用于植物和土壤的生物营养组合物的高效制造方法与流程

用于植物和土壤的生物营养组合物的高效制造方法
1.与相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年1月24日提交的美国临时申请号62/965,320的利益，所述临时申请的全部内容通过参考并入本文。
技术领域
3.本发明总的来说涉及可用于促进植物生长和健康土壤结构的肥料和组合物。具体来说，公开了制造此类生物有机肥料和组合物的方法。


背景技术：

4.在农业中使用两种主要类别的作物投入品：肥料和杀虫剂。肥料通常被描述为被添加以便提供植物生长必需的一种或多种营养物的天然或合成起源的任何有机或无机材料。肥料以不同比例提供植物生长所需或对植物生长有益的宏量营养物、中量营养物和微量营养物。
5.在上个世纪，合成肥料和杀虫剂在农业中被广泛使用。现在已充分认识到合成肥料的使用对土壤的生物学特性造成不利影响，降低了其支持植物生产力的能力。此外，正逐渐认识到这些化学品对环境和人类的不利影响(参见例如weisenberger,d.d.，1993，“农用化学品的使用对人类健康的影响”(human health effects of agrichemical use)，hum.pathol.24(6):571-576)。另外，大量研究已显示，随着土壤碳的降低，需要显著增加的化学肥料才能维持产量，同时估计仍有67％的种子潜力未实现(参见例如mulvaney r.l.等，2009,j.environ.qual.38(6):2295-2314；tollenaar,m.,1985,与最大产量玉米相关的生理学、生物化学和化学会议论文集(proceedings of the conference on physiology,biochemistry and chemistry associated with maximum yield corn),农艺研究基金会和钾肥和磷酸盐研究所(foundation for agronomic research and potash and phosphate institute).st.louis,mo,11-12；nass crop production 2017summary(u.s.d.a.2018))。因此，认识到合成肥料和杀虫剂对土壤生态的通常有害的影响，这为扩大人们对包括使用天然和/或生物起源的肥料、土壤刺激物和杀虫剂在内的可持续和可再生作物生产的兴趣提供了动力。因此，在有机和常规农业领域两者中，对改善农业和作物保护的需求是显而易见的，并突出了对生物处理的需求，所述生物处理可以替代或补充常规合成肥料，或者可以与常规化学除草剂/杀虫剂相组合使用以最大化作物产量并同时维持土壤完整性。
6.被考虑作为合成肥料的替代物和/或增补剂用于农业产业的一类材料是农业生物制剂，例如生物刺激物、生物肥料和生物杀虫剂。在农业产业中，生物肥料和生物刺激物用于通过固氮、解磷和通过合成生长促进物质的植物生长刺激的自然过程，向植物和土壤中添加营养物。可以预期生物肥料减少化学肥料和杀虫剂的使用，并且在常规农业中与杀虫剂组合使用以降低例如化学品诱导的对植物本身的胁迫。生物肥料中的微生物恢复土壤的自然营养物循环以提高植物对营养物的利用度并建立土壤有机质。通过使用生物肥料可以
生长出健康的植物，同时增强土壤的可持续性和健康。另外，被称为植物促生根际细菌(pgpr)的某些微生物通过经微生物及其副产物提供有机营养物，在富集土壤肥力和满足植物营养物需求方面极为有利。
7.除了对土壤和根际提供益处之外，pgpr可以以直接或间接的方式影响植物。例如，它们可以通过向植物提供营养物和激素而直接提高植物生长。已被发现增强植物生长的细菌的实例包括某些嗜温菌和嗜热菌，包括例如芽孢杆菌属(bacillus)、脲芽孢杆菌属(ureibacillus)、地芽孢杆菌属(geobacillus)、短芽孢杆菌属(brevibacillus)和类芽孢杆菌属(paenibacillus)的嗜热成员，已知它们都在家禽粪肥堆肥中普遍存在。据报道对植物生长有益的嗜温菌包括属于芽孢杆菌属、沙雷氏菌属(serratia)、固氮菌属(azotobacter)、赖氨酸芽孢杆菌属(lysinibacillus)和假单胞菌属(pseudomonas)的嗜温菌。
8.pgpr还能够通过微生物拮抗作用来控制病原细菌的数量，这通过与病原体竞争营养物、产生抗生素以及产生抗真菌代谢物来实现。除了拮抗作用之外，某些细菌-植物相互作用可以诱导一些机制，使植物可以更好地防御病原细菌、真菌和病毒。一种机制被称为诱导性系统抵抗(isr)，而另一种机制被称为系统获得性抗性(sar)(参见例如vallad,g.e.和r.m.goodman,2004,crop sci.44:1920
–
1934)。诱导性细菌在根部触发反应，产生在整个植物中传播的信号，从而导致防御机制的激活，例如植物细胞壁的增强、抗微生物植物抗毒素的产生以及病原体相关蛋白的合成。细菌的可以激活isr或sar的某些组分或代谢物包括脂多糖(lps)、鞭毛、水杨酸和铁载体。因此，对于富含营养物和pgpr的生物肥料，仍存在着需求。
9.除了含有pgpr之外，生物肥料还可以含有其他类型的细菌、藻类、真菌或这些微生物的组合，并包括固氮微生物(例如固氮菌(azotobacter)、梭菌(clostridium)、鱼腥藻(anabaena)、念珠藻(nostoc)、根瘤菌(rhizobium)、满江红鱼腥藻(anabaena azollae)和固氮螺菌(azospirillum))、解磷细菌和真菌(例如枯草芽孢杆菌(bacillus subtilis)、条纹假单胞菌(psuedomonas striata)、青霉属菌种(penicillium sp.)、泡盛曲霉(aspergillus awamori))、活化磷的真菌(例如球囊霉属菌种(glomus sp.)、盾巨孢囊霉属菌种(scutellospora sp.)、蜡蘑属菌种(laccaria sp.)、豆马勃属菌种(pisolithus sp.)、牛肝菌属菌种(boletus sp.)、鹅膏菌属菌种(amanita sp.)和pezizella ericae)以及硅酸盐和锌的增溶剂(例如芽孢杆菌属菌种(bacillus sp))。然而，尽管与常规化学肥料相比生物肥料可能提高植物营养物的利用率并有助于土壤维护，但寻找成本效益高的方式来生产富含适合的有益微生物群体且没有微生物污染和其他污染物，并且可以与现有的施用方法和技术一起使用的生物肥料，仍然是工业上相对未满足的需求。
10.生物肥料和生物刺激物组合物的一个具体来源是动物废料。事实上，动物粪肥以及特别是富含营养物和微生物的家禽粪肥，关于其作为生物肥料的适用性一直是广泛研究的主题。通过学术研究和农场试验已充分确立，家禽粪肥可以高成本效益地提供植物生长所需的全部宏量和微量营养物以及某些植物促生根际细菌。然而，这些益处取决于消除与鸡粪肥有关的植物和人类病原体。此外，由使用原始粪肥引起的重大问题包括营养物流失和高土壤磷浸出的可能性提高，以及人类病原体向食物的传播。重要的是，美国生产者和农民两者都必须确保他们的基于粪肥的生物肥料满足由fda颁布的关于基于粪肥的投入物的
无限制使用的严格的安全法规。参见例如21c.f.r.
§
112.51(2016)。
11.不利地影响农业产业的另一个问题是杂草种子对田间的污染。此外，基于粪肥的施用，特别是是原始粪肥的施用，实际上可能造成杂草种子污染，因为未消化的杂草种子可能存在于动物废料中(参见katovich j.等，“杂草种子在牲畜系统中的存活”(weed seed survival in livestock systems)，u.minn.extension servs.&u.wis.extension，可以在https://www.extension.umn.edu/agriculture处获得)。杂草种子污染通常导致作物减产，促进了对增加化学除草剂施用的需求，这可能对植物和人类健康两者具有负面影响。杂草种子污染在不允许施用合成除草剂的有机农业产业中尤其成问题，迫使农民依靠机械松土机来控制杂草生长。由于已显示堆肥可以降低径流和土壤侵蚀的总量以及病原体和杂草种子污染的可能性，因此许多州现在要求在田间施用之前对家禽粪肥进行堆肥，导致堆肥方法的进步。
12.堆肥可以被描述为有机材料的生物分解和稳定化。该方法通过微生物活性产生热量，并产生稳定的、基本上不含病原体和杂草种子的终产品。随着产品的稳定，假设方法已执行完成，气味将减少并且病原体被消除。大多数堆肥在固相中进行。
13.堆肥的益处包括：(1)使土壤富含pgpr，(2)减少微生物和其他病原体并杀死杂草种子；(3)调理土壤，从而提高植物的营养物利用率；(4)潜在地减少径流和土壤侵蚀；(5)将挥发性氮稳定化在大的蛋白质粒子中，减少损失；以及(6)提高土壤的保水率。但是，该方法耗时且劳动密集。此外，堆肥并不是没有重大障碍，其包括：(1)高效堆肥需要大的表面积；(2)为了充分堆肥以用于商业用途，需要重型设备来“翻转”肥堆；(3)难以维持一致、适当的碳氮比；(4)需要均匀加热；(5)笨重的终产品的运输；(6)产品及其施用缺乏一致性。另外，由于营养物在种植前大批施用，因此存在着营养物通过径流而流失的显著可能性。也存在着不一致的分解和不完全的病原体破坏的显著可能性。此外，在田间施用中营养物分布不均也是一个问题。最后，固体堆肥不能用于水培和/或通过滴灌使用。
14.对于这最后一个缺点来说，有机种植者和传统种植者两者都利用堆肥沥滤液(堆肥茶)作为液体生物刺激物。所述沥滤液通过将充分堆肥的材料浸泡在水中，然后将固体与液体级分分离开来生产。尽管这种液体材料可用于滴灌或叶面施用，但其生产仍然耗时且劳动密集，并且所述液体产品具有与固体堆肥相同的缺点，因为它仍可能含有病原生物体并且其营养物含量不一致。因此，堆肥茶中存在的任何残留病原生物体都存在病原体复制和污染的风险，因此在适用且严格的联邦健康与安全法规下可能无法通过检查。
15.一些有机肥料包括基于鱼和基于植物蛋白的肥料。鱼乳液产品通常从完整的咸水鱼和包括鱼骨、鱼鳞和鱼皮在内的残骸产品生产。将鱼磨成浆液，然后进行热处理以去除油和鱼粉。所述加工后残留的液体称为鱼乳液。将所述产品酸化以使其变得稳定并防止微生物生长。鱼水解物肥料通常从淡水鱼通过冷酶消化过程生产。尽管鱼肥料可以为植物和土壤微生物提供营养补充，但它们难以使用，这部分是由于它们的高酸度和在某些情况下基于油的组成，后者可能阻塞农业设备。基于植物蛋白的肥料通常通过富含蛋白质的植物材料例如大豆的水解来生产，并且对于例如生产纯素食产品的种植者和园艺家而言是有吸引力的替代方案。然而，由于它们的来源，这些产品可能昂贵。此外，上述肥料都不是天然生物制剂：必须向它们添加有益微生物。
16.富含营养物的液体和固体生物肥料可以利用分解不需要的有机质的好氧微生物
