CN1471409A - 淤浆分离和沼气生产的方案 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动物粪便、能源作物及类似的有机底物的厌氧消化。该方法能够将消化生物质中含有的养分精炼成工业级的肥料。本发明还提供一种加工包括肉和骨粉等的动物尸体或其部分的方法，其目的是提供一种加工动物源的有机废物的替代性方法，同时还能够促进肥料的生产。因此，本发明即使不能完全消除BSE蛋白感染素或其它任何蛋白感染素向动物或人类传播的危险，也能大大降低BSE蛋白感染素或其它任何蛋白感染素向动物或人类传播的危险。优选将本发明的沼气和淤浆分离系统与畜牧业的运作集成为能够优化畜牧业内部性态和外部性态的整体方案。内部性态涉及与动物厩舍管理相关的质量方面，包括工业消毒、动物健康、气体和粉尘排放及食品安全。外部性态主要涉及能源生产、养分和温室气体向环境的排放及高质量食品的销售。
Description
技术领域
本发明的第一个方面涉及动物粪便、能源作物及类似的有机底物的厌氧消化。该方法能够将消化的生物质中含有的养分精炼成工业级的肥料。优选将本发明的沼气和淤浆分离系统与畜牧业的运作集成为能够优化畜牧业内部性态和外部性态的整体方案。
本发明的另一个方面是以动物尸体、屠宰场废物、肉和骨粉等形式处理动物废物的潜在应用。在工厂内将这些废物精炼成肥料，施用于农田。在整个工艺中即使不能完全消除BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素，也能大大降低BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的可能含量。在本发明的方案中，动物产品不是用作食品，而是用作肥料。对在工厂中处理后的生物质中潜在的BSE蛋白感染素的破坏和用精炼生物质作为肥料而不是作为食品这两方面相结合即使不能完全消除动物或人类感染BSE蛋白感染素或其变体的危险，也能大大降低动物或人类感染BSE蛋白感染素或其变体的危险。
内部性态涉及与动物厩舍管理相关的质量方面，包括工业消毒、动物健康、气体和粉尘排放及食品安全的控制。外部性态主要涉及能源生产、养分和温室气体向环境的排放及高质量食品的销售的控制，外部性态还涉及处理动物尸体等的替代性方法。
发明背景
氨的气提
氨气的化学性质是公知的，从不同的流体中汽提氨气是公知的工业方法。例如，这些方法已经应用在制糖工业(Bunert等人，1995；Chacuk等人，1994；Benito和Cubero，1996)和市政的垃圾废物的处理方面(Cheung等人，1997)。还可以基于工业中同样的原理从猪淤浆中汽提氨气(Liao等人，1995)。
大规模汽提氨气的基本原理是：提高pH，向废水或淤浆充气并加热。常用Ca(OH)2或CaO升高pH。还可以使用其它碱如NaOH或KOH。但是，工业规模如水泥工业中使用石灰，因此，石灰便宜且易于大批量购买。
在吸收汽提的氨气并且生产氨水浓缩物时，在吸收塔中常使用硫酸。硫酸是工业品，且能够以适用于从淤浆和其它废水中汽提氨气的吸收塔中的工业级硫酸的形式得到(例如，Sacuk等人，1994)。
基于制糖工业中获得的经验，业已发现最合适的参数值是：温度，70℃；pH，约10-12；液气比，1∶800；96％的有效性。
从淤浆中汽提氨气时，业已发现低温下的最佳参数值是：温度，22℃；pH，约10-12；液气比，1∶2000；90％的有效性；操作150小时(Liao等人，1995)。
参考文献：
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碱性和热水解
厌氧消化前对生物质的加热预处理技术在文献中已有描述，如Li和Noike(1992)。近年来，城市废物的加热预处理也被CambiAS，Billingstad，Norway进行了大规模应用。
Wang等人(1997a和b)发现：在60℃的温度下对城市废物的加热预处理和8天的水力停留时间能够使甲烷的产率升至52.1％。Tanaka等人(1997)发现了类似的结果，但是，热水解和碱水解相结合能够使气体产率得到最大的提高(200％)。McCarty等人进行的一系列研究表明热水解和碱水解相结合能够大大提高气体产率。但是，pH应当是约10-12，优选11或更高，在化学水解前应当生成大量附加气体。
Wang等人的研究结果(1997)证明：在2.1段下汽提氨气的缺省参数值(pH约为10-12，优选11或更高，一周内的温度约为70℃或更高)能够提高气体产率。
参考文献：
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消毒
对运输和农田施用前的淤浆进行消毒是降低人畜共患病和兽医病毒、细菌和寄生虫传播危险的重要策略(如，Bendixen 1999)。已经证明：厌氧消化能够有效地减少淤浆中人畜共患病病毒的数目，但是不能完全消除这些生物体(Bendixen，1999；Pagilla等人，2000)。人们还证明了用CaO将阴沟淤浆消毒可以大大减少蛔虫卵和寄生虫(Erikser等人，1996)和病毒的数目，但是不能完全消除(Turner和Burton，1997)。
参考文献：
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泡沫
和厌氧消化相关的泡沫的形成可能对发酵罐的操作构成严重问题。许多抑制泡沫的物质可以商购，这些物质包括不同的聚合物、植物油(如，菜油)和不同的盐(如，Vardar-Sukan，1998)。但是，聚合物可能造成环境问题，并且通常是昂贵的和无效的。
参考文献：
Vardar-Sukan F.(1998)Foaming：consequences，prevention and destruction.Biotechnology Advances 16，913-948。
絮凝
因为钙离子能够使溶液或悬浮液中的有机和无机物质之间形成钙桥从而形成颗粒“絮片”，所以钙离子是公知的能够对物质和颗粒产生絮凝作用的物质(如，Sanin和Vesilind，1996)。因此一直用钙对阴沟污泥进行脱水(Higgins和Novak，1997)。
参考文献：
Higgins M.J.和Novak J.T.(1997).The effects of cat ions on the settling anddewatering of activated sludge′s：Laboratory results.Water EnvironmentResearch 69，215-224。
Sanin F.D.和Vesilind P.A.(1996)Synthetic sludge：A physical/chemicalmodel in understanding bio flocculation.Water Environment Research 68，927-933。
淤浆的沉降式离心分离，汽提P
在最近100年内，许多工业方法都使用沉降式离心机。
最近使用沉降式离心机的例子是位于Kalundborg的Novo Nordisk工厂，其中处理所有来自大胰岛素发酵单元的废物。城市污泥也通过沉降式离心机脱水(Alfa Laval A/S)。沉降式离心机从污泥或废物中分离出干燥(固体)物质，而水相或废水导入传统的污水处理装置。
牛、猪和脱气淤浆的分离试验首先证明：沉降式离心机可以毫无困难地处理所有粪便。该试验还发现：离心机能够从淤浆预消化热电堆中脱除约70％的干燥物质、60-80％的总P和仅14％的总N(M_ller等人，1999；M_ller2000a)。来自牛和猪的原淤浆的相应值较低。应当注意，仅14％的总N从废物中脱除。
在淤浆量为20000吨或更大的情况下，计算得出的总处理费用为5Dkr/m3淤浆。在淤浆量超过20000吨的情况下，沉降式离心机是用于从淤浆中分离干燥物质和总P的有效且便宜的设备(M_ller等人，1999)。
在正常情况下，没有人愿意在沉降式离心机中处理淤浆，因为这样不能减少处理量，对农民来说也没有好处。将处理后的淤浆施用于农田后氨气的损失会有一定程度的降低，因为其渗入土壤的比例增加(M_ller 2000b)，但是在目前这足以激励农民使用沉降式离心机。
参考文献：
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沉淀P
在加入Ca后，几乎立即溶解的P沉淀成磷酸钙Ca3(PO4)2(Cheung等人，1995)。
参考文献：
Cheung K.C.，Chu L.M.和Wong M.H.(1997)Ammonia stripping as apretreatment for landfill leachate.Water Air and Soil Pollution 94，209-221。
防止形成鸟粪石
P沉淀和汽提氨气相结合的另一个重要方面是能够防止鸟粪石(MgNH4PO4)的形成。在热交换、管道运输等方面，鸟粪石将构成非常大的工作问题(Krüger，1993)。其机理是通过形成CaPO4脱除P和通过汽提工艺脱除氨气。P和氨气的脱除能够防止鸟粪石的形成。
参考文献：
Krüger(1993)Struvit dannelse i biogasfaellesanlaeg.Krüger WasteSystemsAS。
废水过滤
在过去10年内出现了如膜设备(BioScan A/S，Ansager ApS)和基于蒸汽压缩的设备(Funki A/S，Bj_rnkj_r Maskinfabrikker A/S)形式的废水的最终处理和膜过滤系统。这些系统一般使每立方米淤浆的总费用为50-100Dkr。这些设备还不能处理猪淤浆以外的其它种类的粪便。
这些设备使处理量的减少程度一般不超过50-60％，这意味着在任何情况下对农田施用剩余物都取决于传统设备。因此，这些设备因为成本问题和/或有限的处理量的减少而不具有竞争力，。
但重要的是要考虑这些设备的成本。还应当考虑机械压缩蒸汽产生的电能的用量，即，每处理一吨淤浆消耗约50kWh的电能。这意味着在要过滤的水相只由盐和少量干物质组成的假定情况下不会产生结垢或堵塞问题的膜优于蒸发技术。
参考文献：
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石灰蒸煮
在低于100℃的温度下进行热和化学水解，因此，在沼气生产中，约1atm的压力代表增加有机物产率的一种选择。但是，这样的处理不会使复杂的碳水化合物如纤维素、半纤维素和木质素完全水解。这样的处理不会使来自麦杆、玉米和其它农作物的纤维形成甲烷(Bjerre等人，1996；Schmidt和Thomsen，1998；Thomsen和Schmidt，1999；Sirohi和Rai，1998)。在高于100℃的中温下的碱石灰蒸煮适合使这些底物发生微生物分解(Curelli等人，1997；Chang等人，1997；Chang等人，1998)。
当将这种处理方法应用于来自切成0.5mm的甘蔗的纤维素纤维时(用4％的CaO，200℃和16bar)，纤维素纤维分解成小分子有机酸如甲酸、乙酸、乳酸等。用如此处理的纤维素生成的甲烷高达相应的用纯葡萄糖表示的碳水化合物的量的70％(Azzam和Naser，1993)。青饲料也可以在石灰蒸煮机中处理，但是要在较低的温度下处理。业已证明：当水风信子在pH为11和温度为121℃的条件下处理时能够得到最佳效果(Patel等人，1993)。
在高温下可能生成PAH和抑制甲烷菌的物质(Varhegyi等人，1993；Patel等人，1993)。但是在相对于热解较温和的石灰蒸煮温度下没有看到这一现象(Azzam等人，1993)。在热解过程中，温度很高，以致于生物质直接分解成气体如氢气、甲烷和一氧化碳，但不幸地是，还生成PAH和其它污染物。
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能源作物的青贮
能源作物的常规用途主要是用于燃烧的固体燃料(作为木材的柳木，麦杆或全部的种子)或用于发动机的燃料(菜油)形式。在试验的基础上用甜菜和麦杆生产乙醇(Parsby；Sims，2001；Gustavsson等人，1995；Wyman和Goodman，1993；Kuch，1998)。在全球其它地区广泛使用能源作物，并对此进行了大量研究。其在陆地、海洋和淡水厂中的应用也有文献报道(Gunaseelan，1997；Jewell等人，1993；Jarwis等人，1997)。一些研究似乎还证明：能源作物的厌氧发酵可以和生物质的其它用途相竞争(Chynoweth D.P.，Owens J.M.和Legrand R.，2001)。
能源作物的应用受到鼓舞。麦杆的应用可能会使这一方案在未来几年内成为现实。木材的应用似乎经济而实际。而谷物的燃烧却产生伦理学方面的反对。谷物的生产还必然与肥料和杀虫剂的应用及农田的N损失相关。在生物质燃烧的过程中也损失N。
参考文献：
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动物尸体的处理系统
用许可加工动物尸体的注册装置组织目前的动物尸体处理系统。这些尸体主要用于生产传统上用作动物饲料的肉和骨粉。
EU委员会的调整规则使目前的BSE标准(crisis)停止实施，该规则规定：不能用肉和骨粉作物动物饲料。
因此，欧洲的畜牧业部门及相关产业面临着寻找肉和骨粉的替代性用途或处理肉的替代性方法的挑战。但是这是一个艰巨的任务，因为动物尸体的肉或其它部分中可能存在的BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素传播的危险引起了限制。
将肉和骨粉或动物尸体用在传统沼气装置中是不可取的，并且只有部分可能性。在许可加工这些动物的装置中加工动物尸体的条件一般为：约130℃的温度，约2-3bar的压力，20分钟的停留时间。在传统沼气装置中达不到这些条件。
下述专利和专利申请构成部分现有技术。
DE3737747描述了汽提N的装置和方法。在粪便中加入CaO，以此汽提氨气，将所说的氨气吸收在含盐酸的水溶液中。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱性水解、动物厩舍中的福利、使用能源作物、在硫溶液中吸收氨气、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机(gas engine)或设置的天然气管道使用沼气。
DE4201166描述了同时处理不同有机废物产品的方法，其中将废物产品分成三个含有不同固体组分量的部分。在发酵和生产沼气前将固体部分均质化。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱性水解、动物厩舍中的福利、使用能源作物、在硫溶液中吸收氨气、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
DE4444032描述了一种装置和方法，其中，在第一个反应器中搅拌淤浆、充气和加石灰至pH为9.5以汽提氨气。在第二个反应器中加入含铁和聚合物的盐以中和淤浆并沉淀固体。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱性水解、动物厩舍中的福利、使用能源作物、在硫溶液中吸收氨气、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
