置通常不推荐厌氧消化系统。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种如本文所述的方法，其中所述方法提供使含有厌氧产甲烷生物的粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触。在本文所述的方法和系统的一个实施方案中，将包含厌氧产甲烷生物的厌氧接种物添加到粪肥中或添加到系统中以实现厌氧降解。
在一个方面，本发明涉及一种制造经处理的粪肥的方法，所述方法包括：
a.在系统(生物反应器)中提供动物粪肥并且引发厌氧降解过程
b.在厌氧条件下使动物粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触；和
c.收集经处理的粪肥。
如在以下更详细讨论的，可以定期地使包含溴仿的生物质与动物粪肥接触(例如通过添加包含溴仿的生物质)。因此，在一个方面，本发明涉及一种制造经处理的粪肥的方法，所述方法包括：
a.在系统(生物反应器)中提供动物粪肥并且引发厌氧降解过程
b.在厌氧条件下定期地使动物粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触；和
c.收集经处理的粪肥。
在一个方面，本发明涉及一种制造经处理的粪肥的方法，所述方法包括：
a.在系统(生物反应器)中提供动物粪肥并且通过添加厌氧接种物引发厌氧降解过程
b.在厌氧条件下使动物粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触；和
c.收集经处理的粪肥。
经处理的粪肥例如消化池的流出物(也被称为消化产物(digestate))典型地含有粪肥中发现的大部分养分，并且与术语污泥液(sludge and liquor)互换地使用。
如本文中使用的，术语“动物粪肥”或“一种动物粪肥”是指已经离开动物的作为动物对食物的消化的副产物所产生的排泄物或粪肥，例如，来自牛类、猪类、羊类、马类、貂类、鸡类或人类排泄物的粪肥，其可以是污水污泥或化粪池垃圾的形式。该术语包括包含作为动物对食物的消化的副产物所产生的排泄物或粪肥的组合物。优选地，粪肥是牲畜粪肥，如反刍动物粪肥或猪粪肥。在一个实施方案中，粪肥是来自一种动物物种的粪肥。在另一个实施方案中，粪肥是来自两种以上动物物种的粪肥(例如，‘共消化’或‘共降解’)。例如，反刍动物粪肥与家禽粪肥的共降解。
反刍动物使用物理咀嚼以及已经进入瘤胃的食物的再咀嚼，以使食物和瘤胃内容物分解，然后瘤胃的流体内容物和未降解的饲料固体通过反刍动物的消化系统的其余部分，在那里发生养分、水、矿物质和能量的吸收。
以下列出了反刍动物的实例。
包含溴仿的生物质可以用于用来处理来自家畜如猪、牛、山羊、绵羊和美洲驼的粪肥的方法和添加剂。本发明特别可用于处理猪类、牛类和羊类的粪肥。因此，在一个实施方案中，所述动物选自猪亚目(Suina)、反刍亚目(Ruminantia)和胼足亚目(Tylopoda)的成员。在另一个实施方案中，所述反刍动物是猪类、牛类或羊类。在一个进一步的实施方案中，动物是猪类或牛类。
重要地，本发明人已经证实，红色海洋大型藻类具有在与来自反刍动物的粪肥接触时抑制甲烷产生的特性。
因此，在一个实施方案中，本发明提供了如本文所述的方法和组合物，其中动物粪肥是反刍动物粪肥。
包含溴仿的生物质也可以用于减少由单胃动物的粪肥所产生的总气体。因此，在一个实施方案中，本发明提供了如本文所述的方法和组合物，其中所述动物粪肥是单胃动物粪肥。
单胃动物是具有单腔胃的动物，如猪类(例如猪(pig))。
“接触”和“使……接触”意指将包含溴仿的生物质或根据本发明的添加剂直接或间接地引入到动物粪肥之中或之上。例如，接触可以通过将包含溴仿的生物质或根据本发明的添加剂与动物粪肥混合，或者将包含溴仿的生物质或根据本发明的添加剂添加(例如喷洒)到动物粪肥的表面上，将包含溴仿的生物质或根据本发明的添加剂添加到生物消化池或粪肥储存器或任何其他装置中，以使包含溴仿的生物质或根据本发明的添加剂与动物粪肥接触。该术语包括将包含溴仿的生物质与动物粪肥足够紧密接近地放在一起以使得包含溴仿的生物质能够改变来自动物粪肥的甲烷产生(例如作用于粪肥)。
溴仿(CHBr3，三溴甲烷)是一种卤代甲烷，并且已经显示出通过与维生素B12(其在化学上类似于辅酶F430-一种产甲烷作用所需的辅因子)结合而抑制酶活性。在本发明之前，并不知晓来源于海门冬属(Asparagopsis)的挥发性次生代谢物如溴仿当添加到动物粪肥中时是否可以与辅酶F430络合，也不知道含溴仿的生物质当添加到动物粪肥中时是否可以允许溴仿与辅酶F430的络合，更不用说抑制产甲烷作用。
如本文中使用的，“包含溴仿的生物质”是指生物材料(例如由生物来源制备的材料)的物质，并且包括溴仿的生物或‘有机’来源，例如红色海洋大型藻类(如积聚溴仿的海门冬属(Asparagopsis)物种或柏桉藻属(Bonnemaisonia)物种)的生物质，或者被遗传改造为产生和/或积聚溴仿的生物的生物质。
在一个实施方案中，包含溴仿的生物质是红色海洋大型藻类的至少一个物种，其选自属于柏桉藻科(Bonnemaisoniaceae)中的红色海藻的五个属(例如，海门冬属(Asparagopsis)、柏桉藻属(Bonnemaisonia)、栉齿藻属(Delisea)、Ptilonia、Leptophyllis和Pleuroblepharidella)的物种。
