CN114314831B - 一种工程化高氨氮厌氧发酵菌种驯化及发酵液浓缩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种工程化高氨氮厌氧发酵菌种驯化及发酵液浓缩的方法，所述工程化高氨氮厌氧发酵菌种驯化的方法通过厌氧发酵体系培菌阶段、耐高氨氮厌氧发酵菌种一级驯化阶段、耐高氨氮厌氧发酵菌种二级驯化阶段，在不增加工程运行成本的情况下，氨氮耐受浓度达到7000mg/L以上，而不产生发酵抑制现象；发酵液浓缩采用高氨氮畜禽粪污水解预处理结合固氨、超声波预处理与膜浓缩的工艺，增加膜对氨氮的截留率，减少氨氮损失，保障后续膜浓缩系统的稳定运行。

Description

一种工程化高氨氮厌氧发酵菌种驯化及发酵液浓缩的方法

技术领域

本发明属于养殖废弃物资源化利用与农业生产技术领域，涉及一种工程化高氨氮厌氧发酵菌种驯化及发酵液浓缩的方法。

背景技术

高氨氮抑制问题是影响沼气工程厌氧发酵体系稳定运行的重要因素。有机物厌氧发酵产甲烷的四个阶段：(1)水解阶段，复杂的非可溶性有机物(碳水化合物、脂类、蛋白质等)在胞外酶作用下转化为简单的可被微生物利用的小分子有机物。(2)产酸阶段，水解产生的小分子有机物在产酸菌作用下进一步分解为醇类和挥发性脂肪酸。(3)产氢产乙酸阶段，产酸阶段产生的醇类和挥发性脂肪酸在产氢产乙酸菌的作用下，进一步转化为乙酸、碳酸、氢气等。(4)产甲烷阶段，乙酸、碳酸、氢气、甲酸等在嗜乙酸产甲烷菌、嗜氢产甲烷菌等产甲烷菌的作用下转化为甲烷。已有研究表明，氨氮浓度对产甲烷菌群结构具有重要的影响，高浓度氨氮会抑制嗜乙酸产甲烷菌活性，以嗜氢产甲烷菌作用为主产生甲烷，造成厌氧发酵产甲烷效率降低，发酵体系易酸化崩溃。研究发现，一定浓度的高氨氮会促使产甲烷途径由乙酸利用型为主向氢利用型为主转变(孟晓山，张玉秀，隋倩雯等.氨氮浓度对猪粪厌氧消化及产甲烷菌群结构的影响[J].环境工程学报，2018,12(8):2346-2356)。

鸡粪物料由于自身的高浓度有机氮，在厌氧发酵过程中产生了高浓度的氨氮，鸡粪高氨氮物料抑制厌氧发酵过程，使发酵效率降低、系统酸化崩溃。常规的消除高氨氮厌氧发酵抑制的方法一、浓度缓冲，降低TS浓度、添加秸秆等物料调节碳氮比、氨氮原位脱除，导致工程对废弃物的处理能力大幅降低，无法实现工程应用功能，或者额外增加工程运行成本；方法二、添加微量元素等发酵促进剂，但如何适应连续运行的规模化沼气工程的需求尚在研究过程中，存在工程化运行难、成本高的挑战性；方法三、高氨氮发酵体系菌种驯化，具有低投入、稳定性好、适应高氨氮厌氧发酵沼气工程的优势，是目前高氨氮厌氧发酵研究的重要方向，但目前重点集中于通过添加碳源与氮源物质、单一逐级提高进料浓度的方法进行实验室菌剂驯化的研究，如CN 201611127389.1一种耐氨氮丙酸产甲烷菌系的驯化方法，尚未见对于规模化沼气工程运行中氨氮浓度高于7000mg/L的高氨氮厌氧发酵菌种驯化的整个方法体系，包括前后工艺段匹配、工艺运行参数控制及高氨氮菌种驯化过程的相关报道。

