CN109122593A - 利用黑水虻幼虫降解修复环境中抗生素污染的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用黑水虻幼虫降解修复环境中抗生素污染的方法，主要解决菌渣、医院医疗废水、餐厨垃圾、禽畜粪便等污染物中抗生素的处理问题。通过控制污染物中抗生素的含量和培养条件，结合黑水虻的高效生物分解作用，不但有效地对抗生素进行了降解避免了其对环境造成的污染，而且整个处理过程无污染物排放，所得黑水虻幼虫和料渣还能再利用并产生一定的经济价值。该方法具有较好的推广应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及抗生素污染防治及生物技术领域，具体涉及一种利用黑水虻幼虫降解修复环境中抗生素污染的方法。
背景技术
我国是抗生素生产和使用大国，其广泛应用于医疗和畜牧，环境中抗生素的来源主要是生物医药等领域。病人粪便和尿液中所含的抗生素、医院废弃的抗生素、残留在医疗器械中的抗生素、医药企业生产过程中流失的抗生素以及农用和兽药抗生素都是重要的抗生素污染源。经排泄物排出的抗生素、治疗中残留的抗生素以及抗生素医药生产企业流失的抗生素如果处理不当，将会排放到土壤和水体中，经城市下水道最终进入到地下水系统。医疗卫生领域产生的残留抗生素通常进入垃圾填埋场填埋，如果处理不当其中所含的抗生素同样会渗入土壤或地下水中。禽畜粪便等排出的抗生素一部分直接渗入到地下水，另一部分可能进入土壤，经过吸附、淋洗、渗滤等迁移最终也会污染地下水。
抗生素一旦进入环境，将会在土壤、水、大气中不断扩散，其在环境中主要经历吸附、水解、光解、微生物降解等一系列生物转化过程，对环境直接产生生态毒性。存在于环境中的抗生素可能会导致各类生物产生耐药性基因，同时也会对人类产生直接或间接的危害。
黑水虻(Black Soldier Fly)，也被称作亮斑扁角水虻(Hermetiaillucens)，属于双翅目水虻科昆虫。黑水虻幼虫主要营腐生生活，取食范围极其广泛，可以工业、农业、生活等有机废弃物以及动植物遗体为食，还可以消化分解有机废弃物腐蚀过程中产生的有害菌，从而进一步减小废弃物对环境的危害。有机废弃物经黑水虻转化后，不仅减少了对环境的污染和破坏，也实现了资源化和无害化处理。
目前，黑水虻有机废弃物的转化研究已经广泛应用于餐厨垃圾和禽畜粪便等的无害化处理领域。中国专利CN106670210A、CN106614398A公开了利用黑水虻对猪粪等进行处理并分解其中残留的四环素类抗生素的方法，但是这些方法所能处理的抗生素污染源较为单一、处理能力有限、效果不够理想，对于浓度较高或成分较复杂的抗生素污染源往往束手无策。
发明内容
本发明的目的在于解决抗生素污染严重、难处理、污染源复杂等问题，通过黑水虻对被抗生素污染的液体或固体进行无害化降解处理，最终不仅得到了具有一定经济价值的黑水虻和有机肥，而且以较低的成本实现了抗生素的高效、安全降解。为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
利用黑水虻幼虫降解修复环境中抗生素污染的方法，包括以下步骤：首先检测确保待处理的污染物中抗生素的含量在某限值以下，然后将污染物与黑水虻饲料混合均匀，接着向混合物中引入黑水虻幼虫进行培养，待黑水虻长成预蛹前进行分离，得到黑水虻和料渣；检测料渣中抗生素含量，合格后将料渣制成有机肥，否则再次向料渣中引入黑水虻幼虫进行培养，直至合格。
进一步的，检测确保待处理的污染物中抗生素的含量不超过5g/kg，高于该限值可进行稀释直至满足要求。抗生素含量过高一方面影响降解效率增加分解次数，另一方面容易对黑水虻的生长存活造成较大的负面影响。
进一步的，所述待处理的污染物为固体或液体或者两者以任意比形成的混合物，污染物的来源包括菌渣、医院医疗废水、禽畜粪便等。
进一步的，所述黑水虻饲料选自豆粕、麦麸、农作物秸秆粉、餐厨垃圾、禽畜粪便等有机物中的一种或几种。
进一步的，将污染物与黑水虻饲料混合均匀后调整其含水量为65％-75％。若污染物-黑水虻饲料混合物中水分过多，可补充禽畜粪便、豆粕等含水量较少的有机物；若水含量过少，可补充医疗废水等进行调整。
进一步的，所述黑水虻幼虫由黑水虻虫卵经豆粕、麦麸、鸡饲料中的一种或几种活化成来，其大小为1-3日龄幼虫。
进一步的，培养前将混合物料铺平，厚度保持在8cm以内，然后引入黑水虻幼虫在27-32℃下培养10-20天，培养期间需控制物料含水量为55％-75％，培养过程中需不断补充水和有机质。
进一步的，料渣中抗生素含量不超过1.00mg/kg即为合格，否则继续引入黑水虻培养。该数值的确定参考《肥料分级及要求》等相关国家标准。