不希望受理论束缚，柏桉藻科(Bonnemaisoniaceae)中的红色海藻的六个属(例如，海门冬属(Asparagopsis)、柏桉藻属(Bonnemaisonia)、栉齿藻属(Delisea)、Ptilonia、Leptophyllis和Pleuroblepharidella)产生并且储存生物活性的卤化天然产物。这些次生代谢物充当针对捕食、污染生物和微生物以及物种间竞争的天然防御。
在一个实施方案中，红色海洋大型藻类的物种是海门冬属(Asparagopsis)物种。
海门冬属(Asparagopsis)具有异形生活史，该异形生活史具有两个自由生活史阶段，即配子体(大的叶状形式)和孢子体(或四分孢子体，即较小的丝状形式)。在历史上，四分孢子体被识别为是一个单独的属(Falkenbergia)。因此，如本文中使用的术语“海门冬属(Asparagopsis)”是指海门冬属(Asparagopsis)和现在已知属于海门冬属(Asparagopsis)的其他分类学分类。
存在两个已识别的海门冬属(Asparagopsis)物种，一个是热带/亚热带的(紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis))和一个是温带的(刺海门冬(Asparagopsisarmata))，并且它们存在于世界各地。
已经表明紫杉状海门冬(A.taxiformis)含有溴仿、二溴氯甲烷、溴氯乙酸、二溴乙酸和二氯甲烷，其中溴仿是海门冬属(Asparagopsis)的生物质中最丰富的天然产物(1723μg g-1干重[DW]生物质)，接着是二溴氯甲烷(15.8μg g-1DW)、溴氯乙酸(9.8μg g-1DW)和二溴乙酸(0.9μg g-1DW)。在特化腺细胞中产生并储存溴仿、二溴乙酸、二溴氯甲烷和溴氯乙酸，它们从那里释放到表面上，充当针对食草动物的天然防御。
在本发明之前，并不知晓以生物质形式存在的挥发性化合物如溴仿是否可以发挥作用以在体外(例如，不在瘤胃液中，或在瘤胃液中，在没有通过动物的消化系统(例如，未被物理咀嚼/反刍，进入瘤胃，并且接触瘤胃内容物，或通过瘤胃)的情况下抑制产甲烷作用。
例如，在本发明之前，并不知晓在海门冬属(Asparagopsis)和柏桉藻属(Bonnemaisonia)的腺细胞内积聚的次生代谢物如溴仿是否可以发挥作用以在没有通过动物的消化系统(例如，未被物理咀嚼/反刍，进入瘤胃，并且接触瘤胃内容物，或通过瘤胃)的情况下或在没有作为新鲜的未处理生物质递送时在体外抑制产甲烷作用。还已知晓的是，在肠道其作用的抑制剂如3NOP当添加到粪肥中时不起作用。
不希望受理论束缚，本发明人提出了挥发性次生代谢物如溴仿以足够的量存在于红色海藻(例如，海门冬属(Asparagopsis spp.)和柏桉藻属(Bonnemaisonia spp.))生物质中以在体外减少来自瘤胃发酵的甲烷产生，并且令人惊讶地，在生物质没有通过动物的消化系统(例如，未被物理咀嚼/反刍，进入瘤胃，并且接触瘤胃内容物，或通过瘤胃)的情况下，并且重要地，在不存在于其中所释放的挥发性次生代谢物被释放到动物中的体内环境中，也不存在于支持厌氧发酵的富含养分的体内环境中时，可生物利用来抑制产甲烷作用。
因此，在一个实施方案中，红色海洋大型藻类的至少一个物种是海门冬属(Asparagopsis)的物种，其选自：
a.紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)
b.刺海门冬(Asparagopsis armata)
在一个实施方案中，红色海洋大型藻类的至少一个物种是柏桉藻属(Bonnemaisonia)的物种。
因此，在一个实施方案中，红色海洋大型藻类的至少一个物种是柏桉藻属(Bonnemaisonia)的物种，其选自：
a.具钩柏桉藻(Bonnemaisonia hamifera)
b.门冬柏桉藻(Bonnemaisonia asparagoides)。
在另一个实施方案中，包含溴仿的生物质是能够合成和/或积聚次生代谢物如溴仿的生物。例如，已经在其中引入溴仿产生所需的藻类基因并且能够以允许在体外抑制产甲烷作用的水平积聚次生代谢物如溴仿的生物。
包含溴仿的生物质的“有效量”可以通过本文所述的方法确定，包括本文所述的体外剂量-反应研究。例如，本发明人已经证实，在体外的甲烷产生/厌氧发酵可以用于考查包含溴仿的生物质的量对甲烷产生的水平的作用。因此，在体外的厌氧发酵可以用于表征可以是足以允许改善的有效量的包含溴仿的生物质的剂量，所述改善例如是与参照或对照相比的甲烷产生的量的减少，或者与参照或对照相比所产生的总气体的量的减少。
例如，红色海洋大型藻类的至少一个物种的有效量可以通过本文所述的方法确定，包括本文所述的体外剂量-反应研究。例如，本发明人已经证实，在体外粪肥的甲烷产生/厌氧发酵可以用于考查红色海洋大型藻类的至少一个物种的量对甲烷产生的水平的作用。因此，在体外的厌氧发酵可以用于表征可以是足以允许改善的有效量的红色海洋大型藻类的至少一个物种的剂量，所述改善例如是与参照或对照相比的甲烷产生的量的减少，或者与参照或对照相比所产生的总气体的量的减少。
例如，有效量包括足以允许改善的红色海洋大型藻类的生物质的量，所述改善例如是与参照或对照相比的甲烷产生的量的减少，和/或与参照或对照相比所产生的总气体的量的减少。
不希望受理论束缚，粪肥微生物群可以保持对于粪肥中的有机物的发酵的功能能力，但是处于降低的能力。
因此，考虑到本文所述的含溴仿的生物质的显著效果，在一个实施方案中，优选地使含溴仿的生物质(例如，包含红色海洋大型藻类的至少一个物种的生物质)以在没有降低粪肥的品质的情况下产生本文所述的效果(例如，减少CH4输出)的形式与动物粪肥接触。