DE196615063描述了一种从发酵粪便中汽提氨气的方法。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
EP0286115描述了一种生产沼气的方法，其中，向粪便中加入脂肪酸或含脂肪酸的组合物。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
EP0351922描述了从液态粪便中汽提氨气、二氧化碳和磷酸盐的装置和方法。用槽罐车将粪便从农场运到该装置内，用热空气处理淤浆，从而汽提部分氨气和二氧化碳。将剩余的淤浆加热，加入石灰至pH为10-11，从而汽提更多的氨气并且形成磷酸钙。汽提的氨气通过形成铵盐而被吸收在酸溶液中，铵盐干燥后用作肥料。用沉降式离心机从淤浆中分离固体部分。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
ES2100123描述了用于清洁液态粪便的装置和方法。有机组分降解，用沉降式离心机除去沉淀固体。在这种液体中加入酸并播撒在农田中，或者通过充气和汽提氨气而进一步清洁。清洁后的液体流向净水装置。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在早期阶段汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
FR2576741描述了通过将液态粪便发酵而生产沼气的方法。用石灰处理淤浆，除去沉淀的组分。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
GB2013170描述了生产沼气的装置和方法。在第一个反应器中酸化有机物，除去固体部分。液体部分流入第二个反应器，在其中进行厌氧降解，从而生产甲烷气。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
DE19644613描述了用粪便生产固体肥料的方法。在液态粪便中加入来自生产沼气的底物和CaO或Ca(OH)2。收集汽提的氨气。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
DE19828889描述了收获的农作物和有机废物共发酵生产沼气的方法。将这些材料均质化后发酵。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 4,041,182描述了用有机废物生产动物饲料的方法。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 4,100,023描述了生产甲烷气和肥料的装置和方法。在第一个反应器内均质化材料进行需氧降解。在加热的第二个反应器内进行厌氧降解，生产沼气。生成液态肥料。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 4,329,428描述了特别是用来自各种绿色植物的材料进行厌氧降解的装置及生产的沼气的用途。该装置是基于嗜温或热电堆厌氧细菌的降解。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、汽提氨气、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 4,579,654描述了用有机物生产沼气的装置和方法。将固体材料水解、酸化和发酵。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 4,668,250描述了通过充气从液体部分中除去氨气的方法。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、使用能源作物、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 4,750,454描述了厌氧消化动物粪便的装置及用该方法生产的沼气的用途。该装置是基于嗜温或热电堆厌氧细菌引起的降解，并且使用了当地安装有发电机的气体发动机。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、汽提氨气、沉淀P、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,071,559描述了粪便的处理方法。在粪便中加入水，酸化该混合物。通过生产蒸汽脱除液体，在另一个反应器内再次浓缩液体、厌氧处理，生产沼气。然后，用需氧工艺处理发酵后的液体部分。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,296,147描述了处理粪便和其它有机组分的方法。有机废物发酵后进行硝化，然后除氮。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,389,258描述了用半固体和固体有机废物生产沼气的方法。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,494,587描述了催化处理粪便的方法，包括降低氮浓度。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,525,229描述了在热电堆和嗜温条件下厌氧消化有机底物的一般方法。
US 5,593,590描述了将液体和固体有机废物分离成两部分后分别将其处理的方法。发酵液体部分，生产沼气，然后脱除沉淀的固体组分，沉淀的固体组分部分循环回工艺。在需氧工艺中处理固体部分，从而生成堆肥、肥料或动物饲料。生产的包括甲烷和CO2的部分沼气通过CO2的吸收被再次用于降低液体部分中的pH值。例如，用沉降式离心机从液体部分中沉淀出固体，从pH为9-10的液体中汽提氨气。废水可被用于冲洗厩舍。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、用麦杆提供动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,616,163描述了处理粪便的方法，其中，在生产肥料时使用氮气。在液体粪便中加入CO2和/或CaSO4，从而汽提氨气。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、用麦杆提供动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,656,059描述了处理粪便的方法，其中，在生产肥料时或多或少地通过硝化使用氮气。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、用麦杆提供动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,670,047描述了将有机底物厌氧降解成气体的一般方法。
US 5,681,481、
US 5,783,073和
US 5,85 1,404描述了稳定淤浆的方法和装置。加入石灰至pH＞12，将这些物质在至少50℃的温度下加热12小时。汽提氨气，将其释放到大气中，也可以在系统中循环。可以用“预热室”以及沉降式离心机分离和混合淤浆，使其保持为液体状态。将淤浆播撒在农田里。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、用麦杆提供动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,746,919描述了一种有机废物在嗜热厌氧反应器中处理后在嗜温厌氧反应器中处理的方法。在这两个反应器中都生产甲烷气体。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、用麦杆提供动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,773,526描述了首先用嗜温工艺然后用嗜热工艺使液体和固体有机废物发酵的方法。将固体组分水解和酸化。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、用麦杆提供动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,782,950描述了通过均质化、充气和加热使生物废物发酵的方法。废物分馏成液体和固体部分。固体生成堆肥。用厌氧嗜温和嗜热工艺发酵液体，生产沼气。废水从沼气反应器再循环到均质化工艺。在净化站处理来自沼气反应器的废水。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、使用能源作物、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,853,450描述了用有机废物和绿色植物材料生产巴氏杀菌堆肥的方法。将有机物的pH升至12，将其加热到55℃以上。当加入绿色植物材料时，pH降至7-9.5。将该混合物发酵。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 5,863,434描述了通过在嗜冷厌氧工艺中降解而稳定有机废物的方法。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 6,071,418描述了用臭氧处理粪便的方法和系统，其中，在材料中引入需氧和厌氧区。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
US 6,171,499描述了改进的发酵民用和工业废物的方法。将废物进行厌氧消化，生产沼气，生产的沼气和天然气一起用于燃气涡轮机。使发酵材料脱水，淤浆进入燃烧装置。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
WO8400038描述了沼气、脱气和稳定的肥料的生产方法。嗜热降解发生在内反应器中，嗜温降解发生在外反应器中。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
WO8900548描述了在生产沼气时利用Ca离子和Mg离子的方法。这些金属离子能够抑制泡沫的生成。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
WO9102582描述了生产气体和通过洗涤气体防止有害化合物散播到环境中的装置和方法。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
WO9942423描述了生产沼气的方法和装置。将来自粪便的纤维和颗粒堆肥，将液体部分厌氧发酵、汽提氮气。通过反渗透将P和K盐用于肥料。该专利对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
www.igb.fhq.de/Uwbio/en/Manure.en.html描述了用粪便生产沼气的方法。用来自脱气粪便的固体部分生产堆肥。从液体部分中收集氮气并用作肥料。可以用沉降式离心机从混合物中分离固体组分。该文献对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
http：//riera.ceeeta.pt/images/ukbio mass.htm描述了通过厌氢降解生产沼气的方法。在系统中可以使用沉降式离心机。该文献对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
www.biogas.ch/f+e/memen.htm描述了从固体组分中减少混合物的可能性。其中涉及旋转盘式反应器、固定膜反应器、超滤和反渗透。该文献对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
www.biogas.ch(f+e/grasbasi.htm描述了青贮能源作物和粪便的厌氧降解以生产沼气的方法。其中描述了两个工艺：1、将青贮能源作物切成1-3cm，加入含粪便的液体部分中。在35℃下使混合物发酵。2、不再加入液体而使粪便和青贮能源作物干发酵。该文献对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
www.biogas.ch/f+e/2stede.htm描述了沼气的生产方法。在旋转筛鼓中水解和酸化有机废物，来自筛鼓的液体部分连续进行厌氧降解，生产沼气。该文献对本发明的许多方面没有描述。其中，这适用于预处理如碱水解、动物厩舍中的福利、在生产沼气前汽提氨气、防止形成鸟粪石等。并且通过当地的内燃机或设置的天然气管道使用沼气。
发明概述
本发明描述一种利用能源作物的新方法，即，用动物粪便在农场规模的沼气装置中进行厌氧共消化。该方法还包括淤浆分离，即，精炼动物粪便中的养分。
本发明还可用于和动物粪便/能源作物一起共消化动物尸体、肉和骨粉等，从而提供一种处理动物尸体等的方法，同时又能促进用和作物、粪便等一起输入的动物废物生产肥料。
该方法的设计使得其可以使用一年生饲料作物如甜菜、玉米或三叶草，及每公顷干料产率高于谷物的所有作物。饲料作物作为“绿色作物”在轮作中也是有益的。因此，本发明将论证当使用闲置的用于生产能源作物的土地时的能源潜力。
在各种不同条件下的中心而明确的视点是基于本方案的沼气生产方法与使用天然气相比在将来具有竞争力，从而具有商业上的吸引力，并且优选不会有退步。另一个视点是这种能源生产在丹麦的能源消耗中占很大一部分，即，与天然气的用量达到同一数量级(每年约150PJ)。除此之外还具有环境、动物福利和食品安全方面的优点。
Parsby估算过当使用能源作物，特别是谷物时的能源潜力是每年50-80PJ。短期运行时，这需要150000ha的面积，长期运行时，这需要300000ha的面积。但是，以在沼气装置中消化干料产率为15吨甜菜(包括顶部)/ha为基准，能源潜力约为每年100PJ。来自共消化粪便的能量应当累加在其上(约25PJ)。当使用新的甜菜品种时，干料产率大大超过目前的水平，即，25吨/ha数量级的产率。
本发明的核心是工艺的结合，这样可以增加沼气产量、汽提氨气及随后任选地进一步利用和加工消化和汽提后的剩余物(废水)。
本发明核心的特征是可以使更简单而稳定的工艺与本发明的核心集成在一起。可以得到与传统装置相比具有优异的能量和经济性能的简单而稳定的能量装置。该能量装置再与动物厩舍(holdings)和农田的管理集成在一起。因此，本发明包括多个方面。
在第一个优选方面中，本发明可以用于抑制动物微生物和寄生病原体如弯曲菌属、沙门菌属、耶尔森菌属、螨菌属及类似的微生物和寄生有机体在空气和农田内的感染和传播。因此，即使不能完全消除也能降低人类受感染的危险。
在第二个优选方面中，本发明可以用于减少粪便、饲料、屠宰场废物、肉和骨粉等中含有的BSE蛋白感染素。预处理和消化相结合可以达到这一目的。作为这一方面的一部分，本发明提供了一种处理动物尸体、屠宰场废物等的可能性，这就可以开发动物尸体中含有的养分作为肥料。用这种方法处理废物的先决条件是在本发明的方法中减少和/或消除动物尸体、肉和骨粉等及粪便、饲料、屠宰场废物等中含有的BSE蛋白感染素。根据本发明，预处理和消化相结合可以达到这一目的。该方法是目前在中心装置加工动物尸体并生产主要用作动物食品的各种产品如肉和骨粉的方法(但现在已被EU委员会禁止)的替代性方法。
