产生用于可持续土地使用和垦殖系统的富腐殖质和养分且贮水的土壤或土壤底物的方法

专利名称：产生用于可持续土地使用和垦殖系统的富腐殖质和养分且贮水的土壤或土壤底物的方法
技术领域：
本发明涉及用于土地使用和垦殖系统的可持续使用的土壤生产和土壤改进领域。 现有技术各种原住民(Naturv6lker)和印第安高级文明在千年之前能将贫瘠和缺养分 的土壤转变成极其多产的肥沃土壤，如印第安黑土(也称为印第安沃土(Terra Preta de Indio))。目前，为了在贫瘠土壤上种植植物栽培物，一些原住民开垦荒地，其中烧掉的树的 灰用作肥料。按照这种方式，可以种植土地至少很多年。印第安黑土(沃土)的秘密在于它的组成和产生。历史研究和科学分析已表明， 早期的原住民将木材在复杂和如今不再使用的方法中转化成木炭。但是，与灰不同，木炭不 提供肥料，而是结合土壤中的水和养分。因此，用灰施肥的土壤短时间后不再肥沃，而具有 沃土的土壤具有在长时间内保持土壤中水分和养分并缓慢地将它们分配给植物的能力。黑 土的高木炭含量阻止了雨水将养分从土壤中冲洗出来。同时，发现了分布在地球上各个位 置处的成千上万的这类天然沃土区域。在这种黑土上，它们共同具有植物生长明显较快和 产量明显较高的特征。在单细胞和多细胞土壤生物体、高等植物、有用动物(Nutztier)和人的共生中， 沃土可被称为有机_矿质土壤胶体的太阳影响的流动平衡。到目前为止，没有人成功地人工产生类似于黑土的沃土人为土壤形式。出于各种 原因需要生产这些人为土壤形式的方法，例如，为了建立世界范围内的可持续土地使用系 统，其能持久地保证人的食品供应、调节局部水管理(lokal ffasserhaushalt)、净化废水和 空气并有助于防洪和气候保护。另外，在生态和经济循环经济意义上，能解决目前引起人类 显著环境问题的有机市政废物的“处置”。本发明的目的在于提供一种生产相当于或至少非常类似于具有所述持久养分和 水分贮存性质的人为黑土的土壤形式的方法，和描述这些人工产生的土壤形式的可能用途 和应用，这会产生可持续土地使用和垦殖系统。通过根据权利要求1的生产具有人为土壤类型的性质的富腐殖质和养分且贮水 的土壤底物的方法、利用该方法生产的土壤或土壤底物以及其用途来达到这种目的。发明概述本发明涉及一种生产富腐殖质和养分且贮水的土壤底物的方法，其中该土壤底物 具有人为土壤类型的性质并具有可持续的高土壤肥力。根据本发明生产的新型土壤形式基于在容器、设施、地面或这些备选物的组合中混合火成碳和易分解的有机生物质作为原料 并随后借助微生物进行发酵过程的方法。在一种实施方案中，可在发酵过程前或后引入天然矿物(例如以肥料形式)、石 灰石(Kalk)、矿质土壤或其它矿质土壤底物。在另一种实施方案中，可借助土壤生物体如 蠕虫、螨等转化这样得到的土壤底物足够的时间得到基于新形成的粘土-腐殖质复合物 (Ton-Humus-Komplex)的土壤和 / 或土壤底物。可通过根据本发明的生产方法提供持久肥沃的土壤底物，这基于富养分且贮水的 粘土-腐殖质复合物和稳定腐殖质(Dauerhumus)的针对性生产。本发明还涉及通过根据本发明的方法生产的具有人为土壤形式(沃土)的性质的 土壤或土壤底物。此外，本发明涉及生产具有人为土壤形式(沃土 )的性质的土壤或土壤底物的设备。此外，本发明包括同样首次导致可持续土地使用和/或应用系统的可能用途和应 用。根据本发明生产或处理的土壤产生可持续的高土壤肥力，从而对于地面区域成本节约 的使用，其中不再需要矿物施肥。此外，土壤或土壤底物适合作为土壤替换物，作为土壤补 充物，用于居住地绿化，用于侵蚀抑制，用于改善区域水管理，用于防洪，用于减少大气中的 二氧化碳含量(气候保护)，用于净化和准备污水，用于净化废气和建筑物空气，用于提供 生物废物和/或废水的物流循环，以开发和利用土地使用和垦殖系统。发明描述用于生产本发明土壤形式的原料为火成碳和易分解的有机生物质。