CN104086062B

CN104086062B - 一种畜禽粪便中四环素抗性基因污染处理方法

Info

Publication number: CN104086062B
Application number: CN201410311296.9A
Authority: CN
Inventors: 焦少俊; 张俊; 罗方园; 孔德洋; 熊浩辉; 田丰
Original assignee: Nanjing Institute of Environmental Sciences MEP
Current assignee: Nanjing Institute of Environmental Sciences MEP
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2034-06-30
Also published as: CN104086062A

Abstract

本发明公开了一种畜禽粪便中四环素抗性基因污染处理方法及装置，处理方法包括高温处理、厌氧缺氧培养、高pH处理和强光照处理，通过连续串联或部分串联技术操作，在目前通常四环素抗性基因的含量范围内，可以减少90%以上的四环素抗性基因的污染。本处理方法简单易行，对设备条件要求低，并具有处理效率高，不产生副产物，危害性小，处理成本低，适用条件较为温和等特点，适合于农村养殖中产生的畜禽粪便的安全处理，是一种高效节能型的固废中四环素抗性基因的处理技术。

Description

一种畜禽粪便中四环素抗性基因污染处理方法

技术领域

本发明属于农村养殖固废处理领域，具体涉及一种处理几种典型四环素抗性基因污染的装置及其处理方法，主要应用于农村规模化畜禽养殖产生的畜禽粪便中抗生素抗性基因污染的控制。

背景技术

畜牧养殖业的集约化发展过程中，兽用抗生素起到了重要的作用，其中四环素由于具有较强的抗炎、免疫作用且价格低廉，常被作为饲料添加剂及防病药物在养殖业中广泛使用，这些大量使用的四环素多会以原药或代谢物的形式随粪便及尿液排出动物体外并持续性输入到环境中。抗生素在养殖业中大量使用导致了日益严重的环境污染，目前也成为环境领域的研究热点，许多研究都表明，在全球范围内许多地区的土壤，水体、底泥，甚至饮用水中都检出抗生素的残留，这些抗生素的残留可诱导环境中抗性基因产生，并可维持其含量水平。这些抗性基因及具有抗性基因的耐药菌又可能通过“土壤-植物-动物-人”食物链的途径进入人体，使人类无药可用，从而危害人类的健康。有国际顶级权威期刊指出，抗生素污染所诱导的抗性基因与抗生素一样，也可能成为一种新型环境污染物，而且其风险要比抗生素药物本身的污染风险更高。鉴于四环素这一类抗生素残留可能造成的环境危害，很多国家已经在养殖业中要求进行禽畜粪便的无害化处置。然而我国在此方面的研究才刚刚开始，但所暴露出来的环境问题却日趋严重，因此，降低养殖业畜禽粪便中四环素耐药菌及抗性基因导致的环境污染，控制我国畜禽粪便等有机肥料使用的环境风险，保护人类健康显得尤为重要。

目前我国在畜禽粪便资源化过程中对缺乏对四环素这一类抗生素的抗性基因污染处理的要求，一些应用于畜禽粪便资源化过程中的技术措施又无特别针对抗生素抗性基因的设计，而在畜禽粪便资源化后再增加抗生素抗性基因的去除环节则会大大增加处理的成本，使得这一本来就较为薄利的产业更加难以为继。针对目前我国畜禽粪便中抗生素抗性基因的处理存在着整体行业未有效关注的情况，同时针对性的处理措施少、增加环节易带来处理成本高等诸多问题，因此提供一种结合畜禽粪便资源化过程的成本低、去除率高、易于操作抗生素抗性基因的处理方法，并开发相应有效的处理装置，业已成为国内外关注和研究的热点。

发明内容

本发明的目的是针对我国目前在畜禽粪便资源化过程中及安全处理中存在对抗生素抗性基因关注不足的问题，提供了结合畜禽粪便资源化过程的处理抗生素抗性基因的装置及其处理方法。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种畜禽粪便中四环素抗性基因污染处理方法，其包括如下步骤：