在第三个优选方面中，本发明可以用于从动物粪便中分离主要养分氮(N)和磷(P)，并且将这些养分精炼成工业级的肥料产品。
在第四个优选方面中，本发明可以用于以包括所有种类的动物粪便、能源作物、作物残渣和其它有机废物的有机底物为原料大量生产沼气。
在第五个优选方面中，本发明可以用于确保圈养在动物厩舍中的动物的最佳福利和健康，同时又能减少粉尘和气体如氨气的排放。可以通过在动物厩舍里冲洗或再循环废水来实现这一目的。
在第六个优选方面中，本发明可以受益于与本发明的各个方面相关的所有优点。
在进一步优选的方面中，可以优选使核心发明与上述任一或更多的其它方面相结合。
附图简述
图1公开了本发明的一个优选实施方案。在该实施方案中，在饲养包括家畜如猪、牛、马、山羊、绵羊的动物和/或包括鸡、火鸡、鸭、鹅等的家禽的厩舍或畜栏(1)中产生的优选是淤浆形式的粪便被转移至一个或两个第一预处理槽(2)和/或第二预处理槽(3)。
在一个实施方案中，工作原理是优选以包括水如用于清洁厩舍或畜栏的废水的淤浆形式的粪便加入包括汽提罐的第一预处理槽，通过向汽提罐中加入如CaO和/或Ca(OH)2汽提氨气。但是，也可以在淤浆进入第一预处理槽或汽提罐之前向淤浆中加入CaO和/或Ca(OH)2。
在加入CaO和/或Ca(OH)2的同时，或者在其后期，对包括汽提罐的预处理槽进行汽提和/或加热，汽提的N或氨气在储存于分离池(11)之前优选被吸收。包括氨气的汽提N优选在导入储存用的分离池之前吸收在第一预处理槽中所包括的汽提罐中的一个塔中。
在厌氧发酵过程中微生物难以消化的有机物在导入包括上述汽提罐的第一预处理槽(2)之前优选在第二预处理槽(3)中预处理。这样的有机物一般包括大量的如纤维素和/或半纤维素和/或木质素，例如，每单位干重的有机物如麦杆、包括玉米的作物、作物废物及其它固体有机物中优选有超过50％(w/w)的纤维素和/或半纤维素和/或木质素。随后从预处理的有机物中汽提包括氨气的N。
在第一和第二预处理槽中，淤浆都进行热和碱水解。但是，第二预处理槽中的温度和/或压力高得多，因此，优选将第二预处理槽设计成耐高压的封闭体系。
最后，经过上述预处理的淤浆优选导入至少一个嗜热反应器(6)和/或至少一个嗜温沼气反应器(6)。随后在反应器内厌氧消化淤浆，同时生成沼气，即，主要由甲烷组成，还任选地包括少量二氧化碳的气体。沼气反应器优选构成用于改善用有机物底物生产能量的能量装置的一部分。
沼气可导入内燃机，这种内燃机产生的能量可用于加热汽提罐。但是，沼气还可以导入商用沼气管道系统，供给家庭和工业用户。
厌氧发酵的剩余物仍然是包括固体和液体的淤浆形式，在一个优选实施方案中，将剩余物导入至少一个用于固体和液体分离的沉降式离心机(7)。这种分离的一种结果是至少得到几乎只包括P(磷)的半固体部分，例如，至少得到优选包括大于50％(w/w)P(12)的半固体部分。在同一步骤(7)中，或者在另一个沉降式离心分离步骤(8)中，优选至少还可以得到几乎只包括K(钾)的半固体部分，例如，至少得到包括大于50％(w/w)K(13)的半固体部分。在包括喷雾干燥或淤浆干燥的干燥步骤后得到的优选是颗粒形式的这些部分优选包括其纯度是商业上可接受的适用于工业肥料(10)的P和/或K。这些肥料可以播撒在作物或农田里。同样来自沉降式离心分离步骤的液体(9)如废水也可以流入农田，也可以将其导回畜栏或动物厩舍，或导入污水处理系统。
在另一个实施方案中，可以用来自盛有可发酵的有机物的青贮槽(4)的有机物供给第一预处理槽。将这些有机物导入第一预处理槽可以包括涉及厌氧发酵的步骤，例如，能够从青贮饲料中脱除气体的嗜热发酵槽。另外，麦杆和如来自农田的作物废料(5)还可以先导入畜栏或动物厩舍，然后导入第一和/或第二预处理槽。
图2示出基本上与图1相同的一个实施方案，其差别在于在沉降式离心分离后只收集磷(P)，废水形式的水收集在用于进一步净化的分离池中，这包括进一步除N、除臭和除去大部分剩余固体。这可以通过如厌氧发酵进行。在这一阶段还可以从液体中分离钾(K)。
图3示出本发明的一个实施方案，其包括一个简化的联合沼气和淤浆分离系统的方法。在该实施方案中，没有使用沼气发酵罐，在预处理槽1(2)和/或预处理槽2(3)中预处理得到的固体在汽提包括氨气的N后进行沉降式离心分离(4和5)，汽提的包括氨气的N收集在分离池(8)中，分离后得到至少包括P和K的半固体部分(9和10)。
在图4所示的一个实施方案中，在如图3所示的实施方案所述的沉降式离心分离后没有分离出钾(K)。无论怎样都可以从随后收集的废水中进一步分离K。
图5和6示出本发明系统的一个优选实施方案。下面将详述其各个组成。
下面将更详细地描述本发明的其它优选实施方案。
发明详述
本发明涉及下述的多个独立方面。
第一个方面(消毒)
第一个方面包括一个系统，该系统由第一个装置、饲养包括家畜如猪和牛的动物的厩舍或畜栏、和/或主要用于汽提氨气和预处理底物的第二个装置和/或主要是用于改善用底物生产能量的能量装置的第三个装置组成。
该系统优选由动物厩舍、汽提罐和沼气反应器组成。其它部件可包括用于向淤浆中加入CaO或Ca(OH)2的装置、基于如硫酸运行的吸收塔、用于氨水浓缩物的储罐和用于消化淤浆的储罐。
生产的沼气可以理想地用于在燃气发动机和发电机中产生电流和热量，优选将电流售给电网，优选用热量加热如淤浆和/或动物厩舍。本发明的能量装置在每单位装置中处理的底物所产生的能量方面具有优异的性能。这种优异性能是通过将要消化的底物(无论是动物粪便或其它有机底物)的预处理与在厌氧消化前从底物中汽提氨气相联合而取得的。
下面将详述本发明的优点。本发明消毒方面的核心部分是预处理，其包括单独的或联合的多个下面将要详述的各个预处理步骤：
从动物厩舍移出的淤浆的预处理可以包括下述步骤的任意一个或多个：1)汽提氨气，2)水解有机物，3)为淤浆消毒，4)减少泡沫的形成，5)絮凝，6)沉淀P，和7)防止形成鸟粪石。
工作原理是淤浆从第一个装置导入汽提罐，通过加入CaO或Ca(OH)2汽提氨气。汽提的氨气在储存于罐中之前在一个塔中被加热和吸收。同时，优选用石灰蒸煮机对淤浆进行热和碱水解。最后将预处理的淤浆导入由一个或两个嗜热/嗜温沼气反应器组成的第三个装置，在这里对淤浆进行厌氧消化，同时生产沼气，即，主要由甲烷组成，还包括少量二氧化碳的气体。将沼气导入内燃机，内燃机产生的热量用于加热汽提罐。产生的电流售给电网。
当牛和家禽厩舍的厚垫草的大部分是麦杆(可能还有锯屑)时，在沼气装置中将这些粪便优化用作生产甲烷的底物之前必须将其进行特定的预处理。在这方面，石灰加压蒸煮代表一种优选的预处理方法。因此，可以以更有效的方法用以该技术处理的厚垫草生产甲烷，并且可以增加沼气产量。还可以确保尿酸和尿素分解成氨气，可以确保蛋白质和其它底物溶解。从而可以确保用氨气汽提工艺将来自厚垫草的无机氮收集在N浓缩物中。
因此，从厚垫草和家禽粪便中得到可用于农作物的N量会大幅增加。据估计潜在的利用效率可增至约90％，其它在本发明的沼气和淤浆分离装置中处理的粪便也是同样的情况。
一种替代性方法是在将家禽粪便通向汽提罐之前可在第一个嗜热或嗜温反应器中将其消化。这取决于粪便质量和由于两种不同处理方法所要达到的尿酸分解程度。该装置运行一段时间后获得的经验应当能够澄清这一点。重要的是强调可处理所有类型的粪便和能源作物的装置的多功能性。
其技术构造比较简单，因为装备有均用防锈和防酸钢制成的浸渍机的螺旋运输机将生物质送往石灰蒸煮机，通过喷入180-200℃的蒸汽将生物质加热。对于要处理的物质来说必须在5-10分钟内使其压力保持10-16巴。
建造的单元应当能够产生温度间隔为100-200℃的温度和压力。从而可以在适当考虑能量使用、焦油形成和技术参数的条件下调节要在本发明的装置中消化的不同生物质的处理方法。
泡沫的形成代表了沼气装置中的一个普通问题。在沼气装置，特别是当供入大量来自如能源作物的生物质的沼气装置中，一种优选的控制泡沫形成的试剂是菜油，菜油除具有控制泡沫的作用外还是形成甲烷气体的底物。和许多盐一样，Ca离子也可以非常有效地控制泡沫。除具有上述其它作用外，本发明一种优选的泡沫控制剂是Ca(OH)2和/或CaO。将Ca离子加入淤浆据信还能加速片状物的形成及促进细菌粘附在有机颗粒上，从而可以改进厌氧消化性能。
因此，如果因为生产大量气体而使得在工艺中需要进行附加的泡沫控制和/或絮凝，则可以用Ca和/或菜油直接加入发酵罐。加入Ca(OH)2或CaO还能沉淀重碳酸盐如CaCO3。这样就可以降低溶液及气相中的CO2浓度，有助于通过降低二氧化碳排放量而减少泡沫的形成。
与汽提氨气和消毒淤浆相关联，加入Ca(OH)2或CaO还能沉淀正磷酸盐，即溶解的P(PO4 -)。这些P颗粒可以悬浮在淤浆和其它片状物中。用Ca还能有限地降低化学需氧量(COD)，这意味着Ca不仅仅能够沉淀正磷酸盐，还能够沉淀其它盐。
可以认为：不管各种废物之间有多大的化学差别，简单的热处理，特别是和碱水解结合的热处理能够增加气体产量。另外，可以认为在预处理过程中高温和高pH的结合与单独的无论是嗜热或嗜温的厌氧消化相比都能够更有效地对有机物消毒。
应当注意丹麦环境能源部发布的第823号法令，该法令规定，受控消毒应当在70℃下停留1小时。鉴于此，根据本发明的优选实施方案，在随后的两种厌氧消化(嗜热或嗜温)前的处理是在70℃下停留1周，可以认为这样的处理能够完全消除所有已知的兽医和/或人体微生物和动物传染病原体。优选还能完全消除BSE蛋白感染素，或者至少能够大大减少其数量。
总体效果是当将粪便应用于农田时，淤浆中的所有传染性有机体都已完全消除，因此不会向环境中传播。为了保持畜栏等的清洁，还可以用消化后的淤浆冲洗第一个装置(动物厩舍)。从而可以防止动物之间的交叉感染。还可以进一步利用水漂洗动物和畜栏、排气口等。其效果是能够防止臭气、粉尘和传染剂的排放。这是可能的，因为具有补充水的淤浆不应当储存农田吸收速度所许可的期间。没有N的淤浆可以整年向农田散播。
但是在第一个方面中，为了允许其随后向农田散播，优选进行预处理，从而将淤浆消毒。
很明显：本发明涉及各个不同的方面，它们可以单独或联合地构成具有专利性的发明。下面的部分包括对本发明一个方面的各个不同部分(组成)的描述。图5和6给出了各个组成的总图。
应当理解的是，所选择的组成能够形成本发明其它方面的基础。决不能把本发明限定为下面所述的所有列举组成的结合。当本发明仅涉及下述组成中的其中一些时，这一点从说明书中可以明显地看出。这些方面的非限定性实施例包括浓缩N(氮)和/或P(磷)和/或K(钾)的装置；基于汽提罐、石灰蒸煮机和发酵罐的组成的能量生成；和动物福利/废水处理。
其中还应当理解的是，涉及消毒的下述方面不一定都包括所有下述组成。还应当理解的是，涉及消毒的方面包括仅仅一些下述组成的结合。
动物厩舍
动物厩舍(组成编号为1)用于提供最佳的食品安全和食品质量，为厩舍内的工作人员提供最佳的动物福利和工作条件，提供最佳的淤浆管理，适用于在绿色农场能源工厂内处理，并且能够减少向外部环境的排放量(氨气、粉尘、臭气、甲烷、一氧化二氮及其它气体)。
厩舍系统可以由一个或多个早期断奶厩舍组成，总共有10个设计为每年生产250家畜单位的部分。每一个部分圈养如640头小猪(7-30kg)或320头月巴猪(30-98kg)。
预计每年可产生约10000m3淤浆。除此之外，应当有5000-10000m3生产用水通过这些厩舍循环。厩舍系统优选能够满足下面这些主要条件：
1)双气候系统：优选将这些畜栏设计为双气候系统。畜栏后端应当装备可调的覆盖物，使猪有机会在有覆盖物的较温暖环境和畜栏其它部分的较寒冷环境之间选择。温差应当是5-10℃。
当小猪长到约30kg时，覆盖物应当用于提供通常更冷的动物厩舍。覆盖物可以使猪保持温暖。通过供给更冷的温度，可以在更冷的环境期间增加通风。
2)消遣：优选用自动装置为猪提供麦杆。从而刺激其寻找和挖掘行为，因为它们自己应当从自动装置中挑出麦杆。麦杆还作为能量工厂中的能源。
3)加热：优选将来自能量工厂的热量再循环至动物厩舍。这种热量可以由两个单独的循环系统供给。一个位于覆盖物下，其温度是30-35℃，该系统为猪提供舒适的微气候，使地板保持干燥，并且抑制细菌在地板上的生长。第二个系统利用沿厩舍墙壁的管道将热量供给整个空域。第二个循环与通风控制相偶联。
4)淋浴：优选在板条上方安装淋浴器。这些板条覆盖地板总面积的1/4。这样能够促使猪在板条上方便，而不在实心地板上方便。淋浴水将粪便冲入下水道，防止臭味、氨气损失等。清洁的实心地板能够大大减少粪便中的病原体如Slamonella、Lavsonia等可能引起的传染。
5)冲洗：优选一天冲洗几次粪便下水道。用来自能量工厂的生产用水冲洗下水道。粪便通过阀门流向中央下水道。
6)下水道的设计：用V型下水道减小粪便表面，同时还可以最优化地冲洗下水道。这一点对于减少动物厩舍的排放量是关键。
7)通风：设计通风口，使最大通风量的20％向下经由板条进入双V下水道之间的中央通风室。在全年的60-80％时间内，最大通风量的20％就足以提供缓慢通风。
8)饲养：用随意供应饲料的湿加料设备供给饲料。
淤浆收集槽
淤浆收集槽(组成编号为2)的功能是收集来自每天冲洗动物厩舍的淤浆，并且作为泵入主接收槽之前的缓冲器。淤浆通过重力作用流入收集槽。其体积可以是任何适当的体积，如50m3。该槽可以用混凝土制成，并且可以置于动物厩舍的地板下面，使来自动物厩舍的淤浆可以通过重力作用流入收集槽。
主接收槽
优选将收集槽中的淤浆泵入主接收槽(组成编号为3)。还可以向接收槽中加入来自其它农场/装置的其它类型的液体粪便/废物。任选的物质有水貂淤浆、牛淤浆、糖浆、酒糟、青贮饲料等。用卡车将这些物质输送至接收槽，直接加入接收槽。其体积/容积可以是任何适当的体积，如约1000m3。淤浆在汽提罐中的高度优选控制泵，这些泵能够将淤浆从接收槽中抽出。可以手工或自动调节剂量，在这些条件下其最大容积可以是任何适当的体积。
加入CaO
当淤浆从接收槽3泵入汽提罐时，为了提高pH，向淤浆中加入石灰。优选将石灰的总加入量调节至30-60g CaO/kg TS。供应的石灰优选是粉末，从而可以将其从卡车喷入筒仓。筒仓的体积/容积可以是如约50-75m3。30-60gCaO/kg TS的剂量对应于对于带有6％TS的3.5m3/h的淤浆容积来说每小时加入约6-12kg CaO。
当直接加入淤浆(6％TS)中时，石灰剂量约为60g/kg TS产率(约8.8kgCaO/h)。但优选将石灰直接加入碱性加压消毒和水解单元。当将石灰直接加入加压单元(E-介质中持有20-70％TS)，石灰剂量约为30-60g/kg TS。60g/kgd.m.约等于每批342kg CaO，而30g/kg d.m.约等于每批171kg CaO。
天平装置
优选应当用天平(组成编号为5)对引入的E-介质(含有能量的有机物)称重。供应商优选将供给装置的介质进行分类，即厚垫草、能源作物等各种类型。
应当通过在控制面板上选择相关的E-介质进行分类。根据供应商的登记面板，记录收到的E-介质的重量及介质的种类。
控制面板以此将每一种E-介质分类(参见碱水解)：
·能源潜力
·需要的加热时间
·需要的停留时间
厚垫草和能源作物的接收站
接收站(组成编号为6)应当接收来自如家禽或其它动物的厚垫草和能源作物。接收站优选是在地板上装备有几个螺旋运输机的大筒仓。卡车可以将其负载的所有E-介质全部直接加入筒仓。在这些条件下其体积/容积可以是任何适当的体积，例如，E-介质(约51.5％TS)的年容积约为9800吨。筒仓的体积可以从几立方米至约对应于几天(65h)容积的100m3。筒仓材料优选是混凝土/钢铁。