术语“火成碳(pyrogenen kohlenstoff) ”被理解为指通过有机并优选含木质素 (ligninhaltig)材料的强烈加热出现的碳结构。发现火成碳例如以木炭、木炭的筛分残渣、 黑土和木灰的形式存在。本发明还包括用于生产本发明的具有所需性质的土壤的基料和原料的合适选择。 这些包括例如有机市政废物、来自工业、商业、农业、林业和园艺的有机废物以及含木质素 的材料，其结合根据本发明的方法产生完全循环经济体系。此外，它还包括新型可持续土地 使用和垦殖系统的开发、构想、计划和实施，这只能通过根据本发明的技术才有可能。为了命名根据本发明的土壤形式的各种产物和中间产物，引入下面的名称。在第 一个生产阶段中产生并且已经可用作土壤底物的中间产物被命名为“初始人类沃土(Terra Preta Humanidade Initial)”。通过混入火成碳和有机生物质原料并随后发酵，得到初始 人类沃土。在这个步骤中，天然矿物如氮、磷、钾等可任选地被加入，例如，以矿质土壤的形 式。初始人类沃土已经可用作土壤底物用于土壤更换、用于土壤改良或用于土壤补充。按照这种方式得到的初始人类沃土的进一步处理导致另一种土壤形式，其被命名 为“活性人类沃土(Terra Preta Humanidade Aktiv) ”。为此，用土壤生物体如蠕虫和螨进 一步处理上述初始人类沃土。这可在分开的设施、容器中进行，或直接在为了土壤改善而要 被处理的开阔地面上进行。在后面的情况下，还可通过迁入天然土壤生物体(例如蚯蚓) 来进行处理。在土壤生物体作用下的一段时间后，由活性人类沃土产生最终产物“人类沃土 (Terra Preta Humanidade) ”。本发明的核心在于供应火成碳到以厌氧占主导的发酵过程中，其中发生使用微生物(例如细菌、真菌、真菌孢子、藻类等)的有机生物质混合物发酵以及释放的养分和矿物 到火成碳结构内的嵌入。术语“发酵”在本发明的意义中被理解为借助微生物(细菌、真菌或细胞培养物) 的生物学转化，尤其是有机材料的生物学转化。还可通过加入代谢_活性酶或其它生物 学-活性分子(例如微生物的养分底物)进行发酵。发酵可包括需氧过程(例如乙酸发 酵)以及厌氧过程(例如乳酸发酵)。发酵过程可在容器和设施中或直接在开阔区域上进行。可使用生物质中天然 存在的微生物自发进行发酵过程。或者，为了过程的监测控制和初始人类沃土的产生， 可加入微生物或各种微生物(例如细菌、真菌、细胞培养物)的混合物作为起子培养物 (Starterkultur)0通过在无空气条件下发生的发酵过程，形成富腐殖质和养分且贮水的粘土 _腐殖 质复合物，其具有与天然沃土的性质类似的性质。这样产生的富养分且贮水的粘土-腐殖 质复合物在化学和生物学上稳定，并用作对养分和水具有长期结合能力的持久碳存储体 (Kohlenstoffspeicher) 0火成碳可以以例如木炭和/或其筛渣、木灰等的形式被引入，和/或通过在移动或 固定热解设施中由主要富木质素的有机材料如木材、植物茎杆(Pflanzenstangel)、果核 (Obstkern)、坚果壳(Nussschale)等或骨通过热解过程得到。骨具有尤其含磷的优点。热解过程优选在无氧和大约100-1000°C下进行。但是，本领域技术人员理解使相 应的热解条件适配于各具体条件，如热解设施的类型、环境压力、热解材料的数量、类型和 组成等。在优选的实施方案中，为了生产火成碳，热解材料可预先被剁碎或粉碎并压制成 压坯(Pressling)。这具有热解过程可被更好监测和得到均勻热解产物的优点，这有利于随 后的发酵。另外，为了得到火成碳，热解材料(例如，依据树皮、草、木材、骨等)在被供应到 具体的热解过程前首先按照性质被分开。除了火成碳以外，热解过程中生成的其它有用产物如油、木焦油或气体，它们可被 用于例如产生电、热量和/或冷量。这些副产物因此可用于合理的用途(例如得到能量) 并在本发明的意义上可用于可持续土地使用和垦殖系统。在本发明的优选实施方案中，热解中生成的热空气或气体用于优化发酵过程。