从家禽粪肥生产，例如在美国专利号9,688,584b2和国际专利申请公开号wo 2017/112605 a1中描述的方法。然而，加工家禽粪肥来生产生物肥料的现有方法存在许多缺点，包括有机质的不完全分解导致稳定性不佳和生物反应器设备的过度起泡。后者导致气流的显著中断和随后的有机质不完全分解，这通常导致液体肥料产品堵塞喷雾器和其他田间施用设备，从而破坏耕作计划的运作并增加成本。此外，使用atab然后离心的现有技术(例如美国专利号9,688,584b2和国际专利申请公布号wo 2017/112605 a1)生产的固体肥料产品中的微生物/生长促进化合物不足以被归类为生物肥料。
17.因此，在本领域中对用于制造采取液体和固体两种形式的生物来源的产品的更高效的方法，仍存在着需求，所述产品可以提供优异的植物营养、生物刺激、土壤调理并提高土壤的生物多样性，同时是安全、易于使用和成本效益高的。此类产品会为目前使用的合成产品例如磷酸氢二铵、磷酸二氢铵和尿素-硝酸铵提供高度有利的替代品，并会满足种植者对标准化和可靠性的要求。


技术实现要素：

18.本文描述了施用到植物和土壤的组合物的制造方法。具体来说，本文公开的方法能够生产适合用作生物刺激物和生物肥料的固体和液体生物有机组合物两者。此外，这些组合物可以由动物废料例如家禽粪肥制成。在某些实施方式中，可以生产一般用途的乳化的生物肥料。所述方法还可以包括用于生产专用液体生物刺激物和固体生物肥料两者的分离步骤，这两者与当前使用现有方法生产的产品相比均含有增加量的宏量营养物、微量营养物、代谢化合物和支持植物生长的多种多样的微生物。
19.一方面，本发明描述了一种从动物废料制造生物营养组合物的方法，所述方法包括下述步骤：(a)将所述动物废料的ph调整到约5至约8，以产生稳定的动物废料组合物；(b)将所述稳定的动物废料组合物的水分含量调整到至少约75重量％，以产生水性动物废料浆液；(c)对所述水性动物废料浆液进行自热嗜热好氧生物反应(atab)以产生消化的动物废料组合物，包括向所述水性动物废料浆液递送纯氧或富氧空气，以在第一时间段内将所述水性动物废料浆液维持在适合于嗜热细菌生长的好氧条件下，和在第二时间段内将所述水性动物废料浆液维持在适合于嗜热细菌生长的温度下；以及(d)对所述消化的动物废料组合物进行至少一个另外的加工步骤，所述另外的加工步骤包括(1)将所述消化的动物废料组合物乳化以产生乳化的组分；或(2)任选地分离所述消化的动物废料组合物的实质性固体组分和实质性液体组分。在这些情况下，在整个所述方法中将所述稳定的动物废料组合物、所述水性动物废料浆液和所述消化的动物废料组合物均维持在约5至约8的ph下。在所述方法的某些版本中，所述第一时间段和所述第二时间段基本上同时发生。在所述方法的某些实施方式中，所述动物废料是家禽废料如鸡废料。
20.在某些实施方式中，在atab步骤之前允许所述水性动物废料浆液的组分保持一段时间的接触。在其他实施方式中，在atab步骤之前从所述水性动物废料浆液除去至少一部分无机固体。所述方法的某些版本包括从所述水性动物废料浆液除去至少一部分无机固体和降低所述水性动物废料浆液中的有机固体的粒度两个步骤。在某些情况下，无机固体通过过滤或液压沙砾去除器从所述水性动物废料浆液中除去。在其他情况下，粒度的降低通过胶体磨、均质机、浸渍机(macerator)或分散研磨机来进行。例如，在一个实施方式中，粒
度通过配置有产生小于约1微米的粒度的定子的胶体磨来降低。在一个实施方式中，所述另外的加工步骤包括将温度调整到低于约40℃和/或添加稳定剂例如但不限于腐殖酸。
21.在一个实施方式中，所述方法还包括在步骤(c)之前，在第三时间段内向所述水性动物废料浆液递送纯氧或富氧空气，以降低所述水性浆液中的厌氧化合物浓度。在另一个实施方式中，所述水性动物废料浆液包含至少约1百万分率的残余溶解氧浓度。在特定实施方式中，所述残余溶解氧浓度是至少约2百万分率。在其他实施方式中，所述纯氧或富氧空气通过经一个或多个孔眼级在约1微米至约3微米范围内的喷射器注入来递送。在其他情况下，在步骤(c)中将所述纯氧或富氧空气以约0.5cfm/10,000加仑至约1.5cfm/10,000加仑的速率注入到所述水性动物废料浆液中。在其他情况下，在步骤(c)之前将所述纯氧或富氧空气以约0.25cfm/10,000加仑至约1.5cfm/10,000加仑的速率注入到所述水性动物废料浆液中。所述厌氧化合物可以包括硫化氢。
22.在其他实施方式中，步骤(b)包括将所述稳定的动物废料组合物的水分含量调整到约80重量％至约92重量％之间，以产生所述水性动物废料浆液。在又一个实施方式中，所述动物废料的ph通过添加酸例如柠檬酸来调整。所述方法的适合的变化形式包括在步骤(c)之前将所述水性动物废料浆液加热到约40℃至约65℃范围内的温度。此外，所述自热嗜热好氧生物反应通常包括在所述第二时间段内将所述水性动物废料浆液加热到至少约55℃的温度。所述自热嗜热好氧生物反应中的好氧条件可能来自约2mg/l至约6mg/l之间的溶解氧水平。
23.所述方法可能需要在整个所述方法中将所述稳定的动物废料组合物、所述水性动物废料浆液和所述消化的动物废料组合物维持在约5.5至约7.5之间的ph下。在某些实施方式中，所述第三时间段为至少约15分钟。在其他实施方式中，所述第三时间段为至少约1小时。在其他实施方式中，所述第一时间段和所述第二时间段两者均为至少约1天。在其他实施方式中，所述第一时间段和所述第二时间段两者均为至少约3天。
24.上述方法可用于生产施用到植物和土壤的乳化的生物肥料、液体生物刺激物和/或固体生物肥料组合物。在某些实施方式中，所述组合物包含选自吲哚-乙酸、12-氧代植物二烯酸、茉莉酮酸、水杨酸、吲哚3-乙酰基-天冬氨酸、茉莉酰基异亮氨酸、脱落酸、派可林酸、n(δ)-乙酰基鸟氨酸、α-生育酚、γ-生育酚、创伤酸和3-吲哚丙酸的一种或多种植物激素或次生代谢物。在其他实施方式中，所述组合物包含至少一种添加剂，例如宏量营养物或微量营养物。在其他实施方式中，所述组合物被配制成用于施用到植物正在或将在其中生长的土壤或培养基。在其他实施方式中，它们被配制成用于施用到种子或植物部分。
25.在特定实施方式中，通过上述方法生产的组合物适合用于有机项目中。这些组合物也可以与用于常规农业的合成或化学肥料或杀虫剂或其他作物投入品混合。
26.本发明的另一方面描述了一种用于从动物废料制造生物营养组合物的方法，所述方法包括下述步骤：(a)将所述动物废料的ph调整到约5至约8，以产生稳定的动物废料组合物；(b)将所述稳定的动物废料组合物的水分含量调整到至少约75重量％，以产生水性动物废料浆液；(c)允许所述水性动物废料浆液的组分保持一段时间的接触；(d)降低所述水性动物废料浆液中的有机固体的粒度；(e)对所述水性动物废料浆液进行预定时间的自热嗜热好氧生物反应(atab)，以产生消化的动物废料组合物；以及(f)对所述消化的动物废料组合物进行一个或多个另外的加工步骤，所述另外的步骤包括(1)向所述消化的动物废料组
合物添加稳定剂；(2)将所述消化的动物废料组合物的温度调整到低于约40℃；(3)向所述消化的动物废料组合物添加一种或多种有机营养物；和/或(4)任选地分离所述消化的动物废料组合物的实质性固体组分和实质性液体组分。在这些情况下，所述水性动物废料浆液的atab在一个或多个包含纯氧或富氧空气递送系统的生物反应器中发生，所述递送系统将所述纯氧或富氧空气注入到所述水性动物废料浆液中，以将所述水性动物废料浆液维持在适合于嗜温和嗜热细菌生长的好氧条件下，并将所述生物反应器中所述水性动物废料浆液的温度维持在约55℃至约75℃的温度下。此外，在整个所述方法中，将所述稳定的动物废料组合物、所述水性动物废料浆液和所述消化的动物废料组合物维持在约5至约8的ph下。
27.在某些实施方式中，使用胶体磨、均质机、浸渍机或分散研磨机来降低粒度。例如，在一个特定实施方式中，粒度通过配置有产生小于约1微米的粒度的定子的胶体磨来降低。在其他实施方式中，所述方法包括在atab或粒度降低步骤之前从所述水性动物废料浆液除去至少一部分无机固体的步骤。例如，所述无机固体可以通过过滤或液压沙砾去除器从所述水性动物废料浆液中除去。
28.在某些实施方式中，所述纯氧或富氧空气递送系统包含一个或多个孔眼级在约1微米至约3微米范围内的喷射器。在其他实施方式中，将所述纯氧或富氧空气以约0.25cfm/10,000加仑至约1.5cfm/10,000加仑的速率注入到所述水性动物废料浆液中。在其他实施方式中，所述预定时间为至少约1天。在其他实施方式中，所述预定时间为至少约3天。
29.参考后面的附图、具体实施方式和实施例，本发明的其他特点和优点会显而易见。
附图说明
30.图1是营养组合物生产方法的示例性实施方式的方框图。虚线指示了任选的步骤。
具体实施方式
31.本文中描述了一种生产用于植物和土壤的生物有机生物刺激物和生物肥料组合物的改进的方法。通过本公开的方法和过程生产的组合物包括从作为起始材料的动物粪肥和相关废料生产的液体和固体产品两者。此外，本公开提供了一种能够产生乳化的生物肥料以及富含微生物和营养物的液体生物刺激物和固体生物肥料产品的生产方法，所述产品是环境安全的，并与用于有机、常规和再生农业产业中的所有精准农业施用系统完全相容。进而，通过本文中描述的方法生产的组合物包括生物肥料和生物刺激物，它们与化学肥料相比允许增强营养物的循环利用和土壤碳源的再生。
32.在特定实施方式中，所述起始材料包含家禽粪肥。本文中描述的方法包括通过将纯氧或富氧空气递送到液体料流或组分，对动物废料浆液进行自热嗜热好氧生物反应(atab)。本发明人发现了一种对动物废料浆液进行微生物消化/分解的方法，其不必首先将所述浆液分离成液体和固体料流，并且同时仍实现所述废料的充分分解。重要的是，对所述整个浆液进行atab过程并在足够的时间段内维持足够的嗜热条件(例如在至少约55℃的温度下至少72个小时)，能够生产满足美国国家有机计划的要求和fda生产食品安全要求的固体和液体产品两者。
33.此外，本发明人将这种革新与用纯氧或富氧源代替利用大气氧气源的常规通气或其他方法相结合，减少了atab期间发泡的产生。纯氧或富氧的使用允许提高atab期间的氧
利用率，从而减少蒸发，进而导致热损失减少、运行温度范围提高和更高的运行温度，从而增加有机质的分解，产生具有提高的稳定性和保质期、在田间施用期间不太可能堵塞或阻塞喷洒设备并增加促进植物生长的微生物化合物的生产的液体肥料产品。此外，在分离之前的初始混合和稳定化过程中将纯氧或富氧空气注入到所述动物废料组合物中，阻止了由微生物厌氧发酵形成的不想要化合物，包括通常在动物废料中存在的有毒和产生臭味的硫化氢的形成。因此，本发明人整合了增强的氧递送和均化动物废料浆液的更高效的微生物消化/分解，以便能够生产各种不同的生物有机产品。
34.为了进一步说明，在对所述动物废料浆液进行atab后，可以将所述消化的动物浆液材料进一步加工成通用的乳化的生物肥料或分离成液体级分和固体级分，用于分别生产专用液体生物刺激物和固体生物肥料。本发明人发现，与仅对分离的液体级分进行atab相比，在任何分离之前对所述动物废料浆液进行atab，允许生产具有增加的保质期、微量/宏量营养物、植物和土壤有益的好氧细菌和代谢化合物的通用的乳化的生物肥料。此外，在某些情况下，在atab之前进行的除沙砾和降低粒度的另外的步骤，提高了atab过程中所述动物废料组合物的微生物消化的效率。此外，所述消化的动物废料浆液可以在消化后分离，以产生液体生物刺激物产品以及固体生物肥料产品两者，所述每种产品与使用更常规的方法制造的产品相比具有更高水平的植物和土壤有益的好氧细菌、氮(例如高达34％或更高的氮含量)和在植物中增强生物刺激物活性的代谢化合物。
