CN106699244B - 一种快速降解畜禽粪便四环素类抗生素的厌氧堆肥装置及方法 - Google Patents

一种快速降解畜禽粪便四环素类抗生素的厌氧堆肥装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速降解畜禽粪便四环素类抗生素的厌氧堆肥装置及方法，装置包括：水浴锅；置于所述水浴内的厌氧发酵罐，所述发酵罐内设有测温装置；以及与所述厌氧发酵罐排气口相连的集气装置。方法包括：(1)将畜禽粪便与经磨碎的调理剂混合均匀，得混合堆料；(2)混合堆料进行厌氧堆肥，堆肥过程中避光，堆肥过程中的温度通过水浴控制至25℃～70℃；堆肥时间为10～20天。本发明解决了当前畜禽粪便等有机固体废弃物处理及资源化技术存在的抗生素环境污染、难降解、资源利用率低的问题。

Description

一种快速降解畜禽粪便四环素类抗生素的厌氧堆肥装置及 方法
技术领域
本发明属于有害废弃物无害化和资源化利用领域，具体涉及一种可降解畜禽粪便中抗生素的厌氧堆肥装置及方法。
背景技术
抗生素是真菌、放线菌或细菌等微生物在其代谢过程中产生的具有杀灭或抑制其他微生物作用的一类化学物质。自20世纪50年代美国食品与药物管理局首次批准抗生素用作饲料添加剂后，饲用抗生素用量在全球范围内迅速增长。我国是世界上最大的抗生素生产国和消费国之一，据估计，目前我国每年抗生素的使用量达到21万吨，位居世界首位，其中约有46.1％用于畜禽养殖业，相当于美国1999年畜禽业使用量的4倍。
目前，每年畜禽排放出的粪便多达25亿吨多是工业固体固体废物的两倍多。张树清、Halling-Sorensen、Gulknwska等研究表明，动物使用抗生素后，只有少量被动物吸收利用，有25％～75％甚至70％～90％经消化道随畜禽粪便、尿液排出体外。一部分随养殖废水进入污水厂，而抗生素在污水处理厂的去除率并不高，导致大量抗生素通过淋滤、地表径流等进入地表水和地下水，对水生生物造成各种毒害，引起河流抗生素污染，威胁人类饮用水安全；另一部分作为有机肥施入农田，导致土壤抗生素污染，破坏土壤微生物的群落结构和功能，并对农作物吸收累积，并通过食物链传递，影响植物、动物和微生物的正常生命活动，最终威胁人类的健康。大量抗生素进入环境中还会诱发病原体耐药性，导致耐药性致病菌的产生和扩散，由此引起的环境污染和生态毒性已逐渐成为人们普遍关注的一个社会问题。因此我们要深刻认识到滥用抗生素的危害，在畜禽粪便利用之前有必要采取措施去除其中的抗生素残留，以达到经济效益和安全健康的双重保障。
在世界各国包括中国，畜禽粪便常作为有机肥用于农田里，虽然畜禽粪便能给农作物提供各种营养物质、改善土壤质量，但是它们的土地应用提高了水土污染的风险，它们可能含有病原体和不稳定物质，如有机氮、可溶性磷和各种抗生素残留在畜禽粪便中。Rynk、Kuchta等研究表明当畜禽粪便中的抗生素进入土壤或湖泊中能相对稳定的存在5-9个月。抗生素长期存在于环境中对公众和生态健康带来巨大的潜在风险。
堆肥法是常见的粪便资源化、无害化手段，长久以来在国内外广泛地被研究和应用。近年来在对畜禽粪便堆肥去除抗生素研究中多集中在磺胺类，而对四环素类抗生素鲜有报道，尤其是厌氧堆肥对畜禽粪便中四环素类抗生素的的降解只有零星研究。
厌氧堆肥法是畜禽粪便的主要处理方式之一，通过厌氧消化可以有效的减轻污染物环境负荷，并回收可利用的生物质能源。因此，在厌氧堆肥过程中，探明畜禽粪便堆肥过程四环素类抗生素转化降解的主控因子与关键参数，为开发畜禽养殖废弃物抗生素生态风险削控技术提供技术依据。
发明内容
为了克服当前畜禽粪便等有机固体废弃物处理及资源化技术存在的抗生素环境污染、难降解、资源利用率低的问题，本发明要解决的第一个技术问题是提供一种可快速降解畜禽粪便中四环素类抗生素的厌氧堆肥装置。
一种实验室用快速降解畜禽粪便四环素类抗生素的厌氧堆肥装置，包括：
水浴锅；
置于所述水浴内的厌氧发酵罐，所述厌氧发酵罐内设有测温装置；
以及与所述厌氧发酵罐的排气口相连的集气装置。