由于厌氧发酵液浓度高、粘稠度大的原因，特别是鸡粪厌氧发酵液在膜浓缩过程中，易导致膜堵塞现象，使膜通量下降、膜损坏严重，增加工程运行成本或使工程无法正常运行，同时高氨氮厌氧发酵液中大量的游离氨在膜浓缩过程无法截留，造成氨氮损失。常规克服膜堵塞的包括沉淀过滤法，该方法对于高粘稠度胶质悬浮物的处理效果较差，(杜静，张聪，奚永兰等.沼液膜前预处理及纳滤膜浓缩工艺参数优化论文[J]，浙江农业科学，2021，62(9)：1844-1848)；气浮法或者水解法，该方法能耗较高，且预处理效果不稳定。尚未见水解+超声波膜前预处理以减少膜堵塞，以及通过膜前固定游离氨增加膜对氨氮截留率、减少氨氮损失的相关报道。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明创造性的开发了水解酸化+酶解的畜禽粪污预处理工艺，加入纤维素酶和蛋白酶显著增强了水解酸化预处理的效果。畜禽粪污在水解酸化+酶解辅助作用的预处理过程中，大多数的杂质被去除，大分子物质分解为小分子物质，利于后续发酵体系的利用，缩短后续厌氧发酵罐内的产甲烷周期，并可避免厌氧发酵体系的酸化，提高后续高氨氮厌氧发酵体系的运行效果。

本发明创造性的提供了一种高效的工程化高氨氮畜禽粪污厌氧发酵菌种驯化系统及方法，有效克服了高氨氮畜禽粪污厌氧发酵抑制的难题，发酵体系的氨氮耐受浓度可提高至7000mg/L以上，发酵体系无抑制。

本发明创造性的开发了通过高氨氮厌氧发酵液“水解+超声波”的膜前预处理系统及方法，克服了高浓度高粘稠厌氧发酵液膜堵塞的技术难题，保障了后续膜浓缩系统的稳定运行。通过高氨氮厌氧发酵液膜前固氨预处理，增加膜对氨氮的截留率，减少氨氮损失，更加有利于提升高氨氮厌氧发酵浓缩提取液的农业利用价值。具体的，本发明采用了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种畜禽粪污预处理的方法，所述方法包括：

畜禽粪便与污水进行混合调配，经调配好的粪污进入水解酸化池中进行水解酸化，向水解酸化池中加入酶。

在一些实施方案中，所述水解酸化池采用两级水解酸化池。

在一些实施方案中，初级水解酸化池控制温度为15-25℃。

在一些实施方案中，次级水解酸化池控制温度为25～30℃。

在一些实施方案中，向初级水解酸化池中加入酶。

在一些实施方案中，初级水解酸化池内酶添加量为0.02～0.1％(以水解物料TS计)。

在一些实施方案中，所述酶包括纤维素酶、蛋白酶。

在本发明的具体实施方案中，所述方法包括：畜禽粪便与污水进行混合调配，经调配好的粪污进入两级水解酸化池中，初级水解酸化池控制温度为15-25℃，次级水解酸化池控制温度为25～30℃，搅拌速率15～20r/min，初级水解酸化池内酶添加量为0.02～0.1％(以水解物料TS计)，各池内水解处理时间1～3天。

本发明第二方面提供了一种高氨氮畜禽粪污厌氧发酵菌种驯化方法，所述方法包括：

培菌阶段：向发酵罐中接种适量的接种污泥，确认接种有效后，连续加入预处理后的畜禽粪污物料，逐步提高进料量；采用多级发酵罐进行菌种扩繁，全部发酵罐填充满后培菌结束；

一级驯化阶段：连续加入预处理后的畜禽粪污物料，固定进料量，固定水力停留时间，逐步提高进料浓度，以逐步提高发酵罐有机负荷，进行发酵菌种氨氮耐受驯化，提高进料浓度至发酵罐达到一级目标氨氮浓度后结束；

二级驯化阶段：保持发酵罐有机负荷不变，提高进料浓度，同比减少日进料量，延长水力停留时间，进一步进行发酵菌种氨氮耐受驯化，提高进料浓度至发酵罐氨氮浓度达到最终目标氨氮浓度后结束。