35.适合在本文中使用的示例性动物废料是禽类粪肥，尤其是家禽粪肥。禽类粪肥倾向于具有非常高的氮、磷和其他营养物含量，并且包含强大的植物生长所需的微生物群落，因此适合用于本发明的实施方式中。表1中示出了来自于几种不同家禽物种的粪肥中包含的典型营养物和微生物含量的比较。
36.表1.家禽粪肥营养物分析(来源：北卡罗来纳州立大学生物与农业工程系，1994年1月；北卡罗来纳州农业与消费者服务部农艺部)
37.[0038][0039]
tkn，总凯氏氮(有机氮、氨和铵)
[0040]
因此，来自于驯养禽类或家禽的粪肥可能特别适合用于本发明的制造方法，因为它们倾向于保持在农场等中，使得货源丰富且方便。在特定实施方式中，所述家禽粪肥选自鸡(包括小母鸡)、火鸡、鸭、鹅和珍珠鸡。
[0041]
在优选实施方式中，在本发明的制造方法中使用的原始粪肥包括鸡粪肥。养鸡场和其他家禽养殖场可能将家禽作为地面饲养的家禽(例如火鸡、肉鸡、肉鸡育种小母鸡)饲养，其中粪肥由动物粪便或滴落物以及垫料、羽毛等组成。或者，家禽养殖场可能将家禽作为从地面抬高的笼养蛋鸡饲养，其中粪肥主要由通过笼子掉落的粪便滴落物(粪便和尿酸)构成。在特定情况下，所述鸡粪肥选自蛋鸡、肉鸡和种鸡。在更特定实施方式中，所述粪肥包含蛋鸡粪肥。
[0042]
鸡粪肥的典型组成示出在表2中(以总组合物的百分率或ppm进行分析)。水分含量可以从45％至70％水分不等。除了宏量和微量营养物之外，所述粪肥含有多样化的微生物群体，它们具有成为pgpr的潜力，并且也具有致病特征。所述制造方法被设计成减少或消除病原生物体并培养包括pgpr在内的有益生物体。
[0043]
表2.原始鸡粪肥营养物分析
[0044]
营养物平均值范围铵氮0.88％0.29-1.59％有机氮1.89％0.66-2.96％tkn2.78％1.88-3.66％p2o52.03％1.33-2.93％k1.40％0.89-3.01％
硫0.39％0.13-0.88％钙3.56％1.98-5.95％镁0.36％0.22-0.60％钠0.33％0.10-0.88％铜90ppm》20ppm-309ppm铁490ppm314ppm-911ppm锰219ppm100pm-493ppm锌288ppm97ppm-553ppm水分51.93％31％-71％总固体49.04％69％-29％ph7.605.5-8.3总碳17.07％9.10％-29.20％有机质22.32％15％-30％灰分19.00％15-25％氯0.39％0.19％-0.80％
[0045]
在某些实施方式中，所选的家禽粪肥包含约17lb/吨至约71lb/吨之间(即以重量计约0.85％至约3.55％之间)的总凯氏氮(tkn)，其是有机氮、氨和铵的总量。在特定情况下，所述粪肥包含约16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、63、64、65、66、67、68、69、70或71lb/吨的tkn。
[0046]
本发明的组合物通过一种组合了物理(例如机械、热)、化学和生物学特点的方法从所述动物废料生产，正如下文中详细描述的，所述方法减少或消除病原体，同时促进多种多样的微生物群体生长并产生那些微生物的代谢产物，它们一起发挥作用以促进植物和土壤健康。就此而言，本发明人在所述方法的各个不同阶段中控制时间、温度、水分水平、氧化还原电位值、溶解氧含量和/或ph，并且可以改变所述组合物的微生物和生物化学谱。此外，在所述方法的各个不同阶段使用纯的或富集的氧气源具有额外的益处，这包括防止过度发泡，提高氧气流以允许有机质的更完全的微生物介导的分解，消除引起臭味的污染物以及提高最终产品的稳定性和保质期。
[0047]
尽管不希望受到理论束缚，但所述组合物中的代谢物充当植物代谢的前体构件，并且可以增强调控功能和生长。一方面，所述组合物中的细菌可以产生化感物质，其可以包括例如铁载体、抗生素和酶。另一方面，用于植物次生代谢物合成的前体分子可以包括类黄酮、联合的酚和多酚化合物、萜类化合物、含氮生物碱和含硫化合物。
[0048]
除非另有注明，否则本文中提到的所有百分率均为重量百分率(重量％)。
[0049]
如果使用的话，范围被用作速记法，以避免不得不列出和描述所述范围内的每一个值。在适当时，可以选择所述范围内的任何值作为所述范围的上限值、下限值或终点。
[0050]
术语“约”是指度量例如温度、重量、百分率、长度、浓度等的数值的变化，其由用于获得该度量的装置的典型误差率造成。在一个实施方式中，术语“约”意味着在所报告的数值的5％以内；优选地，它意味着在所报告的数值的3％以内。
[0051]
当在本文中使用时，词语的单数形式包括复数形式，反之亦然，除非上下文另有明
确规定。因此，没有具体数目的指称通常包括相应项目的复数。同样地，术语“包括”和“或”都应该被解释为是包含性的，除非在上下文中明确禁止了这种解释。类似地，术语“实例”特别是在后面跟有术语名单时，仅仅是示例性和说明性的，并且不应被视为排他性或全面的。
[0052]
术语“包含”旨在包括由术语“基本上由
……
组成”和“由
……
组成”所涵盖的实施方式。类似地，术语“基本上由
……
组成”旨在包括由术语“由
……
组成”所涵盖的实施方式。
[0053]
当在本文中使用时，“动物废料”是指含有动物粪肥的任何材料，包括其中弃置有动物粪肥的窝料、垫料或任何其他环境。在一种情况下，“动物废料”包含鸟类或禽类粪肥，更特别是家禽粪肥(例如鸡、火鸡、鸭、鹅、珍珠鸡)。具体来说，“动物废料”包括鸡粪肥，例如来自于肉鸡或蛋鸡的粪肥。在其他情况下，“动物废料”可以是指来自于其他动物例如猪、牛、绵羊、山羊或本文中未具体列举的其他动物的废料。在有一种情况下，“动物废料”可以是指来自于两种或更多种动物例如两种或更多种家禽的废料的混合物。
[0054]
术语“增强的有效性”、“改进的有效性”或“提高的有效性”在本文中可互换使用，是指生物刺激物、生物肥料、合成肥料、化学杀虫剂/除草剂和其他化合物改进植物健康、作物或种子产量、营养物摄取或效率、抗病性、土壤完整性、植物对胁迫(例如热、干旱、毒素)的响应、抗卷叶性等的增强的能力。例如，可以向生物刺激物、生物肥料、合成肥料或化学杀虫剂/除草剂添加添加剂或增补剂，其提供与不存在该添加剂情况下的等同生物刺激物、生物肥料、合成肥料或化学杀虫剂/除草剂相比“改进的有效性”。具体来说，通过本文中公开的方法生产的生物刺激物可以与合成肥料或除草剂/杀虫剂混合，以提供与在不存在所述生物刺激物的情况下用所述合成肥料或除草剂/杀虫剂处理的等同植物或根际相比，植物健康、作物或种子产量、营养物摄取或效率、抗病性、土壤完整性、植物对胁迫(例如热、干旱、毒素)的响应、抗卷叶性等的改善。上述植物和土壤性状可以由专业技术人员使用适合于此类测量的大量本领域标准技术客观地测量。
[0055]“家禽窝料”是指在家禽饲养设施中在其上饲养家禽的材料床。所述窝料可以包含填充物/垫料材料例如锯末或木材刨花和碎屑、家禽粪肥、溢出的食物和羽毛。
[0056]“粪肥浆液”是指粪肥与任何液体例如尿液和/或水的混合物。因此，在一种情况下，粪肥浆液可以在动物粪肥与尿液接触时或在粪肥与来自于外部来源的水混合时形成。术语浆液不打算暗示任何特定的水分和/或固体含量。
[0057]
术语“自热嗜热好氧生物反应”或“atab”在本文中用于描述对动物废料浆液所进行的以便产生本发明的液体和/或生物质营养组合物的生物反应。正如下文描述的，所述术语是指一个放热过程，其中使所述动物废料浆液在预定时间段内经受高温(至少部分内源地产生)。有机质被原始废料中存在的微生物消耗，并且所述在微生物活动期间释放的热量维持了嗜热温度。
[0058]
就此而言，“生物反应”是一种生物学反应，即涉及生物体或源自于此类生物体的生物化学活性物质的化学过程。“自热”意味着所述生物反应产生其自身的热量。在本公开中，尽管热量可以从外部来源供应，但所述过程本身也内部产热。
[0059]
术语“嗜温菌”在本文中用于指称在中等温度、通常在约20℃至约45℃之间的温度下生长最好的生物体。
[0060]“嗜热”是指所述反应有利于嗜热微生物的存活、生长和/或活性。正如本领域中已知的，嗜热微生物是“喜热的”，正如在本文中详细描述的，其生长范围在45℃至80℃之间，
更特别是50℃至70℃之间。“好氧”意味着所述生物反应在好氧条件下，特别是有利于好氧微生物即偏好(兼性)或需要(专性)氧气的微生物的条件下进行。
[0061]“厌氧”意味着有利于厌氧微生物的条件，所述厌氧微生物是兼性厌氧菌、耐氧或被氧气的存在损伤的微生物。“厌氧”化合物是由微生物在厌氧呼吸(发酵)期间产生的化合物。
[0062]
当在本文中使用时，术语“纯氧”是指含有至少约96％氧气，通常氧气在约96％至约98％范围内的气体。
[0063]
当在本文中使用时，术语“富氧空气”是指含有至少约30％氧气的空气或气体。
[0064]
术语“环境空气”或“大气氧气”在本文中有时可互换使用，并且是指地球上存在的处于自然状态下的空气。专业技术人员可以容易地理解“环境空气”或“大气氧气”意味着含有约21％氧气的空气。
[0065]
当在本文中使用时，术语“内源”是指从内部，例如从起始材料即动物废料的内部或从制造方法的组分即消化的动物废料或分离的液体和固体组分的内部或从制造方法的产物即本文中描述的营养组合物的内部产生的物质或过程。组合物可能含有内源和外源(即添加的)组分两者。就此而言，术语“内源地包含”是指对所述组合物来说内源的而不是添加的组分。
[0066]
术语“生物防控剂”和“生物杀虫剂”在本文中可互换使用，是指源自于天然材料例如动物、植物、细菌和某些矿物的杀虫剂。例如，菜籽油和小苏打具有杀虫应用，并且被认为是生物杀虫剂。“生物杀虫剂”包括生物化学杀虫剂、微生物杀虫剂和植物参与的保护剂(pip)。“生物化学杀虫剂”是通过非毒性机制控制害虫的天然存在的物质。“微生物杀虫剂”是含有微生物(例如细菌、真菌、病毒或原生动物)作为活性成分的杀虫剂。例如，在某些实施方式中，苏云金芽孢杆菌(bacillus thuringiensis)亚种和菌株被用作“微生物杀虫剂”。苏云金芽孢杆菌(b.thuringiensis)产生蛋白质混合物，其取决于所使用的具体亚种或菌株和产生的具体蛋白而靶向某些物种的昆虫幼虫。“pip”是植物从添加到所述植物的遗传物质产生的杀虫物质。例如，在某些实施方式中，将苏云金芽孢杆菌(b.thuringiensis)杀虫蛋白的基因引入到植物基因组中，其可以被所述植物表达以产生该蛋白。
[0067]
当在本文中使用时，“生物刺激物”是指当施用到种子、植物或根际时刺激天然过程以增强和/或有益于营养物摄取、营养物效率、对非生物胁迫(例如干旱、热和盐碱土)的耐受性和/或作物品质和产量的物质或微生物。包含一种或多种主要营养物(例如氮、磷和/或钾)和至少一种活的微生物的“生物刺激物”也是生物肥料。其他的“生物刺激物”可能包含植物生长调节剂、有机酸(例如黄腐酸)、腐植酸和氨基酸/酶。