本发明装置用于对畜禽粪便进行厌氧堆肥处理，关键在于通过水浴锅控制堆肥中心处温度，快速降解畜禽粪便中的四环素类抗生素。
优选地，所述厌氧发酵罐包括罐体、罐盖、分布于所述罐体内不同高度处的环状塑料盘片、设于所述罐体侧壁上的取样口以及开设于所述罐盖上的进样口和排气口。
进一步地，罐体和罐盖通过法兰扣连接，便于对发酵罐的整理；所述进样口和取样口也分别设有通过法兰扣连接的适当大小的密封盖；所述排水口与排水管相连，排水管引出至水浴锅外的贮水槽中。
进一步地，所述取样口位于管体下半部的侧壁上。
水浴锅内盛水至最佳刻度线，并可根据实际要求调节温度，通过水浴锅维持堆料中心的温度为25℃～70℃，堆肥过程中通过测温装置监测发酵罐内堆肥中心处的温度，
进一步优选地，所述环状塑料盘片通过支撑架固定于所述罐体中，且每个环状塑料盘片上均缠绕人造纤维丝。环状塑料盘片增加了微生物菌体的附着面积，盘片上缠绕着人造纤维丝有助于微生物菌体的附着和繁殖。
进一步优选地，所述罐体的中心设有竖向设置的滤芯，所述滤芯由内外两个套筒套设而成，外套筒的筒壁上开设有排水微孔，内套筒紧贴外套筒设置且内套筒的底部抵接所述排水口。
进一步优选地，所述内套筒的顶端突出于外套筒的顶端。
更进一步地，所述管盖的中心处设有用于抽出内套筒的通孔，该通孔带有密封盖。
滤芯可用来在发酵启动前调节发酵罐中混合堆料的含水率，当装入发酵罐中的混合堆料含水率高于所需堆料含水率时，打开通孔处的密封盖，将内套筒拔出，堆料中水分经渗透作用通过微小圆孔进入外套筒中，将水通过排水管排出进入贮水槽；当含水率符合所需堆料含水率时，将内套筒插入外套筒，停止排水。
测温装置用于在堆肥过程中监测堆料中心处的温度，可采用直接读数的温度计，通过温度计读数调节水浴锅内的加热温度，为提高自动化程度，也可采用温度传感器与对应的控制器，本发明中优选地，所述测温装置为温度传感器，所述温度传感器的测温探头位于罐体内中部且靠近滤芯设置；进一步地，还设有控制器，所述温度传感器接入该控制器，所述水浴锅的温控部分接入并受控于该控制器。
所述控制器本身为常规控制器，例如PLC控制器或其他数据处理装置，温度传感器测量堆料中心处温度，当温度低于设定温度时，温度传感器传递信号至PLC控制器或数据处理装置，PLC控制器或数据处理装置控制水浴锅加热，当堆料中心点温度高于设定温度时，温度传感器传递信号至PLC控制器或数据处理器PLC控制器或数据处理器控制水浴锅停止加热，畜禽粪便的温度的变化过程，是堆肥是否腐熟的一个重要指标。
集气装置与发酵罐通过导气管连接，导气管采用PVC胶管，具有一定的抗腐蚀性能、耐高温，性能稳定等优点。
本发明中，优选地采用排水集气法，所述集气装置包括一个集气瓶和一个集水槽，所述集气瓶内盛装饱和食盐水，导气管的出口位于集气瓶内且靠近瓶口处，一根排水管一端插入集气瓶顶部、另一端连接至所述集水槽中。一方面发酵瓶中产生沼气进入集气瓶，达到一定体积后将饱和食盐水压人集水瓶中，通过排水集气法收集沼气；另一方面防止空气进入发酵瓶，达到厌氧状态。
本发明还提供一种快速降解畜禽粪便四环素类抗生素的厌氧堆肥方法，优选采用本发明所述厌氧堆肥装置完成，包括如下步骤：
(1)将畜禽粪便与经磨碎的调理剂混合均匀，得混合堆料；
(2)将混合堆料进行厌氧堆肥，堆肥过程中避光，堆肥过程中的温度通过水浴控制至25℃～70℃；堆肥时间为10～20天。
厌氧条件下，在厌氧微生物作用下，使抗生素残留物的结构发生变化，即通过将抗生素残留物从大分子化合物降解为小分子化合物，最终分解为水和二氧化碳；堆料中的有机物经过微生物厌氧菌(特别是甲烷菌)的新陈代谢生理功能，将粪便中有机物转化为沼气。
避光处理可减少四环素类抗生素在堆肥过程中的光解，同时减少对实验结果的干扰。
优选地，步骤(2)中在混合堆料的底部铺设砂石和活性碳颗粒，所述砂、活性炭颗粒具有吸附、降解协同作用去除四环素类抗生素。
优选地，所述调理剂为稻草秸秆、木屑、落叶或它们的任意组合。
优选地，所述畜禽粪便为猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪或它们的任意组合。
