CN101928163B - 去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统及系统的应用方法。该系统是一穿孔板将一容器分割成上为堆肥反应器，下为风室；在堆肥反应器的顶部开有排气口，内置带有温度传感器的温度控制器和湿度传感器；堆肥反应器外部的温湿度巡检控制仪通过导线分别与温度控制器和湿度传感器连接；所述堆肥反应器的水浴夹套通过进出水管与循环水浴相连通；在风室一侧的通风管的进气口通过管路与转子流量计的出气口连通，转子流量计的进气口通过管路与空气增压泵的出气口连接；在通风管下方的风室的底部安装有渗滤液排出管；时间继电器通过导线与空气增压泵的开关连接。应用本发明的系统处理畜禽粪便，可有效去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留。

Description

去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统

技术领域

本发明属于固体废弃物处置和资源化技术领域，特别涉及去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统与该系统的应用方法。

背景技术

我国已成为世界上最大的肉、蛋生产国。近年来，我国集约化畜禽养殖场大量兴起，截至2002年，全行业产值的60％为集约化养殖场创造。作为防疫和促生长的重要手段，集约化养殖中抗生素类兽药的使用量非常巨大。四环素类抗生素已经成为我国畜禽饲养业中生产量和临床使用量最大的抗生素。2003年我国生产土霉素10,000吨，占当时世界土霉素生产总量的65％。但是动物并不完全吸收饲给的兽药，而是通过粪便等大量排泄出体外，比例高达30％～90％。据统计，2002年，全国每年畜禽粪便产生量约为17.3亿吨(约50％来自集约化畜禽养殖场)，是工业固体废弃物的2.7倍。预计到2010年，全国畜禽粪便的排放量将达到45亿吨。一般认为，兽用抗生素是土壤环境抗生素污染的主要来源，其中抗生素进入土壤的最主要途径就是通过向耕作土壤施入畜禽粪便。由于大部分用于控制病情、促进生长的兽药是长期饲给的，甚至贯穿受药动物生命周期的主要阶段，动物的不完全吸收使得大量抗生素随畜禽粪便输入到环境中，带来了诸如耐药菌产生、耐药基因传播等严重隐患。由于技术和经济的原因，加之管理方面的缺失，大部分养殖场未能对禽畜粪便进行有效的处理和利用，因此，如何经济高效地去除和安全转化畜禽粪便中残留的抗生素，是我国畜禽粪便安全利用面临的严峻问题。

目前畜禽粪便堆肥对于去除其中残留的抗生素类物质的技术极其缺乏。所以，如何在畜禽粪便堆肥中既保证产品质量，同时又有效地去除有害的抗生素残留，减少潜在的环境污染，是当前畜禽粪便堆肥的难点之一。

发明内容

本发明的目的在于克服当前畜禽粪便等有机固体废弃物处理及资源化技术中存在的缺陷，从而提供一种去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统。

本发明的再一目的在于提供去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统的应用方法。

本发明的去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统如图1所示，包括湿度传感器，温度控制器，温湿度巡检控制仪，空气增压泵，转子流量计，风室，时间继电器，水浴夹套，循环水浴，通风管，渗滤液排出管，穿孔板，堆肥反应器，进出水管等。

一穿孔板将一容器分割成上为堆肥反应器，下为风室。

在堆肥反应器的顶部开有排气口，在堆肥反应器中有湿度传感器和内置带有温度传感器的温度控制器；在堆肥反应器外部的一温湿度巡检控制仪通过导线分别与温度控制器和湿度传感器连接。

所述的堆肥反应器外部安装有水浴夹套，水浴夹套通过进出水管与循环水浴相连通；水浴夹套为堆肥反应器提供温度控制和保温，其温度控制通过水浴夹套-进出水管-水浴锅-小型水泵循环进行热量交换而达到控制和稳定温度的目的。

在风室的一侧安装有通风管，通风管的进气口通过管路与转子流量计的出气口连通，转子流量计的进气口通过管路与空气增压泵的出气口连接；在通风管下方的风室的底部安装有渗滤液排出管。

所述的时间继电器通过导线与空气增压泵的开关连接，由此控制空气增压泵的开启和关闭的状态及时间。

所述的穿孔板是安装在容器壁上的承托支架上。所述的穿孔板的孔隙率为3～6％，孔径为5～8mm。

本发明的去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统的应用方法：

将畜禽粪便和经过粉碎的调理剂混合均匀后得到堆料，将堆料通过物料输送系统装入堆肥反应器中，控制空气增压泵为间歇强制通风方式，使进入风室的空气经穿孔板均匀通过堆料，同时减少通风阻力，所述的堆料中放置有带有温度传感器的温度控制器(分别检测堆料中心以及距离堆料底部以上10cm处的温度)，所述的堆料上方放置有湿度传感器，通过温湿度巡检控制仪监测堆料温度以及堆料上方的湿度变化(无需控制堆料上方的湿度，只是监测堆料上方的湿度变化)，通过循环水浴维持堆料的温度为45～55℃。