[0068]
当在本文中使用时，术语“生物肥料”是指含有一种或多种主要营养物(例如氮、磷和/或钾)和活的微生物的物质，所述微生物在施用到种子、植物表面或土壤时定殖于根际或植物结构，并通过提高宿主植物的主要营养物利用率来促进生长。“生物肥料”包括但不限于植物促生根际细菌(pgpr)、堆肥/堆肥茶和某些真菌(例如菌根)。已发现可以增强植物生长的细菌的实例包括嗜温细菌和嗜热细菌两者。已显示出增强植物生长的具体的嗜热细菌包括例如芽孢杆菌属、脲芽孢杆菌属、地芽孢杆菌属、短芽孢杆菌属和类芽孢杆菌属的成员，已知它们都在家禽粪肥堆肥中普遍存在。据报道对植物生长有益的嗜温菌包括属于芽
孢杆菌属、沙雷氏菌属、固氮菌属、赖氨酸芽孢杆菌属和假单胞菌属的嗜温菌。
[0069]
术语“有机肥料”通常是指来自于天然来源的土壤改良剂，其确保至少最低百分率的氮、磷和钾肥。实例包括植物和动物副产物、岩粉、海草、接种剂和调理剂。如果此类肥料满足用于有机项目例如nop的标准，它们也可以被称为已被注册、批准或列出用于此类项目。
[0070]“植物促生根际细菌”和“pgpr”在本文中可互换使用，是指定殖于植物根部并增强植物生长的土壤细菌。
[0071]“植物生长调节剂”和“pgr”在本文中可互换使用，是指用于植物中的细胞间通讯的化学信使(即激素)。目前在本领域中存在九类公认的植物激素或pgr：植物生长素类，赤霉素类，细胞分裂素类，脱落酸、乙烯、油菜素甾醇类、茉莉酮酸酯类、水杨酸和独角金内酯类。
[0072]
术语“有机农业”在本文中用于指称通过应用低环境影响的技术来维持土壤和植物健康的生产系统，所述技术不使用可能影响最终产品、环境或人类健康的化学或合成产品。
[0073]
术语“常规农业”在本文中用于指称包括使用合成肥料、杀虫剂、除草剂、遗传修饰等的生产系统。
[0074]
术语“再生农业”在本文中用于指称一种提高生物多样性、肥沃土壤、改善流域和增强生态系统服务的种植原理和实践的体系。
[0075]
当在本文中使用时，术语“根际”是指植物根部附近的土壤区域，其中的化学和微生物学受到植物的生长、呼吸和营养物交换的影响。
[0076]
当在本文中使用时，“土壤调理剂”是添加到土壤以改善土壤的物理、化学或生物学品质，特别是它为植物提供营养的能力的物质。土壤调理剂可用于改善贫瘠土壤或重建已被不适当的管理损坏的土壤。这种改善可以包括提高土壤有机质、改善土壤营养物分布情况和/或提高土壤微生物多样性。
[0077]
在整个本说明书中引用了各种不同的出版物包括专利、公布的申请和学术文章。这些出版物中的每一者整体通过参考并入本文。
[0078]
方法：
[0079]
所述制造方法通常包括下述步骤：(1)准备起始材料(动物废料，在本文中也被称为“进料材料”)以产生动物废料浆液；(2)允许所述动物废料浆液的组分保持一段时间的接触，并包括所述动物废料浆液的通气、混合和加热中的一者或多者；(3)从所述动物废料浆液除去至少一部分无机固体；(4)任选地降低粒度；以及(5)对所述动物废料进行自热嗜热好氧生物反应(atab)，以产生消化的动物废料组合物。
[0080]
此时，可以将所述消化的动物废料组合物冷却、储存和任选地用其他有机营养物配制和/或用例如腐殖酸稳定化，以产生通用的乳化的生物肥料，或者可以将所述消化的动物废料组合物分离成实质性固体组分和实质性液体组分，每种所述组分可以被进一步加工以分别产生固体生物肥料和液体生物刺激物。可以将所述液体生物刺激物冷却，任选地用其他有机营养物配制、稳定化和储存。另一方面，可以将所述固体生物肥料在低温下干燥、脱水或造粒，以保存微生物内含物。它也可以任选地用其他有机营养物配制。最后，在运输或包装之前通常对所述液体生物刺激物产物进行过滤和/或筛选。
[0081]
描绘了应用于原料粪肥例如蛋鸡粪肥的制造方法的示例性实施方式的示意图示出在图1中并在下文进一步描述。如果粪肥作为例如来自于肉鸡的家禽窝料供应，则在上面概述的方法开始之前除去所述垫料。
[0082]
一般来说，本文中公开的制造方法可以包括氧气供应或递送系统，用于向所述方法中的各个不同步骤引入纯氧或富氧空气，其具有至少约30％，例如至少约30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、51％、52％、53％、54％、55％、56％、57％、58％、59％、60％、61％、62％、63％、64％、65％、66％、67％、68％、69％、70％、71％、72％、73％、74％、75％、76％、77％、78％、79％、80％、81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％、99％、99.1％、99.2％、99.3％、99.4％、99.5％、99.6％、99.7％、99.8％或99.9％的氧浓度。适合的氧气供应系统可以安装在混合罐、生物反应器等中。此类氧气供应系统可以被安装以代替供应大气氧气(或环境空气)的典型的喷嘴混合器和通气系统。通常，大气氧气是氧含量为约21％的空气或气体，所述氧含量显著低于在本发明的方法中提供的氧气供应。纯氧或富氧空气可以被引入到所述浆液准备步骤和/或atab步骤中。
[0083]
正如本领域技术人员应当理解的，气体可以通过各种不同的递送装置递送或注入到液体中，例如吸气机、文丘里泵、喷射器、鼓泡器、碳酸化器、管线或管道、罐/缸等。在特定实施方式中，所述气体递送装置是喷射器。适合与本文中公开的氧气供应系统一起使用的喷射器可以由任何本领域标准的塑料(例如聚乙烯或聚丙烯)或金属(例如不锈钢、钛、镍等)的多孔结构构成。可以迫使加压气体(例如氧气)通过所述喷射器中的孔眼网络并进入水性混合物例如浆液或液体级分中。适合用于本发明的孔眼级在约0.1微米至约5微米的范围内，例如约0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0微米；优选地在约1至3微米之间。在特定实施方式中，所述喷射器的孔眼尺寸为约1.5微米至约2.5微米。例如，在一个实施方式中，所述氧气供应系统包括2微米烧结不锈钢喷射器。
[0084]
浆液准备
[0085]
在所述准备步骤中，首先调整所述进料材料的水分含量并优选地调整ph。尽管在某些实施方式中所述方法可以在任何ph下进行，但优选地将ph维持在如下所述的理想ph范围内。在某些情况下，ph调整发生在所述方法中的浆液阶段或甚至更晚。可以通过添加ph调节剂将所述进料材料和/或浆液的ph调整到中性或酸性，应该理解，ph可以在调整水分之前或之后调整。或者，ph和水分的调整可以同时进行。在其他实施方式中，进料和/或浆液的ph不必调整(即所述进料材料和/或浆液的ph已经在所需ph范围之内)。然而，通常需要调整所述进料材料和/或浆液的ph。在特定实施方式中，将所述进料/浆液调整到约4至约8之间、或更特别地约5至约8之间、或甚至更特别地约5.5至约8之间或约5.5至约7.5之间的ph。在优选实施方式中，所述浆液的ph为至少约6.0、或约6.1、或约6.2、或约6.3、或约6.4、或约6.5、或约6.6、或约6.7、或约6.8、或约6.9、或约7.0、或约7.1、或约7.2、或约7.3、或约7.4、或约7.5、或约7.6、或约7.7、或约7.8、或约7.9。在某些实施方式中，将所述浆液调整到低于约8、更优选地低于约7.5的ph。例如，在一个特定实施方式中，将所述进料材料和/或浆液调整到
约7或约7.5的ph。原本非酸性(即碱性)进料的酸化对于稳定化粪肥中的天然氨以变成非挥发性化合物例如柠檬酸铵来说是重要的。因此，所述ph调整步骤产生稳定的动物废料组合物或动物废料浆液。在所述整个制造方法中，所述稳定的动物废料浆液的ph被维持在所需范围内，例如约5至约8之间、或约5.5至约8之间、或约5.5至约7.5之间、或约6至约7.8之间、或约7或约7.5。在某些实施方式中，在储存/包装/运输之前将最终产物的ph调整到约5至约6之间例如约5.5的ph。
[0086]
通常使用酸来调整所述动物废料进料和/或浆液的ph。在某些实施方式中，所述酸是有机酸，尽管无机酸也可以使用或者与有机酸组合。适合的有机酸包括但不限于甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、草酸(乙二酸)、乳酸(2-羟基丙酸)、苹果酸(2-羟基丁二酸)、柠檬酸(2-羟基丙烷-1,2,3-三甲酸)和苯甲酸。优选地，所述酸是常用于调整食品或饲料的ph的酸。优选的酸是柠檬酸。例如，在某些实施方式中，在整个方法中可以使用柠檬酸将所述动物废料进料和/或浆液的ph维持在所需范围之内。
[0087]
正如上文提到的，所述准备步骤还涉及调整所述动物废料的水分含量以产生浆液。所述水分含量通过添加液体来调整，以形成水性浆液，其具有足够的液体性以便可以例如通过泵送从一个容器经软管或管路流动到另一个容器。所述液体可以是从外部来源供应的水或某些其他液体，或者可以是从所述方法的另一个步骤循环利用的液体。在某些实施方式中，所述水性动物废料浆液具有至少约80％的水分含量。更具体来说，所述水性动物废料浆液具有至少约81％、或至少约82％、或至少约83％、或至少约84％、或至少约85％、或至少约86％、或至少约87％、或至少约88％、或至少约89％、或至少约90％、或至少约91％、或至少约92％、或至少约93％、或至少约94％、或至少约95％、或至少约96％、或至少约97％、或至少约98％、或至少约99％的水分含量，并且应该理解约99％的水分是上限。在特定实施方式中，所述浆液具有约80％至约95％之间、甚至更特别地约84％至约87％之间或约80％至约92％之间的水分含量。
[0088]
所述动物废料浆液准备还可以包括递送氧气以产生更加好氧的环境，从而既阻止在氧剥夺条件下在微生物发酵期间产生的厌氧污染物的形成，又氧化厌氧污染物。这些不想要的化合物之一是硫化氢，其可以由有机质例如粪肥的厌氧微生物分解产生。硫化氢是有毒、腐蚀性和可燃的，具有臭鸡蛋的特征性臭味。在所述液体和固体肥料产品生产期间显著减少或消除所述有毒且产生臭味的硫化氢，是非常合乎需要的。产生臭味的硫化氢可以被气态氧氧化。
[0089]
在浆液或液体组分中，硫化氢解离成方程1所示的其离子形式：
[0090]
h2s
→
2h
+
+s-2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程1
[0091]
然后游离的硫离子按照方程2与氧气反应：
[0092]
2h2s+o2→
2h2o+2s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
方程2
[0093]
硫化氢氧化的反应比在1.0左右。例如，每ppm的硫化氢需要1mg/kg(ppm)的氧气。在某些实施方式中，所述浆液或液体组分中的残余溶解氧为至少约0.5ppm，例如0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0或更高的ppm。在优选实施方式中，所述浆液或液体组分中的残余溶解氧水平为至少约1ppm，更优选为至少约2ppm。然而，典型的浆液混合罐向所述系统供应大气氧气以降低由微生物的厌氧代谢形成的化合物的生产。大气氧气源可能提供不足以消除