所述含水率、BDM为影响四环素类抗生素降解的关键因素，本发明中优选地，所述调理剂的加入量以调节混合堆料的BDM(可生物降解物质)值至45％～55％为准；堆肥过程中控制混合堆料的含水率为45％～65％。
堆肥过程中，每隔2天取一次样，堆肥至10～15天，结束堆肥，并对pH值、含水率、BDM进行测定，观察其动态变化。通过BDM的含量变化测定，能更好的反映畜禽粪便的降解规律。
堆肥温度进一步优选为35～55℃，更进一步优选为53～55℃，最优选为55℃。堆肥过程畜禽粪便中抗生素的减少是微生物作用的结果，与微生物的组成和活力有很大的关系。堆肥过程中随着温度的变化，微生物的种类也发生变化。堆肥温度在20℃～40℃时，微生物以常温菌、中温菌为主，同时存在少量耐高温的菌群；在40℃～60℃时，随着温度的身高，中温菌受到抑制，高温菌生命活动旺盛，生长繁殖速度快；当达到60℃以上，严重影响微生物的生长和繁殖，高温微生物开始死亡。堆肥温度为55℃左右时，畜禽粪便中抗生素去除快，并且能将虫卵、病原菌、寄生虫和孢子等杀灭。
进一步优选地，畜禽粪便堆肥周期为13～16天，最优选为15天，能高效去除四环素类抗生素，在堆料维持温度为55℃时，土霉素、四环素和金霉素的去除率最高分别为95.50％、98.31％和90.05％。
最优选地，当发酵温度维持55℃时、含水率达到55％、BDM值为50％时，堆肥14天，四环素类抗生物基本完全降解。
与现有的畜禽粪便堆肥去除抗生素的技术相比，本发明的有益效果是：
通过优化堆肥温度25℃～70℃，设置堆肥中不同种类的四环素类抗生素，利用此过程中的热效应和微生物作用，优选降解率高的控制条件，可有效降解畜禽粪便中四环素类抗生素，通过厌氧消化回收可利用的生物质能源，并对堆料的pH值、含水率、BDM进行测定，便可顺利完成堆肥过程，堆肥成品基本腐熟，有效实现了对畜禽粪便中四环素类抗生素的降解。
本发明的方法缩短了堆肥时间，现有技术的堆肥时间一般为20～35天。
附图说明
图1是可快速降解畜禽粪便中四环素类抗生素的厌氧堆肥装置结构图。
图2是本发明发酵罐结构示意图。
图3是不外加土霉素时的土霉素降解情况图。
图4是外加5mg/kg土霉素时的土霉素降解情况图。
图5是外加10mg/kg土霉素时的土霉素降解情况图。
图6是不外加四环素时的四环素降解情况图。
图7是外加5mg/kg四环素时的四环素降解情况图。
图8是外加10mg/kg四环素时的四环素降解情况图。
图9是不外加金霉素时的金霉素降解情况图。
图10是外加5mg/kg金霉素时的金霉素降解情况图。
图11是外加10mg/kg金霉素时的金霉素降解情况图。
图12是在堆肥过程中pH值的变化过程图。
图13是在堆肥过程中含水率的变化过程图。
图14是在堆肥过程中BDM的变化过程图。
图15是在堆肥过程中四环素类抗生素的去除率与pH值的相关性图。
图16是在堆肥过程中四环素类抗生素的去除率与含水率的相关性图。
图17是在堆肥过程中四环素类抗生素的去除率与BDM的相关性图。
图1中标号附图标记：1水浴锅，2贮水槽，3厌氧发酵罐，4畜禽粪便，21控制器，22导气管，23集气瓶，24饱和食盐水，25分隔箱，26集水槽；
图2中附图标记：5罐盖，6进样口，7法兰扣，8环状塑料盘片，9支撑架，10人造纤维丝，11微孔，12温度传感器，13排气口，14滤芯，15内套筒，16测温探头，17外套筒，18取样口，19支撑脚，20排水管，27通孔。
具体实施方式
一、材料说明
1、标准品：土霉素(OTC)、四环素(TC)、金霉素(CTC),均购自德国Dr，纯度≥99％。
2、原料：猪粪来自于杭州的某养猪场，原猪粪中含有3中四环素类抗生素：土霉素(OTC)、四环素(TC)、金霉素(CTC)。
二、一种可降解畜禽粪便中四环素类抗生素的厌氧堆肥装置如图1和图2所示，一种厌氧堆肥装置，包括水浴锅1、厌氧发酵罐3和集气装置，水浴锅可采用实验室常用水浴锅。