其中，发酵罐有机负荷＝进料Ts浓度*日进料量/总有效发酵罐容积。

在一些实施方案中，一级目标氨氮浓度为4000-5000mg/L。

在一些实施方案中，最终目标氨氮浓度为7000-8000mg/L。

在一些实施方案中，预处理后的畜禽粪污物料为采用本发明第一方面所述的方法处理的畜禽粪污物料。

在一些实施方案中，培菌阶段，日进料量随着发酵罐物料体积增加逐步提高。每次提高进料量后，第一级发酵罐沼气甲烷浓度、产量呈升高趋势，则继续提高进料量。

在一些实施方案中，培菌阶段接种污泥的接种量为20～60％。

在一些实施方案中，接种有效的判断方法为发酵产出的沼气可点燃。

在一些实施方案中，培菌阶段所述日进料量为发酵罐物料体积1～3％。

在一些实施方案中，发酵罐的温度为35-38℃。

在一些实施方案中，培菌阶段采用三级发酵罐进行菌种扩繁。

在一些实施方案中，三级发酵罐包括至少一个第一级发酵罐、至少一个第二级发酵罐、至少一个第三级发酵罐。

在一些实施方案中，三级发酵罐包括一组或多组发酵罐，其中，一个或多个第一级发酵罐与一个第二级发酵罐为一组。

在本发明的具体实施方案中，三个第一级发酵罐与一个第二级发酵罐为一组。

在一些实施方案中，各组第二级发酵罐之间、第三级发酵罐之间底部连通。

在一些实施方案中，第一级、第二级发酵罐均设置有溢流管道。

在一些实施方案中，第二级、第三级发酵罐均设置有回流管道。

在一些实施方案中，多级发酵罐进行菌种扩繁的方法如下：

填充第一级发酵罐的第一个发酵罐，该发酵罐罐填充结束后，溢流至第二级发酵罐，由第二级发酵罐回流填充第一级发酵罐的其它发酵罐，待该发酵罐填充容积大于50％后，该发酵罐开始同步进料，第一级发酵罐各罐填充满后溢流填充第二级发酵罐，各组第二级发酵罐底部连通，第二级发酵罐填充满后，溢流填充第三级发酵罐，至全部发酵罐填充满后培菌结束。

在一些实施方案中，培菌阶段发酵罐氨氮浓度维持1000-2000mg/L。

在一些实施方案中，一级驯化阶段每次进料浓度较现有进料浓度提高10％～30％比例。

在一些实施方案中，一级驯化阶段每次提高进料浓度后需维持运行1～3个周期的发酵水力停留时间。

发酵水力停留时间(d)＝总有效发酵罐容积(m³)/日进料量(m³/d)

在一些实施方案中，在一级驯化阶段，每次提高进料浓度后，沼气产量呈升高趋势，确认沼气产量稳定、沼气甲烷浓度稳定后，再提高进料浓度。

在一些实施方案中，一级驯化阶段发酵过程采用两级溢流的出料方式，采用两级回流的方式增加第一级发酵罐菌群量。

在一些实施方案中，两级溢流、两级回流的过程如下：

第一级发酵罐向第二级发酵罐、第二级发酵罐向第三级发酵罐溢流，第二级发酵罐向第一级发酵罐回流、第三级发酵罐向第一级发酵罐回流，增加第一级发酵罐菌群量。

在一些实施方案中，二级驯化阶段每次进料浓度较现有进料浓度提高3％～10％比例。

在一些实施方案中，二级驯化阶段每次提高进料浓度后需维持运行2～4个周期的发酵水力停留时间。

在一些实施方案中，在二级驯化阶段，每次提高进料浓度后，确认沼气产量稳定、沼气甲烷浓度稳定后，再提高进料浓度。在一些实施方案中，二级驯化阶段发酵过程采用两级溢流的出料方式，采用两级回流的方式增加第一级发酵罐菌群量。