因此，考虑到本文所述的含溴仿的生物质的显著效果，在一个实施方案中，优选地使含溴仿的生物质(例如，包含红色海洋大型藻类的至少一个物种的生物质)以产生本文所述的效果(例如，减少CH4输出)并且保持粪肥的品质的形式与动物粪肥接触。
不希望受理论束缚，降低来自粪肥的CH4排放将会降低来自动物粪肥的作为CH4的有机碳的损失。因此，在一个实施方案中，动物粪肥中的有机碳水平被保持。在另一个实施方案中，动物粪肥中的有机碳水平相比而言被提高。在另一个实施方案中，与未处理的粪肥相比，动物粪肥中的有机碳水平被提高。
在一个实施方案中，本发明还提供了保持动物粪肥中的有机碳水平的方法，该方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触。
如以上所讨论的以及实施例1中所证实的，可以在系统中用粪肥进行本发明的方法以产生经处理的粪肥，由该经处理的粪肥的厌氧降解产生较少的CH4。因此，本发明提供了一种经处理的粪肥(例如，通过本文所述的方法产生的‘消化产物’)。经处理的动物粪肥可用于多种工业和农业用途，如肥料。
在一个方面，本发明涉及一种制造经处理的粪肥的方法，所述方法包括：
a.在系统(生物反应器)中提供动物粪肥并且引发厌氧降解过程
b.在厌氧条件下使动物粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触；和
c.收集经处理的粪肥。
在一个实施方案中，经处理的粪肥作为肥料使用。在另一个实施方案中，所述方法还包括将经处理的粪肥处理成商品级肥料。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种包含有效量的包含溴仿的生物质的组合物，其中可以将该组合物添加到任何厌氧系统如否则会产生甲烷的稻田或生物固体处理系统(包括但不限于动物粪肥)中，以及添加到其他废弃物料中以对该废弃物料提供有用的特性。
包含溴仿的生物质以其中溴仿保持有效的生物质的形式接触。
在另一个实施方案中，其中生物质还包含二溴氯甲烷、溴氯乙酸、二溴乙酸和/或二氯甲烷中的一种或多种。包含溴仿的生物质优选地以其中溴仿以及二溴氯甲烷、溴氯乙酸、二溴乙酸和/或二氯甲烷中的一种或多种保持有效的形式接触。
重要地，本发明人已经证实，冻干研磨的海门冬属(Asparagopsis)具有减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的特性，其包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触。
根据本发明的一个实施方案，包含溴仿的生物质以适合于与粪肥接触的方式制备。
根据本发明的一个实施方案，其中包含溴仿的生物质是红色海洋大型藻类的至少一个物种的生物质，该生物质被冻干。
根据本发明的另一个实施方案，其中包含溴仿的生物质是红色海洋大型藻类的至少一个物种的生物质，该生物质被冻干并且研磨成粉末。例如，红色海洋大型藻类的至少一个物种的生物质被冻干并且通过筛(例如1mm筛)研磨。
完整冻干的、研磨的海门冬属(Asparagopsis)的生物质需要细心处理以最小化挥发性生物活性化合物如溴仿的损失，并且保持活性。一种有效的制备海门冬属(Asparagopsis)的生物质的当前方法是立即冷冻和随后冷冻干燥生物质以用饲料补充剂。
根据本发明的另一个实施方案，红色海洋大型藻类的至少一个物种的生物质被风干。
根据本发明的另一个实施方案，红色海洋大型藻类的至少一个物种的生物质被风干，并且被粗研磨。
类似地，其他包含溴仿的生物质需要细心处理以最小化挥发性溴仿的损失，并且保持活性。
可以使包含溴仿的生物质以多种方式中的一种与动物粪肥接触。包含溴仿的生物质可以以固体形式接触，可以分布在赋形剂中，并且直接施加至动物粪肥，可以以干燥形式与动物粪肥物理混合，或者包含溴仿的生物质可以形成溶液，之后喷洒到动物粪肥上。包含溴仿的生物质可以以液体形式接触，可以分布在赋形剂中，并且直接施加至动物粪肥，可以以液体形式与动物粪肥物理混合，或者包含溴仿的生物质可以形成溶液，之后喷洒到动物粪肥上。使包含溴仿的生物质与动物粪肥接触的方法被认为在技术人员的技能范围内。
在一个实施方案中，所述方法包括一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的方法，该方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触，其中包含溴仿的生物质是包括红色海洋大型藻类的超过一个物种的红色海洋大型藻类的生物质。
例如，在一个实施方案中，红色海洋大型藻类的生物质包含选自由以下各项组成的组中的红色海洋大型藻类的一个物种：刺海门冬(Asparagopsis armata)、紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)、具钩柏桉藻(Bonnemaisonia hamifera)和门冬柏桉藻(Bonnemaisonia asparagoides)。
例如，在一个实施方案中，红色海洋大型藻类的生物质包含选自由以下各项组成的组中的红色海洋大型藻类的超过一个物种：刺海门冬(Asparagopsis armata)、紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)、具钩柏桉藻(Bonnemaisonia hamifera)和门冬柏桉藻(Bonnemaisonia asparagoides)。