硫化氢污染物的氧气。因此，需要更高效的氧气递送系统。
[0094]
因此，为了在浆液准备期间氧化混合罐中的硫化氢和其他污染物，所述准备步骤可以包括用于将纯氧或富氧空气注入到所述浆液中的氧气供应或递送系统，其与现有的递送大气氧气的通气系统相比提供了氧气递送的显著提高。所述氧气供应或递送系统可以包括用于将氧气递送或注入到所述浆液中的任何适合的手段，例如一个或多个喷射器、文丘里泵、鼓泡器、碳酸化器、管道等。在特定实施方式中，所述氧气供应或递送系统包括多个喷射器。在某些实施方式中，氧气以约0.1cfm/10,000加仑材料至约3cfm/10,000加仑材料，例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3.0cfm的速率递送到所述准备步骤的混合罐和/或直接注入到所述浆液中。在优选实施方式中，所述递送速率在约0.25cfm/10,000加仑材料至约1.5cfm/10,000加仑材料之间。例如，在一个特定实施方式中，氧气以约0.25cfm/10,000加仑材料的速率递送到所述准备步骤的混合罐和/或直接注入到所述浆液中。因此，本文中公开的氧气供应或递送系统提高残余溶解氧含量以满足上述的所需阈值。
[0095]
所述浆液准备系统被设计成在ph为4至8、优选为5至8的水性介质中并在高温下准备均匀浆液。在这个阶段升高温度是出于几个目的，包括(1)促进所述浆液的混合和流动性，(2)杀死病原体和/或杂草种子，和/或(3)启动所述进料中存在的嗜温细菌的生长。温度可以通过本领域中已知的任何手段升高，包括但不限于所述混合罐的传导加热、使用热水调整水分含量或注入蒸汽，这仅仅是举几个例子。在某些实施方式中，将所述浆液逐渐加热到至少约40℃、或至少约41℃、或至少约42c、或至少约43℃、或至少约44℃、或至少约45℃、或至少约46℃、或至少约47℃、或至少约48℃、或至少约49℃、或至少约50℃、或至少约51℃、或至少约52℃、或至少约53℃、或至少约54℃、或至少约55℃、或至少约56℃、或至少约57℃、或至少约58℃、或至少约59℃、或至少约60℃、或至少约61℃、或至少约62℃、或至少约63℃、或至少约64℃、或至少约65℃。通常，所述温度不超过约65℃，或者更具体来说，它低于约65℃或低于约60℃。在某些实施方式中，所述浆液的温度优选被维持在约40℃至约65℃之间、更优选地约40℃至约45℃之间的温度范围内。为了确保病原体破坏，将所述完全均化的浆液进一步加热至65℃最少1小时。或者，可以将所述完全均化的浆液加热至更低的温度更长的时间段以杀死病原体，例如在约46℃至55℃之间取决于温度约24小时至约1周的时间段。例如，具体时间/温度可以是约55℃约24小时或约46℃约1周。
[0096]
将所述ph调整过的动物粪肥浆液在高温下维持足够的时间，以将所述粪肥分解成细小粒子，将所述浆液充分均化以用于进一步加工，并活化本源嗜温细菌。通过这种方式，所述动物废料浆液的各种不同组分在这个时间段内保持接触。例如，在某些实施方式中，将所述动物废料浆液在所述高温下保持至少约1小时直至约4小时，例如约1、1.5、2、2.5、3、3.5或4小时。在某些实施方式中，在此期间对所述浆液进行斩拌、混合和/或均化。在某些实施方式中，将如上所概述的准备步骤与所述方法的后续步骤分隔开，以降低下游过程步骤可能被原始粪肥污染的可能性。
[0097]
在示例性实施方式中，所述浆液系统由装备有斩拌机/均质机(例如浸渍机或斩拌机泵)、氧气供应系统(例如喷射器)、ph和温度控制器和用于尾气的生物过滤系统的罐(例如钢罐或不锈钢罐)构成。
[0098]
示例性的过程由下述步骤构成：在所述罐中装入水，将其加热到45℃或更高温度，
用柠檬酸将ph降低到7或更低，优选地降低到约5至约7的ph范围。将所述斩拌机泵、氧气供应系统(例如通过喷射器)和尾气生物过滤系统打开，然后引入所述进料以确保水分含量为例如85至90％。这是一种分批操作，并且在各种不同情况下可以花费1至4小时来制造均匀浆液。所述操作确保所述粪肥的每个粒子在至少1小时的时间段内经受45℃或更高的温度，以启动嗜温分解。此外，纯氧或富氧空气的注入减少或消除了由厌氧发酵产生的有毒且产生臭味的污染物例如硫化氢。
[0099]
在某些实施方式中，将如上所述准备的水性动物废料浆液通过泵送，例如使用螺杆泵从浆液罐转移。螺杆泵是用于移动可能含有外来物质例如石头、羽毛、木屑等的浆液的特别适合的装置。所述转移管线可以被导入到振动筛中，其中所述筛可以以竖直轴向模式或水平横向模式中的任一者振动。所选的振动筛具有适合尺寸的筛孔，以确保较大的材料被排除在所述浆液料流之外。在一个实施方式中，所述筛排除在任何维度上大于约1/8英寸的材料。
[0100]
然后可以将所述浆液料流直接泵送到所述方法的下一个步骤或泵送到储存罐中，所述储存罐可以装备有ph和温度控制器和/或搅拌系统。在特定实施方式中，所述储存罐也可以装备有氧气供应系统。在此类实施方式中，通过以约0.1cfm/10,000加仑浆液至约3cfm/10,000加仑浆液，例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3.0cfm/10,000加仑浆液的速率注入纯氧或富氧空气，将所述浆液保持在好氧条件下。优选地，将所述纯氧或富氧空气以约0.25cfm/10,000加仑浆液至约1.5cfm/10,000加仑浆液、更优选地约0.5cfm/10,000加仑浆液的速率递送到所述浆液。在某些实施方式中，氧气通过多个喷射器例如上文描述的喷射器递送。通过将所述浆液保持在好氧条件下，避免了厌氧化合物的形成。任选地，使所述尾气经历生物过滤或其他处理手段。
[0101]
除沙砾
[0102]
在动物废料进料和所述水性动物废料浆液内含有各种不同的无机粒子，例如沙子、石头和其他沙砾。沙砾会增加生物反应器、泵、混合设备、离心机和其他可能包含在制造过程中的设备的磨损。因此，去除沙砾保护该设备免受磨损并降低能源和维护成本。此外，这些无机粒子的去除也提高了有机组分的表面利用率，从而提高微生物消化/分解的效率并提高最终产品的质量。因此，在本文公开的方法的优选实施方式中，将来自于混合罐或储存罐的水性动物废物浆液料流送往被配置用于去除至少一部分沙砾以及其他粗粒和细粒无机固体的系统；优选地，从所述水性动物废料浆液中去除大部分沙砾和其他无机固体。
[0103]
各种不同的沙砾去除系统可用于本发明。在某些实施方式中，所述浆液准备混合罐配备有网筛，其被配置用于沙砾捕获。适合的网筛范围为18目至5目(即约1mm至约4mm)，例如18、16、14、12、10、8、7、6或5目；优选地，所述网筛为12目至8目(即约1.68mm至约2.38mm)。例如，被配置用于去除沙砾的浆液准备罐可以利用重力和10目网筛来捕获和去除沙砾。
[0104]
其他沙砾洗涤和去除系统包括液压容器，其控制所述浆液的流动以产生开放的自由涡流，这进而产生具有薄流体边界的高离心力。然后迫使沙砾到达外部周边，在那里它在重力作用下落下并可以被排出。然后所述动物废料浆液通过液压阀离开容器。在此类实施方式中，将所述动物废料浆液以约150gpm至约1,200gpm(约9.5l/s至约75.7l/s)，例如约
150gpm、200gpm、250gpm、300gpm、350gpm、400gpm、450gpm、500gpm、550gpm、600gpm、650gpm、700gpm、750gpm、800gpm、850gpm、900gpm、950gpm、1,000gpm、1,050gpm、1,100gpm、1,150gpm或1,200gpm的速率切向泵入液压容器中；优选地，所述速率为约200gpm至约1,000gpm(约12.6l/s至约63.1l/s)，更优选地，所述速率为约250gpm至约800gpm(约15.8l/s至约50.5l/s)。例如，在一个特定实施方式中，将所述动物废料浆液以约300gpm(约18.9l/s)的速率泵入到所述沙砾去除容器中。这种系统消除了在生物反应器装料之前对转鼓过滤器的需要，同时仍能从所述动物废料浆液捕获、洗涤和分类小至约95μm、或约90μm、或约85μm、或约80μm、或约75μm、或约70μm的沙砾。
[0105]
液压系统在本领域中是可用的，例如来自于hydro international(hillsboro,oregon,usa)的slurrycup沙砾洗涤系统。在某些实施方式中，将两个或多个液压容器串联配置，以提供对动物废料浆液流的多轮沙砾洗涤。在其他实施方式中，所述系统可以与带式自动链梯一起使用，所述带式自动链梯捕获和脱水沙砾输出物，从而降低固体处理和处置成本(例如grit snail，hydro international，hillsboro，oregon，usa)。
[0106]
从所述沙砾去除步骤，可以将所述水性动物废料浆液料流导入到储存罐例如上文描述的储存罐中。正如上文提到的，这些储存罐装备有ph和温度控制器、搅拌系统和/或氧气供应系统。在此类实施方式中，通过将纯氧或富氧空气以约0.1cfm/10,000加仑浆液至约3cfm/10,000加仑浆液例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3.0cfm/10,000加仑浆液的速率注入，将所述浆液保持在好氧条件下。优选地，将所述纯氧或富氧空气以约0.25cfm/10,000加仑浆液至约1.5cfm/10,000加仑浆液、更优选地约0.5cfm/10,000加仑浆液的速率递送到所述浆液。在某些实施方式中，氧气通过多个喷射器例如上文描述的喷射器递送。
[0107]
在某些实施方式中，所述动物废料浆液可以被进一步加工以降低粒度，从而增加所述动物废料组合物、包括具有较低水分含量的动物废料浆液的表面积并支持其更充分的好氧消化。适合的降低尺寸的设备包括但不限于胶体磨、均质机、浸渍机或分散研磨机。在一个实施方式中，本发明的方法利用均质机，其迫使所述浆液材料通过狭窄的空间并同时在高压下提供空化、湍流或一些其他力，以产生一致且均匀的动物废料浆液。在另一个实施方式中，使用胶体磨。正如本领域技术人员会认识到的，胶体磨包括在含有许多小槽的静止定子上高速旋转的转子。所述转子-定子混合机推动所述浆液通过所述定子的槽，从而将粒度降低到小于约1.5微米，例如1.5微米、1.4微米、1.3微米、1.2微米、1.1微米、1微米、0.9微米、0.8微米、0.7微米、0.6微米、0.5微米、0.4微米或更小，优选地小于约1微米。在优选实施方式中，所述方法包括降低粒度的步骤，其包括浸渍机或胶体磨，用于将有机粒子的尺寸降低到小于约1微米。
[0108]
自热嗜热好氧生物反应
[0109]
下一个步骤涉及对所述动物废料浆液进行自热嗜热好氧生物反应(atab)。atab是一种放热过程，其中使所述具有细小悬浮固体的动物废料组合物在预定时间段内经受高温。有机质被所述原始废料中存在的微生物消耗，并且在所述微生物活动期间释放的热量维持嗜温和/或嗜热温度，从而分别有利于嗜温和嗜热微生物的生产。自热嗜热好氧生物反应产生含有宏量和微量营养物、pgpr、次生代谢物、酶和pgr/植物激素的生物学稳定的产