发酵罐的结构示意图如图2所示，包括罐体和罐盖5，由支撑脚19支撑，罐体和罐盖之间通过法兰扣7连接，罐盖上一侧开设排气口13、另一侧开设进样口6，进样口处通过对应的法兰扣连接密封盖。罐体的下半部侧壁上开设一个取样口18，取样口通过对应的法兰扣连接密封盖，罐体底部开设排水口，该排水口连接排水管20，排水管20连接至水浴锅外的贮水槽2中。
罐体内通过支撑架9安装若干层环状塑料盘片8，环状塑料盘片固定在支撑架上且为罐体内不同高度处，一般设置为2～8层，本实施方式中设置5层，环状塑料盘片上缠绕有人造纤维丝10，人造纤维丝也可在环状塑料盘片上缠绕成网状结构。
厌氧发酵罐内且位于罐体中心处竖向设置一根滤芯14(即滤芯从所有环装塑料盘片的中心处穿过)，滤芯由内套筒15和外套筒17组成，外套筒上均匀开设若干微孔11，内套筒插入外套筒中且紧贴外套筒设置，内套筒管壁不开孔，内套筒的底部抵接罐体底部的排水口，顶端高出外套筒的顶端，罐盖上与内套筒对应处设置便于内套筒抽出的通孔27，通孔带有密封盖。
本实施方式中采用温度传感器12及控制器21作为控温装置，温度传感器的测温探头16设于罐体内中心处，且紧靠滤芯设置，温度传感器通过导线连接至发酵罐外的控制器21，控制器为常规控制器即可，水浴锅内的控温部分接入并受控于该控制器，控制器接收温度传感器的温度信息，通过接收到的温度信息控制水浴锅内的水温，进而控制发酵罐内堆料中心处的温度。
畜禽粪便4置于发酵罐中，发酵过程中产生的沼气采用排水集气法收集，包括一个集气瓶23，集气瓶置于与水浴锅并排设置的分隔箱25中，集气瓶内盛装饱和食盐水24，导气管22一端与发酵罐的排气口相连、另一端插入集气瓶内且靠近瓶口处，一根排水管一端插入集气瓶底部、另一端接入分隔箱外的集水槽26中。
通过上述装置进行畜禽粪便厌氧堆肥的工艺过程如下：
(1)将畜禽粪便与经磨碎的调理剂混合均匀，得混合堆料；
(2)在发酵瓶底部铺设一层砂、活性炭颗粒(活性炭和砂石可按质量1:1混配)。
(3)将混合堆料置于发酵瓶中，进行避光厌氧发酵。
(4)混合堆料放置发酵罐中，再将发酵罐放置于水浴锅上，连接集气装置，进行发酵。
(5)厌氧发酵过程中通过水浴控制发酵罐中温度为25℃～70℃。
(6)堆肥过程中，每隔2天取一次样，堆肥至15天，结束堆肥。
(7)对所取的样进行四环素类抗生素含量检测，并对pH值、含水率、生物可降解度BDM进行测定，观察其动态变化。
厌氧堆肥降解畜禽粪便中四环素类抗生素的实验研究
实施例1
1、设12个样品，说明如下：
S1：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为25℃
S2：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为35℃
S3：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为55℃
S4：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为65℃
S5：纯猪粪堆肥，添加土霉素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为25℃。
S6：纯猪粪堆肥，添加土霉素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为35℃。
S7：纯猪粪堆肥，添加土霉素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为55℃。
S8：纯猪粪堆肥，添加土霉素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为65℃
S9：纯猪粪堆肥，添加土霉素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为25℃。
S10：纯猪粪堆肥，添加土霉素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为35℃。
S11：纯猪粪堆肥，添加土霉素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为55℃。
