CN101935239A - 用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置 - Google Patents

用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，它在模拟反应装置内设有托盘组件，模拟反应装置上还设有加热装置、温度监测装置和进气装置，其中：模拟反应装置含有内胆、外壁体和顶盖，顶盖上设有出气管；托盘组件包括托盘和柱体，托盘的盘面上设有漏水孔，托盘的中央设有螺孔，托盘通过螺纹的柱体连接；外壁体上部设有进水管和溢流口，下部设有放水管，外壁体上还设有监测装置；所述的进气装置包括空气增压泵，空气增压泵的高压输气管穿过外壁体插入内胆底部，其端口位于托盘下方，内胆的底端设有污水排放管；加热装置置于模拟反应装置的内胆和外壁体之间的水中。

Description

用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置
技术领域
本发明涉及一种在实验室模拟试验的装置，尤其是一种用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，是一种试验设备。
背景技术
饲料厂和规模养殖场为了促进动物生长和预防疾病的爆发，普遍的在饲料中添加抗生素。据报道，动物采食后，来自饲料中的抗生素除少部分参与机体代谢发挥药效而残留于动物体内，约有30～90％以母体或代谢物的形式随粪、尿等排泄物进入环境，Martinez-Carballo和Christian等研究发现，规模化养殖场的动物粪便中土霉素浓度高达29mg/kg，金霉素26mg/kg，磺胺二甲嘧啶100mg/kg。刘新程等分析了江苏省集约化养殖场污水和畜禽排泄物样品，其中金霉素最大残留量在71.17～105.75mg/kg。而畜禽粪便中的抗生素经迁移等行为进入土壤其残留量变化可在μg/kg～g/kg数量级之间，进入土壤的抗生素将影响植物的生长发育。
畜禽粪便中含有的药物多数的半衰期比较长，粪便微生物长期暴露于抗生素的选择压下，会诱发耐药菌产生，这种耐药菌可能会感染动物和人，耐药基因也可能会在细菌、动物和人之间传播。目前，抗生素对生态系统和人类的破坏是现在国际社会最为普遍关注的社会热点问题。
我国畜牧业以年增长10％速度发展迅速，为保障市场供给、提高人民生活水平作出了巨大的贡献，但同时带来了严重的环境问题。以江苏省为例，2004年全省畜禽总粪量就已经达4247.1×104t，总尿量达2577.9×104t，动物粪尿中含有众多的抗生素给环境造成很大的压力，利用堆肥工艺生产有机肥是降低或解决抗生素污染的主要途径。
粪便堆肥按原理可分为厌氧堆肥与好氧堆肥，后者又被细分为自然通风条垛式系统、被动通风条垛系统、强制通风静态垛系统，目前好氧堆肥工艺已经相对成熟并被广泛应用。但上述堆肥工艺主要是针对腐熟技术和消除寄生虫，并不能使粪便中的抗生素得到有效的分解，而且依据粪便种类和辅料的不同，抗生素的去除率有很大变化，需要研究影响抗生素在粪便堆肥中降解的制约因素。
采用传统的堆肥方式即人工自然堆肥方式研究药物在其中的降解，占地面积大，需要利用较多的人力，在实验室不可操作，同时设置的重复也受到限制，而且降解过程受到自然条件多因素影响，不易探究单因素对堆肥中药物降解所做的贡献，也容易造成环境的二次污染。因此，迫切需要有一种设备能够实现在实验室对堆肥中药物降解进行分析研究。
发明内容
本发明的目的在于：针对目前人工自然堆肥方式占地面积大，在实验室不能批量处理，以及堆肥过程影响因素多，不易明确各因素影响粪便中药物降解程度的实际问题，提供一种用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置。
本发明的目的是这样实现的：一种用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：在模拟反应装置内设有托盘组件，模拟反应装置上还设有加热装置、温度监测装置和进气装置，其结构为：