物。
[0110]
在现有方法中，在去除沙砾后，通常对所述浆液进行固体/液体分离。在这些过程中，所述液体组分仅含有约4％至约6％的动物废料，然后对其进行atab步骤。此外，通过这些方法产生的固体材料在不包括破坏有益细菌的干燥步骤的情况下不满足nop标准。因此，这个分离步骤从所述液体组分中除去有价值的、对植物重要的非水溶性营养物。此外，这样的过程只允许液体料流的高效atab消化。因此，仅仅约15％至约25％的所述水性动物废料浆液经历所述atab步骤。反过来，产生的固体材料是富含营养物的肥料和土壤改良剂，但不是更高价值的生物刺激物或生物肥料。因此，本发明人开发了本发明的系统，它在atab之前不需要分离，并且可以包括上述的除沙砾和/或粒度降低步骤，以允许在atab步骤期间对整个水性动物废料浆液进行高效微生物分解。通过这种方式并且如下所解释的，可以产生具有足以满足商业需求和nop标准的营养物和代谢化合物的液体生物刺激物和固体生物有机肥料产品两者。
[0111]
在某些实施方式中，所述高温条件是约45℃至约80℃之间。更具体来说，所述高温条件是至少约46℃、或47℃、或48℃、或49℃、或50℃、或51℃、或52℃、或53℃、或54℃、或55℃、或56℃、或57℃、或58℃、或59℃、或60℃、或61℃、或62℃、或63℃、或64℃、或65℃、或66℃、或67℃、或68℃、或69℃、或70℃、或71℃、或72℃、或73℃、或74℃、或75℃、或76℃、或77℃、或78℃、或79℃。在特定实施方式中，所述高温条件是约45℃至约75℃之间，更特别是约45℃至约70℃之间，更特别是约50℃至约70℃之间，更特别是约55℃至约65℃之间，最特别是约60℃至约65℃之间。在某些实施方式中，将所述动物废料浆液在轻柔搅拌下维持在所述atab中(例如，每小时发生约10至约60次完全周转)。
[0112]
通常，所述atab的温度逐渐升高到嗜温期，然后升高到嗜热期。本领域普通技术人员应当理解，所述嗜温期处于嗜温菌生长最好的温度范围(例如约20℃至约45℃)。当温度升高到高于20℃至约40℃时，所述动物废料浆液进入嗜温期，从而富集嗜温菌。在某些实施方式中，所述嗜温期温度在约30℃至约40℃之间，例如约30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃。在其他实施方式中，所述嗜温期温度为约35℃至约38℃。在此类实施方式中，将所述动物废料浆液在嗜温期温度下维持1小时至几天的时间段，例如至少约1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时、8小时、9小时、10小时、11小时、12小时、13小时、14小时、15小时、16小时、17小时、18小时、19小时、20小时、21小时、22小时、23小时、1天、2天、3天、4天或5天。在优选实施方式中，将所述动物废料浆液在嗜温期温度下维持约1至4天、更优选地约1至3天的时间段。例如，在一个特定实施方式中，将所述动物废料浆液在嗜温期温度下维持约3天。当温度继续升高时，所述动物废料浆液进入嗜热期，从而富集嗜热菌。本领域普通技术人员应当理解，所述嗜热期处于嗜热菌生长最好的温度范围(例如约40℃至约80℃)。在某些实施方式中，所述嗜热期温度在约45℃至约80℃之间，例如约45℃、46℃、47℃、48℃、49℃、50℃、51℃、52℃、53℃、54℃、55℃、56℃、57℃、58℃、59℃、60℃、61℃、62℃、63℃、64℃、65℃、66℃、67℃、68℃、69℃、70℃、71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃或80℃。在其他实施方式中，所述嗜热期温度为约50℃至约70℃。在其他实施方式中，优选地所述嗜热期温度为至少约55℃，更优选地将所述动物废料浆液在约60℃至约65℃之间的温度范围维持至少一部分时间。
[0113]
在某些实施方式中，将所述动物废料浆液在所述高温下维持几小时到几天的时间
段。通常使用1天至14天之间的范围。在某些实施方式中，所述条件可以维持1、2、3、4、5、6、7、8、9天或更多天，优选为1至8天。仅仅出于指导的目的，将所述生物反应在高温下维持更长的时间段例如3天或更多天，以确保病原生物体的适合的减少，例如以满足在作物的食用部分上使用的指导方针。例如，nop标准要求所述动物废料浆液已经历过至少约55℃的温度72小时或更长的时间段。然而，由于所述生物反应的长度影响所述生物反应产物的生物学和生物化学物质的含量，因此可以选择其他的时间例如几小时至1天或2天。在特定实施方式中，在适合于嗜热细菌的高温下维持后，将所述动物废料浆液的温度逐渐降低到嗜温温度范围内，此时将它维持在嗜温期温度下直至如下所述将所述液体组分快速巴氏消毒或运行通过热交换器以快速降低温度，在许多情况下，任一者均会引起所述细菌产生芽胞。
[0114]
在好氧嗜热条件下运行的一个挑战是当在高温条件下运行的同时通过满足或超过氧需求量来保持所述过程足够好氧。这是挑战的一个原因在于随着过程温度升高，残余溶解氧的饱和值下降。另一个挑战在于在逐渐升高的温度之内，所述嗜温和嗜热微生物的活性提高，导致所述微生物的耗氧量增加。由于这些因素，在各种不同情况下，应该将更大量的氧气提供到含有生物质的溶液中。
[0115]
正如在其内容整体并入本文的wo 2017/112605 a1中所述，由于高的氧传递效率、独立控制氧传递的能力、优越的混合和降低的尾气生产，现有的生物反应器使用通气装置例如喷射通气机将大气氧气递送到所述生物反应器。然而，大气氧气在生物反应器内部引起过量发泡，从而妨碍氧供应效率并引起空气供应的频繁关停。例如，在某些情况下，当供应大气空气时发泡水平可以超过几英尺，例如1、2、3、4、5、6、7、8英尺或更高。所述不充分的空气供应和反应中断进而导致不想要的有机质的不完全分解。更有甚者，悬浮在所述实质性液体料流中的未分解的固体的增加是难以移除的，并频繁导致液体肥料在田间施用期间堵塞喷洒设备，从而中止田间操作。此外，存在于最终生物营养组合物产品中的未分解的固体降低稳定性和保质期。
[0116]
因此，为了克服这些障碍，在特定实施方式中将纯氧或富氧空气递送到所述生物反应器，并以约0.1cfm/1,000加仑液体组分至约5cfm/1,000加仑液体组分，例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3.0、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4.0、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5.0cfm/1,000加仑动物废料浆液的速率注入或以其他方式递送到所述动物废料浆液中。在优选实施方式中，将所述纯氧或富氧空气递送到所述生物反应器，并以约0.5cfm/1,000加仑动物废料浆液至约1.5cfm/1,000加仑动物废料浆液的速率注入或以其他方式递送到所述动物废料浆液中，更优选地，所述速率为约1.0cfm/1,000加仑动物废料浆液。
[0117]
在特定实施方式中，使用多个如上所述的喷射器将纯氧或富氧空气递送到所述生物反应器。例如，在atab期间可以使用一个或多个2微米烧结不锈钢喷射器将纯氧或富氧空气注入到所述动物废料浆液中。将所述动物废料浆液保持在好氧条件下会培养并富集好氧嗜温和嗜热细菌。在特定实施方式中，所述动物废料浆液中有机质的初始分解由嗜温生物体进行，它们快速分解可溶且可容易降解的化合物。所述嗜温生物体产生的热量导致atab期间的温度快速升高，从而富集嗜热生物体，它们加速蛋白质、脂肪和复杂碳水化合物(例如纤维素和半纤维素)的分解。当这些高能化合物的供应变得枯竭时，所述动物废料浆液的
温度逐渐降低，这再次促进嗜温生物体，引起所述动物废料浆液中的剩余有机质的最终的“调制”或熟化期。因此，用纯氧或富氧供应代替大气氧气供应实质性降低了在atab期间在所述生物反应器中产生的发泡的量。发泡的减少进而允许更高效的空气供应，更一致的生物反应器操作和更鲁棒的好氧环境，从而造成未分解的有机质的显著减少和更稳定且成本效益更高的终产物。
[0118]
本文中描述的atab条件允许生长和富集用作pgpr的几种嗜热和嗜温微生物。可以从所述动物废料浆液分离的有益嗜热和嗜温微生物包括但不限于芽孢杆菌属菌种(bacillus sp.)(例如伊斯隆恩西斯芽孢杆菌(b.isronensis)菌株b3w22、小木偶形芽孢杆菌(b.kokeshiiformis)、地衣芽孢杆菌(b.licheniformis)、地衣芽孢杆菌(b.licheniformis)菌株dsm 13、副地衣芽孢杆菌(b.paralicheniformis)、副地衣芽孢杆菌(b.paralicheniformis)菌株kj-16)、棒状杆菌属菌种(corynebacterium sp.)(例如有效棒状杆菌(c.efficiens)菌株ys-314)、海源菌属菌种(idiomarina sp.)(例如印度洋海源菌(i.indica)菌株sw104)、大洋芽孢杆菌属菌种(oceanobacillus sp.)(例如淤泥大洋芽孢杆菌(o.caeni)菌株s-11)、土壤芽孢杆菌属菌种(solibacillus sp.)(例如耐银土壤芽孢杆菌(s.silvestris)菌株hr3-23)、芽孢八叠球菌属菌种(sporosarcina sp.)(例如朝鲜芽孢八叠球菌(s.koreensis)菌株f73、浅黄色芽孢八叠球菌(s.luteola)菌株nbrc 105378、纽约芽孢八叠球菌(s.newyorkensis)菌株6062、耐热芽孢八叠球菌(s.thermotolerans)菌株ccug 53480)和脲芽孢杆菌属菌种(ureibacillus sp.)(例如嗜热球形脲芽孢杆菌(u.thermosphaericus))。反过来，这些细菌产生如下面的表3中所概述的起到植物生长调节剂作用的各种不同植物激素和其他次生代谢物。
[0119]
表3.植物激素/次生代谢物和它们的功能
[0120]
[0121][0122]
在一种情况下，配置良好的氧气供应系统应该将溶解氧水平维持在约1mg/l至约8mg/l之间，例如约1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、5.0、5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.7、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2、6.3、6.4、6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1.、7.2、7.3、7.4、7.5、7.6、7.7、7.8、7.9或8.0mg/l。在优选实施方式中，所述氧气供应系统应该将溶解氧水平维持在约2mg/l至约6mg/l之间，更优选地约3mg/l至约4mg/l之间。在某些实施方式中，所述生物反应的充氧根据氧化还原电位(orp)来度量。通常，所述生物反应的orp被维持在约-580mv至约+70mv之间。更特别地，它被维持在-250mv至+50mv之间的范围内；更优选地，它被维持在-200mv至+50mv之间的范围内。