用于能源作物的筒仓
用于能源作物的筒仓(组成编号为7)为能源作物提供储存装置。优选将这些作物青贮。其体积/容积可以是如约5000-10000m3。筒仓可以是封闭的隔室，从这些隔室可以收集青贮饲料的汁液，然后将其泵入接收槽。
厚垫草和能源作物的运输和均质化系统
厚垫草和能源作物的运输和均质化系统(组成编号为8)优选接收来自接收站地板上螺旋运输机的E-介质。可以用其它螺旋运输机将E-介质输送至蒸煮单元，同时优选用集成浸渍机浸渍。在这些条件下其体积/容积可以是任何需要的体积，包括约1.5m3 E-介质/h或8200吨E-介质/年。运输和均质化系统的容积优选不低于约30m3/h。应当用三个基本参数控制E-介质的加入量，即体积、单位体积的重量和时间。从这些参数可以得到单位时间的体积、时间、总体积和重量。
碱性加压消毒和水解单元
碱性加压消毒和水解单元(组成编号为9)应当主要用于两个目的：即，第一，消除E-介质，特别是各种家禽或其它动物产品中的微生物病原体；第二，为了能够在发酵罐中将其微生物降解，同时水解垫草的结构组分。
如果加入装置的废物中存在有BSE蛋白感染素，则该单元还优选应当能够将其消除，或者至少大大减少其数量。这些废物包括加工动物时生成的不能用于消费的肉和骨粉、动物脂肪或类似产品。
加压消毒器中的填充物由运输和均质化系统提供，运输和均质化系统将E-介质输送至天平装置部分所定义的相应类型的E-介质中。
压力蒸煮单元由两个相同的单元组成，即，两个拉长的带有中心螺杆的管状水平腔室。为了易于装载下面的管，以一个在另一个上面的方式将两个管固接。这些单元被下侧的舱口覆盖。该舱口应当能够将来自舱口下的蒸汽热引向介质。
石灰从CaO筒仓加入上面的蒸煮单元，即，每批加入342kg石灰。
下面的管接收来自上面单元的预热E-介质。
将下面的单元排空，使E-介质进入体积为25m3的小混合槽。E-介质在这里与来自接收槽3的淤浆混合，然后将混合物泵入汽提罐。
CaO管包括一个支管，使得CaO能够直接加入这两个管下面的混合容器。混合腔室用于混合消毒的E-介质和来自接收槽的原淤浆，以提供均质化生物质，并且重新利用E-介质的热量。
关键的工艺参数是E-介质的干料含量、温度、压力和pH。在大范围的各种可能组合中，最佳参数设定为：温度为160℃，压力为6巴，干料含量约为30％，pH约为12。
消毒单元中的停留时间由几个时间段组成：1、填充时间；2、在上面管中的预热时间；3、在下面管中的加热时间；4、在选择的温度和压力下的停留时间；5、释压时间；6、排空时间；和7、CIP时间。
填充时间段由将E-介质输送至加压消毒器并与加入的淤浆相混合所需要的时间组成。填充时间应当约为10分钟。填充后，应当在6巴的压力下将E-介质加热到160℃。在上面管中进行预热，然后在下面管中进行最终加热。加热时间预计约为30-40分钟。
在所需温度和压力下的停留时间应当约为40分钟(在160℃的温度和6巴的压力下)。
释压时间约为10分钟。将压力释放入汽提罐。
操作螺旋运输机进行排空。
CIP时间。有时候进行清洁，通常不需要。
加压蒸煮机的体积是每单元10m3。填充程度约为75-90％。混合容器的体积是25m3。
下面示出一个操作条件的例子。
| 范围 | 选择值 | 单位 |
| TS | 10-30 | 30 | ％总重量 |
| 温度 | 120-160 | 160 | ℃ |
| 压力 | 2-6 | 6 | 巴 |
| pH | 10-12 | 12 | pH |
为了控制消毒单元，在供应商登记E-介质的面板上优选应当定义下述事项：E-介质的重量、体积和类别。从而可以对输送至加压蒸煮机的每一种E-介质定义下述事项：
-每一种E-介质的能源潜力
-需要的加热时间
-需要的停留时间
-和淤浆混合需要的混合时间
-根据E-介质所需要使用的能量
-填充程度，来自雷达/微波计的信号
-基于操作员的目测的经验值
用于加压消毒的E-介质和原淤浆的混合槽
在加压单元中进行消毒和水解后，处理后的生物质可以膨胀进入优选位于加压单元下面的混合槽(组成编号为10)。为了在生物质膨胀进入混合槽之前收集氨气和将热量传递到汽提罐，可以将过多的压力(蒸汽)释放入汽提罐。
混合槽的目的是将来自接收槽的冷原淤浆与热的消毒E-介质混合，以进行热传递(热量的再使用)和混合这两种介质。
其体积/容积是如约25m3。可以使用任何合适的材料，包括绝缘玻璃纤维。工作温度一般约为70-95℃。
用于液体生物质的槽
在整个工厂的开工阶段，应当用用于液体生物质的槽(组成编号为11)中盛有的液体生物质保证足够高的沼气产量。但是，当这些液体生物质可以得到时，有时也可以使用这样的液体生物质。液体生物质包括如鱼油、动物或植物油脂。也可以使用酒糟和糖浆，但是不优选使用酒糟和糖浆，因为其水分含量较高，导致每kg产品的潜能低。
其体积/容积一般约为50m3。适用于该槽的材料是不锈钢。槽内的物质优选是液体和粒径最大为5mm的固体。优选设置有控制温度用的搅拌和加热系统，如发酵罐的进料泵。温度优选应当是至少75℃，使得油状或脂状生物质能够泵入发酵罐。
汽提和消毒槽
优选用汽提和消毒槽(组成编号为12)接收下述介质：
-来自接收槽3的淤浆和/或
-来自加压蒸煮机的E-介质，和/或
-可能来自液体生物质槽的液体生物质，和/或
-来自分离槽或可能是来自K分离后的废水。
该槽的目的是通过加热来自接收槽3的淤浆而使加压蒸煮机中使用的热量再生，使E-介质与淤浆混合从而生成供入发酵罐的均质化原料，在向发酵罐供料之前控制pH，将淤浆消毒。
步骤I是用汽提和消毒槽汽提氨气，步骤II是将气体导入通常用于最终汽提工艺的吸收塔。消除微生物病原体，制备用于厌氧消化的介质/淤浆。
目前优选的一种汽提和消毒槽的形状是：
底部/地板
-隔热的混凝土圆锥形，向下的角度是20度
-减弱的搅拌/从地板中除去砂子，或者根据乳牙象状(mummut)泵系统除去砂子
-置于底部中的砂滤器，通过外部管线连接可以将其排空，还可以通过该砂滤器将槽排空。
顶部/顶蓬
-夹层隔热异脂类(Isofatalic)聚酯(包覆泡沫)的圆锥形结构。锥角约为10度。
-安装喷水系统，避免在搅拌工艺和普通工艺中产生泡沫。
-置于圆锥顶部上的慢速搅拌系统，确保最佳均质化、氨气的最佳蒸发和热量在介质中的最佳分布。
-氨气通过管道中的湿气输送至吸收单元。
侧面/墙壁
-夹层隔热异脂类聚酯(包覆泡沫)的圆柱形结构。
-在槽内的圆柱体环形面内安装约600米5/4″的加热管，用于加热介质。
-安装一些温度传感器，用于调节加热过程。
-安装pH测量计，用于调节加入介质中的酸。
-在底部圆柱体外壁上安装隔热阀/泵站。
-在槽的中间设置氨气蒸汽分散器。碱性消毒和水解单元中生成的氨气蒸汽分散到介质中。
体积/容积：该圆柱体墙壁的内径约为12m，其高为9m。这意味着包括底部圆锥形在内的槽处理体积约为1000m3。
淤浆和E-介质的水力停留时间约为7天，绝对最小停留时间约为1小时。
在一个优选实施方案中，底部基本上是用混凝土、臂铁和耐压隔热材料制成。为了防止混凝土和臂铁受到腐蚀损坏，用异脂类聚酯涂覆与介质接触的表面。底部安装的所有管线都是聚酯或不锈钢的。顶部和底部基本上都是夹层隔热异脂类聚酯(包覆泡沫)结构。安装的所有管线都是聚酯或不锈钢的。
其它部件
-用不锈钢制成的搅拌部件
-用涂层的软钢和/或不锈钢制成的加热部件
-安装在槽内的用不锈钢制成的所有其它部件
在一个优选实施方案中，在该系统中从淤浆汽提氨气的缺省参数值是：温度约为70℃；pH约为10-12；液气比＜1∶400，操作1周，得到大于90％的效率。
下面列出可想象的运行条件的一个例子：
介质：所有分出的液态动物粪便和加压消毒的固体或液体E-介质，各种液体有机废物，CaO。
运行温度：70-80℃
运行气体的组合：80％NH4，15％CO2，3％O2，2％的其它气体
隔热k值：0.20W/m2K
运行的最大压力：+20毫巴(绝对压力)(没有真空)
介质中的最大粘度：15％TS
碱/酸范围：5-10pH
介质中的初始研磨剂(不包括砂子)：1-2％
加热部件中的最大温度：90℃
加热部件中的最大功率：600kW
传递效果：7.5kW/20-25rpm
汽提和消毒槽为发酵罐供应用于发酵的处理材料。在时控工艺中，该材料被输送至发酵罐。这些材料的需要量取决于发酵罐中的消化工艺。可以使用一个、两个、三个或多个发酵罐。
来自碱性加压工艺的淤浆和E-介质有规律地填充汽提和消毒槽。最后得到约15％的干料(15％TS)。一些液面控制开关调节槽内的物质量。TS测量单元调节TS含量。每次在填充淤浆和E-介质后1小时可以将E-介质泵入发酵罐。
汽提和消毒槽的顶部优选通过氨气吸收单元通风(步骤I)，用pH测量单元调节CaO的需要量。
通过温度传感器调节E-介质的温度。
时控工艺可任选地将水/淤浆泵入喷水系统(drizzle system)，防止泡沫的生成。
生产沼气的发酵罐
用优选包括三个发酵罐(组成编号为13、14和15)的多步发酵罐系统消化生物质。也可以使用具有更少和更多发酵罐的系统。
为了得到最大的适应性和最佳的蒸汽生产量，优选将这些发酵罐连接在一起。应当将这些发酵罐设计为在嗜热(45-65℃)和嗜温(25-45℃)温度下能够正常运转。
在有机负载率、停留时间和最大消化力(最小90％VS)方面可以优化消化工艺。为了将生物质加热到优选的运行温度，发酵罐内可以包括螺旋加热器。
顶部固接的慢速搅拌系统能够确保最佳均质化和热量在生物质内的分布。
通过加入必需量的有机酸(液体)可以调节pH。
发酵罐优选接收下述介质：
-来自汽提和消毒槽的E-介质
-来自液体生物质槽的液体生物质
-来自酸罐的酸
在一个优选实施方案中，罐的具体形状是：
底部/地板
-隔热的混凝土圆锥形，向下的角度是20度
-减弱的搅拌/从地板中除去砂子，或者根据乳牙象状泵系统除去砂子
-置于底部中的砂滤器，通过外部管线连接可以将其排空，还可以通过该砂滤器将罐排空。
顶部/顶蓬
-软钢的圆锥形结构。锥角约为10度
-安装喷水系统，避免在搅拌工艺和普通工艺中产生泡沫。
-置于圆锥顶部上的慢速搅拌系统，确保最佳均质化和热量在介质中的最佳分布
-沼气通过管道中的湿气输送至气袋。
侧面/墙壁
-软钢的圆柱形结构。
-在槽内的圆柱体环形面内安装约600米5/4″的加热管，用于加热介质。
-安装一些温度传感器，用于调节加热过程。
-安装pH测量计，用于调节加入介质中的酸。
-在底部圆柱体外壁上安装隔热阀/泵站。
每一个罐的体积/容积可以有适当的净容积，包括约1700m3的净容积。
用于发酵罐的材料可以是下面所规定的材料：
底部
-底部基本上是用混凝土、臂铁和耐压隔热材料制成
-为了防止混凝土和臂铁受到腐蚀损坏，用异脂类聚酯涂覆与介质接触的表面
-底部安装的所有管线都是聚酯或不锈钢的
顶部和墙壁
-顶部和墙壁基本上是软钢结构
-安装的所有管线都是聚酯、不锈钢或软钢管线
其它部件
-用软钢制成的搅拌部件
-用软钢制成的加热部件
-安装在槽内的用不锈钢或软钢制成的所有其它部件
运行条件可以是任何合适的条件，包括：
介质：所有分出的动物粪便，主要是猪淤浆。浸渍的能源作物。一些类型的有机废物，CaO，有机酸
运行温度：35-56℃
运行气体的组合：65％CH4，33％CO2，2％的其它气体
隔热k值：0.25W/m2K，热量损失估计为10kW
运行的最大压力：+20毫巴(绝对压力)(没有真空)
介质中的最大粘度：12％TS
碱/酸范围：5-10pH
介质中的初始研磨剂(不包括砂子)：1-2％
加热部件中的最大温度：80℃
加热部件中的最大功率：600kW
传递效果：7.5kW/20-25rpm
消化应当在约55℃下进行。热量损失估计约为10kW。可以在14天内将罐内的生物质从5℃加热至55℃，加入酸可以调节pH。
在发酵罐中进行pH调节的有机酸用槽
优选还设置有在发酵罐中进行pH调节的有机酸用槽(组成编号为16)。
分离槽之前的脱气淤浆用缓冲槽
生物质在发酵罐内进行消化后，脱气后的生物质在进入分离槽进行分离前泵入小缓冲槽(组成编号为17)。
分离槽装置
分离槽装置(组成编号为18)的功能是从生物质中提取悬浮固体(ss)和P。
分离槽将消化后的生物质分成两部分：i)包括P的固体，和ii)废水。
固体部分含有25-35％的d.m。消化后的生物质中约90％的ss和65-80％的P被提取。在分离槽中进行分离前如果向缓冲槽中加入PAX(KemiraDanmark)，则可以提取约95-99％的P。用无轴螺旋运输机将固体部分输送至容器。
废水中含有0-1％的ss和溶解的K。ss的含量取决于是否加入PAX。废水的主要成分是溶解的K，其量占生物质中原始K含量的约90％。将废水泵入废水槽。
P部分输送系统和处理
用运输机螺杆和传送带形成的P部分运输系统(组成编号为19)将固体物部分(通常称为P部分)从分离槽装置输送至一系列容器。
普通的传送带将P部分输送至仓库，这些P部分在仓库里堆积数英里，用堆肥薄膜覆盖，进行堆肥。堆肥过程能够使P部分进一步干燥，从而使d.m含量升高至50-60％。
第二个汽提N的步骤
优选从废水中有效地汽提氨气，其余量优选是约10mg NH4-N/Itr或更低。
优选用在环境压力下操作的汽提塔进行第二个汽提步骤。汽提塔主要得益于氨气和水具有不同的沸点。在接近100℃的温度下能够最有效地提取氨气。为加热原料所使用的能量是一个基本的运行参数。因此，在原料进入汽提塔之前应当用汽提单元将原料预热至接近100℃。可以使用蒸汽-水热交换器中的电动发动机产生的蒸汽(也可能是温水和蒸汽)来实现这一目的。
当加热的原料进入汽提塔在塔上渗滤并且同时用逆流的自由蒸汽将其加热至运行温度时，蒸汽/氨气随后就在两段冷凝器中冷凝。
现在没有氨气的水从塔的底板泵入液面受控的出口泵。
汽提的氨气流向两段洗涤冷凝器的底部，氨气主要冷凝在逆流的冷却氨气冷凝物中。没有冷凝的氨气随后冷凝在逆流的纯水中(可能从最终的反渗透步骤中渗透)。在该步骤中如果需要使用酸或必须使用酸，则使用硫酸是合适的。这样可以得到最终浓度更高的氨水。
为了能够使用酸，洗涤冷凝器优选用聚合物制成。
氨气吸收塔(和第一次和/或第二次N汽提一起使用)
为了更灵活地加入酸，使用冷凝洗涤塔。冷凝洗涤塔(组成编号为21)优选建成两段，使得在第一段中没有冷凝的氨气部分随后在第二段中冷凝。这在全逆流情况下进行，使得水的加入量尽可能少。从而可以得到氨气浓度最大的最终冷凝物(大于25％)。氨水产品可以用一个单独的泵抽出，也可以用循环泵上的一个阀取出。在逆流水中加入硫酸有助于吸收。
硫酸槽
硫酸槽(组成编号为22)用于储存汽提N工艺中使用的硫酸。
NS槽
NS槽(组成编号为23)用于储存汽提的N。
气站
优选设置一个气站(组成编号为24)作为向如电动发动机加料的缓冲站。
废水槽
优选将废水从分离槽装置泵入废水槽(组成编号为25)。
废水槽装备有静态操作的淹没式微过滤器。微过滤器应当能够除去大于0.01-0.1μm的颗粒。在膜处建立0.2-0.6巴的负压。使渗透物通过该膜吸吮，使颗粒截留在膜表面上。为了防止膜堵塞和结垢，必须用定期反洗工序除去膜表面上的覆料。
微处理器控制装置应当能够自动控制渗透物的提取和反洗工序。通过定期反洗工序使提取中断，例如每300秒的运行时间中断35秒。总流速应当是2-6m3/h。
使用充气以帮助微过滤。充气能够在膜表面上施加剪切应力，从而减少结垢和堵塞现象。进一步向废水中充气，促进剩余有机物的需氧分解、氮化和去氮化。从而在微过滤过程中除去可能残留的臭味、硝酸盐等。
从该槽中出来的渗透物应当用于：