在一些实施方案中，两级溢流、两级回流的过程如下：

第一级发酵罐向第二级发酵罐、第二级发酵罐向第三级发酵罐溢流，第二级发酵罐向第一级发酵罐回流、第三级发酵罐向第一级发酵罐回流，增加第一级发酵罐菌群量。

本发明第三方面提供了一种高氨氮厌氧发酵浓缩提取液的制备方法，包括以下步骤：

1)高氨氮厌氧发酵液首先经沉淀、过滤、水解预处理，分解大分子，去除发酵液中部分细小砂砾、不溶杂质；

2)水解预处理后的厌氧发酵液，进入固氨池内进一步预处理，在固氨池内加入一定量的硫酸，增加后续膜的氨氮截留率；

3)固氨预处理后的厌氧发酵液通入到超声波预处理罐内进行超声预处理；

4)超声预处理后的厌氧发酵液经过膜浓缩制备高氨氮厌氧发酵浓缩提取液。

在一些实施方案中，水解预处理的温度为25-30℃。

在一些实施方案中，在固氨池内加入一定量的硫酸使厌氧发酵液pH降至7～7.5。

在一些实施方案中，超声波预处理罐内的超声波频率设置为20-25kHz。

在一些实施方案中，超声波预处理时间为10-20min。

在一些实施方案中，所述膜浓缩采用超滤膜、纳滤膜、反渗透膜三级膜浓缩。

在一些实施方案中，所述三级膜浓缩的方法如下：

1)将经过膜前预处理的厌氧发酵液输送至超滤原料罐，利用超滤膜对其进行超滤处理，得到超滤浓液和超滤清液；

2)超滤清液经精密过滤器后，进入纳滤原料箱后经纳滤膜进行纳滤处理，得到纳滤浓液和纳滤清液，将纳滤浓液浓缩至进料体积的四分之一，停止；

3)纳滤清液经过精密过滤器后，进入只允许游离氨和水通过的反渗透膜，得到反渗透浓液和反渗透清液，将反渗透浓液浓缩至进料体积的三分之一，停止；

4)将纳滤膜处理后浓液及反渗透膜处理后浓液按照不同比例混合即得不同高氨氮厌氧发酵浓缩提取液成品。

本发明第四方面提供了一种高氨氮厌氧发酵浓缩提取液，纳滤浓液与反渗透浓液以1:1混合后所得的高氨氮厌氧发酵浓缩提取液，包括以下组分：

NH₄ ⁺-N：10-15g/L，P₂O₅：5-10g/L，K₂O：20-40g/L，有机质：30-60g/L，腐植酸：8-15g/L，微量元素Te：3-6g/L；

在一些实施方案中，所述高氨氮厌氧发酵浓缩提取液由本发明第三方面所述的制备方法制备而成。

本发明第五方面提供了一种高氨氮畜禽粪污厌氧发酵菌种驯化系统，包括：水解系统和多级发酵系统；

所述水解系统包括初级水解酸化池和次级水解酸化池；

所述多级发酵系统与水解系统相连，其包括第一级发酵罐、第二级发酵罐、第三级发酵罐依次连接，多级发酵系统包括一组或多组发酵罐，一个或多个第一级发酵罐与一个第二级发酵罐为一组，各组第二级发酵罐底部连通。

在一些实施方案中，第一级、第二级发酵罐均设置有溢流管道，第一级发酵罐向第二级发酵罐溢流、第二级发酵罐向第三级发酵罐溢流。

在一些实施方案中，第二级、第三级发酵罐均设置有回流管道，第二级、第三级发酵罐向第一级发酵罐回流。

本发明第六方面提供了高氨氮畜禽粪污厌氧发酵液膜浓缩系统，包括：水解预处理系统、固氨预处理系统、超声波预处理系统和膜浓缩系统；

所述固氨预处理系统与水解预处理系统连接，将水解预处理后的厌氧发酵液进一步进行预处理，将厌氧发酵液游离氨转化为NH₄ ⁺；

所述超声波预处理系统与固氨预处理系统连接，固氨预处理后的厌氧发酵液通入到超声波预处理系统进行超声波处理；

所述膜浓缩系统与超声波预处理系统连接，超声波预处理后的厌氧发酵液经过膜浓缩系统制备高氨氮厌氧发酵浓缩提取液。

在一些实施方案中，所述膜浓缩系统包括超滤膜浓缩单元、纳滤膜浓缩单元、反渗透膜浓缩单元，各膜浓缩单元依次相连。

本发明第七方面提供了如下任一项所述的应用:

1)本发明第三方面所述的制备方法制备的高氨氮厌氧发酵浓缩提取液或本发明第四方面所述的高氨氮厌氧发酵浓缩提取液作为肥料在农业种植中的应用；2)本发明第三方面所述的制备方法制备的高氨氮厌氧发酵浓缩提取液或本发明第四方面所述的高氨氮厌氧发酵浓缩提取液在防治虫害中的应用。

本发明的优点和有益效果：

本发明通过“两级水解酸化+酶解预处理”的工程化预处理方法提高了水解酸化效率，对于后续高氨氮厌氧发酵体系驯化起到重要作用。

本发明提供一种高效的工程化高氨氮畜禽粪污厌氧发酵菌种驯化系统及方法，本发明有效克服了高氨氮畜禽粪污厌氧发酵抑制的难题，发酵体系的氨氮耐受浓度可提高至7000mg/L以上，发酵体系无抑制。通过厌氧发酵体系培菌阶段、耐高氨氮厌氧发酵菌种一级驯化阶段、耐高氨氮厌氧发酵菌种二级驯化阶段，在不增加工程运行成本的情况下，氨氮耐受浓度达到7000mg/L以上，而不产生发酵抑制现象，克服了传统高氨氮厌氧发酵体系中由于嗜乙酸产甲烷途径被抑制而导致的厌氧发酵体系酸化、厌氧发酵产甲烷效率降低的现象，实现了高氨氮鸡粪厌氧发酵体系的高效稳定运行。克服了高氨氮会促使产甲烷途径由乙酸利用型为主向氢利用型为主转变而导致发酵罐酸化的难点，实现两种产甲烷途径的均衡作用。

本发明提供了一种高氨氮畜禽粪污进行厌氧发酵的系统，所述系统通过发酵罐物料两级回流可以有效保存发酵体系的微生物。

本发明提供了高氨氮膜浓缩的方法，通过高氨氮厌氧发酵液“水解+超声波”的膜前预处理系统及方法，克服高浓度高粘稠厌氧发酵液膜堵塞的技术难题，保障后续膜浓缩系统的稳定运行；通过高氨氮厌氧发酵液膜前固氨，增加膜对氨氮的截留率，减少氨氮损失，更加有利于提升高氨氮厌氧发酵浓缩提取液的农业利用价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明，以下实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1高氨氮鸡粪沼气工程的厌氧发酵菌种驯化

本实施例以高氨氮鸡粪为研究对象，第一级厌氧发酵罐6个，第二级厌氧发酵罐2个，第三级厌氧发酵罐1个，单罐有效容积3000m³，实行第三级厌氧发酵，3个第一级发酵罐、1个第二级发酵罐为1组，发酵温度37℃，具备第一级发酵罐向第二级发酵罐、第二级发酵罐向第三级发酵罐的溢流装置，第二级发酵罐、第三级发酵罐向第一级发酵罐的回流装置。

一、鸡粪厌氧发酵体系培菌阶段

1、取已有沼气产生的鸡粪化粪池中的粪水作为接种污泥，向1个第一级发酵罐内加入1500m³，开始培菌。

2、经5天，确认发酵罐产生沼气可点燃，接种有效。

3、开始连续进料，鸡粪、污水首先混合调配，初始进料鸡粪稀释液浓度3％，每日进料量为发酵罐内物料体积的2％，每周调整一次进料量，沼气甲烷浓度、沼气产量均呈上升趋势，则继续增加进料量；经调配好的粪污进入两级水解酸化池中，初级水解酸化池控制温度为15℃，次级水解酸化池控制温度为25℃，搅拌速率15r/min，初级水解酸化池内加入0.05％(以水解物料TS计)酶(包括蛋白酶、纤维素酶)，各池内水解处理时间分别为2天、3天。