[0123]
为了监测所述atab的温度、ph和充氧参数，所述生物反应器可以装备有自动控制器以控制这些参数。在某些实施方式中，所述生物反应器装备有可编程逻辑控制器(plc)，其通过调节通往所述生物反应器的氧气空气供应和ph调节器的进料速率，有效地控制ph、orp和其他参数。事实上，氧气向本文中公开的任何方法步骤的递送可以以这种方式使用plc来控制。
[0124]
任选的分离和配制
[0125]
在所述atab后，所述消化的动物废料组合物可以被进一步加工，以产生通用的乳化的生物肥料或分离的固体生物肥料和液体生物刺激物。为了生产所述通用的乳化的生物肥料，将所述消化的动物废料组合物从atab生物反应器泵出并乳化、冷却和储存。所述乳化可以使用本领域标准的手段来进行。例如，在一个实施方式中，通过胶体乳化器对所述消化的动物废料组合物进行加工。同样地，冷却可以通过任何本领域标准的手段来促进，例如通过热交换器。将所述消化的动物废料组合物冷却到约25℃至约45℃范围内例如25℃、26℃、
27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃的温度，优选为约30℃至约40℃。例如，在一个实施方式中，将所述消化的动物废料组合物冷却到约35℃。此外，将ph调整到约5至约6.5的ph；优选地，所述ph为约5.5。适用于ph调整的酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、草酸(乙二酸)、乳酸(2-羟基丙酸)、苹果酸(2-羟基丁二酸)、柠檬酸(2-羟基丙烷-1,2,3-三甲酸)和苯甲酸。优选地，所述酸是柠檬酸。在另一个实施方式中，所述消化的动物废料组合物可以用腐殖酸稳定化。
[0126]
此外，本文中产生的乳化的生物肥料含有选自吲哚-乙酸、12-氧代植物二烯酸、茉莉酮酸、水杨酸、吲哚3-乙酰基-天冬氨酸、茉莉酰基异亮氨酸、脱落酸、派可林酸、n(δ)-乙酰基鸟氨酸、α-生育酚、γ-生育酚、创伤酸和3-吲哚丙酸的至少一种植物激素或次生代谢物。在其他情况下，本文中产生的乳化的生物肥料含有至少两种植物激素或次生代谢物，优选地，它含有至少三种植物激素或次生代谢物。所述植物激素或次生代谢物进而可以增强植物生长和发育。最后，所述最终的通用的乳化的生物肥料可以补充有如下所述的其他有机营养物。
[0127]
在某些实施方式中，希望将所述消化的动物废料组合物分离成实质性固体组分和实质性液体组分。因此，在atab后，将所述消化的动物废料组合物从所述生物反应器泵往分离系统(例如离心机或带式压滤机)，以进行所述方法的下一个步骤。所述固体-液体分离系统可以包括但不限于机械筛分或澄清。适合的分离系统包括离心、过滤(例如通过压滤机)、振动式分离机、沉降(例如重力沉降)等。在某些实施方式中，可以使用两步分离系统，例如离心步骤和随后的振动筛分离步骤。
[0128]
在非限制性示例性实施方式中，所述方法利用提供连续机械分离的倾析式离心机。倾析式离心机的运行原理是基于重力分离。倾析式离心机通过使用连续旋转产生在正常重力的1000至4000倍之间的重力来提高沉降速率。在经受这种力时，密度较大的固体粒子向外压在旋转的离心杯壁上，而密度较低的液体相形成同心的内层。使用不同的隔渣板以根据需要改变所述液体的深度。由所述固体粒子形成的沉降物通过以与所述离心杯不同的速度旋转的螺旋输送机连续移除。结果，所述固体逐渐从池中“犁”出并向堆积成圆锥形“滩”。离心力压实所述固体并排出多余的液体。然后将所述压实的固体从离心杯中排出。所述一个或多个澄清的液体相在位于所述离心杯相反端处的隔渣板上溢流。所述离心机外壳内的挡板将所述分离的相引导到正确的流路中，并防止任何交叉污染的风险。所述螺旋输送机的速度可以使用变频驱动器(vfd)自动调节，以适应固体载荷的变化。在某些实施方式中，可以向所述分离步骤添加聚合物以提高分离效率并产生更干燥的固体产物。适合的聚合物包括聚丙烯酰胺，例如阴离子、阳离子、非离子和两性离子聚丙烯酰胺。
[0129]
因此，所述分离过程导致形成所述消化的动物废料组合物的实质性固体组分和实质性液体组分。专业技术人员应当理解，术语“实质性固体”意味着其中具有一定量液体的固体。在特定实施方式中，所述实质性固体组分可能含有例如约40％至约64％的水分，通常为约48％至约58％之间的水分，并且在本文中有时被称为“固体”、“饼”或“湿饼”。同样地，应当理解术语“实质性液体”意味着其中具有一定量或数量固体的液体。在特定实施方式中，所述实质性液体组分可能含有约2％至约15％之间的固体(即约85％至约98％之间的水分)，通常为约4％至约7％之间的固体，并且在本文中有时被称为“液体”、“液体组分”或“离
心分离液”(在分离利用离心的情况下使用后者)。
[0130]
通过将ph调整到约5至约6.5的ph来稳定化所述实质性固体组分，以产生生物质/生物肥料产品；优选地，所述ph约为5.5。适用于ph调节的酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、草酸(乙二酸)、乳酸(2-羟基丙酸)、苹果酸(2-羟基丁二酸)、柠檬酸(2-羟基丙烷-1,2,3-三甲酸)和苯甲酸。优选地，所述酸是柠檬酸。在另一个实施方式中，所述固体生物肥料可以用腐殖酸稳定化。重要的是，在atab后进行分离产生具有代谢化合物的固体生物肥料，导致与未经历atab的分离的固体生物肥料产品相比生物刺激物活性增强。最后，将最终的固体生物肥料用如下所述的其他有机营养物增补。在某些实施方式中，将所述最终的固体生物肥料产品在低温下进一步干燥/脱水，以保存所述微生物和生物刺激组分并便于储存和/或处理/运输(不含水的情况下重量较低)。例如，在分离步骤后，所述实质性固体组分通常具有约40％至约75％之间、优选地约55％至约65％之间的水分含量。所述实质性固体组分在低于约100℃(例如60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或99℃)的温度下经历范围为约15分钟至约6小时的时间段的脱水，或者直至最终固体生物肥料的最终水分含量为约10％至约20％。适合的脱水装置包括但不限于转鼓、固定流化床或真空干燥机。
[0131]
所述实质性液体组分可以被进一步加工(例如冷却和酸化)，以产生液体生物刺激物。与上文讨论的通用产品相同，所述实质性液体组分的冷却可以通过任何本领域标准的手段来促进，例如通过热交换器。将所述实质性液体组分冷却到约25℃至约45℃范围内例如25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃、40℃、41℃、42℃、43℃、44℃或45℃的温度，优选为约30℃至约40℃。例如，在一个实施方式中，将所述实质性液体组分冷却到约35℃。此外，将ph调整到约5至约6.5的ph；优选地，所述ph为约5.5。适用于ph调整的酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸、草酸(乙二酸)、乳酸(2-羟基丙酸)、苹果酸(2-羟基丁二酸)、柠檬酸(2-羟基丙烷-1,2,3-三甲酸)和苯甲酸。优选地，所述酸是柠檬酸。在另一个实施方式中，所述实质性液体组分可以用腐殖酸稳定化。最后，将最终的液体生物刺激物用如下所述的其他有机营养物增补。
[0132]
通过本文中描述的方法生产的基础产品(即通用的乳化的生物肥料、固体生物肥料和液体生物刺激物)含有选自吲哚-乙酸、12-氧代植物二烯酸、茉莉酮酸、水杨酸、吲哚3-乙酰基-天冬氨酸、茉莉酰基异亮氨酸、脱落酸、派可林酸、n(δ)-乙酰基鸟氨酸、α-生育酚、γ-生育酚、创伤酸和3-吲哚丙酸的至少一种植物激素或次生代谢物。在其他情况下，本文中生产的生物肥料或生物刺激物产品含有至少两种植物激素或次生代谢物，优选地，它们含有至少三种植物激素或次生代谢物或至少四种植物激素或次生代谢物。
[0133]
所述基础产品(即通用的乳化的生物肥料、固体生物肥料和液体生物刺激物)也可以被进一步配制以生产用于特定用途的产品，在本文中有时被称为“配方产品”、“配方组合物”等。在某些实施方式中，添加剂包括宏量营养物例如氮和钾。通过添加宏量营养物例如氮和钾配制的产品有时被称为“配制到等级(formulated to grade)”，正如本领域技术人员会认识到的。在包含从鸡粪肥制备的生物有机营养组合物的示例性实施方式中，所述基础组合物被配制成含有约1.5％至约3％的氮和约3％至5％的钾，以产生适合用于有机或常规农业产业的生物肥料产品。对于仅仅常规农业使用来说，示例性实施方式可以包括将基础组合物配制成含有约7％的氮、约22％的磷和约5％的锌，用作底肥以优化植物生长和发育。
[0134]
在其他实施方式中，添加剂根据需要或期望包括一种或多种微量营养物。尽管所述基础组合物正如下文详细描述的已经含有广范围的微量营养物和其他有益物质，但用此类添加剂配制所述组合物有时是有益的。适合用于有机和常规农业两者的添加剂包括但不限于血粉、种子粉(例如大豆分离物)、骨粉、羽毛粉、腐殖质(腐植酸、黄腐酸、胡敏素)、微生物接种剂、糖类、微粉化的磷酸岩和硫酸镁，仅仅举出几个例子。对于仅仅常规农业来说，适合的添加剂还可以包括但不限于尿素、硝酸铵、uan——尿素和硝酸铵、多磷酸铵、硫酸铵和微生物接种剂。适合添加到所述基础产品的其他材料对于本领域技术人员来说是显而易见的。
[0135]
在某些实施方式中，所述添加到基础组合物的材料仅被批准用于常规农业。在其他实施方式中，所述添加到基础组合物的材料本身被批准用于有机农业项目例如usda nop，并且因此可用于常规、有机或再生农业项目。在特定实施方式中，氮以硝酸钠、特别是被批准用于有机农业项目的智利硝酸钠的形式添加。在其他实施方式中，钾作为硫酸钾添加。在另外的其他实施方式中，钾作为氯化钾、硫酸镁钾和/或硝酸钾添加。在特定实施方式中，所述基础组合物可以通过添加硝酸钠和硫酸钾配制到1.5-0-3或3-0-3(n-p-k)的等级。或者，所述基础组合物可以通过添加硫酸钾配制到0-0-5-2s(n-p-k)的等级，其被常规和有机农场主两者使用。
[0136]
所述基础组合物可以在其离开生物反应器后(或者在专用液体生物刺激物和固体生物肥料产品的情况下，在它们被分离例如离开离心机后)并在其完成包装之前的任何时间配制。在一个实施方式中，所述产物在任何后续的加工步骤之前用宏量营养物配制。在这个实施方式中，将所述产物料流导入配方产品接收容器，在那里添加所述宏量营养物。如果需要，其他材料可以在此时添加。所述配方产品接收器可以装备有搅拌系统，以确保所述制剂维持适合的均匀性。
[0137]