·冲洗动物厩舍、下水道、板条等。
·进一步分离。利用反渗透浓缩溶解的K，将K部分储存在单独的储槽内。从该渗透物流中还提取出用于冲洗动物厩舍的水。
·还可以用其它方法如机械或蒸汽压缩法浓缩K。这取决于每一个具体装置的具体选择和用于蒸汽压缩的过量热量。
应当在规定间隔内排空盛有来自微过滤的浓缩物的废水槽以除去颗粒浓缩物。将颗粒浓缩物加入来自分离槽的K部分或P部分。
K槽
K槽(组成编号为26)用于储存钾(K)浓缩物。
气体净化
发酵罐中生产的沼气可能含有痕量硫化氢(H2S)，在热电联合装置中燃烧沼气之前必须将其脱除(组成编号为27)。
用某些能够将H2S氧化成磷酸盐的需氧细菌净化气体。这些细菌属主要是公知的来自几种陆地和海洋环境的硫杆菌属。也可以使用其它菌属如Thimicrospira和噬菌霉属。
用废水冲洗充填有具有很大表面积的塑料管的由玻璃纤维制成的槽，使填料保持潮湿。沼气流经填料塔，(大气)气流加入沼气气流。加入大气，使气流中的氧气浓度达到0.2％，即，足以氧化H2S，又不会形成沼气和氧气的爆炸混合物。使用环端(ring side)鼓风机。
热电联合装置(CHP)
CHP(组成编号为28)的主要部件可以是如和用于发电的发电机连接的气燃机。与产热相比，CHP主要优先考虑尽可能多地发电。优选用循环水路(90℃)冷却气燃机，热量用于装置中，用于加热如动物厩舍。
在同流换热器中用废气生产蒸汽。在装置，即加压消毒单元和N汽提单元II(优先者)中用蒸汽作为加热源。根据蒸汽量的多少，还可以将其用于浓缩废水中的K(缝隙蒸发)。
在蒸汽和热流之间安装一个热交换器，从而可能将蒸汽系统的热传递到加热系统。
除上述发电机组外，还安装一个蒸汽锅炉。该锅炉用于产生启动该工艺的热量，该锅炉还用作发电机组的备用装置。
如果生产出超过装置需要的蒸汽，则多余的产量可以在冷却器中闪蒸。
为了启动装置(加热发酵罐)等，用燃油锅炉提供热量。一旦生成气体，则燃油炉就转向燃气炉。一旦气体产量大到足以启动发电机，则发电机将接管热量的生产。
分离钾
至少有两种从废水中分离钾的备用方法(组成编号为29)。在沼气产量较高的情况下，电动发电机产生过量的热(160℃的蒸汽)，这些热量可以用来浓缩K。没有养分的馏出物可用于农田灌溉或通过整个装置再循环。
在沼气产量较低的情况下，可以用微过滤器从废水中过滤大于0.01-0.1μm的颗粒，产生适用于在标准反渗透过滤器中处理的渗透物。优选将K浓缩成10-20％的溶液。
第二个方面(BSE蛋白感染素)
本发明的第二个方面是大大减少和/或消除粪便、饲料、屠宰场废物、肉和骨粉等中含有的BSE蛋白感染素。将预处理和消化相结合可以实现这一目的。在上面列举的组成中补加一个用于附加预处理含BSE蛋白感染素的底物的装置，如石灰加压蒸煮机。石灰蒸煮可用于水解各种包括含蛋白感染素的材料的有机底物。
BSE蛋白感染素是抗蛋白酶攻击的蛋白质。但是，如果在优选为140-180℃的温度、优选为4-8巴的压力和约10-12的pH条件下用石灰处理，则蛋白感染素将部分水解，从而可以被微生物酶如蛋白酶、酰胺酶等分解。生物反应器中存在有微生物，并且因为底物已经被汽提氨气，所以与总碳相比，总N的含量低，微生物易于额外产生细胞外蛋白酶和能够水解BSE蛋白感染素的蛋白酶。长的停留时间也有助于使BSE蛋白感染素有效分解。
第三个方面(浓缩N和P)
在第三个优选方面，本发明可用于分离动物粪便中的主要养分氮(N)和磷(P)，并且将这些养分精炼成工业级或有机肥级的肥料产品。将第一个方面的组成和沉降式离心机结合可以实现这一目的。
N和P是淤浆中的主要养分，淤浆在动物厩舍内通常是过量的。如第一个方面中所述，汽提和收集N，将P留在剩余的消化淤浆中。但是，如果进行沉降式离心分离，则P可以和有机及无机固体一起从淤浆中分离。
结果是，淤浆中优选超过90％的N和P收集在各自部分中。剩余的废水中含有一些钾(K)和痕量的N和P。因此，废水适合在一年中的任何时候播撒农田。
用附加的耦合膜充气和过滤可以从废水中提取钾(K)。简而言之，陶瓷微过滤器同时用作分散器和过滤器。过滤器淹没在废水中，间歇地进行充气和过滤操作。充气能够使剩余的有机物分解，并且沉淀无机片状物。因此，处理后的水适用于膜过滤，因为这样可以防止堵塞和结垢。通过相同膜的充气(空气反冲洗)还可以防止这些膜堵塞和结垢。
产品是浓缩物(主要含K)和适用于农田播撒的过滤水(要求非常有限的面积)。
与第一个方面相同，废水还可以通过动物厩舍再循环。
P部分适用于进一步干燥，生成工业级的粒状物。N和K部分同样也是工业级。
具体到第三个方面，将其设计为浓缩淤浆和其它有机底物中含有的主要养分N和P(和K)，生成工业级肥料。
但是，如果沉降式离心机和GFE沼气与淤浆分离系统的其它组成相结合，特别是和N汽提单元相结合，则将引起农民的极大关注。N汽提和沉降离心分离的结合意味着淤浆中的大部分N和P被分离和收集在各自的部分中。特别要强调的是，存在于片状物中的P将被沉降式离心机提取出来。
可以根据每一种养分的具体需求将它们施用于农田。还可以将沉降离心分离后的废水通过动物厩舍再循环。可以清洁畜栏中的地板和板条，这在良好的室内气候、减少氨气和其它气体排放量、频繁冲洗淤浆下水道等方面是附加优点。
废水中可能含有大部分钾(K)，而P部分中存在小部分钾。这意味着在汽提淤浆中的氨气和分离P的情况下，可以根据具体需求储存和应用N和P，而废水在一年内都可以作为废水使用。
可以预计：需要播撒面积约为需要施用淤浆面积-调和面积的1/4，这1/4部分在4年内将穿过整个调和面积。
不管是否有可能进一步处理废水(见相关部分)，一些农民无疑对仅用一个消化淤浆用的反应器汽提N和P感到非常满意。即使可以忽略用沉降式离心机对P的汽提，但是因为浓缩N后剩下没有N的稀淤浆，所以可以在任何时间内向除冻结农田之外的农田播撒。
一些农民对提供给他们的整个系统的一些部件感到非常满意，而其它农民对更适合其所处条件的任何组合感到满意。在所有情况下，利用沉降式离心机的N汽提在实际农作中引人关注。
根据市场需要，可以将来自整个工艺的废水进行最终处理。
因此，我们面临的挑战是处理废水，使其适用于膜过滤，还要减少50-60％以上体积的上述废水。我们面临的挑战还有在新方案中要使用公知的廉价而有效的技术。
解决方法如下：
向淤浆充气是公知的，在2-4周内用大气充气产生需氧消化。
充气能够达到下述效果：
首先，用约20℃的所谓低温汽提法在吸收塔(可以与预处理过程中使用的相同)中汽提和收集剩余的氨气。要求的较宽的液气比约为1∶2000(Liao等人，1995)。
第二，分解剩余的有机物和气味组分(Camarero等人，1996；Burton等人，1998；Doyle和Noüe，1987；Garraway，1982；Ginnivan，1983；Blouin等人，1988)。
第三，将汽提后可能剩余的氨气硝化成硝酸盐(Argaman Y.，1984；G_nenc和Harremoёs，1985)。
用新的污水废物技术使充气和过滤相结合，即，将充气和在陶瓷过滤器上的过滤相结合的微过滤技术(Bouhabila等人，1998；Scott等人，1998；Zaloum等人，1996；Engelhard等人，1998)。在一个作业中可以达到节能充气和过滤。通过“空气反冲洗”还可以用充气法清洁陶瓷膜(Visvanathan等人，1997；Silva等人，2000)。
这样就留下适用于在标准渗透膜上分离(如果需要)的水相，因为结垢和堵塞问题出现的可能性极小。因此可以假定：在大幅降低能量成本的条件下可以减少大量需要处理的废水体积，尽管有一些能量用于充气。
即使不进行膜过滤，最终汽提氨气和脱除剩余的气味组分也促进充气操作本身。
第四个方面(再生能源)
该优选方面的主要设备是由汽提罐和石灰蒸煮机组成的预处理装置和生物反应器的灵活和多步骤(至少3步骤)工艺。
在第四个优选方面，本发明可以用于以包括所有种类的动物粪便、能源作物、作物残渣和其它有机废物的有机底物为原料大量生产沼气。
第一个和第二个优选方面的预处理装置可以使用各种有机底物，而多段沼气装置可以完全消化底物，从而可以产生最大的能量。
在石灰蒸煮机中预处理富N和不服帖(recalcitrant)的底物如家禽粪便和厚垫草。在底物进入汽提罐和以后的反应器之前，在嗜温反应器中预消化蒸煮的底物。
预消化能够确保速效有机物分解，能够确保N以氨气的形式释放到溶液中。从而在汽提罐中收集大量的N，在随后能量装置的反应器中分解不服帖的有机底物。根据底物的质量，也可以使其直接进入汽提罐，然后在反应器中消化。结果是可以生成大量沼气，即，一般可以生成比淤浆所含能量高5-10倍的能量。
在GFE沼气和分离系统中的处理还可以确保养分再循环到农田中。能源作物在分离反应器中消化，消化的生物质加入汽提罐。在汽提罐内，在分离反应器中停留期间没有分解的纤维将水解，氨气将收集在N部分中。因此，能源作物中含有的N可以再循环到农田中，并且用于生产新的能源作物。每吨青贮饲料中约有1-3kg的N能够被重新利用。
根据本发明，优选对有机物进行汽提氨气，这对于沼气工艺来说，特别是在嗜热温度下是受到禁止的(Hansen等人，1998；Krylova等人，1997；Kayhanian，1994)。在预处理过程中汽提氨气，生物质也得以水解等。
该工艺优选分段在嗜热和嗜温部件中进行(Dugba和Zhang，1999；Han等人，1997；Gosh等人，1985；Colleran等人，1983)。这可以提高能量生产和工作稳定性，其中的原因是生物质在能够使甲烷菌分解底物的生物反应器中的停留时间延长。应当注意：反应器的总体积越大，加热需要的能量就越多。
除这种两步骤原理外，该装置还使用另外一个反应器预消化家禽粪便和类似的含N生物质。能源作物在能量装置中进行深加工之前也要在该反应器中消化。在这种第一次消化过程中，速效有机物的主要部分分解，氮释放到氨水形式的溶液中。现在可以在汽提罐中汽提氮，然后将其收集在N部分中。
消化的甜菜、玉米、三叶草等每吨湿重量中含有约1kg N，因此，将这种N收集在N部分中很重要。家禽粪便中更富有N，因此，在主沼气装置中进行深消化前还可以在预消化器中进行消化。
汽提和水解能够确保不服帖的纤维也可以在上述预处理条件下进行消化。在下述主沼气装置中的消化能够确保最大的气体产量。
第五个方面(动物福利)
在第五个优选方面中，本发明可以用于确保圈养在动物厩舍中的动物的最佳福利和健康，同时又能减少粉尘和气体如氨气的排放。可以通过在动物厩舍里冲洗或再循环废水来实现这一目的，冲洗或再循环废水是为了冲洗畜栏、地板、板条、粪便下水道等。这可以减少借以使臭味、氨气和粉尘释放到室内空气中的排放表面。
该系统还可以使用麦杆，而不会增加粉尘和氨气的排放量。麦杆是重要的福利组分，特别是对于猪来说，对于其它动物来说也是重要的福利组分。麦杆为这些动物提供挖掘和消遣材料及结构饲料。
沉降离心分离处理(第三个方面)后或者可能在第一次消化(第一个方面)后得到的废水适用于冲刷动物厩舍。这种冲刷能够清除板条上的麦杆和粪便混合物。
在进一步优选的方面中，可以优选使核心发明与其它方面任意结合。在所有结合中优选都包括第一个方面。
因此，从上述本发明的优选方面和实施方案的说明中可以清楚地看到，本发明提供下述方案：
一种改善沼气生产的方法，所说的方法包括下述步骤：
i)从包括粪便及其淤浆的有机物中汽提包括氨气的N，并且任选地使有机物水解，
ii)将如此得到的有机物导入沼气发酵罐，和
iii)将有机物发酵，得到沼气。
上述方法还可以包括在涉及沉降式离心分离的分离步骤中将发酵沼气时得到的固体分离的步骤。由该分离步骤得到单独的P和/或K部分，优选是颗粒形式的P和/或K部分。
在另一个实施方案中，上述步骤还包括将发酵沼气时得到的液体任选地在经过进一步净化步骤后向畜栏或动物厩舍再循环的步骤。
在另一个实施方案中，汽提包括氨气的N的步骤与涉及热水解步骤和/或碱水解步骤的步骤同时进行，或先后进行，或者以任意页序进行，其中，任一步骤或这两个步骤都是在本申请前面所述的升温和/或加压条件下进行。
因此，在一个实施方案中，上述优选实施方案解决了与被不需要的微生物污染环境有关的问题，不需要的微生物包括存在于包括粪便及其淤浆的有机物中的鼠伤寒沙门氏菌DT104和/或与BSE相关的蛋白感染素。
在另一个实施方案中，上述优选实施方案解决了与在畜栏或动物厩舍里达到足够高的卫生标准有关的问题。这一目的可以通过减少和/或消除存在于包括粪便及其淤浆的有机物中的不需要的微生物和/或与BSE相关的蛋白感染素来实现。
在另一个实施方案中，上述优选实施方案解决了与在畜栏或动物厩舍里过量使用宝贵水源有关的问题。用下述方法解决这一问题：将沉降式离心分离步骤中得到的废水再利用，沉降式离心分离步骤用于将预处理有机物和/或汽提包括氨气的N和/或导致生成沼气的厌氧发酵中得到的固体和液体分离。同时还可以通过进一步净化步骤减少和/或消除微生物在废水中的存在。
本发明还提供工业上可接受标准的廉价肥料。这一目的是通过下述方法实现的：预处理后，汽提包括氨气的N，用沉降式离心机分离含P颗粒和含K颗粒，优选还包括热和碱水解。
本发明的另一方面提供一种减少有机物中存在的存活微生物和/或BSE蛋白感染素数目的方法，所说的方法包括下述步骤：
i)提供包括固体和/或液体部分的有机物，
ii)使有机物经过下述步骤，减少所说的有机物中的存活微生物和/或BSE蛋白感染素的数目：
a)石灰加压蒸煮步骤，和/或
b)在预定温度下加热有机物和/或在预定压力下处理有机物和/或在有机物中加入碱或酸的步骤，和/或
c)导致有机物至少部分水解的步骤，
其中，步骤a)、b)和c)可以同时进行，或先后进行，或者以任意顺序进行，和
iii)得到包括至少数目减少了的存活微生物和/或BSE蛋白感染素的加工有机物。
本发明的方法可以消除各种微生物，包括选自动物微生物、传染性微生物、寄生病原体微生物的微生物，还包括这些微生物的组合体。其例子包括但不限定为细菌如弯曲菌、沙门氏菌、耶尔森菌、蛔虫、类似的微生物和寄生有机体、及病毒、类病毒等。
石灰蒸煮步骤还用于使有机物消毒，在这种情况下，没有存活微生物能够存在于该加工步骤中。石灰优选包括或者基本由CaO或Ca(OH)2组成。
优选地是，该消毒步骤还能够破坏或消除存在于有机物中的所有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素。当任一上述步骤后微生物和/或蛋白感染素减少时，其减少量是如90％、80％、70％、60％，或者优选至少减少50％。
在一个实施方案中，优选在对有机物进行N汽提步骤前通过石灰加压蒸煮改善沼气的生产。但是，在对石灰加压蒸煮后的有机物进行N汽提步骤前还可以将其发酵。
当有机物是植物原料时，在将其N汽提之前优选将其青贮。植物原料的青贮有机物在N汽提前还可以发酵。将被青贮的有机物优选包括一年生饲料作物如甜菜、玉米、三叶草，其中任选地包括植物的顶部。
有机物的石灰加压蒸煮优选在下述条件下进行：温度为约100℃至约250℃，压力为2-20巴，加入足够多的石灰，使其pH值达到约9至约12，操作时间是至少1分钟至优选少于约60分钟。
每千克干料加入的包括CaO的石灰量优选是约2至约80克，如每千克干料约5至约80克，如每千克干料约5至约60克，如每千克干料约10至约80克，如每千克干料约15至约80克，如每千克干料约20至约80克，如每千克干料约40至约80克，如每千克干料约50至约80克，如每千克干料约60至约80克。
石灰加压蒸煮机的操作条件的一个例子是温度范围是约120℃至约220℃，压力为约2巴至优选低于约18巴，操作时间是至少1分钟至优选少于约30分钟。