当使用超过一个物种时，对于每一个物种，比例可以从低于1％到99％、更有利地从25％到75％变化，并且甚至更有利地为大约50％。
本发明人已经证实，相对于对照，当使海门冬属(Asparagopsis)生物质以动物粪肥的有机物的至少0.1％的水平与粪肥接触时，该海门冬属(Asparagopsis)生物质可以有效地减少来自所述动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生。
本发明人还已经证实，相对于对照，当使海门冬属(Asparagopsis)生物质以动物粪肥的有机物的至少0.4％和0.8％的水平与粪肥接触时，该海门冬属(Asparagopsis)生物质可以有效地减少来自所述动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生。例如，图1展示了在包含有机物的0.80％的情况下甲烷是不可检测的。
因此，在一个实施方案中，本发明提供了一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的方法，该方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触，其中使所述有效量的生物质以粪肥的有机物的至少0.1％的水平与所述动物粪肥接触。
因此，在一个实施方案中，使红色海洋大型藻类的生物质以动物粪肥的有机物的优选至少0.01％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％的剂量与动物粪肥接触。
在另一个实施方案中，使红色海洋大型藻类的生物质以动物粪肥的有机物的优选至少2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的剂量与动物粪肥接触。
在一个优选实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的有机物的至少0.1％的水平与所述粪肥接触。
在另一个优选实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的有机物的至少0.2％的水平与所述粪肥接触。
在另一个优选实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的有机物的至少0.4％的水平与所述粪肥接触。
在另一个优选实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的有机物的至少0.8％的水平与所述粪肥接触。
在另一个实施方案中，使红色海洋大型藻类的生物质以动物粪肥的干物质的优选至少0.01％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％的剂量与动物粪肥接触。
在另一个实施方案中，使红色海洋大型藻类的生物质以动物粪肥的干物质的优选至少2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的剂量与动物粪肥接触。
在一个优选实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的干物质的至少0.1％的水平与所述粪肥接触。
在另一个优选实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的干物质的至少0.2％的水平与所述粪肥接触。
在另一个优选实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的干物质的至少0.4％的水平与所述粪肥接触。
在另一个优选实施方案中，使有效量的生物质以动物粪肥的干物质的至少0.8％的水平与所述粪肥接触。
如本文中使用的，术语“有机物”和“干物质”是指动物粪肥中或包括污水污泥或化粪池垃圾形式的物质的量(分别按有机的或不含水分的计)。本领域中已知如何计算动物粪肥的有机物和干物质含量。
为了计算实现相对于动物粪肥中有机物的期望％水平的剂量所需的生物质的体积，计算了包含溴仿的生物质(例如海门冬属(Asparagopsis)的生物质)的％有机物量。例如，如果干燥的海门冬属(Asparagopsis)生物质由50％有机物(OM)组成，并且如果与动物粪肥接触的期望水平为动物粪肥中海门冬属OM(例如，100kg的为80％有机物的动物粪肥)的0.1％，则每100kg的为80％有机物的动物粪肥需要160g的由50％有机物组成的海门冬属(Asparagopsis)生物质。
因此，源自包含溴仿的生物质的OM的相应含量可以由有机物(OM)％的不同含量或者干重(dw)的有机物(OM)％的不同含量计算。例如，基于先前数据的dw的50％、55％、60％、70％、75％或80％等的有机物(OM)的含量可以用于计算源自生物质中的海门冬属(Asparagopsis)的OM的相应含量。
在本文中描述了用于计算包含已知量的溴仿的特定生物质的量的计算。
为了计算实现相当于与动物粪肥接触的有机物的期望％水平的剂量所需的包含溴仿的生物质的量，由生物质的鲜重计算包含溴仿的生物质的％有机物量。例如，其中生物质是海门冬属(Asparagopsis)的生物质，吸干(blotted)的干燥海门冬属(Asparagopsis)的鲜重与干重(dw)的比率为10(即，30g fw＝3g dw)。假设基于先前数据的dw的50％至80％的有机物(OM)的含量，可以计算源自生物质中的海门冬属(Asparagopsis)的OM的相应含量。
