本发明涉及废弃物高值化利用，尤其是涉及一种高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法。
背景技术：
1、畜禽粪污中有机组分含量高，厌氧消化技术是当前实现畜禽粪污资源化利用的有效途径之一。通过厌氧消化，粪污中的有机组分首先被水解酸化菌转化为挥发性脂肪酸，再经产甲烷菌进一步转化为沼气。相对于沼气，厌氧消化过程中的中短链脂肪酸和芳香酸等中间代谢产物具有更广泛的应用途径，如用于合成聚羟基脂肪酸酯(pha)、化工合成和绿色农药等高附加值的产品。
2、国内外相关机构对畜禽粪污、市政污泥、餐厨垃圾等有机废弃物厌氧工艺制备有机酸进行了较多研究。例如，专利cn112063661a、cn110643645a公开了利用畜禽粪污等农业废弃物采用两阶段发酵工艺生产中链脂肪酸的方法；cn113604516a公开了一种利用硫酸钠和颗粒活性炭提高剩余污泥和废油脂共发酵过程短链脂肪酸浓度的方法；cn105603011a公开了一种利用餐厨垃圾发酵制备乙酸的方法。
3、然而，已有的资料显示，有机废弃物发酵制备的中间代谢产物以短链脂肪酸为主，中链脂肪酸获取多采用二级发酵工艺，而涉及芳香酸类物质的研究尚未见报道。
4、鉴于此，特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，解决了现有高值化利用过程中多需两阶段工艺或需添加外源添加剂，且产物相对单一，以短链挥发性脂肪酸或中链有机酸为主的问题。
2、本发明提供一种高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，包括以下步骤：
3、以畜禽粪污为发酵底物，在高浓度下进行厌氧发酵，利用有机物水解产生的高氨氮内源抑制产甲烷菌代谢活性，促进厌氧发酵系统中有机酸中间代谢产物的快速累积。
4、本发明以鸡粪等畜禽粪污中的有机组分尤其是粗蛋白含量高，因此，利用畜禽粪污在厌氧发酵过程中粗蛋白水解产生高浓度的氨氮内源抑制发酵系统中产甲烷菌的活性，使其降低对有机酸的摄取转化利用，即可阻断有机酸的甲烷化作用，实现畜禽粪污中有机碳源向中短链有机酸和芳香酸的高效转化和快速累积，进而实现粪污中有机碳源向高附加值中间代谢产物的定向转化。解决了现有高值化利用过程中多需两阶段工艺或需添加外源添加剂，且产物相对单一，以短链挥发性脂肪酸或中链有机酸为主的问题。
5、作为本技术方案优选地，包括以下步骤：
6、s1、按初始发酵有机负荷加入畜禽粪污，同时加入接种污泥，启动厌氧发酵；
7、s2、逐渐提高发酵系统的有机负荷，使系统中的氨氮浓度逐渐提高；
8、s3、逐渐降低发酵系统的水力停留时间，同时发酵液进行部分回流，使发酵系统在高负荷和高氨氮条件下持续运行，提升发酵系统的ph和游离氨浓度，通过氨氮和游离氨内源抑制发酵系统中产甲烷菌的代谢活性，降低有机酸中间代谢产物的甲烷化，实现中间代谢产物的累积；
9、其中，步骤s3中，发酵系统经高负荷稳定发酵，总氨氮的浓度维持在6500-9800mg/l，游离氨的浓度维持在500-2000mg/l，并优选为1000-1500mg/l，ph维持在7.0-9.0，并优选为7.5-9.0。
10、研究发现，畜禽粪污中的粗蛋白发酵水解过程会释放大量的氨氮，而随着发酵浓度和ph的提高，氨氮存在形态以游离氨为主，而游离氨会自由穿过产甲烷菌细胞膜，抑制产甲烷菌对有机酸的摄取利用，进而实现发酵水解产生的中间代谢产物的高效生产和富集。因此，通过调控发酵浓度、温度、酸碱度、发酵液回流比例和水力停留时间等发酵条件，即可促进有机组分的充分水解，提升系统氨氮和自由氨的浓度，并内源抑制产甲烷菌的代谢活性，降低有机酸的甲烷化作用，进而实现粪污中有机碳源向中短链有机酸、芳香酸等中间代谢产物的定向转化。
11、作为本技术方案优选地，步骤s1中，所述初始发酵有机负荷为2.5-3.5gvs/l/d，并优选为3.0gvs/l/d，厌氧发酵初期，根据初始发酵有机负荷，向发酵系统中加入定量的畜禽粪污，而所述接种污泥的加入量为畜禽粪污体积用量的8％-12％，且该接种污泥取自运行稳定的厌氧发酵罐。
12、作为本技术方案优选地，步骤s1中，厌氧发酵启动后，发酵系统的发酵温度为25-50℃。
13、作为本技术方案优选地，本发明所使用的发酵底物为鸡粪等高氮有机畜禽粪污，其含固率(ts)为20％-35％，挥发性有机物(vs)含量为15％-30％，粗蛋白含量为35％-50％，碳/氮比为(8-20)：1。
14、作为本技术方案优选地，步骤s2中，发酵系统的有机负荷由初始发酵有机负荷逐渐提高至6.5gvs/l/d，最后维持在6.0gvs/l/d，以使发酵系统中的氨氮浓度逐渐提升，实现氨氮的累积。
15、作为本技术方案优选地，步骤s2中，发酵系统的有机负荷具体由3.0gvs/l/d经4.0gvs/l/d、5.0gvs/l/d、5.5gvs/l/d和6.0gvs/l/d逐渐提高至6.5gvs/l/d，最后维持在6.0gvs/l/d。