A、在半坑式可控封闭装置内用疏松结构材料设置通气通道，然后用待处理的畜禽粪便简单覆盖在通气通道上，在保证畜禽粪便内部能通气的情况下静置进行好氧增温过程；

B、待畜禽粪便的温度升至45～60℃时，取出半坑式可控封闭装置内的疏松结构材料，将半坑式可控封闭装置内的畜禽粪便压实，或者继续向半坑式可控封闭装置内补充畜禽粪便并压实，用密封盖密封所述半坑式可控封闭装置，对畜禽粪便进行密封厌氧缺氧处理；

C、密封厌氧缺氧处理后，打开所述密封盖，翻动压实的畜禽粪便，然后在粪便表层中添加石灰水，保持粪便的pH值为微碱性，然后在粪便的上部架设强光照处理装置并对粪便进行持续强光照射，在照射期间保持粪便的微碱性。

在步骤A中，本法对疏松结构材料的材质并无具体要求，只要能够在畜禽粪便的简单覆盖下提供通气通道即可，优选采用秸杆等疏松结构材料。通气通道可单层布置，也可多层布置，还可纵向布置。通气通道一般为“井”字型或正交或斜交的网格型。通气通道能够在用畜禽粪便简单覆盖后保证粪便内部能通气，确保好氧增温过程能够发生，静置数天等待装置内部的增温。

本法在好氧增温过程中，通过将畜禽粪便与堆放池中堆放，内部通气，利用堆肥的功能，实现内部的增温，并保持内部的温度处于较高的水平，从而对四环素抗性基因的形成起到抑制的作用。

在步骤B中，优选的，畜禽粪便的温度通过好氧增温至升至50℃左右，进一步优选升温至50℃以上。密封厌氧缺氧处理的时间一般需在14天以上。在密封厌氧缺氧处理中需对半坑式可控封闭装置密封，以确保其内部的氧气缺乏。

本法在好氧增温过程结束后，取消通气通道，并继续补充少量畜禽粪便，压实后密封，使内部处于氧气缺乏的状态，密封时间保持14d以上，使内部具有一个较长时间的缺氧厌氧过程，大大降低内部的微生物菌落数，减少抗性基因的形成。

在步骤C中，密封期结束后翻动压实的畜禽粪便，略保持粪便的疏松。在持续强光照射前或过程中，优选向粪便表层中添加石灰水保持粪便的pH值在8.5以上。本步骤中的微碱性，优选使pH值保持8.5以上；在一种优选方案中，微碱性是指pH值8.5～10.5。强光照处理装置中的光源为汞灯，强光照射的光强为5000Lux以上，优选为10000Lux~20000Lux，持续照射时间为1～5小时，优选为2～4小时，最优选为3小时；期间可添加石灰水，保持粪便的微碱性。

本法在密封期结束后，翻动压实的畜禽粪便，然后添加石灰水，保持粪便的微碱性，并在上部架设光源，通过强光源与碱性条件抑制抗性基因的形成，达到控制畜禽粪便中四环素抗性基因的含量水平的目的。

本法整体处理过程中的pH状态最佳控制在大于8.5的条件下。

一种应用于上述方法的防治畜禽粪便中四环素抗性基因污染的装置，其特征在于其包括半坑式可控封闭装置、密封盖和强光照处理装置，如附图所示。

半坑式可控封闭装置的内部可设置可通气的装置，确保好氧增温过程的发生。半坑式可控封闭装置的直径在1～3m左右，装置的高度在0.5～1.5m左右，装置具有较好密封性，且装置主体的直径与高度比例应在2:1左右。本装置可以结合养殖中产生的畜禽粪便的资源化过程，设备具有多用途使用功能，减少设备成本的投入，易在农村地区进行推广。