操作条件的另一个例子是温度范围是约180℃至约200℃，压力为约10巴至优选低于约16巴，pH值是约10至约12，操作时间是约5分钟至约10分钟。
在上述方法的后面可以有许多附加步骤。在一个实施方案中，一个附加步骤是将加工后的有机物导入沼气发酵罐，将加工后的有机物发酵得到沼气。另一个附加步骤涉及用加工后的有机物补充包括农田的外部环境。也可以用发酵加工后的有机物得到的残余物补充包括农田的外部环境。
另一个附加步骤是在将有机物导入沼气发酵罐之前从所说的有机物中汽提包括氨气的氮(N)，这将提高和稳定沼气的生产。这样还可以使用富N的生物质进行汽提，然后在发酵罐中进行消化。将至少没有部分包括氨气的N的有机物发酵，生产沼气。
汽提的包括氨气的氮(N)优选吸收在塔中，然后任选地储存在槽内。当吸收在塔中时，汽提的包括氨气的氮(N)优选吸收在包括水或酸液，优选硫酸的塔中，然后任选地储存在槽内。
在一个优选实施方案中，本发明提供一种方法，其包括下述步骤：
i)使有机物经过下述步骤，消除、失活和/或减少所说的有机物中的存活微生物和/或BSE蛋白感染素的数目：
a)石灰加压蒸煮步骤，和/或
b)在预定温度下加热有机物和/或在预定压力下处理有机物和/或在有机物中加入碱或酸的步骤，和/或
c)导致有机物至少部分水解的步骤，
其中，步骤a)、b)和c)可以同时进行，或先后进行，或者以任意顺序进行，
ii)从所说的加工后的有机物中汽提包括氨气的N，
iii)将汽提N后的有机物导入沼气发酵罐，
iv)将汽提N后的有机物发酵，和
v)得到沼气和至少存活微生物和/或BSE蛋白感染素的数目减少了的发酵有机物。
非常优选的是，发酵得到的有机物中基本上不存在BSE蛋白感染素。
汽提包括氨气的氮(N)的步骤优选是用下述方法进行的：首先在有机物中加入足够多的石灰，使其在优选高于40℃的温度下的pH值提高到大于9，例如在优选高于40℃的温度下的pH值大于10，例如在优选高于40℃的温度下的pH值大于11，例如在优选高于40℃的温度下的pH值约为12。
在一些优选实施方案中，温度优选高于50℃，如高于55℃，如高于60℃。
在一个实施方案中，操作时间是2-15天。如4-10天，如6-8天。一套工艺参数的例子是：pH值为8-12，温度为70℃-80℃，液气比小于1∶400，操作时间约为7天。可以通过加入任何碱生成碱性条件。但是优选通过加入CaO或Ca(OH)2升高pH。
有机物可以包括固体和/或液体部分，如粪便及其淤浆、作物残渣、青贮作物、动物尸体或其部分、屠宰场废物、肉和骨粉、还包括上述物质的任意组合。在一个实施方案中，有机物包括最大为50％的固体部分，例如最大为40％的固体部分，例如最大为30％的固体部分，例如最大为20％的固体部分。有机物还可以是液体状态，并且包括最大为10％的固体部分。
有机物还可以包括麦杆、纤维或锯屑，在一个实施方案中，有机物中具有高含量的纤维，纤维含量优选超过10％(w/w)。有机物还可以具有高含量的复杂碳水化合物，包括纤维素和/或半纤维素和/或木质素，其含量优选超过10％(w/w)。石灰加压蒸煮含纤维素的有机物能够导致纤维素分解成小分子有机酸如甲酸、乙酸、乳酸等。
有机物还可以包括来自动物，优选来自牛、猪和家禽的厚垫草或粪便。还可以使用动物有机物，如动物尸体或其部分、屠宰场废物、肉和骨粉、血浆或任何源自动物的这些产品、可能存在有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的危险或安全材料。
在一个实施方案中，有机物包括或基本上由长度小于10cm的固体部分组成，如长度小于5cm的固体部分，如长度小于1cm的固体部分。
在石灰加压蒸煮机中处理有机物之前优选将其浸渍，优选用装备有浸渍机的螺旋运输机浸渍，浸渍机优选用耐锈和耐酸的钢制成。运输机将有机物输送至石灰蒸煮机，在蒸煮机中优选用喷射的蒸汽或石灰蒸煮机附近的装置的蒸汽或其结合的蒸汽加热有机物。
有机物还可以包括蛋白质或类似的包括多种元素的有机分子，包括构成BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的氨基酸及其组合，其中，石灰加压蒸煮和/或随后的包括厌氧发酵的发酵能够直接消除或破坏所说的BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素，或者能够使其易于破坏。动物源的有机物优选具有高含量的氮(N)，其含量优选超过10％。
通过加入水和/或含低浓度有机物的水，优选含低于10％固体部分的水可以得到液体淤浆形式的有机物。加入的水可以是再循环水、含低浓度的来自青贮植物的有机物的水、和/或清洁畜栏和/或清洁动物后收集的水、和/或在汽提N工艺前通过发酵得到的水、和/或来自一个或多个沼气生产装置的水、和/或在浓缩P肥过程中得到的水、和/或在浓缩K肥过程中得到的水、和/或收集的雨水。
在一个特别优选的实施方案中，水是来自沼气生产装置的废水、或在浓缩P肥过程中得到的废水、或在浓缩K肥过程中得到的水、或收集的雨水。
优选将有机物中存在的所有或大部分尿素和/或尿酸转化成氨气，其中，在其它部分所述的塔中将氨气吸收后，任选地将氨气收集起来。
除石灰加压蒸煮外的附加步骤是嗜温和/或嗜热发酵。因此，在石灰加压蒸煮机中处理后的有机物进行汽提N之前或之后可以导入用于嗜温和/或嗜热发酵的装置。
这两种发酵分别是通过能够进行嗜温或嗜热发酵的细菌群体进行的。在一个实施方案中，发酵是厌氧发酵。
优选在约15℃至优选低于约65℃的温度下进行发酵，例如约25℃至优选低于约55℃的温度，例如约35℃至优选低于约45℃的温度。
发酵优选进行约5天至优选少于15天，例如约7天至优选少于10天。
在一个实施方案中提供了一种方法，其中，沼气生产是在一个或多个装置中通过微生物，优选细菌群体进行的，沼气生产涉及有机物的厌氧发酵。当发酵有机物时，细菌优选生成大部分甲烷和小部分二氧化碳。优选在一个或多个装置中通过有机物的细菌厌氧发酵生产沼气。
在一个实施方案中，在两个装置中通过有机物的厌氧细菌发酵生产沼气，首先在第一个装置中用嗜热细菌发酵，然后将嗜热细菌发酵后的有机物导入第二个装置，在第二个装置中用嗜温细菌发酵。
嗜热反应条件优选包括45℃-75℃的反应温度，如55℃-60℃的反应温度。
嗜温反应条件优选包括20℃-45℃的反应温度，如30℃-35℃的反应温度。嗜热反应和嗜温反应都优选进行约5-15天，如约7-10天。
通过加入聚合物和/或植物油和/或一种或多种盐，优选菜油形式的植物油可以减少和/或消除任何可能形成的泡沫。盐优选包括或基本上由CaO和/或Ca(OH)2组成。
优选地是，通过加入能够在溶液或悬浮液中的有机物和无机物之间形成钙桥的钙离子使物质和颗粒在沼气生产过程中产生所需的絮凝，其中，所说的钙桥能够使颗粒形成“片状物”。加入钙离子还能够沉淀出正磷酸盐，包括溶解的(PO4 3-)，并且正磷酸盐优选以磷酸钙Ca3(PO4)2的形式沉淀，其中，沉淀的磷酸钙优选在淤浆中保持悬浮状态。
得到的沼气可以导入能够产热和/或发电的气体发动机。热量可用于加热石灰加压蒸煮机和/或发酵装置和/或汽提N反应器和/或一个或多个沼气装置和/或动物厩舍和/或人的住宅和/或加热家庭或人的住宅用水。电可以输出，售给用于配电的商业网。在一个优选实施方案中，将汽提N后剩下的经过消毒和发酵的有机物播撒在农田里。
除i)减少和/或消除不需要的微生物，ii)改善沼气生产，和iii)提供汽提N后经过消毒和发酵的高度有用的有机物外，本发明的另一方面还涉及从包括N源的有机物中生产含N肥的方法，所说的生产方法包括下述步骤：i)收集在汽提N步骤中从有机物中汽提的包括氨气的N，ii)将所说的包括氨气的N吸收在水或优选含有硫酸的酸液中，和iii)得到可以播撒在农田里的N肥。
本发明另一方面提供从包括P源的有机物中生产含磷(P)肥料的方法，所说的生产方法包括下述步骤：i)将来自沼气发酵罐的淤浆导入分离器，ii)将发酵后的有机物和无机物分成固体和主要是液体的部分，iii)得到包括部分P的主要是固体的部分，P优选是磷酸钙Ca3(PO4)2和悬浮在淤浆中的有机磷酸盐的形式，其中所说的固体部分能够用作在适当时能够播撒在农田里的P肥。
将发酵后的有机物和无机物分成固体和主要是液体的部分的分离器优选是沉降式离心机。可以任选地将包括P的主要是固体的部分干燥，生成包括P肥的颗粒，例如，使P部分在处于透气薄膜或覆盖物下的英里仓库中堆肥。
生产沼气时得到的废水和分离固体组分时得到的废水优选可以在青贮饲料的发酵和/或石灰加压蒸煮过程中和/或汽提N过程中和/或沼气生产装置中和/或清洁畜栏过程中再利用，和/或播撒在农田里，和/或导入传统的污水处理装置。
因此，本发明另一方面提供生产基本上清洁的废水的方法，所说的生产方法包括下述步骤：i)从分离器，优选沉降式离心机中得到包括废水的液体部分，废水中只有含量非常有限的N和P，其含量优选低于5％(w/v)，例如低于1％(w/v)，例如低于0.1％(w/v)，例如低于0.01％(w/v)，并且基本上没有能够传播人畜共患病、兽医病毒、感染菌、寄生虫或其它包括BSE蛋白感染素和其它蛋白感染素的传染剂的病源。对某些实施方案来说，如果废水中含有低于10％的源自淤浆中的N和P，则这样的废水也可以接受。
本发明另一方面提供从包括K源的有机物中生产含钾(K)月巴料的方法，所说的生产方法包括下述步骤：i)将来自第一个分离步骤(如本申请前面所述，用于分离含P的有机物)的液体部分导入第二个分离步骤，ii)从液体中分离剩余的有机和无机组分，iii)得到含K的固体部分，其中所说的固体部分能够用作在适当时能够播撒在农田里的K肥。
第二个分离步骤优选包括使含K的部分通过间歇地进行充气和过滤废水操作的陶瓷微过滤器，其中所说的充气优选能使剩余的有机物分解，并且能够使无机片状物沉降。
本发明另一方面提供生产清洁废水的方法，其中，在能够消除和/或降低水中N和P含量并且优选还能够分解剩余的有机物和气味组分的需氧处理系统中处理得到的废水，得到基本上没有N和P的废水，其中，所说的废水优选能够在适当时播撒在农田里，或者通过动物厩舍再循环。
上述充气操作可以用大气进行，操作条件为：充气时间为2-4周，温度约为20℃，液气比约为1∶2000。所有除去的N都可收集和导入本申请其它部分所述的吸收塔中。
因为用这种方法处理的废水能够清洁动物厩舍，所以本发明另一方面还提供改善动物厩舍或动物畜栏中的卫生的方法，所说的改善之处在于用得到的废水清洁畜栏。清洁涉及清洁和冲洗如畜栏、地板、板条、粪便下水道、顶蓬，为下水道通风，洗涤废气等，还涉及减少借以使臭味、氨气和粉尘释放到包括畜栏的预定位置的环境中的排放表面。
在一个实施方案中，优选用发酵能源作物后得到的废水或为生产沼气而进行的发酵后分离成固体和液体得到的废水或在该系统的后一工序得到的废水清洁畜栏。
本发明该方面还可以改善畜栏中的动物福利，方法是在畜栏中使用麦杆，麦杆为动物提供挖掘和消遣材料及结构饲料。在一个实施方案中，优选将含有机物的麦杆从畜栏导入石灰加压蒸煮机，在进一步加工之前水解有机物。改善畜栏中动物福利的另一个总目的在于能够喷淋动物，以减少微生物数目和动物皮毛的粉尘量，同时还能够降低动物的温度。
本发明以这种方式提供一种将动物粪便、能源作物和类似的有机底物的厌氧发酵和将消化后的生物质中存在的养分精炼成工业级的肥料和得到清洁的废水集成在一起的方法。
上述集成方法需要有多个部件的系统，或者选择这些部件，这些部件已经在本申请的其它部分得到详细描述。
一方面，该系统包括：
i)第一个装置，优选是圈养和/或饲养动物的动物厩舍或畜栏，这些动物优选是家畜，包括母牛、猪、牛、马、山羊、绵羊和/或家禽等，和/或
ii)第二个装置，优选至少一个用于预处理有机物的预处理装置，所说的有机物优选包括动物粪便和/或动物淤浆和/或植物部分，其中，所说的植物部分优选包括一种或多种麦杆、作物、作物残渣、青贮饲料、能源作物及任选的动物尸体或其部分、屠宰场废物、肉和骨粉、血浆或任何源自动物的这些产品、可能存在有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的危险或安全材料，和/或
iii)第三个装置，优选是能够用包括有机物的生物质产生其量改善的能量的能量装置，
其中，第一个装置包括：
a)清洁一个或多个地板、板条、畜栏、粪便下水道、淤浆下水道、动物，为动物厩舍或畜栏的下水道通风的系统，所说的的清洁包括使用清洁水，和/或
b)将清洁水，任选地以包括清洁水和有机物的淤浆形式的清洁水从动物厩舍或畜栏输送至第二个装置的系统，
其中，第二个装置包括：
a)第一个预处理槽，优选是用于下述目的的汽提罐：i)由自第一个装置导入第二个装置的淤浆中汽提包括氨气的N(氮)，或ii)由自第二个装置的附加预处理槽导出的有机物汽提包括氨气的N，其中，第一个预处理槽还可任选地用于水解有机物，和/或
b)第二个预处理槽，优选是用于水解包括自第一个装置导入第二个装置的有机物的淤浆的石灰加压蒸煮机，其中，所说的水解将消除、失活和/或减少淤浆或部分淤浆中存在的所有存活微生物和/或病原体数目，和/或
c)至少一个主槽，优选是用于生成包括谷物/玉米、能源作物、甜菜和作物残渣中的至少一种或多种的青贮植物材料的青贮饲料槽，和/或
d)至少一个副槽，优选是用于发酵青贮饲料和/或石灰加压蒸煮后的有机物的预处理发酵槽，其中，发酵条件选自嗜温发酵条件和/或嗜热发酵条件；
其中，第三个装置包括：
a)至少一个沼气发酵罐，淤浆和/或有机物从第二个装置导入该发酵罐，发酵罐用于在嗜温发酵条件和/或嗜热发酵条件下将有机物发酵，生成主要包括甲烷的沼气，和/或
b)至少一个用于收集沼气的罐，其中，该罐任选地与沼气配送出口连接，或者与内燃机连接，和/或
c)至少一个第一分离器，优选是沉降式离心机，在该分离器中，来自至少一个沼气发酵罐的发酵材料被分离成废水形式的基本上是液体的部分和基本上是固体的部分，其中，所说的固体部分包括含固体磷(P)的有机和无机材料，和/或
d)至少一个第二分离器，优选是陶瓷微过滤器，在第二分离器中优选通过充气和过滤将来自至少一个第一分离器的废水进一步处理，其中，所说的处理能够脱除至少一些，但优选大部分臭味组分、氮(N)化合物和钾(K)化合物中的一种或多种，其中，所说的分离还能够产生含有与分离前相比其量减少的臭味组分、氮(N)化合物和钾(K)化合物中的任何一种或多种的废水。
该系统优选包括构成封闭系统的管线，防止或减少系统内的粉尘、微生物、氨气、空气、液体或任何其它组分中的任何一种或多种的排放。
来自至少一个青贮饲料槽、至少一个预处理发酵槽、至少一个沼气发酵罐、至少一个第一分离器和至少一个第二分离器中的一种或多种的液体部分或废水优选再次利用，清洁动物厩舍或畜栏。
来自至少一个青贮饲料槽、至少一个预处理发酵槽、至少一个沼气发酵罐、至少一个第一分离器和至少一个第二分离器中的一种或多种的液体部分或废水优选在淤浆分离和沼气生产系统的任一步骤中再利用，使有机物保持合适的流体状态。
该系统能够在所说的有机物进入用于汽提包括氨气的N的汽提罐之前向有机物中加入包括CaO和/或Ca(OH)2的石灰，优选加入足量的石灰，使pH值为约10至约12，加入石灰的步骤还可以任选地与包括有机物的淤浆的加热步骤和充气步骤相结合。
有机物在该系统的汽提罐内优选保留5-10天，例如7天。汽提罐内的温度优选是60℃-80℃。优选向汽提罐中的有机物或进入汽提罐之前的有机物中加入的Ca(OH)2的量是每千克干料有机物加入约30-60克。