4、第1个第一级发酵罐填充满后，该罐溢出液进入第二级发酵罐，由第二级发酵罐回流填充第一级其它发酵罐，每个发酵罐填充容积大于50％后，该罐开始同步进料，第一级发酵罐全部填充满后，每周调整进料量为发酵罐内物料体积的2.22％，第一级发酵罐填充满后溢流填充第二级发酵罐，第二级各发酵罐底部连通，第二级发酵罐填充满后溢流填充第三级发酵罐，至全部发酵罐填充满后培菌结束。

二、耐高氨氮厌氧发酵菌种一级驯化阶段

1、经过水解酸化+酶解预处理后的粪污，进入发酵体系，开始连续进出料，每日进出料量600m³，每次进料浓度较当前进料浓度提高10％-30％比例，每个进料浓度维持运行1～3个周期的发酵水力停留时间，沼气产量开始呈升高趋势，确认沼气产量、沼气甲烷浓度稳定后，继续提高进料浓度。

2、第二级发酵罐和第三级发酵罐向第一级发酵罐回流，即第二级发酵罐向第一级发酵罐回流，回流量为出料量的100％；第三级发酵罐向第一级发酵罐回流，回流量为出料量的50％。

3、当进料TS浓度提高至10％、每日进料量600m³、水力停留时间45天时，发酵体系氨氮含量达5100mg/L，沼气产量约30000m³、沼气甲烷含量保持稳定约60％，完成耐高氨氮发酵菌种一级驯化。

三、耐高氨氮厌氧发酵菌种二级驯化阶段

1、经过水解酸化+酶解预处理后的粪污，继续连续进出料，每次进料浓度较当前进料浓度提高3％-10％比例，同比减少进料量，保持发酵罐有机负荷不变，每次进料浓度调整维持运行2～4个周期的发酵水力停留时间，确认沼气产量稳定、沼气甲烷浓度稳定后，继续提高进料浓度。

2、第二级发酵罐向第一级发酵罐回流，回流量为出料量的100％；第三级发酵罐向第一级发酵罐回流，回流量为出料量的50％。

3、当进料TS浓度提高至15％、每日进料量400m³、水力停留时间67.5天时，发酵体系氨氮含量达7200mg/L，沼气产量约30000m³、沼气甲烷含量保持稳定约60％，完成耐高氨氮厌氧发酵菌种二级驯化。

通过示踪法检测分析，经过以上预处理工艺、长期高氨氮厌氧发酵菌种驯化后，驯化后的高氨氮鸡粪厌氧发酵体系内乙酸利用型产甲烷途径、氢利用型产甲烷途径各占比约50％，区别于传统的高氨氮厌氧发酵体系内仅以氢利用型产甲烷途径为主，进一步证明高氨氮厌氧发酵菌种驯化有效，经过有效的高氨氮菌种驯化后，促进了乙酸利用型产甲烷、氢利用型产甲烷的双途径产甲烷反应，厌氧发酵体系无任何抑制、酸化。

实施例2高氨氮畜禽粪污厌氧发酵液的膜浓缩

主要工艺：高氨氮畜禽粪污水解+固氨+超声波预处理，其中水解预处理与超声波预处理目的是减少膜堵塞作用；固氨预处理的作用是将厌氧发酵液游离氨转化为NH₄ ⁺，可大幅增加后续膜的氨氮截留率。

具体过程与参数：

1、高氨氮厌氧发酵液首先经沉淀、过滤、水解预处理，水解预处理温度25-30℃。

2、水解预处理后的厌氧发酵液，进入固氨池内进一步预处理，在固氨池内加入一定量的硫酸，使厌氧发酵液pH降至7-7.5左右，将厌氧发酵液游离氨转化为NH₄ ⁺，以增加后续膜的氨氮截留率。

3、固氨预处理后的厌氧发酵液通入到超声波预处理罐内，罐内超声波频率设置为20-25kHz，超声波预处理时间为10-20min。

4、预处理后的厌氧发酵液经过膜浓缩制备浓缩提取液，制备方法参照发明专利CN104058799A记载。预处理后的厌氧发酵液分别经过超滤膜、纳滤膜、反渗透膜，依次获得超滤膜浓液、纳滤膜浓液、反渗透膜浓液，各级膜浓液分别以不同比例混合可获得不同的高氨氮厌氧发酵浓缩提取液。具体步骤如下：