所述的控制空气增压泵为间歇强制通风方式，是由时间继电器控制空气增压泵的开启和关闭的状态及时间(强制通风时，无需特别控制通风时间长短及间隔时间，只需间歇及通风时间不特别长即可，如间隔10秒～1分钟，通风10秒～1分钟等)。

所述的畜禽粪便与调理剂的混合比例需根据堆料的含水率(55～65％)和畜禽粪便与调理剂的特性来确定，畜禽粪便与调理剂的体积比为1∶1～3。

所述的畜禽粪便是猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪或它们的任意混合物等。

所述的调理剂是农作物秸秆、稻壳、玉米芯、木屑、蘑菇渣、枯枝落叶或它们的任意混合物等。

本发明在畜禽粪便堆肥过程中，通过控制堆料温度，使之保持在45～55℃之间10天左右，利用此过程中的热效应和生物作用，降解畜禽粪便原料中的四环素类抗生素残留。本发明的方法无需额外对堆肥原料的pH值、有机质含量等指标进行调节便可顺利完成堆肥过程，堆肥成品基本腐熟，可有效去除四环素类抗生素残留。经过本发明的系统与应用方法处理后，畜禽粪便的安全利用性更高，从而提高了畜禽粪便堆肥产品的质量。本发明的应用方法具有操作简单、效果好、时间短；本发明可克服畜禽粪便等有机固体废弃物处理及资源化技术中存在的缺陷。

附图说明

图1.本发明的去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控好氧堆肥的系统示意图。

图2a～图2c.本发明实施例的受控、无控及自然堆放猪粪堆肥过程中四环素类抗生素残留的去除效果对比。

图3a.本发明实施例的无控及自然堆放猪粪堆肥过程中堆料的温度变化。

图3b.本发明实施例的受控及自然堆放猪粪堆肥过程中堆料的温度变化。

图4.本发明实施例的受控、无控及自然堆放猪粪堆肥过程中pH值的变化。

图5.本发明实施例的受控、无控及自然堆放猪粪堆肥过程中电导率值的变化。

图6.本发明实施例的受控、无控及自然堆放猪粪堆肥过程中含水率的变化。

图7.本发明实施例的受控、无控及自然堆放猪粪堆肥过程中有机质的变化。

附图标记

1.湿度传感器    2.温度控制器    3.温湿度巡检控制仪

4.空气增压泵    5.转子流量计    6.风室

7.时间继电器    8.水浴夹套      9.循环水浴

10.通风管       11.渗滤液排出管 12.穿孔板

13.承托支架    14.排气口    15.堆肥反应器

16.进出水管

图2a～c、图4～图7中的1^#为受控堆肥，2^#为无控对照堆肥，自然堆放为自然堆放对照堆肥。

具体实施方式

实施例1.

请参见图1。去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统包括湿度传感器1，温度传感器2，温湿度巡检控制仪3，空气增压泵4，转子流量计5，风室6，时间继电器7，水浴夹套8，循环水浴9，通风管10，渗滤液排出管11，穿孔板12，承托支架13，排气口14，堆肥反应器15，进出水管16等。

一穿孔板12将一圆柱体形(有效容积24.7L，圆柱体形的高径比是1.17)容器分割成上为堆肥反应器15，下为风室6。

在堆肥反应器15的顶部设置有密封盖并开有排气口14，在堆肥反应器中有湿度传感器1(JSL-6ATD)和内置带有温度传感器(JWB/P/C)的温度控制器2；在堆肥反应器外部的一温湿度巡检控制仪3(KSL/D-04RP2V0B1，北京昆仑海岸公司)通过导线分别与温度控制器和湿度传感器连接，用来测定由畜禽粪便与调理剂形成的堆料中部和底部的温度和堆料上方的湿度；所述的堆肥反应器外部安装有水浴夹套8，水浴夹套通过进出水管16与循环水浴9相连通。

在风室6的一侧安装有通风管10，通风管10的进气口通过管路与转子流量计5的出气口连通，转子流量计5的进气口通过管路与空气增压泵4(ACO308，广东海利集团)的出气口连接；在通风管10下方的风室的底部安装有渗滤液排出管11。

所述的时间继电器通过导线与空气增压泵4的开关连接，由此控制空气增压泵的开启和关闭的状态及时间。

所述的穿孔板是安装在容器壁上的承托支架13上。所述的穿孔板的孔隙率为3～6％，孔径为5～8mm。

应用上述的系统用于受控堆肥过程去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留：

采用温湿度表监测环境温度和湿度，每天记录3次。按照前期的研究结果，基于文献所公开的通风量计算的方法(Keener，H.M.，et al.，Composting andvalue-added utilization of manure from a swine finishing facility.Compost Science&Utilization，2001.9(4)：p.312-321)，试验系统所需的通风量设定为0.5L min^-1kg^-1OM。