S12：纯猪粪堆肥，添加土霉素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为65℃。
2、取步骤1的12个样品本别与经磨碎的稻草混合均匀，称取各混合肥料4kg堆入12个发酵罐中，将发酵罐放置水浴锅上，连接集气装置，分别调节到所需温度为25℃、35℃、55℃、65℃，进行发酵。每隔2天取一次样，检测肥料中土霉素的降解情况，并对pH值、含水率、BDM进行测定，堆肥至15天结束，堆肥情况如图3～5所示。
3、研究结果表明(图3～5)，当堆料为纯猪粪，内含土霉素，不再添加土霉素时，如图3，在堆肥第14天，水浴维持堆料的温度为25℃、35℃、55℃、65℃的情况下，土霉素的降解率分别为69.63％、78.93％、83.48％、81.10％；当堆料为纯猪粪，内含土霉素，添加土霉素浓度5mg/kg时，如图4，在堆肥第14天，水浴维持堆料的温度为25℃、35℃、55℃、65℃的情况下，土霉素的降解率分别为81.94％、87.49％、95.50％、91.13％；当堆料为纯猪粪，内含土霉素，添加磺胺嘧啶浓度10mg/kg，如图5，在堆肥第14天，水浴维持堆料的温度为25℃、35℃、55℃、65℃的情况下，土霉素的降解率分别为76.52％、83.85％、89.49％、85.83％。
由上述可说明水浴维持在55℃有利于土霉素的高效降解。堆肥完成后堆料中的四环素类抗生素含量采用固相萃取-高效液相色谱法测定。
实施例2：
实验方法和堆肥装置同实施例1，样品设置不同，设计12个样品，说明如下：
S1：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为25℃
S2：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为35℃
S3：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为55℃
S4：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为65℃
S5：纯猪粪堆肥，添加四环素啶浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为25℃。
S6：纯猪粪堆肥，添加四环素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为35℃。
S7：纯猪粪堆肥，添加四环素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为55℃。
S8：纯猪粪堆肥，添加四环素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为65℃。
S9：纯猪粪堆肥，添加四环素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为25℃。
S10：纯猪粪堆肥，添加四环素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为35℃。
S11：纯猪粪堆肥，添加四环素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为55℃。
S12：纯猪粪堆肥，添加四环素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为65℃。