a)所述的模拟反应装置含有内胆和外壁体，内胆和外壁体的顶部为顶盖，顶盖上设有出气管，顶盖周缘与外壁体沿口和内胆沿口密合；
b)托盘组件包括托盘和柱体，托盘组件中至少设有一个托盘，托盘的盘面上设有漏水孔，托盘的中央设有螺孔，托盘通过螺孔与含有螺纹段的柱体连接，柱体的顶端向上延伸到内胆的沿口，托盘的底部置于内胆高度的1/5～1/4处；
c)外壁体上部设有进水管和溢流口，下部设有放水管，外壁体上还设有监测装置，模拟反应装置的内胆与外壁体之间的夹层中注有水，注水段止于溢流口；所述的监测装置为水温传感器；
d)所述的进气装置包括空气增压泵，空气增压泵的高压输气管穿过模拟反应装置的外壁体插入内胆底部，其端口位于托盘下方，内胆的底端设有污水排放管，所述的污水排放管穿出模拟反应装置的外壁体；
e)所述的加热装置为加热电炉丝，加热电炉丝置于模拟反应装置的内胆和外壁体之间的注水段中。
在本发明中：所述托盘组件中含有两个托盘，每个托盘均由螺孔安装在柱体的螺纹段上，并通过各自的固定锁紧螺帽固定。
在本发明中：托盘组件中所述的托盘采用陶瓷材料制作，所述柱体和固定锁紧螺帽均采用不锈钢制作。
在本发明中：空气增压泵的高压输气管上设有压力表。
在本发明中：模拟反应装置中的外壁体呈圆柱形，内胆的上部为圆柱形，下部为盆形，圆柱形与盆形的对接线位于内胆总高度的1/5～1/4处；所述的内胆通过垫块定位于所述的外壁体中。
在本发明中：所述外壁体由底端到沿口的高度为35～45cm，所述内胆的上部圆柱形的内径为25～35cm；所述的内胆采用不锈钢制作。
在本发明中：所述的顶盖周缘与外壁体沿口和内胆沿口密合是指：加工时对顶盖周缘与外壁体和内胆的沿口结合处进行磨砂处理，使用中它们的结合处通过涂抹凡士林密封。
在本发明中：所述加热电炉丝置于模拟反应装置的内胆和外壁体之间的注水段中是指：在内胆和外壁体之间注水段的夹层中，将加热电炉丝围绕模拟反应装置的中心线旋转排列，加热电炉丝位于注水段夹层的下部，或注水段夹层的下部和中部，或注水段夹层的下部、中部和上部。
在本发明中：顶盖顶部的出气管、外壁体下部的放水管以及内胆底端的污水排放管上均设有阀；在顶盖的顶部设置把手，在所述柱体的上端均设有提手；模拟反应装置的底部设有支脚。
本发明的优点在于：利用本堆肥装置，可方便考察和分析堆肥过程主要工艺参数、堆体温度、堆料初始含水率和堆肥时间等因素对粪源药物降解的影响，明确粪便中药物降解的主要影响因素和反应动力学，为有效降解畜禽粪便中残留药物的强制通风堆肥工艺参数优化提供依据。
本发明的优点还在于：由于用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置本身体积小，占用空间少，适宜用于实验室批量实验；由于以水为加热媒介，可以保证内胆内的温度分布均匀，温度传感器可以对加热媒介进行适时监控，通过控制加热媒介的温度调节堆肥的环境温度；由于顶盖周缘与外壁体沿口和内胆沿口密合，可以减小加热蒸汽对模拟堆肥药物降解试验的干扰；由于配置了空气增压泵，可以方便的为堆肥强制通风，通过试验获取最佳强制通风堆肥工艺参数；由柱体连接托盘，并在柱体上设置提手，可以方便试验过程中的样品采集。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图
图2是图1中托盘组件的分解示意图。
图中：1、出气管，2、顶盖，3、外壁体，4、内胆，5、加热电炉丝，6、放水管，7、支脚，8、进水管，9、提手，10、柱体，11、螺纹段，12、固定缩紧螺帽A，13、固定缩紧螺帽B，14、托盘A，15、托盘B，18、高压输气管，19、压力表，20、空气增压泵，21、时间继电器，22、污水排放管，23、水温传感器，24、把手，25、垫块，26、溢流口。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明的一个实施例的具体结构，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