进一步的，所述抗生素具体为人用抗生素、兽用抗生素或其混合物，包括土霉素、四环素、金霉素和强力霉素等四环素类抗生素，磺胺噻唑、磺胺甲基嘧啶、磺胺甲氧哒嗪、磺胺氯哒嗪等磺胺类抗生素，萘啶酸、环丙沙星、司帕沙星、西他沙星等喹诺酮类抗生素，大环内酯类抗生素，青霉素类抗生素以及头孢类抗生素。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)能处理的污染物来源广，处理效果不受污染物形态及抗生素种类、含量高低限制，对于较难处理的医疗废水、废渣也有很好的分解效果；(2)通过黑水虻的生物分解转化作用，以较低的成本实现了抗生素高效降解，减少了抗生素对环境的污染；(3)处理过程中不产生废弃物，基本实现了零排放，并且能够产生一定的经济效益，有较好的推广应用价值。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
实施例1
某菌渣经检测，其中氧四环素含量为2500mg/kg。将200g菌渣(干重计)与豆粕混合均匀得到300g物料(干重)，调节混合物料的含水量至60％-70％，接着将其平铺于养殖盒中，厚度大概为6cm。
利用豆粕和麦麸(质量比2:1)混合饲料活化黑水虻虫卵，得到一批3日龄黑水虻幼虫。取3g黑水虻幼虫加入到养殖盒中，在28℃下培养13天后，用筛网将黑水虻与料渣分离。料渣中未检测到氧四环素残留，可用于制作高效有机肥。
养殖结束后分离得到155g黑水虻幼虫，可用于下游附加值产品的开发从而产生一定经济价值。计算得到菌渣中抗生素氧四环素的降解率为100％。
实施例2
选取某医院医疗废水185mL，抗生素总浓度为1.9mg/L(仅以检测的抗生素为准)，其中氧氟沙星浓度0.50mg/L，环丙沙星浓度0.49mg/L，诺氟沙星浓度0.37mg/L，磺胺嘧啶浓度0.28mg/L，土霉素浓度0.26mg/L。将该医疗废水与共计500g豆粕、麦麸混合，接着调整其含水量为65％。将所得混合物平铺于养殖盒中，厚度大概6m。
利用豆粕和麦麸(质量比2:1)混合饲料活化黑水虻虫卵，得到一批3日龄黑水虻幼虫。取3g黑水虻幼虫加入到养殖盒中，在28℃下培养12天后，用筛网将黑水虻与料渣分离。料渣中未检测到抗生素残留，可用于制作高效有机肥。
养殖结束，获得黑水虻幼虫140g，可进一步用于下游附加值产品开发。料渣中抗生素的降解率达到100％。
实施例3
选取新鲜猪粪1500g(含水量大概70％)，抗生素总浓度为7.7mg/kg，其中土霉素含量6mg/kg，四环素含量0.8mg/kg，金霉素含量0.9mg/kg。向其中加入少量粉碎后的秸秆粉末，适当调整含水量至65％左右，保证混合物疏松，将其平铺于养殖盒，厚度大概7cm。
利用豆粕和麦麸(质量比2:1)混合饲料活化黑水虻虫卵，得到一批3日龄黑水虻幼虫。取3g黑水虻幼虫加入到养殖盒中，在28℃下培养15天后，用筛网将黑水虻与料渣分离。料渣中未检测到抗生素残留，可用于制作高效有机肥。
养殖结束，获得黑水虻幼虫115g，可用于下游附加值产品开发。料渣中抗生素的降解率达到100％。
Claims (9)
1.利用黑水虻幼虫降解修复环境中抗生素污染的方法，其特征在于，包括以下步骤：首先检测确保待处理的污染物中抗生素的含量在某限值以下，然后将污染物与黑水虻饲料混合均匀，接着向混合物中引入黑水虻幼虫进行培养，待黑水虻长成预蛹前进行分离，得到黑水虻和料渣；检测料渣中抗生素含量，合格后将料渣制成有机肥，否则再次向料渣中引入黑水虻幼虫进行培养，直至合格。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：检测确保待处理的污染物中抗生素的含量不超过5g/kg，超过该限值后稀释至限值以下使用。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述待处理的污染物为固体或液体或者两者以任意比形成的混合物，污染物的来源包括菌渣、医院医疗废水、禽畜粪便。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述黑水虻饲料选自豆粕、麦麸、农作物秸秆粉、餐厨垃圾、禽畜粪便中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将污染物与黑水虻饲料混合均匀后调整其含水量至65％-75％。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述黑水虻幼虫由黑水虻虫卵经豆粕、麦麸、鸡饲料中的一种或几种活化而来，大小为1-3日龄幼虫。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于：培养前将混合物料铺平，厚度保持在8cm以内，然后引入黑水虻幼虫在27-32℃下培养10-20天，培养期间需控制物料含水量为55％-75％，培养过程中不断补充水和有机质。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于：料渣中抗生素含量不超过1.00mg/kg为合格，合格后将其制成有机肥。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述抗生素为人用抗生素、兽用抗生素及其混合物，包括四环素类抗生素、磺胺类抗生素、喹诺酮类抗生素、大环内酯类抗生素、青霉素类抗生素以及头孢类抗生素。
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