检测四环素的降解情况，结果如图6-8所示。研究结果表明,当堆料为纯猪粪，内含四环素，不再添加四环素时，如图6，在堆肥第14天，水浴维持堆料的温度为25℃、35℃、55℃、65℃的情况下，四环素的降解率分别为68.54％、75.95％、82.30％、79.13％；当堆料为纯猪粪，内含四环素，添加四环素浓度5mg/kg时，如图7，在堆肥第14天，水浴维持堆料的温度为25℃、35℃、55℃、65℃的情况下，四环素的降解率分别为80.78％、86.57％、90.05％、88.38％；当堆料为纯猪粪，内含四环素，添加四环素浓度10mg/kg，如图8，在堆肥第14天，水浴维持堆料的温度为25℃、35℃、55℃、65℃的情况下，四环素的降解率分别为75.81％、80.75％、86.28％、83.47％。由上述可说明水浴维持在55℃有利于四环素的高效降解。
实施例3：
实验方法和堆肥装置同实施例1，样品设置不同，设计12个样品，说明如下：
S1：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为25℃
S2：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为35℃
S3：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为55℃
S4：纯猪粪堆肥，水浴维持堆料的温度为65℃
S5：纯猪粪堆肥，添加金霉素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为25℃。
S6：纯猪粪堆肥，添加金霉素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为35℃。
S7：纯猪粪堆肥，添加金霉素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为55℃。
S8：纯猪粪堆肥，添加金霉素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为65℃。
S9：纯猪粪堆肥，添加金霉素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为25℃。
S10：纯猪粪堆肥，添加金霉素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为35℃。
S11：纯猪粪堆肥，添加金霉素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为55℃。
S12：纯猪粪堆肥，添加金霉素浓度10mg/kg，水浴维持堆料的温度为65℃。
检测金霉素的降解情况，结果如图9-11所示。研究结果表明,当堆料为纯猪粪，内含金霉素，不再添加金霉素时，如图9，在堆肥第14天，水浴维持堆料的温度为25℃、35℃、55℃、65℃的情况下，金霉素的降解率分别为76.49％、83.47％、87.60％、85.34％；当堆料为纯猪粪，内含金霉素，添加金霉素浓度5mg/kg时，如图10，在堆肥第14天，水浴维持堆料的温度为25℃、35℃、55℃、65℃的情况下，金霉素的降解率分别为86.13％、93.79％、98.31％、96.10％；当堆料为纯猪粪，内含金霉素，添加金霉素浓度10mg/kg，如图11，在堆肥第14天，水浴维持堆料的温度为25℃、35℃、55℃、65℃的情况下，金霉素的降解率分别为83.10％、87.12％、94.83％、91.93％。由上述可说明水浴维持在55℃有利于金霉素的降解。
综上实验结果，厌氧堆肥有利于畜禽粪便中四环素类抗生素的降解，水浴维持堆料的温度为55℃时，有利于四环素类抗生素的高效降解。
畜禽粪便堆肥过程中pH值、含水率、BDM的变化过程分别如图12～14。
一级动力学模型已逐渐被应用于描述堆肥中抗生素的降解行为，因此本研究中采用此模型用线性拟合的方法来描述四环素类抗生素的降解。观察实验过程中不同因素(pH值、含水率、BDM)对四环素类抗生素去除的影响。在纯猪粪中，添加四环素类抗生素浓度5mg/kg，水浴维持堆料的温度为55℃，堆肥过程中四环素类抗生素的去除率与pH值、含水率、BDM的相关性图分别如图15～17所示。