堆肥所用猪粪来自北京郊区某养猪场，调理剂采用北京郊区某木材加工厂的木屑。将木屑和猪粪混合(猪粪与木屑的体积比为1∶1～3)均匀后分成3堆，每堆湿重为11.9kg，混合后3堆堆料的含水率均为64％。其中1堆堆料作为自然堆放对照堆肥，不予以任何通风保温等堆肥处理；1堆堆料作为无控对照堆肥，进行通风但不予以控制堆料的温度；1堆堆料作为受控堆肥给予通风并控制堆料的温度。

将混合后的2个堆肥组的堆料分别输送至两个同样的堆肥反应器中，在堆料中放置有带有2个温度传感器的温度控制器(2个温度传感器的探头分别探测堆料中心及距离堆料底部以上10cm处的温度)，在堆料上方放置有湿度传感器，开启空气增压泵，设定时间控制间歇通风为开启10秒/关闭15秒，使进入风室的空气经穿孔板均匀通过堆料，开始进行高温堆肥，通过温湿度巡检控制仪控制和监测堆料中部和底部的温度以及监测堆料上方的湿度变化；其中一个堆肥反应器的堆料的温度控制在45～55℃，另一个堆肥反应器的堆料的温度不予以控制。对于自然堆放对照堆肥的堆料放置在干燥的纸箱内，置于通风遮阳处。

研究结果表明(图2a～图2c)，作为无控对照堆肥的高温堆肥在经历了升温期及紧接其后的保温期后，在第14天时，同自然堆放对照堆肥相比四环素类抗生素去除率分别为：土霉素14.01％、四环素8.56％、金霉素13.02％；作为受控堆肥的堆料中四环素类抗生素的去除率分别为：土霉素87.82％、四环素78.54％、金霉素68.71％；受控堆肥中的四环素类抗生素的半衰期为：土霉素7.86天、四环素13.86天、金霉素12.74天。在无控对照堆肥的第21天，其降解率达到了：土霉素：81.32％、四环素：83.42％、金霉素：74.73％；此时受控堆肥在第21天的降解率分别为：土霉素：95.33％、四环素：88.91％、金霉素：77.62％；并且堆肥结束后，没有出现降解产物转化为母药的情况，其堆肥产物的品质类似一般堆肥产物，没有因为堆肥过程受控而受到影响。

高温堆肥过程中的温度变化、pH值的变化、电导率值的变化、含水率的变化及有机质的变化分别见图3a～b、及图4～7。

Claims (5)

1.一种去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的受控堆肥系统，包括湿度传感器，温度控制器，温湿度巡检控制仪，空气增压泵，转子流量计，风室，时间继电器，水浴夹套，循环水浴，通风管，渗滤液排出管，穿孔板，堆肥反应器，进出水管；其特征是：

一穿孔板将一容器分割成上为堆肥反应器，下为风室；

在堆肥反应器的顶部开有排气口，在堆肥反应器中有湿度传感器和内置带有温度传感器的温度控制器；在堆肥反应器外部的一温湿度巡检控制仪通过导线分别与温度控制器和湿度传感器连接；

所述的堆肥反应器外部安装有水浴夹套，水浴夹套通过进出水管与循环水浴相连通；

在风室的一侧安装有通风管，通风管的进气口通过管路与转子流量计的出气口连通，转子流量计的进气口通过管路与空气增压泵的出气口连接；在通风管下方的风室的底部安装有渗滤液排出管；

所述的时间继电器通过导线与空气增压泵的开关连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的穿孔板是安装在容器壁上的承托支架上。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是：所述的穿孔板的孔隙率为3～6％，孔径为5～8mm。

4.一种应用权利要求1～3任意一项所述的系统用于受控堆肥过程去除畜禽粪便中四环素类抗生素残留的方法，其特征是：

将畜禽粪便和经过粉碎的调理剂混合均匀后得到堆料，将堆料装入堆肥反应器中，控制空气增压泵为间歇强制通风方式，使进入风室的空气经穿孔板通过堆料；所述的堆料中放置有带有温度传感器的温度控制器，所述的堆料上方放置有湿度传感器，通过温湿度巡检控制仪监测堆料温度以及堆料上方的湿度变化，通过循环水浴维持堆料的温度为45～55℃；

所述的堆料的含水率为55～65％，畜禽粪便与调理剂的体积比为1∶1～3；

所述的畜禽粪便是猪粪、鸡粪、牛粪、羊粪或它们的任意混合物；所述的调理剂是农作物秸秆、稻壳、玉米芯、木屑、蘑菇渣、枯枝落叶或它们的任意混合物。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：所述的控制空气增压泵为间歇强制通风方式，是由时间继电器控制空气增压泵的开启和关闭的状态及时间。

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