该系统能够促进汽提罐中汽提的包括氨气的N的收集，还能够促进所说的汽提N导入在其中将包括氨气的N吸收在水或优选含有硫酸的酸液中的塔中，还可以任选地将吸收的氨气储存在罐内。优选将用这种方法吸收在水或酸液中的N用作肥料。
该系统的石灰加压蒸煮机优选是首先能够将有机物切成小段，然后能够将小段有机物导入一个在其中将所说的小段有机物加热并同时使其处于由于升温而造成的高压下的腔室内的装置。在有机物进入石灰加压蒸煮机之前或之后，向要在石灰加压蒸煮机中处理的有机物中加入一定量的包括CaO和/或Ca(OH)2的石灰。
向石灰加压蒸煮机中加入的CaO的量优选是每千克干料有机物加入5-10克。系统的操作温度是100℃-220℃，例如180℃-200℃。温度的选择取决于要处理的有机物，有机物中纤维素、半纤维素和木质素的含量越高，选择的温度越高，或者根据有机物中含有传染性微生物或包括BSE蛋白感染素的病原体化合物的危险程度选择较高的温度。
压力优选是2巴至优选低于16巴，如4巴至优选低于16巴，如6巴至优选低于16巴，如10巴至优选低于16巴。该系统在升高的温度下操作约5-10分钟，但是也可以使用更长的处理时间。
在石灰加压蒸煮机中汽提的包括氨气的N优选收集和导入一个在本申请其它部分所述的塔中，并被吸收。
在一个实施方案中，该系统能够促进在进一步导入汽提罐之前将青贮饲料如玉米、能源作物、甜菜和/或作物残渣导入嗜温或嗜热发酵罐。
该系统还能够促进在导入汽提罐之前石灰加压蒸煮的有机物导入嗜温或嗜热发酵罐。
该系统还能够促进有机物的发酵和沼气生产的优化，方法是提供包括用于汽提包括氨气的N和/或在预定工艺参数(包括pH值、温度、充气、时间、悬浮材料的抑泡和絮凝)的条件下的碱性水解的预处理装置。
在另一个实施方案中，该系统能够确保沼气生产发酵罐中含有的微生物群体的优化条件。这一目的可以通过如将来自汽提罐的杀菌或消毒淤浆导入至少一个第一沼气发酵罐来实现，其中，所说的杀菌或消毒淤浆不会抑制或伤害发酵罐中生产沼气的微生物群体。具体来说，从中汽提包括氨气的N的有机物可以导入沼气反应器，在该沼气反应器中，发酵条件保证嗜温发酵。一旦有机物已经进行嗜温发酵，优选将有机物导入该系统的另一个沼气反应器，在该沼气反应器中，发酵条件能够保证嗜热发酵。
嗜热反应条件包括约45℃-75℃的反应温度，如约55℃-60℃的反应温度。嗜温反应条件包括约20℃-45℃的反应温度，包括约30℃-35℃的反应温度。
该系统允许嗜热反应和嗜温反应都进行大约或至少5-15天，如大约或至少7-10天，优选至少7天。
该系统包括能够防止泡沫形成的装置，其中，所说的装置中可以加入如聚合物和/或包括菜油的植物油和/或不同的盐，这些盐包括含CaO和/或Ca(OH)2的盐。
该系统可以在同一个反应器中再次利用来自沼气反应器的至少一部分发酵有机物，其中，所说的发酵有机物可以作为进行发酵的微生物群体的接种体。
在一个实施方案中，该系统可以将包括含固体部分的液体的淤浆导入第一个分离器，将包括有限液体部分的固体材料与主要是液体的部分分离。所说的主要是固体的部分包括含P(磷)及其化合物的有机和无机材料。可以将所说的主要是固体的部分进一步干燥，所述部分包括肥料。该系统的第一个分离器优选是沉降式离心机。
该系统还可以使来自第一个分离器的废水在第二个分离器中处理，所说的第二个分离器包括陶瓷微过滤器，通过充气和过滤进一步处理来自第一个分离器的废水，并且任选地脱除所有残余的臭味组分、所有残余的氮化合物和/或所有含K(钾)的组分，剩下基本上没有所说的残余组分的非常清洁的废水。
该系统可以将来自嗜热沼气反应器或来自第一个和/或第二个分离器的废水导入农田、导入废水处理装置或导入净化装置、或导入生物处理装置，以根据需要进一步净化。
本发明的系统或方法可以用于：
消除或减少系统内，特别是来自动物厩舍的粉尘、微生物、氨气、污染空气、液体或其它所有组分向环境的排放。
改善包括有机物的生物质中含有的能量的利用。
改善包括甲烷气和含甲烷气的沼气的生产。所说的气体可以储存在当地的罐中和/或导入气体配送的商业网。
从有机物中得到分离的N(氮)、P(磷)及可能的K(钾)部分。所说的这些部分具有商业价值，可以作为肥料为农业和园艺作物施肥。
根据动物畜栏的产物改善所说的动物畜栏中的动物福利和卫生。所说的产物包括粪便、淤浆和屠宰动物。当屠宰动物时，清洁的动物能够降低肉被感染的危险性。
得到一种处理动物尸体或其部分、肉和骨粉或其它任何动物产品，并且以精炼肥料形式将其处理至农田的方法，因此，本发明的优点是能够使农业或园艺植物生产获益于动物产品中含有的微量和大量养分。
Claims (157)
1、一种减少有机物中存在的存活微生物和/或BSE蛋白感染素数目的方法，所说的方法包括下述步骤：
i)提供包括固体和/或液体部分的有机物，
ii)使有机物经过下述加工步骤，减少所说的有机物中的存活微生物和/或BSE蛋白感染素数目：
a)石灰加压蒸煮步骤，和/或
b)在预定温度下加热有机物和/或在预定压力下处理有机物和/或在有机物中加入碱或酸的步骤，和/或
c)导致有机物至少部分水解的步骤，
其中，所说的加工步骤a)、b)和c)可以同时进行，或者以任意页序进行，和
iii)得到包括至少数目减少了的存活微生物和/或BSE蛋白感染素的加工有机物。
2、根据权利要求1的方法，其还包括将加工有机物导入沼气发酵罐，将加工有机物发酵后得到沼气的步骤。
3、根据权利要求1的方法，其还包括用加工有机物补充包括农田的外部环境的步骤。
4、根据权利要求2的方法，其还包括用发酵加工有机物得到的残余物补充包括农田的外部环境的步骤。
5、根据权利要求2的方法，其还包括在将有机物导入有机物的沼气发酵罐之前从所说的有机物中汽提包括氨气的氮(N)的步骤和将至少不含部分包括氨气的N的有机物发酵生产沼气的步骤。
6、根据权利要求1-5中任一项的方法，其中，所说的微生物选自动物微生物、传染性微生物和寄生病原体微生物，还包括这些微生物的组合。
7、根据权利要求1和5中任一项的方法，其中，所说的包括固体和/或液体部分的有机物选自粪便及其淤浆、作物残渣、青贮作物、动物尸体或其部分、屠宰场废物、肉和骨粉，还包括上述物质的任意组合。
8、根据权利要求5的方法，其中，在有机物进行汽提N步骤前将所说的有机物进行石灰加压蒸煮而进一步改善沼气的生产。
9、根据权利要求8的方法，其中，石灰加压蒸煮后的有机物在进行汽提N步骤前进行发酵。
10、根据权利要求5的方法，其中，植物源的有机物在导入汽提N步骤前进行青贮。
11、根据权利要求10的方法，其中，植物源的青贮有机物在进行汽提N步骤前进行发酵。
12、根据权利要求1的方法，其包括下述步骤：
i)使有机物经过下述加工步骤，消除、失活和/或减少所说的有机物中的存活微生物和/或BSE蛋白感染素数目：
a)石灰加压蒸煮步骤，和/或
b)在预定温度下加热有机物和/或在预定压力下处理有机物和/或在有机物中加入碱或酸的步骤，和/或
c)导致有机物至少部分水解的步骤，
其中，步骤a)、b)和c)可以同时进行，或者以任意顺序进行，
ii)从所说的加工有机物中汽提包括氨气的N，
iii)将汽提N后的有机物导入沼气发酵罐，
iv)将汽提N后的有机物发酵，和
v)得到沼气和至少存活微生物和/或BSE蛋白感染素的数目减少了的发酵有机物。
13、根据权利要求12的方法，其中，发酵得到的有机物中基本上不存在BSE蛋白感染素。
14、根据权利要求5的方法，其中，汽提包括氨气的氮(N)的步骤是用下述方法进行的：首先在有机物中加入一定量的石灰，使其在优选高于40C的温度下的pH值大于9。
15、根据权利要求14的方法，其中，pH值大于10。
16、根据权利要求14的方法，其中，pH值大于11。
17、根据权利要求14的方法，其中，温度高于50℃。
18、根据权利要求14的方法，其中，温度高于60℃。
19、根据权利要求14的方法，其中，操作时间是2-15天。
20、根据权利要求14的方法，其中，操作时间是4-10天。
21、根据权利要求14的方法，其中，操作时间是6-8天。
22、根据权利要求14的方法，其中，pH值是8-12，温度是70C-80℃，液气比小于1∶400，操作时间约为7天。
23、根据权利要求14的方法，其中，有机物包括最大为50％的固体部分。
24、根据权利要求14的方法，其中，有机物包括最大为40％的固体部分。
25、根据权利要求14的方法，其中，有机物包括最大为30％的固体部分。
26、根据权利要求14的方法，其中，有机物包括最大为20％的固体部分。
27、根据权利要求14的方法，其中，有机物是流体状态，包括最大为10％的固体部分。
28、根据权利要求14的方法，其中，有机物是通过加入水和/或含低浓度有机物的水，优选含低于10％固体部分的水得到的液体淤浆。
29、根据权利要求28的方法，其中，加入水包括含低浓度的来自青贮植物的有机物的水、和/或清洁厩舍和/或清洁动物后收集的水、和/或在汽提N工艺前通过发酵得到的水、和/或来自一个或多个沼气生产装置的水、和/或在浓缩P肥过程中得到的水、和/或在浓缩K肥过程中得到的水、和/或收集的雨水。
30、根据权利要求28的方法，其中，加入水是来自沼气生产装置的废水。
31、根据权利要求28的方法，其中，加入水是在浓缩P肥过程中得到的废水。
32、根据权利要求28的方法，其中，加入水是或在浓缩K肥过程中得到的水。
33、根据权利要求28的方法，其中，加入水是收集的雨水。
34、根据权利要求14的方法，其中，通过加入CaO升高pH。
35、根据权利要求14的方法，其中，通过加入Ca(OH)2升高pH。
36、根据权利要求14的方法，其中，汽提的包括氨气的氮(N)在任选地储存在槽内之前吸收在塔中。
37、根据权利要求14的方法，其中，汽提的包括氨气的氮(N)在任选地储存在槽内之前吸收在包括水或酸液，优选硫酸的塔中。
38、根据权利要求1-14中任一项的方法，其中，有机物的石灰加压蒸煮步骤是在下述条件下进行的：温度为约100℃至约250℃，压力为2-20巴，加入足够多的石灰，使其pH值达到约9至约12，操作时间是至少1分钟至优选少于约60分钟。
39、根据权利要求38的方法，其中，有机物还包括来自动物，特别是来自牛、猪和家禽的厚垫草或粪便。
40、根据权利要求38的方法，其中，有机物还包括动物尸体或其部分、屠宰场废物、肉和骨粉、血浆或任何源自动物的这些产品、可能存在有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的危险或安全材料。
41、根据权利要求38的方法，其中，有机物还包括蛋白质或类似的包括多种元素的有机分子，包括构成BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的氨基酸及其组合，其中，厌氧发酵能够直接消除或破坏所说的BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素，或者能够使其易于破坏。
42、根据权利要求38的方法，其中，有机物还包括麦杆、纤维或锯屑。
43、根据权利要求38的方法，其中，有机物中具有高含量的纤维，纤维含量优选超过10％(w/w)。
44、根据权利要求38的方法，其中，有机物中具有高含量的复杂碳水化合物，碳水化合物包括纤维素和/或半纤维素和/或木质素，其含量优选超过10％(w/w)。
45、根据权利要求38的方法，其中，含纤维素的有机物在石灰加压蒸煮后分解成小分子有机酸如甲酸、乙酸、乳酸等。
46、根据权利要求38的方法，其中，有机物中存在的所有尿素或尿酸都转化成氨气，其中，按照权利要求36或37所述的方法任选地将氨气收集起来。
47、根据权利要求38的方法，其中，石灰包括或者基本由CaO或Ca(OH)2组成。
48、根据权利要求47的方法，其中，CaO的加入量是每千克干料加入约2克至约80克。
49、根据权利要求47的方法，其中，CaO的加入量是每千克干料加入约5克至约60克。
50、根据权利要求38的方法，其中，温度是约120℃至约220℃，压力是约2巴至优选低于约18巴，操作时间是至少1分钟至优选少于30分钟。
51、根据权利要求38的方法，其中，温度是约180℃至约200℃，压力是约10巴至优选低于16巴，pH值是约10至约12，操作时间是约5分钟至约10分钟。
52、根据权利要求38的方法，其中，有机物包括或基本上由长度小于10cm的固体部分组成。
53、根据权利要求38的方法，其中，有机物包括或基本上由长度小于5cm的固体部分组成。
54、根据权利要求38的方法，其中，有机物包括或基本上由长度小于1cm的固体部分组成。
55、根据权利要求38和52-54中任一项的方法，其中，有机物在石灰蒸煮机中处理之前被浸渍。
56、根据权利要求55的方法，其中，装备有优选用耐锈和耐酸的钢制成的浸渍机的螺旋运输机将有机物输送至石灰蒸煮机，在蒸煮机中用喷射的蒸汽或石灰蒸煮机附近的装置的蒸汽或其结合的蒸汽加热有机物。
57、根据权利要求38的方法，其中，石灰加压蒸煮机处理后的有机物在进行汽提N之前导入用于嗜温和/或嗜热发酵的装置。
58、根据权利要求57的方法，其中，发酵是通过细菌群体进行的。
59、根据权利要求57的方法，其中，发酵是厌氧发酵。
60、根据权利要求57的方法，其中，动物源的有机物具有高含量的氮(N)，其含量优选超过10％。
61、根据权利要求57的方法，其中，发酵是在约15℃至优选低于约65℃的温度下进行的。
62、根据权利要求57的方法，其中，发酵是在约25℃至优选低于约55℃的温度下进行的。
63、根据权利要求57的方法，其中，发酵是在约35℃至优选低于约45℃的温度下进行的。
64、根据权利要求57的方法，其中，发酵进行约5天至优选少于15天。
65、根据权利要求57的方法，其中，发酵进行约7天至优选少于10天。
66、根据权利要求10的方法，其中，被青贮的有机物包括一年生饲料作物如甜菜、玉米、三叶草，其中任选地包括植物的顶部。
67、根据权利要求1-14中任一项的方法，其中，沼气生产是在一个或多个装置中通过微生物，优选细菌群体进行的，沼气生产涉及有机物的厌氧发酵。
68、根据权利要求67的方法，其中，当有机物发酵时，细菌产生大部分甲烷和小部分二氧化碳。
69、根据权利要求67的方法，其中，沼气生产是在一个或多个装置中通过有机物的厌氧细菌发酵进行的。
70、根据权利要求67的方法，其中，沼气生产是在两个装置中通过有机物的厌氧细菌发酵进行的，首先在第一个装置中用嗜热细菌发酵，然后将嗜热细菌发酵后的有机物导入第二个装置，在第二个装置中用嗜温细菌发酵。
71、根据权利要求70的方法，其中，嗜热反应条件包括45℃-75℃的反应温度。
72、根据权利要求70的方法，其中，嗜热反应条件包括55℃-60℃的反应温度。
73、根据权利要求70的方法，其中，嗜温反应条件包括20℃-45℃的反应温度。
74、根据权利要求70的方法，其中，嗜温反应条件包括30℃-35℃的反应温度。
75、根据权利要求70的方法，其中，嗜热反应进行约5-15天。
76、根据权利要求70的方法，其中，嗜热反应进行约7-10天。
77、根据权利要求70的方法，其中，嗜温反应进行约5-15天。
78、根据权利要求70的方法，其中，嗜温反应进行约7-10天。
79、根据权利要求70的方法，其中，通过加入聚合物和/或植物油和/或一种或多种盐减少和/或消除任何可能形成的泡沫。
80、根据权利要求79的方法，其中，植物油是菜油。
81、根据权利要求79的方法，其中，盐包括或基本上由CaO和/或Ca(OH)2组成。
82、根据权利要求67的方法，其中，通过加入能够在溶液或悬浮液中的有机物和无机物之间形成钙桥的钙离子使物质和颗粒在沼气生产过程中产生所需的絮凝，所说的钙离子使颗粒形成“片状物”。