由图1可见，用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置内设有托盘组件，模拟反应装置上还设有温度检测和进气系统，其中：
所述的模拟反应装置含有内胆4和外壁体3，内胆4和外壁体3的顶部为顶盖2，顶盖上设有出气管1，顶盖2周缘与外壁体3沿口和内胆4沿口密合。
托盘组件中至少设有一个托盘，托盘的中央设有柱体10，柱体10的顶端向上延伸到内胆4的沿口，托盘的底部置于内胆4高度的1/5～1/4处。
外壁体上部设有进水管8和溢流口26，下部设有放水管6，外壁体3上还设有水温传感器23，模拟反应装置的内胆4和外壁体3之间注有水，夹层的注水段止于溢流口26。
空气增压泵20的高压输气管18穿过模拟反应装置的外壁体3插入内胆4底部，其端口位于托盘下方，内胆4的底端设有污水排放管22，所述的污水排放管22穿出模拟反应装置的外壁体3。
加热电炉丝5置于模拟反应装置的内胆4和外壁体3之间的注水段中。
在本实施例中，所述的内胆4通过垫块25定位于所述的外壁体3中；所述的托盘组件中含有两个托盘，它们分别是托盘A 14和托盘B 15；在所述柱体10的上端均设有提手9；空气增压泵20的高压输气管18上设有压力表19；所述顶盖2的顶部设置把手24；所述的加热电炉丝5位于注水段夹层的下部、中部和上部。此外，在顶盖2顶部的出气管1、外壁体3下部的放水管6以及内胆4底端的污水排放管22上均设有阀，在模拟反应装置的底部设有支脚7。
具体实施时，所述的外壁体3呈圆柱形，内胆4的上部为圆柱形，下部为盆形，圆柱形与盆形的对接线位于内胆4总高度的1/5～1/4处；所述的顶盖2周缘加工时应该与外壁体3和内胆4的沿口结合处进行磨砂处理，使用时通过涂抹凡士林密封；所述的加热电炉丝5只设在注水段夹层的下部，或位于注水段夹层的下部和中部。加热电炉丝总功率为1000W，加热层温度控制在30℃-80℃范围内。
具体实施时，所述外壁体由低端到沿口的高度为35～45cm，所述内胆的上部圆柱形的内径为25～35cm；所述的内胆采用不锈钢制作；所述的内胆采用不锈钢制作。
具体实施时，所述水温传感器23获得的感应信号可以提供给微机处理，处理后或通过记录仪打印，或作为程控流程中若干取样信号源中的一个；所述空气增压泵20可以通过控制箱21，在程控输出信号的控制下，采用间歇送气的工作模式向内胆4提供空气，空气增压泵的风量控制在0-10L/min范围内。
由图2可见，本实施例的托盘组件中包括两个托盘，每个托盘的盘面上设有漏水孔16，柱体10上含有螺纹段11，每个托盘均由螺孔17，通过螺孔17调节托盘在柱体10中螺纹段11上的位置，并通过各自的固定锁紧螺帽A 12和固定锁紧螺帽B 13使托盘固定在柱体10上。具体实施时，托盘组件中所述的托盘A 14和托盘B 15采用陶瓷材料制作，所述柱体10以及固定锁紧螺帽A 12和固定锁紧螺帽B 13均采用不锈钢制作。
本发明使用前，先由螺纹17调整托盘A 14和托盘B 15在柱体10螺纹段上的位置，然后通过固定缩紧螺帽A 12和缩紧螺帽B 13把它们固定在柱体10上，再通过进水管8向夹层中注水，直到溢流口26溢流。同时，对试验对象进行检测，获得试验对象中的药物浓度和湿度，建立初始数据。然后再把已知药物浓度和湿度的试验对象放置在托盘A 14上，并置于反应装置内模拟进行堆肥发酵。为了防止对夹层中水的加热过程在产生的蒸汽对堆肥试验的干扰(例如加热过程产生的热蒸汽可能会改变模拟试验的湿度条件)，顶盖2应该涂抹凡士林，提高顶盖2与外壁体3和内胆4沿口的密封效果。
使用中，可以将水温传感器23获得的信息通过记录仪打印，并根据水温传感器23提供的信息判断堆肥发酵温度，根据试验前设计方案，通过人工控制加热电炉丝5的方式调节堆肥发酵温度，通过人工控制空气增压泵20的开启频率，合理分配空气增压泵20的运行、关闭时间，控制通风量。
使用中，还可以将水温传感器23获得的信息提供给微机处理，处理后通过记录仪打印，并将该信息作为堆肥发酵中的一个取样信号，由微机输出的根据预先设计方案编程的程控信号控制空气增压泵20，由空气增压泵20采用间歇送气的工作模式向内胆4提供空气，控制通风量。