16、作为本技术方案优选地，步骤s2中，发酵系统的有机负荷提高过程中，水力停留时间为20-60d，并优选为25-35d，且每个有机负荷阶段维持1-2个水力停留时间，以使系统微生物适应当前负荷，避免负荷冲击，保证有机物的降解效率。
17、作为本技术方案优选地，步骤s2中，氨氮累积阶段，发酵系统的发酵温度为25-50℃，并优选为30-40℃。
18、作为本技术方案优选地，步骤s3中，水力停留时间由20-60d逐渐降低至10-20d，通过降低水力停留时间，以进一步降低系统中产甲烷菌的丰度。
19、作为本技术方案优选地，步骤s3中，将发酵液的30％-60％进行回流再利用，以强化系统中氨氮的积累。
20、在本发明步骤s3中间代谢产物累积阶段，通过逐渐降低发酵系统的水力停留时间，以及部分发酵液的回流再利用，基于发酵液中游离氨(nh3)和铵离子(nh4+)的形态转化，使发酵系统在高负荷和高氨氮条件下持续运行，进而提升发酵系统的ph和游离氨浓度，通过游离氨内源抑制系统中产甲烷菌的代谢活性，降低有机酸等中间代谢产物的甲烷化，实现中间代谢产物的有效累积。
21、作为本技术方案优选地，所述有机酸中间代谢产物包括c2-c5的短链挥发性脂肪酸、c6-c8的中链脂肪酸和芳香酸，其中，c2-c5的短链挥发性脂肪酸包括乙酸、丙酸、异丁酸、正丁酸、异戊酸和正戊酸，c6-c8的中链脂肪酸包括异己酸和正己酸等，而芳香酸包括苯乙酸和苯丙酸等。
22、本发明高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，至少具有以下有益效果：
23、1、本发明高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，以鸡粪等畜禽粪污为发酵底物，原料中有机组分尤其是粗蛋白含量高，因此，利用畜禽粪污在厌氧发酵过程中粗蛋白水解产生高浓度的氨氮内源抑制发酵系统中产甲烷菌的活性，使其降低对有机酸的摄取转化利用，即可阻断有机酸的甲烷化作用，实现畜禽粪污中有机碳源向中短链有机酸和芳香酸的高效转化和快速累积，进而实现粪污中有机碳源向高附加值中间代谢产物的定向转化，为鸡粪等高氮有机废弃物的高值化利用提供一条经济可行的新途径。
24、2、本发明高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法操作简单、成本较低、处理效率高，且可实现中短链脂肪酸和芳香酸等多元中间代谢产物同时累积。解决了现有高值化利用过程中多需两阶段工艺或需添加外源添加剂，且产物相对单一，以短链挥发性脂肪酸或中链有机酸为主的问题。
1.一种高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，步骤s1中，所述初始发酵有机负荷为2.5-3.5gvs/l/d，所述接种污泥的加入量为畜禽粪污的8％-12％。
4.根据权利要求2所述的高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，所述畜禽粪污的含固率为20％-35％，挥发性有机物含量为15％-30％，粗蛋白含量为35％-50％，碳/氮比为(8-20)：1。
5.根据权利要求2所述的高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，步骤s2中，发酵系统的有机负荷由初始发酵有机负荷逐渐提高至6.5gvs/l/d，最后维持在6.0gvs/l/d。
6.根据权利要求2所述的高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，步骤s2中，发酵系统的有机负荷由3.0gvs/l/d经4.0gvs/l/d、5.0gvs/l/d、5.5gvs/l/d和6.0gvs/l/d，提高至6.5gvs/l/d，最后维持在6.0gvs/l/d。
7.根据权利要求2所述的高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，步骤s2中，发酵系统的有机负荷提高过程中，水力停留时间为20-60d，且每个有机负荷阶段维持1-2个水力停留时间。
8.根据权利要求2所述的高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，步骤s3中，水力停留时间由20-60d逐渐降低至10-20d。
9.根据权利要求2所述的高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，步骤s3中，发酵液的30％-60％进行回流再利用。
10.根据权利要求1所述的高氨氮阻抑甲烷化促进中间代谢产物积累的方法，其特征在于，所述有机酸中间代谢产物包括c2-c5的短链挥发性脂肪酸、c6-c8的中链脂肪酸以及芳香酸。