如本文中关于动物粪肥使用的，术语“干燥固体”(ds)或“干重”(dw)是指粪肥(包括浆料形式的动物粪肥)的总固体，以基于干重计的％表示(％重量/重量)。
例如，对于100kg的其中粪肥的80％是有机物的动物粪肥，那么使包含溴仿的生物质(其中该生物质是100％OM)以约8、80、160、240、320、400、480、560、640、720或800克的剂量与动物粪肥接触，分别产生动物粪肥的有机物的约0.01％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％的剂量。
例如，对于100kg的其中粪肥中的60％是干物质的动物粪肥，那么使包含溴仿的生物质(其中该生物质是100％OM)以约6、60、120、180、240、300、360、420、480、540或600克的剂量与动物粪肥接触，分别产生动物粪肥的干物质的约0.01％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％的剂量。
例如，对于100kg的其中粪肥中的80％是有机物的动物粪肥，那么使红色海洋大型藻类的生物质(其中该生物质是100％OM)以约8、80、160、240、320、400、480、560、640、720或800克的剂量与动物粪肥接触，分别产生动物粪肥的有机物的约0.01％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％的剂量。
例如，对于100kg的其中粪肥中的60％是干物质的动物粪肥，那么使红色海洋大型藻类的生物质(其中该生物质是100％OM)以约6、60、120、180、240、300、360、420、480、540或600克的剂量与动物粪肥接触，分别产生动物粪肥的干物质的约0.01％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％的剂量。
本文中提到的“剂量”是指在给定的接触时间段(例如接触一天、一周或一个月)期间要与动物粪肥接触的生物质的量。因此，在不背离本发明的范围的情况下，可以定期(例如每天、每隔一天、每隔两天等)地使包含溴仿的生物质与动物粪肥接触(例如通过添加包含溴仿的生物质)。
接触的时间段不是关键，只要显示出甲烷生产的减少效果即可。
例如，对于100kg的其中粪肥中的80％是有机物的动物粪肥，那么使包含溴仿的生物质(其中该生物质是100％OM)以约8、80、160、240、320、400、480、560、640、720或800克/天的剂量与动物粪肥接触，分别产生动物粪肥的有机物的约0.01％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％/天的剂量。
在一个实施方案中，本文中定义的剂量(例如作为相对于每kg粪肥的量)是指在给定的接触时间段(例如，接触一天、一周或一个月)期间的包含溴仿的生物质的平均量。
可以使有效量的包含溴仿的生物质以一个或多个剂量与动物粪肥接触。
也可以使有效量的包含溴仿的生物质每天以一个或多个剂量与动物粪肥接触。
本发明方法可以包括按照上述方案施用包含溴仿的生物质持续至少12、24、36、48、50、72小时、或者1、2、3、4、5、6、7、14、21、28、48或96天的时间段。本发明的一个方面在于以下事实：本发明方法提供了在延长的接触时间段内的甲烷的有效减少。
本研究提供了包含溴仿的生物质如海门冬属(Asparagopsis)生物质在添加到粪肥中时可以有效减少甲烷产生的第一证据，并且本发明人已经证实，相对于阴性对照，当与粪肥接触时，海门冬属(Asparagopsis)减少了CH4产生。
例如，本发明人已经证实，与由对照产生的甲烷的量相比，在以有机物的0.20％包括包含溴仿的生物质的情况下，由动物粪肥的厌氧发酵产生的甲烷的量减少了至少65％。
本发明人还已经证实，与由对照产生的甲烷的量相比，在以有机物的0.40％包括包含溴仿的生物质的情况下，由动物粪肥的厌氧发酵产生的甲烷的量减少了至少90％。
本发明人还已经证实，与由对照产生的甲烷的量相比，在以有机物的0.80％包括包含溴仿的生物质的情况下，由动物粪肥的厌氧发酵产生的甲烷的量减少至不可检测的水平。
因此，在本发明的优选实施方案中，与参照相比，所产生的甲烷的量减少了至少10％、20％、30％、40％、50％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％。在一个实施方案中，参照是在不使动物粪肥与有效量的红色海洋大型藻类的至少一个物种接触时产生的甲烷的量。
在一个实施方案中，与在不使动物粪肥与有效量的红色海洋大型藻类的至少一个物种接触时产生的甲烷的量相比，由体外厌氧发酵产生的甲烷的量减少了至少96％、97％、98％、98.5％或98.8％。
为了计算实现溴仿的剂量所需的包含溴仿的生物质的量，确定了相对于包含溴仿的生物质的有机物或干物质的质量的溴仿的质量，并且使用在所接触的动物粪肥中的溴仿的浓度来计算实现溴仿的剂量所需的包含溴仿的生物质的量。
例如，当生物质以6.5mg溴仿/g生物质DW的水平包含溴仿，生物质是50％OM，并且与动物粪肥接触的溴仿的期望剂量或水平为26mg溴仿/kg粪肥干重时，生物质的包含水平为26mg/(6.5mg x 2)＝2mg生物质/kg＝0.0002％。
在另一个实例中，当生物质以6.5mg溴仿/g生物质DW的水平包含溴仿，生物质是50％OM，并且与动物粪肥接触的溴仿的期望剂量或水平为26mg溴仿/kg粪肥有机物(并且仅出于清楚的目的；假设粪肥OM是100％的DW)时，生物质的包含水平是26mg/(6.5mg x 2)＝2mg生物质/kg＝0.0002％。