本发明中的四环素抗性基因包括tetA、tetB或tetC等几种典型抗性基因。

四环素抗性基因主要指来在畜禽粪便中由四环素类化合物诱导产生的如tetA、tetB和tetC的典型抗性基因，四环素物质主要为四环素、土霉素、金霉素以及强力霉素等四环素类化合物，待处理的畜禽粪便中四环素抗性基因的含量不高于1×10⁸ copies·g^-1，目前国内外研究都表明，畜禽粪便及其他四环素抗性基因风险较高的环境中，四环素抗性基因的含量一般不超过1×10⁸ copies·g^-1，一般情况下，畜禽粪便中的四环素抗性基因含量在1×10⁶～1×10⁸ copies·g^-1之间，本申请可以将较高四环素抗性基因含量的畜禽粪便降至1×10⁶ copies·g^-1以下，因此它具有很好的适用性。以实施例1为例，本方法可以将畜禽粪便样品中四环素抗性基因总量由6.5×10⁶ copies·g^-1减少至0.45×10⁶ copies·g^-1，而对照组中，经过相同的时间后，四环素抗性基因总量为5.3×10⁶ copies·g^-1左右。本发明的操作过程可以结合畜禽粪便资源化过程中的好氧增温发酵等过程，在农村地区具有很好的可操作性。

本发明还包括一种应用于上述防治畜禽粪便中四环素抗性基因污染的装置，其包括半坑式可控封闭装置、密封盖和强光照处理装置，其中所述半坑式可控封闭装置为下部位于地表面之下、上部设于地表面之上、内部具有空腔或空间且其上部具有开口的装置，所述密封盖设于所述半坑式可控封闭装置的上部开口处用以密封所述半坑式可控封闭装置，所述强光照处理装置设于所述半坑式可控封闭装置的内部或者设于所述密封盖的下部。

本发明中方法及装置糅合了高温处理、厌氧缺氧培养、高pH处理、强光照处理单元，与对照相比，每个技术单元措施的处理效果均可达到50%左右，通过联系串联或部分串联技术装置单元，可以减少90%以上的四环素抗性基因的污染。

随着人们对环境要求的日益提高，作为典型农村固废的养殖畜禽粪便的安全处置问题也得到越来越多的重视，作为一种新型的污染物类型，抗生素抗性基因的潜在健康风险也相对较高，因此研发一种结合畜禽粪便资源化的四环素抗性基因去除的装置及其处理方法将有很好的应用前景。

本处理方法简单易行，对设备条件要求低，并具有处理效率高，可减少90%以上的四环素抗性基因的污染，不产生副产物，危害性小，处理成本低，适用条件较为温和等特点，适合于农村养殖中产生的畜禽粪便的安全处理，是一种高效节能型的固废中四环素抗性基因的处理技术。

附图说明

图1为防治畜禽粪便中四环素抗性基因污染的装置结构示意图；

图2为图1装置好氧增温过程示意图；

图3为图1装置密闭缺氧厌氧过程示意图；

图中，1-半坑式可控封闭装置，2-地表面，3-密封盖，4-强光照处理装置。其中图2 为好氧增温过程，图3为密闭缺氧厌氧过程，图1可视为强光处置及碱性处理过程，实施过程为先好氧增温，然后维持高温并密闭缺氧厌氧过程，最后为强光处置并碱性处理过程；装置的具体应用方式如实施方式所述。

具体实施方式

本发明装置的一种结构如图所示，该防治畜禽粪便中四环素抗性基因污染的装置包括半坑式可控封闭装置1、密封盖3和强光照处理装置4，其中半坑式可控封闭装置可以为圆柱形、方形、球形或不规则形状等多种结构，其下部位于地表面之下，上部设于地表面之上，它的内部具有能够装有并处理原料的空腔或空间，该空腔或空间的上部具有开口。密封盖3设于半坑式可控封闭装置1的上部开口处，用以密封所述半坑式可控封闭装置1，在不需要密闭时，密封盖3可打开。强光照处理装置4所述半坑式可控封闭装置1的内部或者设于所述密封盖3的下部。强光照处理装置4也可以为活动式的，当需要强光照处理时，将强光照处理装置4移入半坑式可控封闭装置1内。