如 果需要，源于热解的热的废热必须被冷却到发酵过程要求的温度(30-40°C )。此外，热解废气包含氨、二氧化碳和水，当传输经过仍旧热的火成碳时，它们在其 孔中被转变成固态碳酸氢铵(碳酸铵)。在本发明的意义上，这种副产物又可被用作长期肥 料。可看到传送这些气体通过仍旧热的火成碳的另一个积极方面在于热解废气被净化。任 何存在的有害材料可因此被热解过程本身自然消除。在生产火成碳的优选热解方法中，将细粉碎的木材(还具有叶块)放在堆中、压 实、洒水并例如使用土基本气密密封。或者，还可使用青贮壕或在专门容器中进行该方法。 过一段时间后，热分解效应(thermischRotteeffekt)开始，此时内部出现至多80°C的温 度。火成碳作为主产物生产，其可被供应到本发明的发酵过程。此外，可在热解过程中经简 单的热交换器得到温度大约60°C的热水。另外，生成轻瓦斯气，可其用于得到能量。除了热解外，对于本领域技术人员来说，生产火成碳的其它方法也是已知的。引用水热碳化的方法作为例子。通过各种方法生产的火成碳具有可被例如热解条件影响的分子内碳结构。用于根 据本发明的方法的火成碳的性质因此可适合高养分和贮水能力。本发明所需的进一步改进为优选实施方案的一部分。例如，在优选实施方案中，火 成碳可在根据本发明的使用前被粉碎和/或筛分并与有机生物质一起勻化。火成碳可另外 与尿和/或尿素溶液和/或含尿素的其它溶液混合，以便提供氮和磷，从而增强有益的性 能。用于所述生产的易分解有机生物质优选包括绿色植物和它们的残体、有机市政 废物、来自工业、商业、农业以及林业和园艺的有机废物，如生物垃圾、厨房废物、花园垃圾 (Grunschnitt)、人或动物粪便、液体粪肥或来自沼气设施的发酵残渣，或其它有机材料。考虑可持续的土地使用，应避免引入重金属和有毒物质。粗的有机生物质可在人 类沃土生产过程前被粉碎和/或筛分和/或与火成碳一起勻化。生产所需的天然矿物可已经在初始人类沃土的生产阶段中以矿质土壤或矿质土 壤底物的形式被提供，例如，或在活性人类沃土的表面施加阶段才以矿质土壤或矿质土壤 底物的形式被提供。矿质土壤在用有机生物质和火成碳发酵前或后在容器或设施中被混入，或被直接 施加到要处理的表面上，或已经被包含在要处理的土壤中。天然矿质土壤优选从生产点周 围环境中得到和/或在应用点处使用以避免运输成本和/或运输的环境相关后果。可以作为肥料、石灰石或以矿质土壤或其它矿质土壤底物(例如粘土底物)的形 式提供天然矿物(例如氮、磷、钾)。如果在初始人类沃土的生产阶段中已经提供天然矿物，则可能事先需要矿质土壤 的粉碎和/或筛分。与其它矿质土壤混合也是可以的。如前所述，在人类沃土的第一生产阶段中得到已经可用作土壤底物的中间产物初 始人类沃土。这优选通过混入原料火成碳和易分解的有机生物质并任选地混入适当混合比 例的天然矿物或矿质土壤或矿质土壤底物，然后弓I入发酵过程来进行。矿质土壤的数量不 是关键性的。但是，养分不要超过指定浓度，以便不引起任何有害效果。根据碳、水、养分的含量并根据作为本地可用原料组成的函数的pH值计算原料的 合适混合比例。优选使用数量为至少5%的原料火成碳，优选使用数量为至少50%的有机生物 质。优选的比例在10-20%火成碳和80-90%有机生物质的范围内。依据本发明的土壤和 土壤底物的需要和应用形式，混入一定数量的矿物质。人类沃土的值优选应在以下参数的范围内变化密度1.3-1. 4g/cm3水含量大约25%土壤空气含量大约20%可形成浆的颗粒(小于0. 2mm)至少500g/kg有机碳大约40g/kg，其中火成碳至少15g/kgpH 值(H20)大约 5. 5-6. 5氮至少2g/kg