在另一个方面，本发明还提供了一种用于减少来自动物粪肥的甲烷产生的添加剂，所述添加剂包含有效量的包含溴仿的生物质。
在一个实施方案中，包含溴仿的生物质是红色海洋大型藻类的至少一个物种。
在一个实施方案中，红色海洋大型藻类的物种是海门冬属(Asparagopsis)物种。在另一个实施方案中，海门冬属(Asparagopsis)的物种是紫杉状海门冬(A.taxiformis)或刺海门冬(A.Armata)。
在另一个实施方案中，本发明提供了一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的添加剂，所述添加剂包含有效量的包含溴仿的生物质。在一个实施方案中，包含溴仿的生物质是红色海洋大型藻类的生物质，例如，其中红色海洋大型藻类是海门冬属(Asparagopsis)物种和/或柏桉藻属(Bonnemaisonia)物种。在添加剂的一个实施方案中，物种选自刺海门冬(Asparagopsis armata)、紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)、具钩柏桉藻(Bonnemaisonia hamifera)和门冬柏桉藻(Bonnemaisonia asparagoides)。
如本文中使用的，术语“添加剂”是指可以添加到动物粪肥中的包含活性成分的浓缩添加剂预混物(例如包含溴仿的生物质)。典型地，本发明的添加剂是粉末或者压实或粒化固体的形式。在另一个实施方案中，本发明的添加剂是液体的形式。例如，本发明的添加剂是其中生物质存在于或被提取到液体(如油)中的液体的形式。本发明在这方面没有特别限制。
在一个实施方案中，使根据本发明的添加剂以如本文中计算的剂量与动物粪肥接触。
准确地确定添加剂中包含的组分的理想量和用于与动物粪肥接触的添加剂的量等在专业技术人员的技能范围内。本文中描述了各组分(包括包含氯仿的生物质)的优选剂量。
例如，在一个实施方案中，添加剂包含所述有效量的生物质，所述有效量的生物质被配制用于以动物粪肥的有机物的至少0.1％的水平与所述粪肥接触。在另一个实施方案中，所述有效量的生物质被配制用于以动物粪肥的有机物的至少0.2％的水平与所述粪肥接触。在另一个实施方案中，所述有效量的生物质被配制用于以动物粪肥的有机物的至少0.4％的水平与所述粪肥接触。在另一个实施方案中，所述有效量的生物质被配制用于以动物粪肥的有机物的至少0.8％的水平与所述粪肥接触。
在不背离本发明的范围的情况下，本发明的添加剂可以包含任何其他成分。其典型地可以包含制备期望产品所需的众所周知的赋形剂，并且其可以包含旨在改善动物粪肥的特性(如动物粪肥的品质)的其他添加剂。
在另一个实施方案中，添加剂用于接触单胃动物粪肥。在另一个实施方案中，单胃动物选自猪亚目(Suina)的成员。在一个优选实施方案中，动物是猪类。
在另一个实施方案中，添加剂用于接触反刍动物粪肥。在另一个实施方案中，反刍动物选自反刍亚目(Ruminantia)和胼足亚目(Tylopoda)的成员。在一个优选实施方案中，反刍动物是牛类或羊类。
在另一个方面，本发明提供了一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的方法，该方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的如本文所述的生物质接触。
本发明人已经证实了在包括反应容器的系统中与有效量的包含溴仿的生物质接触的动物粪肥的厌氧降解(例如，实施例1)。
因此，在另一个方面，本发明提供了一种用于动物粪肥的消化的系统。
在另一个方面，本发明提供了一种用于动物粪肥的厌氧消化的系统。
在另一个实施方案中，系统包括生物反应器或消化池。
在一个实施方案中，动物粪肥是用于在用于动物粪肥的消化的系统中的消化的底物，并且粪肥包含厌氧降解所需的组分(包括大量养分和微量养分)。
在一个实施方案中，动物粪肥是用于在用于动物粪肥的消化的系统中的消化的底物，并且粪肥包含产甲烷作用所需的组分(包括大量养分和微量养分)。
在一个实施方案中，动物粪肥是用于动物粪肥的消化的系统中的消化的底物，并且粪肥包含微生物生长所需的组分(包括大量养分和微量养分)。
粪肥可以在降解过程期间反复地在系统(例如生物反应器)中使用(进料到其中)，如一天一次、两次或三次。
在一个实施方案中，系统包括至少一种厌氧发酵生物如产甲烷微生物用于动物粪肥的厌氧消化的用途。
在一个实施方案中，至少一种厌氧发酵生物被提供在进料到系统中的动物粪肥中。
在另一个实施方案中，至少一种厌氧发酵生物被提供在进料到系统中的厌氧接种物中。
在另一个实施方案中，至少一种厌氧发酵生物被提供在动物粪肥进料到其中的系统中，例如，被提供在动物粪肥进料到其中的系统中存在的厌氧污泥中。
在一个实施方案中，系统保持在允许产甲烷作用的温度，如嗜冷温度(15至25℃)、嗜中温温度(30至38℃)和嗜热温度(50至60℃)。如以上所讨论的，这些温度/温度范围有利于特定微生物的生长。
在一个实施方案中，系统的pH保持在允许厌氧降解的pH。
在一个实施方案中，系统的pH保持在允许产甲烷作用的pH。
例如，在一个实施方案中，系统中的pH保持低于8.3。在另一个实施方案中，系统中的pH保持低于8.0。
在一个实施方案中，系统包括反应容器。在一个实施方案中，反应容器是允许与包含溴仿的生物质接触的动物粪肥的厌氧降解的腔室。
在一个实施方案中，系统包括用于添加粪肥的入口和允许与包含溴仿的生物质接触的动物粪肥的厌氧降解的腔室。