无论采用人工控制，还是经过微机处理，最终定期提起托盘采集不同部位堆肥发酵的粪样，通过仪器测定粪样中的药物含量，研究堆肥发酵过程中因湿度、温度、时间和通风等因素对堆肥中药物降解产生的影响，为建立科学的堆肥发酵工艺，提供科学依据。

Claims (9)

1.一种用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：在模拟反应装置内设有托盘组件，模拟反应装置上还设有加热装置、温度监测装置和进气装置，其结构为：
a)所述的模拟反应装置含有内胆和外壁体，内胆和外壁体的顶部为顶盖，顶盖上设有出气管，顶盖周缘与外壁体沿口和内胆沿口密合；
b)托盘组件包括托盘和柱体，托盘组件中至少设有一个托盘，托盘的盘面上设有漏水孔，托盘的中央设有螺孔，托盘通过螺孔与含有螺纹段的柱体连接，柱体的顶端向上延伸到内胆的沿口，托盘的底部置于内胆高度的1/5～1/4处；
c)外壁体上部设有进水管和溢流口，下部设有放水管，外壁体上还设有监测装置，模拟反应装置的内胆与外壁体之间的夹层中注有水，注水段止于溢流口；所述的监测装置为水温传感器；
d)所述的进气装置包括空气增压泵，空气增压泵的高压输气管穿过模拟反应装置的外壁体插入内胆底部，其端口位于托盘下方，内胆的底端设有污水排放管，所述的污水排放管穿出模拟反应装置的外壁体；
e)所述的加热装置为加热电炉丝，加热电炉丝置于模拟反应装置的内胆和外壁体之间的注水段中。
2.根据权利要求1所述的用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：所述托盘组件中含有两个托盘，每个托盘均由螺孔安装在柱体的螺纹段上，并通过各自的固定锁紧螺帽固定。
3.根据权利要求2所述的用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：托盘组件中所述的托盘采用陶瓷材料制作，所述柱体和固定锁紧螺帽均采用不锈钢制作。
4.根据权利要求1所述的用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：空气增压泵的高压输气管上设有压力表。
5.根据权利要求1所述的用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：模拟反应装置中的外壁体呈圆柱形，内胆的上部为圆柱形，下部为盆形，圆柱形与盆形的对接线位于内胆总高度的1/5～1/4处；所述的内胆通过垫块定位于所述的外壁体中。
6.根据权利要求5所述的用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：所述外壁体由底端到沿口的高度为35～45cm，所述内胆的上部圆柱形的内径为25～35cm；所述的内胆采用不锈钢制作。
7.根据权利要求1所述的用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：所述的顶盖周缘与外壁体沿口和内胆沿口密合是指：加工时对顶盖周缘与外壁体和内胆的沿口结合处进行磨砂处理，使用中它们的结合处通过涂抹凡士林密封。
8.根据权利要求1所述的用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：所述加热电炉丝置于模拟反应装置的内胆和外壁体之间的注水段中是指：在内胆和外壁体之间注水段的夹层中，将加热电炉丝围绕模拟反应装置的中心线旋转排列，加热电炉丝位于注水段夹层的下部，或注水段夹层的下部和中部，或注水段夹层的下部、中部和上部。
9.根据权利要求1～8之一所述的用于实验室模拟堆肥中药物降解的试验装置，其特征在于：顶盖顶部的出气管、外壁体下部的放水管以及内胆底端的污水排放管上均设有阀；在顶盖的顶部设置把手，在所述柱体的上端均设有提手；模拟反应装置的底部设有支脚。
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