磷至少2g/kgC N 比大约 15阳离子交换容量150mmol。/kg在这个例子中已经将矿物与原料混合。在另一种生产方式中，天然矿质土壤或天 然矿物也可在后面才被混入和/或在土壤形成过程中(即在由活性人类沃土形成人类沃土 过程中)被供应。可在由各种材料如混凝土、钢、不锈钢、塑料、粘土、砂质粘土、陶瓷等构成的容器、 筒仓、盒、堆、地面沟槽(Bodenmulden)等中进行根据本发明的发酵过程。根据本发明的另一种实施方案包括表面发酵(flachenfermentation)，其中使 用塑料板、薄膜和/或矿质密封件尽可能气密地密封原料。为了发酵过程的可靠实施，促使 几乎厌氧环境条件。对于本发明，乳酸发酵优选引人注目，其中借助微生物将生物质中的糖转变成乳 酸。同型发酵细菌、异型发酵细菌、双歧杆菌或各种发酵菌株的组合优选用于乳酸发酵。通 过发酵将PH降低到低至4的值。可在发酵过程后通过添加矿质土壤或石灰石在土壤底物 中再次中和PH。矿质土壤或石灰石因此具有两个功能一方面，它用作矿物提供者，另一方 面，它用作PH值的缓冲体系。为了根据本发明所需的发酵过程的可靠实施，可根据原料混合生物起子培养物， 其优选由普遍存在的微生物和/或已经产生的人类沃土和/或已经经过乳酸发酵过程的生 物质制成。生物起子培养物的混入已经在原料混合期间和/或在引入到发酵设施时和/或在 发酵设施中时才人工和/或自动进行。发酵优选在30至40°C的温度进行。从可持续增值链的意义上说，局部存在的过剩 热量可用作热源，这发生在例如热解过程中、沼气设施中的发酵过程期间、堆肥期间和/或 中央供暖站运行期间。通过受控发酵保存易分解的有机原料和使其稳定免于微生物分解， 其中乳酸发酵和/或其它的细菌和/或真菌暴露起重要作用。根据本发明优选的发酵时间为2至6周。通过发酵过程(例如乳酸发酵)将pH值降低到酸性范围内，即下降到pH = 4。这 种PH下降有利地导致病原微生物被杀死，于是得到无病原的土壤底物。在发酵过程后通过 添加矿质土壤或石灰石进行PH值的升高，于是实现到最佳pH值5-6. 5的中和。这样产生的初始人类沃土可在冷温度下长时间贮存，其结构不发生大的变化。在用于生产人类沃土的随后优选第二生产阶段中，由先前描述的初始人类沃土得 到活性人类沃土。这优选通过土壤生物体如蚯蚓、堆肥蠕虫、甲壳虫和螨的引入和/或迁移 进来而进行。这个过程可发生在预先产生初始人类沃土的容器或发酵罐设施中，或特殊容 器或设施中和开阔地面(offenen Bodenflachen)上。稳定的粘土 _腐殖质复合物通过这些高等土壤生物的活动以及微生物和大生物 体的共生而产生。因此发生植物养分的基本有机固定以及复杂物理和化学缓冲系统的构 建。因此避免了气态和液态养分损失，并积聚大量碳。产生具有对于高等植物而言最佳生 存条件的初始底物。优选设计该过程使得高等土壤生物体可最佳发展，例如，通过水分和温度调节。
根据本发明，还建议混入石灰石(Kalk)例如藻灰岩(Algenkalk)，以便优化土壤 形成过程。取决于过程条件，活性人类沃土的生产持续3个月至1年。如果在这个时间后已基本进行活性人类沃土的土壤形成过程，则可认为现在已产 生人类沃土。人类沃土的特别性质在于它在引入有机生物质时进一步生长，即生物质的含 碳化合物和矿物质被稳定和持久地引入到土壤结构内。为了进行根据本发明的方法，本发明还涉及固定或移动的设备，使用它可以生产 根据本发明的土壤，如果现场需要的话。根据本发明的设备包括发酵罐设施，其中生物质的发酵借助微生物进行。发酵罐 设施既可固定不动地操作，也可移动地操作。用于各种生产阶段的发酵罐设施的模块结构 也是可以的。根据本发明的发酵罐设施优选具有装置如排水单元、地漏、开孔等，从而可确保受 控的液体和气体排出。此外，根据本发明的发酵罐设施可具有确保过程中可设定恒温的装 置。通过检测例如温度、PH值、二氧化碳含量、甲烷含量和/或硫化氢含量的测量传感器可 进行发酵过程的自动过程控制。此外，在优选实施方案中，设备包括产生火成碳的热解设施，其中富木质素的有机 材料的化合物的热裂解在排除氧时即在接近无氧条件下发生。可在热解设施上游连接粉碎和压制设施，以便由各种富木质素材料得到压坯。此 外，设施可包含筛装置，如滚筒筛。