实施例1：

使用附图中的半坑式可控封闭装置、密封盖和强光照处理装置的串联装置，将畜禽粪便置于半坑式可控封闭装置中，先在半坑式可控封闭装置内用疏松结构材料设置通气通道，然后用待处理的畜禽粪便简单覆盖在通气通道上，在保证畜禽粪便内部能通气的情况下静置进行好氧增温过程，待畜禽粪便的温度升至45～60℃时，取出半坑式可控封闭装置内的疏松结构材料，将半坑式可控封闭装置内的畜禽粪便压实，或者继续向半坑式可控封闭装置内补充畜禽粪便并压实，维持坑内畜禽粪便温度在40~50℃之间，用密封盖密封所述半坑式可控封闭装置，采用隔绝空气缺氧状态下进行培养处理14d；之后打开所述密封盖，翻动压实的畜禽粪便，然后在粪便表层中添加石灰水，保持粪便的pH值为微碱性，pH值保持8.5以上，最高控制在10左右，然后在半坑式装置上部架设强光照处理装置并对粪便进行持续强光照射2小时，光照强度保持5000Lux以上，在照射期间保持粪便的微碱性。

处理的畜禽粪便在经过上述装置串联处置前，畜禽粪便样品中四环素抗性基因总量由6.5×10⁶ copies·g^-1，处置后样品中四环素抗性基因总量减少至0.45×10⁶ copies·g^-1，畜禽粪便中四环素抗性基因的量可减少90%左右。

而对照组中，经过相同的堆放时间后，四环素抗性基因总量为5.3×10⁶ copies·g^-1左右，处置组中四环素抗性基因总量只有对照组中的8.5%左右。处置组的处置效果较为明显。

实施例2：

将实例1中含四环素抗性基因的畜禽粪便只进行温度控制单独流程处置，采用37℃进行培养处理14d后，与对照组相比，畜禽粪便中四环素抗性基因的量可减少40%左右，处理21d后，畜禽粪便中的四环素抗性基因可减少50%左右。

实施例3：

在实施例2中的温度改为50℃左右，进行培养14d后，与对照组相比，畜禽粪便中四环素抗性基因的量可减少70%左右，处理21d后，畜禽粪便中的四环素抗性基因可减少80%左右。

实施例4：

将实例1中含四环素抗性基因的畜禽粪便只进行氧气条件控制流程处置，采用隔绝空气缺氧状态下进行培养处理14d后，与对照组相比，畜禽粪便中四环素抗性基因的量可减少50%左右，处理21d后，畜禽粪便中的四环素抗性基因可减少60%左右。

实施例5：

将实例1中含四环素抗性基因的畜禽粪便只进行光照条件控制流程处置，在5000Lux光照条件下进行培养处理3d后，与对照组相比，畜禽粪便中四环素抗性基因的量可减少30%左右，处理14和21d后，畜禽粪便中的四环素抗性基因可减少40%左右。

实施例6：

在实施例5中的光照条件改为10000Lux，进行培养处理3d后，与对照组相比，畜禽粪便中四环素抗性基因的量可减少45%左右，处理14和21d后，畜禽粪便中的四环素抗性基因可减少50%左右。

实施例7：

将实例1中含四环素抗性基因的畜禽粪便，在pH为8的条件下进行培养处理14d后，与对照组相比，畜禽粪便中四环素抗性基因的量可减少20%左右，处理21d后，畜禽粪便中的四环素抗性基因可减少30%左右。

实施例8：

在实施例7中的pH条件改为8.5,，进行培养处理14d后，与对照组相比，畜禽粪便中四环素抗性基因的量可减少40%左右，处理21d后，畜禽粪便中的四环素抗性基因可减少50%左右。

实施例9：

在实施例1中，将强光照射的光强改为10000Lux，持续照射时间为4小时，处置后畜禽粪便中四环素抗性基因的量可减少93%左右。

Claims

1.一种畜禽粪便中四环素抗性基因污染处理方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述疏松结构材料选自秸杆；所述通气通道为“井”字型或正交或斜交的网格型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤B中，畜禽粪便的温度通过好氧增温至升至50℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤B中，密封厌氧缺氧处理的时间在14天以上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤C中，所述微碱性为pH值在8.5以上。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤C中，所述微碱性为pH值在8.5～10.5。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于在步骤C中，所述强光照处理装置中的光源为汞灯，强光照射的光强为5000Lux以上，持续照射时间为1～5小时。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于在步骤C中，所述强光照处理装置中的光源为汞灯，强光照射的光强为10000Lux~20000Lux。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于持续照射时间为2～4小时。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述四环素抗性基因包括tetA、tetB或tetC。