83、根据权利要求82的方法，其中，加入钙离子还能够沉淀出正磷酸盐，包括溶解的(PO4 3-)，并且正磷酸盐优选以磷酸钙Ca3(PO4)2的形式沉淀，其中，沉淀的磷酸钙优选在淤浆中保持悬浮状态。
84、根据权利要求67的方法，其中，得到的沼气导入能够产热和/或发电的气体发动机。
85、根据权利要求84的方法，其中，所说的热量用于加热石灰加压蒸煮机和/或发酵装置和/或汽提N反应器和/或一个或多个沼气装置和/或动物厩舍和/或人的住宅和/或加热家庭或人的住宅用水。
86、根据权利要求84的方法，其中，所说的电输出和售给用于配电的商业网。
87、根据权利要求67的方法，其中，汽提N后剩下的经过消毒和发酵的有机物播撒在农田里。
88、根据权利要求1-14的方法，其中，微生物包括细菌如弯曲菌、沙门氏菌、耶尔森菌、蛔虫、类似的微生物和寄生有机体、及病毒、类病毒等。
89、根据权利要求5-14中任一项的方法，其还包括从包括N源的有机物中生产含N肥的步骤，所说的生产方法包括下述步骤：i)收集在汽提N步骤中从有机物中汽提的包括氨气的N，ii)将所说的包括氨气的N吸收在水或优选含有硫酸的酸液中，和iii)得到可以播撒在农田里的N肥。
90、根据权利要求5-14的方法，其还包括从包括P源的有机物中生产含磷(P)肥料的步骤，所说的生产方法包括下述步骤：i)将来自沼气发酵罐的淤浆导入分离器，ii)将发酵后的有机物和无机物分成固体和主要是液体的部分，iii)得到包括部分P的主要是固体的部分，P优选是磷酸钙Ca3(PO4)2和悬浮在淤浆中的有机磷酸盐的形式，其中所说的固体部分能够用作在适当时播撒在农田里的P肥。
91、根据权利要求90的方法，其中，分离器是沉降式离心机。
92、根据权利要求90的方法，其中，通过任选地使P部分在处于透气薄膜或覆盖物下的英里仓库中堆肥而将包括P的主要是固体的部分干燥，生成包括P肥的颗粒。
93、根据权利要求5-14的方法，其中，生产沼气时得到的废水和分离固体组分时得到的废水在青贮饲料的发酵和/或石灰加压蒸煮过程中和/或汽提N过程中和/或在沼气装置中和/或清洁畜栏过程中再利用，和/或播撒在农田里，和/或导入传统的污水处理装置。
94、根据权利要求5-14的方法，其还包括生产基本上清洁的废水的步骤，所说的生产方法包括下述步骤：i)从分离器中得到包括废水的液体部分，废水中只有含量非常有限的N和P，并且基本上没有能够传播人畜共患病、兽医病毒、感染菌、寄生虫或其它包括BSE蛋白感染素和其它蛋白感染素的传染剂的病源。
95、根据权利要求94的方法，其中，废水含有低于10％的源自淤浆中的N和P。
96、根据权利要求5-14的方法，其还包括从包括K源的有机物中生产含钾(K)肥料的步骤，所说的生产方法包括下述步骤：i)将来自第一个分离步骤的液体部分导入第二个分离步骤，ii)从液体中分离剩余的有机和无机组分，iii)得到含K的固体部分，其中所说的固体部分用作在适当时能够播撒在农田里的K肥。
97、根据权利要求96的方法，其中，第二个分离步骤包括使含K的部分通过间歇地进行充气和过滤废水操作的陶瓷微过滤器，所说的充气优选能使剩余的有机物分解，并且能够使无机片状物沉降。
98、根据权利要求94的方法，其还包括生产清洁废水的步骤，其中，在能够消除和/或降低水中N和P含量并且优选还能够分解剩余的有机物和气味组分的需氧处理系统中处理得到的废水，得到基本上没有N和P的废水，其中，所说的废水优选能够在适当时播撒在农田里，或者通过动物厩舍再循环。
99、根据权利要求98的方法，其中，用大气进行充气操作2-4周。
100、根据权利要求98的方法，其中，温度保持在约20℃。
101、根据权利要求98的方法，其中，液气比约为1∶2000。
102、根据权利要求98的方法，其中，将除去的N收集和导入根据权利要求36和37所述的吸收塔中。
103、根据权利要求94的方法，其还包括改善动物畜栏中的卫生的步骤，所说的改善之处在于用得到的废水清洁畜栏。
104、根据权利要求103的方法，其中，清洁畜栏包括清洁和冲洗畜栏、地板、板条、粪便下水道、顶蓬，为下水道通风，洗涤废气等，还包括减少借以使臭味、氨气和粉尘释放到包括畜栏的预定位置的环境中的排放表面。
105、根据权利要求103的方法，其中，用发酵能源作物后得到的废水或为生产沼气而进行的发酵后分离成固体和液体得到的废水或在该系统的后一工序得到的废水清洁畜栏。
106、根据权利要求103的方法，其还包括在畜栏中用麦杆改善畜栏中的动物福利的方法，该方法为动物提供挖掘和消遣材料及结构饲料，并且将所说的含有机物的麦杆从畜栏导入石灰加压蒸煮机，在进一步加工之前水解有机物。
107、根据权利要求103的方法，其还包括改善畜栏中动物福利的方法，该方法包括喷淋动物，以减少微生物数目和动物表面上的粉尘量，同时还能够降低动物的温度。
108、根据上述权利要求中任一项的方法，其还包括其中为就地加工有机物而在农田里设置有包括动物粪便、能源作物和类似的有机底物的厌氧发酵和将消化后的生物质中存在的养分精炼成工业级的肥料和得到的清洁废水的集成系统的方法。
109、一种系统，其包括：
i)第一个装置，优选是圈养和/或饲养动物的动物厩舍或畜栏，这些动物优选是家畜，包括母牛、猪、牛、马、山羊、绵羊和/或家禽等，和/或
ii)第二个装置，优选至少一个用于预处理有机物的预处理装置，所说的有机物优选包括动物粪便和/或动物淤浆和/或植物部分，其中，所说的植物部分优选包括一种或多种麦杆、作物、作物残渣、青贮饲料、能源作物及任选的动物尸体或其部分、屠宰场废物、肉和骨粉、血浆或任何源自动物的这些产品、可能存在有BSE蛋白感染素或其它蛋白感染素的危险或安全材料，和/或
iii)第三个装置，优选是能够用包括有机物的生物质产生其量改善的能量的能量装置，
其中，第一个装置包括：
a)清洁一个或多个地板、板条、畜栏、粪便下水道、淤浆下水道、动物，为动物厩舍或畜栏的下水道通风的系统，所说的的清洁包括使用清洁水，和/或
b)将清洁水，任选地呈包括清洁水和有机物的淤浆形式的清洁水从动物厩舍或畜栏输送至第二个装置的系统，
其中，第二个装置包括：
a)第一个预处理槽，优选是用于下述目的的汽提罐：i)由自第一个装置导入第二个装置的淤浆中汽提包括氨气的N(氮)，或ii)由自第二个装置的附加预处理槽导出的有机物汽提包括氨气的N，其中，第一个预处理槽还可任选地用于水解有机物，和/或
b)第二个预处理槽，优选是用于水解包括自第一个装置导入第二个装置的有机物的淤浆的石灰加压蒸煮机，其中，所说的水解将消除、失活和/或减少淤浆或部分淤浆中存在的所有存活微生物和/或病原体数目，和/或
c)至少一个主槽，优选是用于生成包括至少一种或多种谷物/玉米、能源作物、甜菜和作物残渣的青贮植物材料的青贮饲料槽，和/或
d)至少一个副槽，优选是用于发酵青贮饲料和/或石灰加压蒸煮后的有机物的预处理发酵槽，其中，发酵条件选自嗜温发酵条件和/或嗜热发酵条件。
其中，第三个装置包括：
a)至少一个沼气发酵罐，淤浆和/或有机物可以从第二个装置导入该发酵罐，发酵罐用于在嗜温发酵条件和/或嗜热发酵条件下将有机物发酵，生成主要包括甲烷的沼气，和/或
b)至少一个用于收集沼气的罐，其中，该罐任选地与沼气配送出口连接，或者与气体发动机连接，和/或
c)至少一个第一分离器，优选是沉降式离心机，在该第一分离器中，来自至少一个沼气发酵罐的发酵材料被分离成废水形式的基本上是液体的部分和基本上是固体的部分，其中，所说的固体部分包括含固体磷(P)的有机和无机材料，和/或
d)至少一个第二分离器，优选是陶瓷微过滤器，在第二分离器中优选通过充气和过滤将来自至少一个第一分离器的废水进一步处理，其中，所说的处理能够脱除至少一些，但优选大部分臭味组分、氮(N)化合物和钾(K)化合物中的一种或多种，其中，所说的分离还能够产生含有与分离前相比其量减少的臭味组分、氮(N)化合物和钾(K)化合物中的任何一种或多种的废水。
110、根据权利要求109的系统，其中，来自至少一个青贮饲料槽、至少一个预处理发酵槽、至少一个沼气发酵罐、至少一个第一分离器和至少一个第二分离器中的一种或多种的液体部分或废水被再利用于清洁动物厩舍或畜栏。
111、根据权利要求109的系统，其中，该系统包括构成封闭系统的管线，防止或减少系统内的粉尘、微生物、氨气、空气、液体或任何其它组分中的任何一种或多种的排放。
112、根据权利要求109的系统，其中，来自至少一个青贮饲料槽、至少一个预处理发酵槽、至少一个沼气发酵罐、至少一个第一分离器和至少一个第二分离器中的一种或多种的液体部分或废水在淤浆分离和沼气生产系统的任一步骤中再利用，使有机物保持合适的流体状态。
113、根据权利要求109的系统，其中，在所说的有机物进入用于汽提包括氨气的N的汽提罐之前向有机物中加入包括CaO和/或Ca(OH)2的石灰，优选加入足量的石灰，使pH值为约10至约12，加入石灰的步骤可以任选地与包括有机物的淤浆的加热步骤和充气步骤相结合。
114、根据权利要求109的系统，其中，有机物在汽提罐内保留5-10天，任选7天。
115、根据权利要求109的系统，其中，汽提罐内的温度是60℃-80℃。
116、根据权利要求109的系统，其中，向汽提罐中的有机物或进入汽提罐之前的所说的有机物中加入的Ca(OH)2的量是每千克有机物中的干料加入30-60克。
117、根据权利要求109的系统，其中，从汽提罐中收集汽提的包括氨气的N，并将其导入在其中将氨气吸收在水或优选含有硫酸的酸液中的塔中，还可以任选地将吸收的氨气储存在罐内。
118、根据权利要求109的系统，其中，将吸收在酸液中的N用作肥料。
119、根据权利要求109的系统，其中，石灰加压蒸煮机是首先能够将有机物切成小段，然后将小段有机物导入一个在其中将所说的小段有机物加热并同时使其处于由于升温而造成的高压下的腔室内的装置。
120、根据权利要求109的系统，其中，向要在石灰加压蒸煮机中处理的有机物中加入一定量的石灰。
121、根据权利要求109的系统，其中，向要在石灰加压蒸煮机中处理的有机物中加入CaO或Ca(OH)2形式的石灰。
122、根据权利要求109的系统，其中，向要在石灰加压蒸煮机中处理的有机物中加入CaO。
123、根据权利要求109的系统，其中，向要在石灰加压蒸煮机中处理的有机物中加入的CaO的量是每千克有机物中的干料加入5-10克。
124、根据权利要求109的系统，其中，石灰加压蒸煮机中的有机物温度是100℃-220℃，所说的温度的选择取决于要处理的有机物，有机物中纤维素、半纤维素和木质素的含量越高，选择的温度越高，或者根据有机物中含有传染性微生物或包括BSE蛋白感染素的病原体化合物的危险程度选择较高的温度。
125、根据权利要求109的系统，其中，石灰加压蒸煮机中的有机物温度是180℃-200℃。
126、根据权利要求109的系统，其中，石灰加压蒸煮机中的有机物压力是10-16巴。
127、根据权利要求1 09的系统，其中，石灰加压蒸煮机中的有机物在升高的温度下处理5-10分钟。
128、根据权利要求109的系统，其中，在石灰加压蒸煮机中汽提的包括如权利要求117所述将氨气的N收集和导入塔中，并且被吸收。
129、根据权利要求109的系统，其中，在进一步导入汽提罐之前将包括但不限定为玉米、能源作物、甜菜和/或作物残渣的青贮饲料导入嗜温或嗜热发酵槽。
130、根据权利要求109的系统，其中，在进一步导入汽提罐之前将石灰加压蒸煮的有机物导入嗜温或嗜热发酵槽。
131、根据权利要求109的系统，其中，通过预处理优化有机物的发酵和沼气的生产，包括汽提包括氨气的N和在包括适当的pH值、温度、充气、时间、悬浮材料的抑泡和絮凝的条件下的碱性水解。
132、根据权利要求109的系统，其中，通过将来自汽提罐的杀菌或消毒淤浆导入主沼气发酵罐而优化沼气生产发酵罐中的微生物条件，所说的杀菌或消毒淤浆不会抑制或伤害发酵罐中生产沼气的微生物群体。
133、根据权利要求109的系统，其中，将从中汽提包括氨气的N的有机物导入其中是嗜温条件的沼气反应器。
134、根据权利要求109的系统，其中，将嗜温发酵后的有机物导入其中是嗜热条件的沼气反应器。
135、根据权利要求133的系统，其中，嗜热反应条件包括45℃-75℃的反应温度。
136、根据权利要求133的系统，其中，嗜热反应条件包括55℃-60℃的反应温度。
137、根据权利要求133的系统，其中，嗜温反应条件包括20℃-45℃的反应温度。
138、根据权利要求133的系统，其中，嗜温反应条件包括30℃-35℃的反应温度。
139、根据权利要求133的系统，其中，嗜热反应进行5-15天。
140、根据权利要求133的系统，其中，嗜热反应进行7-10天。
141、根据权利要求133的系统，其中，嗜温反应进行5-15天。
142、根据权利要求133的系统，其中，嗜温反应进行7-10天。
143、根据权利要求133的系统，其中，通过加入聚合物和/或植物油和/或不同的盐限制任何可能形成的泡沫。
144、根据权利要求143的系统，其中，植物油是菜油。
145、根据权利要求143的系统，其中，盐包括CaO和/或Ca(OH)2。
146、根据权利要求109的系统，其中，有机物嗜温发酵和嗜热发酵各进行至少7天。
147、根据权利要求109的系统，其中，来自沼气反应器的部分发酵有机物在该特定反应器中再次利用，所说的发酵有机物用作进行发酵的微生物群体的接种体。
148、根据权利要求109的系统，其中，将包括含固体材料的液体的淤浆的发酵有机物导入第一个分离器，将包括有限液体部分的固体材料与主要是液体的部分分离，所说的主要是固体的部分包括含P(磷)及其化合物的有机和无机材料，将所说的主要是固体的部分被进一步干燥且其包括肥料。
149、根据权利要求109的系统，其中，第一个分离器是沉降式离心机。
150、根据权利要求109的系统，其中，使来自第一个分离器的废水在第二个分离器中处理，所说的第二个分离器包括陶瓷微过滤器，通过充气和过滤进一步加工来自第一个分离器的废水，并且任选地脱除所有残余的臭味组分、所有残余的氮化合物和所有含K(钾)的组分，剩下清洁的废水。
151、根据权利要求109的系统，其中，将来自嗜热沼气反应器或来自第一个或第二个反应器的废水导入农田、导入废水处理装置或导入净化装置、或任选地导入生物处理装置。
152、权利要求4-151中任一项的系统或方法的用途是消除或减少系统内，特别是来自动物厩舍的粉尘、微生物、氨气、污染空气、液体或其它所有组分向环境的排放。
153、权利要求4-151中任一项的系统或方法的用途是改善包括有机物的生物质中含有的能量的利用。
154、权利要求4-151中任一项的系统或方法的用途是改善包括甲烷气和含甲烷气的沼气的生产，所说的气体可以储存在当地的罐中和/或导入气体配送的商业网。
155、权利要求4-151中任一项的系统或方法的用途是从有机物中得到分离的N(氮)、P(磷)及可能的K(钾)部分，所说的这些部分具有商业价值，可以作为肥料为农业和园艺作物施肥。
156、权利要求4-151中任一项的系统或方法的用途是根据动物畜栏的产物改善所说的动物畜栏中的动物福利和卫生，所说的产物包括粪便、淤浆和屠宰动物，当屠宰动物时，清洁的动物能够降低肉被感染的危险性。
157、权利要求4-151中任一项的系统或方法的用途是得到一种处理动物尸体或其部分、肉和骨粉或其它任何动物产品，并且以精炼肥料形式将其处理至农田的方法，因此能够使农业或园艺植物生产获益于动物产品中含有的微量和大量养分。
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