此外，根据本发明的发酵罐设施包括允许热解过程中产生的废热供应到发酵罐设 施以优化发酵过程的装置。根据本发明生产的人类沃土导致土壤肥力在长时间内的增加，这不能通过到目前 为止进行的混入例如灰、木炭、堆肥、液体粪肥、粪便、发酵残渣、腐殖质和/或人造肥料到 土壤内达到这种程度。由于有机物质嵌入到火成碳结构中，根据本发明的人类沃土具有它的大表面积和 低降解性，能作为土壤中的长期存储体(accumulator)和缓冲体系。此外，避免了嵌入的有 机物质和养分的快速矿质化。根据本发明的人类沃土的特点在于稳定的生物微体系，其中生物、物理和化学过 程处于长期平衡。因此它适合干旱和潮湿土地使用系统。通过使用移动热解炉和随后的发 酵过程，根据本发明的粘土-腐殖质复合物的生产在地球的几乎任何位置都是可能的。可 经济地利用到目前为止只能烧掉或作为废物(例如，花园垃圾、液体粪便、粪便、城市的生 物垃圾)丢弃的生物质。此外，人工产生根据本发明的粘土 _腐殖质复合物可在大面积应用时对气候保护 具有重要作用。植物要求它们从空气中获得的、溶解在大气中的二氧化碳用于它们的生长。 如果在实施发酵后碳化富木质素的生物质并将这样得到的火成碳结合到土壤内，则二氧化 碳被持久从大气中提出。这也通过经发酵过程保存生物质并随后以稳定腐殖质形式嵌入来 完成。可利用根据本发明的粘土-腐殖质复合物的明显较高单位面积生产率来额外减 少来自农业区域的气候相关的甲烷和一氧化氮温室气体排放物。开启了人口密集的全球区域中生态栽培和养分循环闭合的全新视角。发明的优选用途和应用形式人类沃土以及中间产物初始人类沃土和活性人类沃土的大量可能和变体可作为根据本发明的优选用途和应用形式。在优选的变体中，根据本发明的产物可被直接施加到未来应用的土壤或区域上和 /或结合在其中和/或堆在坝中。如果初始人类沃土和/或活性人类沃土的生产已经发生 在区域和/或土壤上，则可免除施加或引入。用于这种应用的根据本发明的使用形式包括土壤肥力的可持续提高，例如，增加 了园艺和/或农业和/或林业产量和/或同时免除人工土壤施肥。例如，从全球角度看，粮 食产量的显著增加将因此是可能的，这又会有助于世界范围内对抗饥饿。此外，通过农业和 林业土壤单位面积生产率的增加，会产生可再生能源方面新的可能性，例如，通过能源植物 生产或利用绿色植物的能量存贮。根据本发明的应用的另一种优选形式是引入人类沃土、初始人类沃土和/或活性 人类沃土到苗床、植物罐、容器、门廊、冬日花园、温室等，例如用于室内绿化、居住地和建筑 绿化、农作物和观赏植物培养等。按照这种方式，例如，将能为例如建筑和/或城市规划提 供设计和循环经济模型的全新可能性。可使用根据本发明的技术将市政废物如生物垃圾、 废水、粪便等引入到小的循环内并有助于绿色设计、食品生产等。根据本发明的另一种应用形式为土壤腐殖质富集和稳定，例如在干旱或潮湿区域 抑制侵蚀和/或贮存水。根据本发明的另一种应用形式包括草原和/或沙漠区域中的土壤改良，用于草原 和沙漠区域的抑制和/或恢复。通过用位置适宜性植物有针对性地再孵育这类区域，可进 一步增加食物和/或能源植物产量。根据本发明的另一种应用形式包括土壤水吸收能力的改善和相应区域水管理 (regional ffasserhaushalten)和防洪的改善。世界范围内田地区域的大部分由于腐殖质 含量缺乏而不能缓冲和/或贮存大量雨水，因此这种水较快速地排放到溪流、江河和湖内， 并在一些情况下会导致洪水。这种水同时在区域水管理中缺失。根据本发明的人类沃土和 /或初始人类沃土和/或活性人类沃土能吸收和/或贮存达到200L/m2液体。例如，使用人 类沃土耕种的田地区域可吸收大量沉淀并临时存放它。贮存的水然后被缓慢释放到植物和 /或地下水，这平衡了区域水管理和同时意味着防洪。根据本发明的另一种应用形式是对气候保护的针对性贡献。这已经由本发明的表 面覆盖应用单独完成，因为来自生物质的含碳化合物以高的程度稳定嵌入到土壤中，因此 不会以二氧化碳形式到达大气，就像例如耗氧降解过程时的情况那样。