在另一个实施方案中，生物反应器包括用于经处理的粪肥的出口。
在另一个实施方案中，生物反应器包括用于该生物反应器中产生的气体的出口。
在一个实施方案中，本发明提供了一种通过本文所述的方法和/或系统产生的经处理的粪肥。
现在将通过实施例的方式进一步描述本发明，这些实施例旨在用于帮助本领域普通技术人员实现本发明，并且不意图以任何方式限制本发明的范围。
实施例1：在体外使包含溴仿的生物质与粪肥接触显著减少甲烷产生。
使用海门冬属(Asparagopsis)作为包含溴仿的生物质的一个实例(参见实施例2)，以考查含有生物质的生物质对来自动物粪肥的生物气产生的作用。
处于丝状配子体阶段的红色海藻紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)由在昆士兰汤斯维尔(Townsville,QLD)的詹姆斯库克大学的大型藻类资源和生物技术中心(MACRO,Center for Macroalgal Resources and Biotechnology)从在昆士兰吉宝湾驼峰岛(Humpy Island,Keppel Bay,Qld)(23o13’01”S,150o54’01”E)附近的位置收集。将所收集的生物质在-15℃冷冻并储存，然后运输到Forager Food Co.(Red Hills,TAS)，在那里将其冻干至大约95％干物质以保留挥发性的生物活性化合物。将干燥的由50％OM组成的海门冬属(Asparagopsis)生物质研磨(2-3mm)以确保均匀的产物。
将生物质以粪肥有机物的大约0.0％、0.20％、0.40％和0.80％的比率直接添加到从谷饲饲养场牛的直肠收集的新鲜粪肥中。如实施例2中所显示的，紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)生物质含有大约6.5mg的溴仿/g海门冬属DW。因此，当以粪肥有机物的0.2％OM添加时，每kg粪肥有机物添加4克的生物质。类似地，当将生物质以粪肥有机物的大约0.0％、0.20％、0.40％和0.80％的比率直接添加到从谷饲饲养场牛的直肠收集的新鲜粪肥中时，因此每kg粪肥有机物分别添加0、26mg、52mg和104mg的溴仿。
将粪肥和海藻的混合物与戈林范索斯特(Goering and van Soest)(1970)缓冲液(GVB)以1:4的比率(粪肥：GVB v/v)合并。对整个体系进行N2吹扫，并且使用Dose-It泵(Integra Biosciences,Hudson,NH，USA)来将100mL的GVB吸入到含有海门冬属(Asparagopsis)和50mL新鲜粪肥的培养瓶中。将这些瓶用Ankom RF1气体产生模块(Macedon,NY,USA)密封，并且放入保持在39℃并且以85RPM振荡的培养器(Ratek OM11；Boronia,Vic.，Australia)中。
为了表征包含溴仿的生物质对来自粪肥的甲烷产生的作用，使用粪肥干物质的0.20％、0.40％和0.80％的三种海门冬属(Asparagopsis)包含率进行一次培养，并与对照(无大型藻类)和GVB空白进行比较。各个包含水平和对照使用由来自代表各个采样时间点(24、48和72小时)的六头不同牛的粪肥组成的六个培养单元进行表征。在所有时间点都包括对照和空白。然后将数据合并以提供覆盖全部72h的时间序列曲线。
确定体外CH4产生，并且通过在多个时间点收集样品来制备时间序列产生曲线。通过应用时间序列样品中的CH4浓度同时假设瓶顶空的恒定均匀度来估算来自粪肥的甲烷的产生。在配备有Restek(Bellefonte,PA，USA)ShinCarbon ST 100/120柱(2m·1mm·微填充)与火焰离子化检测器(FID)的Shimadzu GC-2014(Kyoto,Japan)上通过气相色谱法(GC)测量在10-mL Labco Exetainer真空小瓶(Lampeter,Great Britain)中收集的顶空中的CH4的浓度。柱温为150℃，注射器为24℃，并且在FID中为380℃。超高纯度的N2是处于25mL/min的载气，并且注射体积为250mL。
整理气体样品分析的结果。图1示出了在培养72小时内的甲烷排放。
随着包含溴仿的生物质的包含水平增高，从六头不同牛的粪肥排放的甲烷的平均量显著降低。在DM的0.40和0.80％的包含水平下，降低尤其有效。在0.80％的包含水平下，检测不到甲烷，并且在粪肥的0.40％的包含水平下，在培养72小时之后，仅来自两头牛的粪肥产生极低的但可检测的甲烷。
这些结果表明，通过使粪肥与以包含率为粪肥有机物的0.20％、0.40％和0.8％的包含溴仿的生物质接触减少了来自粪肥的厌氧发酵的甲烷产生。重要地，这些结果表明，通过使粪肥与海门冬属(Asparagopsis)接触减少了在体外的甲烷产生。
实施例2：紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)和刺海门冬(sparagopsisarmata)中的卤化代谢物
在海门冬属(Asparagopsis spp.)中考查了溴仿的水平。紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)收集自塔斯马尼亚布鲁尼岛云雾湾(Cloudy Bay,BrunyIsland,Tasmania,43°.43’94”S；147°.21’.52”E)。