(1)经过预处理的沼液输送至超滤原料罐，首先经过精密过滤器过滤，再利用超滤膜对其进行超滤处理，所述超滤膜采用无机陶瓷膜，孔径为100-200nm、膜通量为60-65L/m²˙h、跨膜压差0.10-0.20MPa，得到超滤浓液和超滤清液，将超滤浓液浓缩至原沼液体积的五分之一，即得冲施肥；

(2)超滤清液经精密过滤器后，进入纳滤原料箱进行纳滤处理，所述纳滤膜的孔径为1nm、膜通量为40-50L/m²﹒h、进口压力为1.0-2.0MPa，得到纳滤浓液和纳滤清液，将纳滤浓液浓缩至纳滤原料的四分之一，停止；

(3)纳滤清液经过精密过滤器后，进入只允许游离氨和水通过的反渗透膜，所述反渗透膜的膜通量为35-40L/m²˙h、进口压力为2.5-3.5MPa，得到反渗透浓液和反渗透清液，最终反渗透浓液浓缩至进料体积的三分之一，停止；

(4)将纳滤膜处理后浓液及反渗透膜处理后浓液按照不同比例混合即得本发明的高氨氮厌氧发酵浓缩提取液。

纳滤浓液与反渗透浓液以1:1混合后，所得高氨氮厌氧发酵浓缩提取液包括以下组分：NH₄ ⁺-N：10-15g/L，P₂O₅：5-10g/L，K₂O：20-40g/L，有机质：30-60g/L，腐植酸：8-15g/L，微量元素Te：3-6g/L。

高氨氮厌氧发酵浓缩提取液用于农业种植。

实施例3高氨氮厌氧发酵浓缩提取液的应用

高氨氮厌氧发酵浓缩提取液防治柑橘红蜘蛛应用

田间试验以及防治效果统计均按照《田间药效试验准则(一)杀螨剂防治桔全爪螨》进行。

1)分别取纳滤膜、反渗透膜后的浓液产物1:1混合制备高氨氮厌氧发酵浓缩提取液。

常规厌氧发酵浓缩提取液，是未经高氨氮厌氧发酵菌种驯化发酵体系产生的厌氧发酵液，经简单水解预处理后，进一步经本发明的膜浓缩，分别取纳滤膜、反渗透膜后的浓液产物1:1混合制备，其成分为NH₄ ⁺-N：1-2g/L，P₂O₅：5-10g/L，K₂O：20-40g/L，有机质：30-60g/L，腐植酸：8-15g/L，微量元素Te：3-6g/L。

2)取等量的本发明高氨氮厌氧发酵浓缩提取液、常规厌氧发酵浓缩提取液分别用水稀释300倍，于柑橘红蜘蛛达3-5头时，叶面喷施1次，每株柑橘树用水量为5kg。药前调查虫口基数，药后1d、3d、7d、14d、21d各调查一次，共调查6次。

3)结果如表1所示，高氨氮厌氧发酵浓缩提取液较于常规厌氧发酵浓缩提取液具有较高的防治柑橘红蜘蛛的效果。

PT₀---药剂处理区药前活虫数；

PT₁---药剂处理区药后活虫数；

CK₀---空白对照区药前活虫数；

CK₁---空白对照区药后活虫数。

表1不同厌氧发酵浓缩提取液防治柑橘红蜘蛛应用效果对比

上述实施例的说明只是用来理解本发明的技术方案。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也将落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (33)

1.一种高氨氮畜禽粪污厌氧发酵菌种驯化方法，其特征在于，所述方法包括：

培菌阶段:向发酵罐中接种适量的接种污泥，确认接种有效后，连续加入预处理后的畜禽粪污物料，逐步提高进料量；采用多级发酵罐进行菌种扩繁，全部发酵罐填充满后培菌结束；

一级驯化阶段：连续加入预处理后的畜禽粪污物料，逐步提高进料浓度，固定进料量，固定水力停留时间，逐步提高发酵罐有机负荷，进行发酵菌种氨氮耐受驯化，提高进料浓度至发酵罐达到一级目标氨氮浓度后结束；