特别在农业中，通过 来自牲畜饲养的液体粪便和/或来自沼气设施的发酵残渣的排放而出现对气候有害的显 著甲烷和一氧化氮排放物。通过本发明的针对性应用，例如，在根据本发明的产物的生产中 结合这种农业生物质期间和/或通过施加这种生物质到使用人类沃土耕种的田地表面上， 可显著减少对气候有害的甲烷和一氧化氮排放物。根据本发明的另一种应用形式为污水净化和准备领域中的应用。在优选应用中， 使用人类沃土耕种的区域可将家庭、乡镇、工业和/或农业来源的污水施加到其上。通过根 据本发明的应用提高的表面积聚能力导致含碳化合物和养分的稳定嵌入和水的储存。一方面，这些区域因此非常适合耗水的有用植物培养，例如作为具有芦苇和/或芒草的能源植 物种植，另一方面，来自污水的有价值的碳部分和养分有意义地以增加价值的方式使用，而 在常规处理中，它们因为能量使用而被破坏。根据本发明的另一种应用形式是在废气净化和建筑物空气调节领域中的应用。在 优选的应用中，使用人类沃土耕种的区域和/或填充的容器、苗床、设施等可被用于净化废 气和/或调节建筑物空气。在优选实施方案中，要被净化和/或调节的空气经分配器装置 通过土壤底物被导入并在代谢作用中被微生物、真菌等吸收且分解成单独的分子结构。这 些又被稳定地嵌入到土壤底物中，并可用于植物的腐殖质和养分供应。根据本发明的新的 应用形式为填充有人类沃土的苗床、植物容器、设施等在下列中的有针对性用途在建筑物 内部和/或外部，用于建筑物空气调节和同时绿化。建筑物空气经设备如通风器被传输到 填充有人类沃土的苗床、植物容器、设施等的分配器装置内，在其中净化和调节 ，随后经表 面和/或开孔返回到建筑物内。根据本发明的另一种应用形式为来自各种使用单元的生物废物和/或废水的物 质流循环供应领域中的应用，各种使用单元如单个家庭、建筑物、居住地、村庄、城镇、林业 和农业、园艺、商业和工业。使用根据本发明的技术，可处理、调节来自各个使用单元的大量 生物废物和/或废水，并用于例如土壤改进、食品供应、能量和农作物生产、水和空气净化寸。本发明既包括具有上述应用领域的人类沃土、初始人类沃土和/或活性人类沃土 的生产，又包括市政废物、废水等的处置和同时利用，市政废物和废水等可能经常导致明显 的环境压力。因此，本发明还包括选择用于生产人类沃土、初始人类沃土和/或活性人类沃土 的基本材料，如有机废物、废水、发酵残渣、液体粪便、花园垃圾、含木质素材料、灰等，这产 生与根据本发明的方法相关的完全循环经济系统。只有根据本发明的技术才可能的新型可持续土地使用和垦殖系统的开发、构想、 计划和实施与根据本发明的另一应用形式相关联。
实施例下面的实施例说明了本文描述的各种实施方案的变体的实施方案。本发明绝不限 制于这些实施例。本发明的各种实施方案和可能的用途均由权利要求给出。实施例1 将粉碎并过筛的火成碳形式的木炭与预先粉碎并均化的来自厨房废物、花园垃圾 和人或动物粪便的有机生物质以1 4的比例引入到容器内。随后用发酵-活性微生物的 混合物作为起子培养物孵育该混合物。盖上容器并保持静置大约4周，以便允许发酵过程。 排水管连接到容器上用于土壤排水，以便避免淤积。发酵时间后，将矿质土壤加入到该混合 物中，并进行4周的进一步孵育。封装这样得到的土壤底物并储存。为了施肥，将该土壤底 物施加到土壤表面上。这样处理的区域经证实养分极高并富产，类似于人为土壤例如沃土。实施例2:类似实施例1，但在第一个生产阶段中得到的初始人类沃土被直接施加到要被处 理的土壤表面上并与矿质土壤混合。初始人类沃土因土壤生物体如蚯蚓和螨的存在而被转化成活性人类沃土。在进一步的几周转化时间后，最终得到人类沃土作为最终产物。实施例3:类似实施例2，但进行土壤生物体到土壤内的外部添加。实施例4:类似实施例3，但将土壤生物体加入到容器中初始人类沃土中并用土壤底物在其 中进行孵育。这样得到的人类沃土被作为土壤补充物施加到要被处理的土壤区域。实施例5:
在要被处理的贫矿质土壤表面上施加作为火成碳的粉碎并过筛的木炭以及先前 预先过筛的矿质土壤和发酵微生物混合物，木炭与预先粉碎的来自厨房废物、花园垃圾、人 或动物粪便的有机生物质的比例为1 4。随后进行表面发酵6周，由于表面盖有青储饲料 膜，所以占统治地位的是接近厌氧状态。在发酵时间后，除去青储饲料膜，施加藻灰岩并浅 浅地结合。土壤区域用土覆盖，并保持静置2周，以便引起土壤pH值的中和和天然土壤生 物体的移居，这还有助于充分混合，从而不需要另外混合。大约4周后，土壤已经准备好来 进行种植。实施例6:类似实施例5，仅有火成碳被直接施加到具有预先粉碎的表面发酵用有机生物质 的矿质土壤上。不要求混入外加的土壤生物体。
权利要求
用于生产稳定的具有人为土壤形式(沃土)的性质的富腐殖质和养分且贮水的粘土-土壤底物的方法，包括以下步骤(a)混合火成碳和易分解有机生物质，(b)在存在微生物的情况下进行发酵过程。
2.根据权利要求1的方法，特征在于该方法还包括步骤(c)，其中土壤生物体如蚯蚓、 堆肥蠕虫、甲壳虫、螨等被引入到在发酵罐设施中和/或在专门容器和/或设施中发酵后的 混合物内和/或直接被引入到要被处理的土壤内，或其中将发酵后得到的土壤底物施加到 要被处理的表面上，从而土壤中天然存在的土壤生物体可引起土壤底物的转化和进一步处理。
3.根据前述权利要求之一的方法，特征在于将天然矿物、矿质土壤或其它矿质土壤底 物混合、引入或施加到所述混合物、土壤或要被处理的表面上。
4.根据权利要求3的方法，特征在于以肥料或石灰石的形式添加天然矿物。
5.根据前述权利要求之一的方法，特征在于使用数量为至少5%的火成碳和使用数量 为至少50%的有机生物质。
6.根据前述权利要求之一的方法，特征在于所述火成碳以木炭、木炭筛渣、黑土、木灰 或其它火成碳结构或它们的混合物的形式被引入。
7.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在步骤(a)前进行热解过程，其中由优选 富木质素材料如植物残体、芦苇、树皮、草、叶、木材、植物茎杆、果核、坚果壳等或骨得到火 成碳。
8.根据权利要求7的方法，特征在于优选的热解材料在热解前被粉碎并随后压制成压坯。
9.根据权利要求7或8的方法，特征在于在无氧和100-1000°C下进行热解过程。
10.根据权利要求7至9之一的方法，特征在于热解废气如氨、二氧化碳或水被传送通 过仍旧热的火成碳。
11.根据权利要求7至10之一的方法，特征在于热解过程的废热被传送到发酵过程。
12.根据权利要求1的方法，特征在于经水热碳化方法得到火成碳。
13.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在步骤(a)中的混合前，火成碳被粉碎和 /或筛分。
14.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在步骤(a)前或步骤(a)中，火成碳与尿 和/或尿素溶液和/或含尿素的其它溶液混合。
15.根据前述权利要求之一的方法，特征在于绿色植物残体、有机市政废物、来自工业、 商业、农业以及林业和园艺的有机废物，尤其是生物垃圾、厨房废物、花园垃圾、人或动物粪 便、液体粪肥或来自沼气设施的发酵残渣或其它有机生物质用作易分解的有机生物质。
16.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在混合前，有机生物质被粉碎和/或筛分 和/或与火成碳一起勻化。
17.根据前述权利要求之一的方法，特征在于借助细菌、真菌、细胞培养物、它们的任意 组合或参与发酵的其它生物体进行所述发酵过程。
18.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在所述发酵过程中发生乳酸发酵。
19.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在添加微生物、代谢_活性酶或促进发酵的其它生物活性物质的情况下进行所述发酵过程。