研究结果表明，在畜禽粪便堆肥过程中含水率、BDM与四环素类抗生素的去除率具有较好的相关性，猪粪中土霉素、四环素和金霉素的含水率与去除率的相关系数(R2)分别为0.930、0.952和0.947(图16)；BDM与去除率的相关系数(R2)分别为0.703、0.711和0.735(图17)，从中表明含水率、BDM对四环素类抗生素降解具有较大的影响。然而对于pH值与去除率的相关系数(R2)相对较低，土霉素、四环素和金霉素的pH值与去除率的相关系数(R2)分别为0.382、0.366和0.323(图15)，这些结果表明，猪粪堆料中的含水率、BDM是影响四环素类抗生素(土霉素、四环素、金霉素)降解的关键因素。
实施例4：
由实施例1～3研究表明知，厌氧堆肥有利于畜禽粪便中四环素类抗生素的降解，水浴维持堆料的温度为55℃时，有利于四环素类抗生素的高效降解，且猪粪堆料中的含水率是影响四环素类抗生素降解的关键因素，因此在水浴维持堆料的温度为55℃，添加四环素类抗生素浓度5mg/kg条件下，优化含水率45％～65％和BDM值45％～55％。
取新鲜猪粪与经磨碎的稻草混合均匀，用滤芯或加水调节混合堆料的含水率达到55％，通过添加调理剂使混合堆料中BDM值为50％，称取混合肥料4kg堆入发酵罐中，将发酵罐放置水浴锅上，连接集气装置，调节到所需温度为55℃，进行发酵，堆肥第7天补水至含水率达到45％～65％，添加调理剂至BDM值达到45％～55％。每隔2天取一次样，检测肥料中各类抗生素的降解情况。
研究结果表明，当水浴维持堆料的温度为55℃，添加四环素类抗生素浓度5mg/kg，用滤芯或加水调节混合堆料的含水率达到55％，通过添加调理剂使混合堆料中BDM值为50％时，堆肥第7天时，四环素类抗生素的去除率分别为：土霉素60.31％、四环素57.32％和金霉素62.11％，堆肥14天，四环素类抗生素基本完全降解，去除率分别为土霉素96.73％、四环素92.82％和金霉素99.12％。
因此本发明中含水率控制在45％～65％，BDM控制在45％～55％。
以上的具体实施方式仅为本发明的较佳实施例，是对本发明进一步的详细说明，是说明性的。本发明并不受上述实施例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明可有各种变动和改进。因此，凡依本发明申请范围所做的任何变化修改，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种快速降解畜禽粪便四环素类抗生素的厌氧堆肥方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将畜禽粪便与经磨碎的调理剂混合均匀，得混合堆料；所述调理剂的加入量以调节混合堆料的BDM值至45％～55％为准；混合堆料的含水率控制为45％～65％；
(2)将混合堆料进行厌氧堆肥，堆肥过程中避光，堆肥过程中的温度通过水浴控制至53～55℃；堆肥时间为10～20天；
所述厌氧堆肥方法由如下厌氧堆肥装置实现，所述厌氧堆肥装置包括：
水浴锅；
置于所述水浴内的厌氧发酵罐，所述厌氧发酵罐内设有测温装置；
以及与所述厌氧发酵罐的排气口相连的集气装置；
所述厌氧发酵罐包括罐体、罐盖、分布于所述罐体内不同高度处的环状塑料盘片、设于所述罐体侧壁上的取样口以及开设于所述罐盖上的进样口和排气口；所述环状塑料盘片通过支撑架固定于所述罐体中，且每个环状塑料盘片上均缠绕人造纤维丝；所述罐体的中心设有竖向设置的滤芯，所述滤芯由内外两个套筒套设而成，外套筒的筒壁上开设有排水微孔，内套筒紧贴外套筒设置且内套筒的底部抵接所述排水口；所述测温装置为温度传感器，所述温度传感器的测温探头位于罐体内中部且靠近滤芯设置。
2.根据权利要求1所述厌氧堆肥方法，其特征在于，所述调理剂为稻草秸秆、木屑、落叶或它们的任意组合。
3.根据权利要求1所述厌氧堆肥方法，其特征在于，步骤(2)中在混合堆料的底部铺设砂石和活性碳颗粒。
4.根据权利要求1所述厌氧堆肥方法，其特征在于，还设有控制器，所述温度传感器接入该控制器，所述水浴锅的温控部分接入并受控于该控制器。
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