二级驯化阶段：保持发酵罐有机负荷不变，提高进料浓度，同比减少日进料量，以延长水力停留时间，进一步进行发酵菌种氨氮耐受驯化，提高进料浓度至发酵罐氨氮浓度达到最终目标氨氮浓度后结束。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一级目标氨氮浓度为4000-5000mg/L。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，最终目标氨氮浓度为7000-8000mg/L。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，预处理后的畜禽粪污物料采用如下方法进行处理：畜禽粪便与污水进行混合调配，经调配好的粪污进入水解酸化池中进行水解酸化，向水解酸化池中加入酶。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水解酸化池采用两级水解酸化池。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，初级水解酸化池控制温度为15-25℃。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，次级水解酸化池控制温度为25~30℃。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，向初级水解酸化池中加入酶。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，初级水解酸化池内酶添加量为0.02~0.1%。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述酶包括纤维素酶、蛋白酶。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在培菌阶段，日进料量随着发酵罐物料体积增加逐步提高。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，培菌阶段接种污泥的接种量为20~60%。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接种有效的判断方法为发酵产出的沼气可点燃。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，培菌阶段所述日进料量为发酵罐物料体积1~3%。

15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，发酵罐的温度为35-38℃。

16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，培菌阶段采用三级发酵罐进行菌种扩繁。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，三级发酵罐包括至少一个第一级发酵罐、至少一个第二级发酵罐、至少一个第三级发酵罐。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，三级发酵罐包括一组或多组发酵罐，一个或多个第一级发酵罐与一个第二级发酵罐为一组。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，各组第二级发酵罐之间、第三级发酵罐之间底部连通。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，第一级、第二级发酵罐均设置有溢流管道。

21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，第二级、第三级发酵罐均设置有回流管道。

22.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多级发酵罐进行菌种扩繁的方法如下：

填充第一级发酵罐的第一个发酵罐，该发酵罐填充满后，溢流至第二级发酵罐，由第二级发酵罐回流填充第一级发酵罐的其它发酵罐，每个发酵罐填充容积大于50%后，该发酵罐开始同步进料，第一级发酵罐各罐均填充满后溢流填充第二级发酵罐，第二级发酵罐填充满后，溢流填充第三级发酵罐，至全部发酵罐填充满后培菌结束。

23.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，培菌阶段发酵罐氨氮浓度维持1000-2000mg/L。

24.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一级驯化阶段每次进料浓度较现有进料浓度提高10%~30%比例。

25.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一级驯化阶段每次提高进料浓度后需维持运行1~3个周期的发酵水力停留时间。

26.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在一级驯化阶段，每次提高进料浓度后，沼气产量呈升高趋势，确认沼气产量稳定、沼气甲烷浓度稳定后，再提高进料浓度。

27.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一级驯化阶段发酵过程采用两级溢流的出料方式，采用两级回流的方式增加一级发酵罐菌群量。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于两级溢流、两级回流的过程如下：

第一级发酵罐向第二级发酵罐、第二级发酵罐向第三级发酵罐溢流，第二级发酵罐向第一级发酵罐回流、第三级发酵罐向第一级发酵罐回流，增加一级发酵罐菌群量。

29.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二级驯化阶段每次进料浓度较现有进料浓度提高3%-10%比例。

30.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二级驯化阶段每次提高进料浓度后需维持运行2~4个周期的发酵水力停留时间。

31.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在二级驯化阶段，每次提高进料浓度后，确认沼气产量稳定、沼气甲烷浓度稳定后，再提高进料浓度。

32.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，二级驯化阶段发酵过程采用两级溢流的出料方式，采用两级回流的方式增加第一级发酵罐菌群量。

33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，两级溢流、两级回流的过程如下：

第一级发酵罐向第二级发酵罐、第二级发酵罐向第三级发酵罐溢流，第二级发酵罐向第一级发酵罐回流、第三级发酵罐向第一级发酵罐回流，增加第一级发酵罐菌群量。