在某些实施方式中，将所述基础产品导入储存罐，所述储存罐可以装备有ph和温度控制器和/或搅拌系统。在特定实施方式中，所述储存罐也可以装备有氧气供应系统。在此类实施方式中，通过以约0.1cfm/10,000加仑液体至约3cfm/10,000加仑液体，例如0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9或3.0cfm/10,000加仑液体的速率注入纯氧或富氧空气，将所述atab后的通用的乳化的生物肥料和/或分离后的液体生物刺激物保持在好氧条件下。优选地，所述纯氧或富氧空气以约0.25cfm/10,000加仑液体至约1.5cfm/10,000加仑液体，更优选地约0.5cfm/10,000加仑液体的速率递送到所述atab后的液体产物。在某些实施方式中，氧气通过多个喷射器例如上文描述的喷射器来递送。通过将所述atab后的产物保持在好氧条件下，避免了厌氧化合物的形成。
[0138]
在包装和/或运输之前，上文讨论的流体组合物(即所述通用的乳化的生物肥料或液体生物刺激物)也可以经历一个或多个过滤步骤，以除去悬浮的固体。通过这种过滤过程留下的固体可以返回到所述制造方法系统，例如返回到好氧生物反应器。
[0139]
过滤可以涉及各种不同的过滤尺寸。在某些实施方式中，所述过滤尺寸是100目(149微米)或更小。更特别地，所述过滤尺寸是120目(125微米)或更小、或140目(105微米)或更小、或170目(88微米)或更小、或200目(74微米)或更小、或230目(63微米)或更小、或270目(53微米)或更小、或325目(44微米)或更小、或400目(37微米)或更小。在特定实施方
式中，所述过滤尺寸是170目(88微米)、或200目(74微米)、或230目(63微米)、或270目(53微米)。在某些实施方式中，可以使用过滤步骤的组合，例如170目然后是200目，或200目然后是270目过滤。
[0140]
过滤通常使用振动筛例如不锈钢网筛、鼓筛、盘式离心机、压力过滤容器、带压机或其组合来进行。过滤通常在冷却到环境空气温度即低于约28℃-30℃的产物上进行。
[0141]
最终产品的包装可以包括将所述产品分发到容器中，所述材料可以从所述容器倾倒出来。在某些实施方式中，填充过的容器可以用膜盖(“通气盖”，例如来自于w.l.gore,elkton,md)密封，以允许空气在所述容器的顶部空间中流通。这些膜可以是疏水的并具有足够小的孔眼，即使在容器完全倒置的情况下材料也不会泄漏。此外，所述孔眼可以适当小(例如0.2微米)，以消除容器内含物的微生物污染风险。
[0142]
示例性实施方式
[0143]
用于从鸡粪肥生产液体和固体组合物的制造方法的非限制性示例性实施方式描绘在图1中。如图1中所示，制造方法10通常始于装载在混合罐25中的原始动物粪肥15。在某些实施方式中，将粪肥从农场通过运输粪肥的卡车运送到制造厂。在优选实施方式中，所述原始粪肥是鸡粪肥，例如蛋鸡粪肥。
[0144]
在某些实施方式中，需要调整/稳定化所述原始粪肥的ph。在其他实施方式中，调整所述浆液而不是原始粪肥的ph，应该理解，在某些情况下，所述原始粪肥和/或浆液的ph已经在所需ph范围内，从而减轻了对调整ph的需要。如图1中所示，在运送到混合罐25中之前或同时，可以通过用柠檬酸20喷洒，将原始粪肥15稳定化到约5.5至约8的ph(优选地约6至约7的ph)。柠檬酸结合原始粪肥中的天然有机氨。在混合罐25中，可以将稳定的粪肥与足够的水35混合，以升高所述粪肥组合物的水分水平并产生具有约84重量％至约88重量％水分的动物废料浆液。例如，在某些实施方式中，所述混合罐配备有2微米烧结不锈钢喷射器以用于递送纯氧。在混合期间，将纯氧30(》96％)以0.25cfm/10,000加仑浆液的速率注入到浆液中。然后将所述浆液用水蒸气40加热到约40-65℃至少15分钟(优选地至少1-4小时)以将粪肥分解成细小粒子，然后充分均化成浆液用于进一步加工。此外，所述步骤活化本源嗜温细菌。将所述均化浆液的温度升高到65℃至少1小时，以确保病原体破坏。热交换器45描绘在图1中并且可以被包括，以在所述混合步骤期间提供始终如一的温度控制。在特定实施方式中，所述制造过程的这一部分可以与系统的其余部分分隔开，以降低加工过的肥料材料可能被原始粪肥污染的风险。
[0145]
然后将所述浆液泵向除沙砾系统50和60，例如配备有grit snail脱水带式自动链梯的slurrycup除沙砾系统(hydro international,hillsboro,oregon,usa)。简单来说，除沙砾系统50利用分离和分类两种水平从所述动物废料浆液除去小至75微米的沙砾。
[0146]
然后将所述动物浆液泵向任选的粒度降低步骤。在图1中描绘的特定实施方式中，粒度降低仪70用于降低粒度以产生均化浆液组合物。在某些实施方式中，所述粒度降低仪是浸渍机，例如可商购的m macerator泵(seepex gmbh)。在其他实施方式中，通过将所述均化浆液组合物在胶体磨中加工来降低粒度，例如配备有被配置以将粒度降低到小于约1微米或更小的定子的胶体磨。
[0147]
在任选的除沙砾和降低粒度后，将所述动物浆液进料到好氧生物反应器80，在其中将本源微生物在嗜热和好氧条件下培养。在图1中示出的特定实施方式中，存在两个串联
或并联的好氧生物反应器(可以安装额外的生物反应器以提高生产速率)。在温育期间，将纯氧90(》96％)注入到所述动物废料浆液中。所述微生物将所述动物废料浆液的有机组分代谢成初级和次级代谢组学副产物，包括但不限于植物生长因子、脂质和脂肪酸、酚类、羧酸/有机酸、核苷、胺、糖、多元醇和糖醇以及其他化合物。取决于老化程度，所述动物废料浆液可以在轻柔搅拌下(例如每小时发生约10至约60次周转)在好氧生物反应器80中保留最少约1天至最多约14天。在所述浆液经历氧气后，嗜温细菌开始复制并启动有机质的分解，从而以与天然堆肥过程相似的方式逐渐提高浆液的温度。一旦所述浆液达到自热状态，在大约3至12天后，维持适合于嗜热微生物生长的均匀的最低温度。此外，如果需要可以提供水蒸气热量85，以维持所述好氧生物反应的最低温度。在优选实施方式中，将所述动物废料浆液在好氧生物反应器中在至少约55℃(优选地约60℃至约65℃之间)的温度下维持至少约72小时。
[0148]
如图1中所示，来自于好氧生物反应器的产物可以以两种方式之一进行加工。在第一种加工中，可以将所述用于生产通用的乳化的生物肥料95的消化/分解的动物废料组合物通过胶体乳化器进行加工92并用热交换器100冷却。在所述进一步加工和储存105期间，可以降低所述冷却的乳化的生物肥料95的ph，以稳定化用于储存的组合物。在某些实施方式中，可以添加腐殖酸以确保稳定，并且如果需要可以添加有机营养物。在运输或包装115之前，通常对所述乳化的生物肥料产物进行过滤110。
[0149]
在第二种加工中，将所述消化/分解的动物废料组合物泵过离心机120，以将所述组合物分离成两个料流——用于产生专用液体生物刺激物产品130的实质性液体组分和用于产生固体生物肥料产品125的实质性固体组分。在优选实施方式中，离心机120是倾析离心机(例如panx澄清离心机，alfa laval corporate ab)。与仅对分离后的液体组分进行消化步骤相比，通过在分离之前进行消化步骤，所述生物质/生物肥料现在具有代谢化合物。固体生物肥料产品125可以通过调整ph、增补有机营养物和/或通过添加腐殖酸稳定化来进行进一步加工105。冷却和干燥通常不是必需的，并且产品可以在不过滤的情况下包装和运输。
[0150]
可以将离心的液体(即用于生产液体生物刺激物)用热交换器135冷却并调整ph，以稳定化所述组合物。也可以添加腐殖酸以确保稳定，并且如果需要可以添加有机营养物。在运输或包装115之前，通常对所述专用液体生物刺激物产物130进行微网过滤140。
[0151]
为了更详细地描述本发明，提供了下面的实施例。它们旨在说明而不是限制本发明。
[0152]
实施例1.通过本发明生产的乳化的生物肥料、液体生物刺激物和固体生物肥料的化学组成
[0153]
在atab之前和分离之后，测量了所述动物废料浆液的化学组成。简单来说，将20吨含有50重量％水分的原始蛋鸡粪肥进料到混合罐中。通过用柠檬酸喷洒将所述原始粪肥稳定化到约7的ph。然后向所述原始粪肥添加水，以提高粪肥组合物的水分水平并产生约88重量％水分的动物废料浆液。所述混合罐配备有2微米烧结不锈钢喷射器以用于递送纯氧。在混合期间，将纯氧(》96％)以0.25cfm/10,000加仑浆液的速率注入到浆液中。然后将所述浆液用水蒸气加热到45℃至少1小时以将所述粪肥分解成细小粒子，并充分均化成浆液以用于进一步加工。用于进料材料准备的混合罐加工参数示出在表4中。
[0154]
表4.混合罐加工参数
[0155][0156][0157]
hz，赫兹；hp，马力；cps，厘泊；psi，磅每平方英寸；cfm，立方英尺每分钟
[0158]
接下来，将所述动物浆液进料到好氧生物反应器，在那里将本源微生物在嗜热和好氧条件下培养。在温育期间，将纯氧(》96％)以1.0cfm/1,000加仑的速率注入到所述动物废料浆液中。将所述动物废料浆液在轻柔搅拌下(例如每小时发生约10至约60次周转)，在好氧生物反应器中，在约55℃的均匀温度下保留约1天至约14天。所述好氧生物反应器工艺参数提供在表5中。
[0159]
表5.生物反应器工艺参数
[0160][0161][0162]
cfm，立方英尺每分钟；gph，加仑每小时；psi，磅每平方英寸；hz，赫兹；orp，氧化还原电位；plc，可编程逻辑控制器
[0163]
然后将所述消化/分解的动物废料浆液以约100gpm的速率泵过倾析离心机(例如panx澄清离心机，alfa laval corporate ab)，以将所述组合物分离成实质上液体的生物刺激物和实质上固体的生物肥料。适用于所述固体和液体级分的分离的离心机参数示出在表6中。
[0164]
表6.离心机参数
[0165][0166]
rpm，每分钟转数
[0167]
从本文描述的方法的两次示例性运行的平均值确定了原始进料(在混合之前)、乳化的生物肥料(消化后但在分离之前)、液体生物刺激物(分离后)和固体生物肥料(分离后)的化学组成。结果示出在表7a中，并与表7b中示出的从在atab之前分离所述粪肥浆液的以前方法产生的产物进行比较。在表7b中，概述了原始粪肥、atab之前分离的液体料流(生物反应器之前的离心分离液)、atab之后消化的液体生物刺激物(生物反应器离心分离液)和未经历atab的分离的、未消化的固体组分(饼)的组成。在以前的方法中，只有分离后的液体组分(生物反应器离心分离液)经历atab。固体组分(饼)不经历微生物消化，因此不满足美国国家有机计划的要求或fda生产食品安全要求。如表7a和7b中所示，本方法产生了三种具有增加的植物营养物的生物肥料/生物刺激物产品，包括为以前方法的液体生物刺激物的两倍的总氮含量。更重要的是，本方法生产的所有三种产品均经历atab，并因此适合在美国国家有机计划或fda生产食品安全要求下使用。
[0168]
表7a：原始粪肥和通过本方法生产的产品的化学组成
[0169][0170][0171]
表7b：原始粪肥和通过以前方法生产的产品的化学组成
[0172][0173]
本发明不限于本文中描述和示例的实施方式。它可以在权利要求书的范围内进行改变和修改。