图2展示了从在吉宝湾驼峰岛(Humpy Island,Keppel Bay)附近的位置收集的处于底栖配子体阶段的野生紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)的生物质含有卤化代谢物溴仿，并且紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)和刺海门冬(Asparagopsisarmata)含有相似水平的溴仿。

Claims (26)

1.一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的方法，所述方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述包含溴仿的生物质是红色海洋大型藻类的生物质。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述红色海洋大型藻类是海门冬属(Asparagopsis)物种或柏桉藻属(Bonnemaisonia)物种。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述红色海洋大型藻类选自由以下各项组成的组：紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)、具钩柏桉藻(Bonnemaisoniahamifera)和门冬柏桉藻(Bonnemaisonia asparagoides)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述动物粪肥是反刍动物粪肥或单胃动物粪肥。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中使所述有效量的生物质以所述动物粪肥的有机物的至少0.1％的水平与所述粪肥接触。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中使所述有效量的生物质以所述动物粪肥的有机物的至少0.2％的水平与所述粪肥接触。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中使所述有效量的生物质以所述动物粪肥的有机物的至少0.4％的水平与所述粪肥接触。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中使所述有效量的生物质以所述动物粪肥的有机物的至少0.8％的水平与所述粪肥接触。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述动物粪肥来自选自猪亚目(Suina)、反刍亚目(Ruminantia)和胼足亚目(Tylopoda)的成员中的动物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述动物是猪类、牛类或羊类。
12.一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的添加剂，所述添加剂包含有效量的包含溴仿的生物质。
13.根据权利要求12所述的添加剂，其中所述包含溴仿的生物质是红色海洋大型藻类的生物质。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的添加剂，其中所述红色海洋大型藻类是海门冬属(Asparagopsis)物种或柏桉藻属(Bonnemaisonia)物种。
15.根据权利要求14所述的添加剂，其中所述海门冬属(Asparagopsis)物种是紫杉状海门冬(Asparagopsis taxiformis)或刺海门冬(Asparagopsis armata)。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的添加剂，其中所述动物粪肥是反刍动物粪肥或单胃动物粪肥。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的添加剂，其中所述有效量的生物质被配制用于以所述动物粪肥的有机物的至少0.1％的水平与所述粪肥接触。
18.根据权利要求12至16中任一项所述的添加剂，其中所述有效量的生物质被配制用于以所述动物粪肥的有机物的至少0.2％的水平与所述粪肥接触。
19.根据权利要求12至16中任一项所述的添加剂，其中所述有效量的生物质被配制用于以所述动物粪肥的有机物的至少0.4％的水平与所述粪肥接触。
20.根据权利要求12至16中任一项所述的添加剂，其中所述有效量的生物质被配制用于以所述动物粪肥的有机物的至少0.8％的水平与所述粪肥接触。
21.根据权利要求12至20中任一项所述的添加剂，其中所述动物选自猪亚目(Suina)、反刍亚目(Ruminantia)和胼足亚目(Tylopoda)的成员。
22.根据权利要求21所述的添加剂，其中所述动物是猪类、牛类或羊类。
23.一种用于减少来自动物粪肥的厌氧降解的甲烷产生的方法，所述方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的根据权利要求12至21中任一项所述的添加剂接触。
24.一种用于动物粪肥的厌氧降解的方法，所述方法包括以下步骤：使所述粪肥与有效量的包含溴仿的生物质接触。
25.根据权利要求24所述的方法，所述方法包括在包括反应容器的系统中引发动物粪肥的厌氧降解。
26.一种用于根据权利要求1至11或23至25中任一项所述的方法的系统。
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