20.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在容器、筒仓、盒、堆、地面沟槽中或在发 酵罐设施中进行所述发酵过程。
21.根据前述权利要求之一的方法，特征在于发酵以表面发酵形式进行，其中尽可能气 密地密封原料如火成碳和有机生物质以及任选的混入的矿质土壤，以便造成接近厌氧环境 条件。
22.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在所述发酵过程中混入由普遍存在的微 生物和/或已经产生的土壤底物和/或经过乳酸发酵过程的生物质制成的起子培养物。
23.根据前述权利要求之一的方法，特征在于进行所述发酵过程大约2至6周的持续时间。
24.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在发酵过程后，混入石灰石尤其是藻灰岩 以便优化土壤形成过程。
25.根据前述权利要求之一的方法，特征在于在专门容器和/或设施中和/或在要被处 理的表面和/或土壤上进行所述方法或单独的方法步骤。
26.可通过根据权利要求1至25之一的方法得到的具有人为土壤形式(沃土)的性质 的土壤或土壤底物。
27.用于持续提高土壤肥力的方法，包括在要被处理的表面或土壤中施加和/或掺入 和/或堆垛根据权利要求26的具有人为土壤形式(沃土)的性质的土壤或土壤底物。
28.权利要求26的具有人为土壤形式(沃土)的性质的土壤或土壤底物的用途，用作 土壤替换物、用作土壤补充物，用于提高土壤肥力、用于绿化住宅区、用于抑制侵蚀、用于改 善区域水管理、用于防洪、用于气候保护、用于减少大气中二氧化碳含量、用于污水净化和 准备、用于废气净化和建筑物空气净化、用于提供用以开发和利用土地使用和垦殖系统的 生物废物和/或废水的物流循环。
29.由稳定的具有人为土壤形式(沃土)的性质的富腐殖质和养分且贮水的粘土-腐 殖质复合物生产土壤或土壤底物的设备，包括-用于在存在微生物和/或土壤生物体的条件下使火成碳、有机生物质和/或天然矿物 的混合物发酵的发酵罐设施，其中所述发酵罐设施具有用于控制液体和气体离开和/或用 于保持恒温的装置。
30.根据权利要求29的设备，还包括用于由富木质素材料如植物残体、芦苇、树皮、草、 叶子、木材、植物茎杆、果核、坚果壳等得到火成碳的热解设施。
31.根据权利要求30的设备，特征在于所述热解设施/发酵罐设施为模块化的固定或 移动式热解设施/发酵罐设施。
32.根据前述权利要求之一的设备，特征在于所述热解设施具有用于传送热解废气如 氨、二氧化碳或水通过仍旧热的火成碳的装置。
33.根据前述权利要求之一的设备，特征在于粉碎和压制设施位于热解设施之前用于 粉碎和压制优选含木质素的材料。
34.根据前述权利要求之一的设备，特征在于所述热解设施具有这样的装置，藉此将热 解中产生的废热供应到发酵罐设施中以优化所述发酵过程。
全文摘要
本发明涉及生产稳定的具有人为土壤类型(沃土)性质的富腐殖质和养分且贮水的土壤底物的方法，其中使用火成碳、有机生物质和/或天然矿物材料作为发酵过程中的初始材料。根据本发明生产或处理的土壤导致持续高的土壤肥力，使得对于农业应用来说不再需要矿物肥料。此外，土壤适合用作土壤替换物、用作土壤补充物、用于绿化住宅区、用于防止侵蚀、改善区域水管理、用于防洪、用于防止气候变化、用于减少大气中的二氧化碳含量、用于废水净化和处理、用于废气净化和建筑物空气净化、用于形成生物废物和/或废水的物流循环以便开发和利用土地使用和垦殖系统。
文档编号C05F17/00GK101827800SQ200780100999
公开日2010年9月8日 申请日期2007年8月10日 优先权日2007年8月10日
发明者A·-E·克里格, H·皮普洛, 乔基姆·贝特彻尔 申请人:乔基姆·贝特彻尔