CN109180235A - 同步高效去除猪粪中多种抗生素的堆肥方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能同步且高效去除猪粪中四环素类、喹诺酮类和磺胺类抗生素的堆肥方法，步骤包括：（1）调配堆肥原料，将玉米芯粉碎后，与新鲜猪粪以1:3的重量比混合；（2）将堆肥原料装入通风箱体，维持自然通风，升温期和高温期（55℃以上）每天翻堆一次，尽管采用自然升温，堆肥过程55℃以上高温可持续超过10天，最高温度达到74℃；（3）高温期结束后2天翻堆一次，堆体温度降至接近室温时堆肥结束；（4）整个过程，堆体的含水率控制在50‑60%之间。本发明方法充分利用农业废弃物玉米芯作为碳源辅料，进行长时间的猪粪高温堆置，实现对猪粪中多种抗生素的同步高效去除。

Description

同步高效去除猪粪中多种抗生素的堆肥方法

技术领域

本发明涉及一种同步高效去除猪粪中多种抗生素的堆肥方法，属于固体废弃物污染控制领域。

背景技术

畜禽养殖业抗生素主要用于预防和治疗细菌性疾病和促进动物生长。抗生素在动物体内和环境中的转移和归宿研究表明，抗生素进入动物机体后，少部分以原形或者代谢产物形式蓄积于组织、器官以及蛋奶等产品中，而有相当部分以原形或者代谢产物随粪、尿等排泄物进入农田、菜地，甚至直接排入鱼塘、河流。据统计，一个万头猪场每年向环境排泄的兽用抗生素约300-500kg。有文献资料显示猪粪中磺胺类抗生素的含量最高达到73.1mg/kg，如果未经处理直接用于还田，必然对作物的生长有害，对植物根系微生物也有不利的影响。因此畜禽粪便中抗生素的后续处理非常重要。

目前，堆肥化仍是最重要的畜禽粪便处理工艺之一。有研究发现，高浓度抗生素对堆肥微生物活性会产生抑制作用，所以堆肥过程中若能强化抗生素去除也有利于提高堆肥的效率。已有的堆肥研究结果显示，堆肥对磺胺类和四环素类的去除效果好于喹诺酮类，后者只能去除约40%且在在无光照条件下效果更差。尽管引进才短短二三十年，我国喹诺酮类抗生素的细菌耐药率已经高达60-70%，居全球首位。针对农业土壤的抗生素调查发现，喹诺酮类和四环素类抗生素是两类检出浓度和检出率最高的抗生素，这可能与它们在堆肥过程的降解情况有一定的关系。因此优化堆肥工艺以提高对难降解抗生素的去除能力非常必要。

堆肥过程中影响到抗生素降解效果的因素很多。首先不同的抗生素由于结构不同导致生物化学性质差异，在堆肥中体现为颗粒吸附能力和对堆肥功能微生物的抑制能力等差别都可能影响到其在堆肥过程的非生物降解和生物降解。大多研究认为磺胺类抗生素相比四环素类和喹诺酮类抗生素更容易降解。第二，温度是影响堆肥效果的重要因素。随着温度的升高，微生物活动也随之加强，同时提高了对抗生素等难降解有机物的转化能力。因此高温条件或者延长高温期对堆肥工艺去除畜禽粪便中的抗生素尤为重要。第三，自然升温条件下，碳源辅料的选择和用量对于产生和维持堆体高温非常关键，有研究发现添加稻草比锯末更易被微生物所利用，抗生素的去除率也较高。第四，合理的供气条件对堆肥降解抗生素也很重要，抗生素降解需要氧气，但通气过量使得堆体热量散失无法保持高温条件。

发明内容

本发明的目的在于紧扣堆肥过程抗生素降解的关键要素，建立一种简单可行、同步高效地去除猪粪中多种抗生素的堆肥方法，实现对畜禽粪便中抗生素残留的无害化处置。

本发明提供的技术方案是关于同步高效去除猪粪中多种抗生素的堆肥方法，其包括以下步骤：

（1）调配堆肥原料，将玉米芯粉碎后，与新鲜猪粪以1:3的重量比混合；

（2）将堆肥原料装入通风箱体，维持自然通风，升温期和高温期（55℃以上）每天翻堆一次，尽管采用自然升温，堆肥过程55℃以上高温可持续超过10天，最高温度达到74℃；

（3）高温期结束后2天翻堆一次，堆体温度降至接近室温时堆肥结束；

（4）整个过程，堆体的含水率控制在50-60%之间。

所述的方法，堆肥主料为新鲜猪粪，辅料为粉碎后的玉米芯，两者以3：1的重量比混合，搅拌均匀。

所述的方法，堆肥在箱体中进行，箱体无盖，四周开孔，并用滤网遮住孔洞，保证通风，又可避免堆料溢出。

所述的方法，没有对箱体温度进行人为控制，完全依靠微生物利用碳源辅料产热，属于自然升温和变温过程。

所述的方法，为了提供较多的氧气，同时避免堆体过热，在堆体升温期和高温期（55℃以上），每天翻堆一次。

所述的方法，高温期结束后，降低翻堆频次，2天翻堆一次，堆体温度降至接近室温时堆肥结束。

所述的方法，由于提供了合适的碳源辅料，堆肥过程55℃以上高温可持续超过10天，最高温度达到74℃。

所述的方法，堆肥过程中，堆体的含水率通过烘干法测算，总体控制在50-60%之间。

所述的方法，适用于降解土霉素、环丙沙星和磺胺二甲嘧啶中一种或者多种，对相同种类的抗生素也有潜在的降解作用。

所述的方法，适用的抗生素浓度可达到100mg/kg以上。

本发明提出一种同步高效去除猪粪中多种抗生素的堆肥方法。本发明方法充分利用农业废弃物玉米芯作为碳源辅料，进行长时间的猪粪高温堆置，实现对猪粪中多种抗生素的同步高效去除。相较前人的技术，本发明具有如下优点：（1）高温期长，55℃以上高温可持续超过10天，最高温度达到74℃，对抗生素降解起到关键作用；（2）无需耗电来维持堆体高温，经济成本低；（3）可同步高效去除多种类型抗生素。

附图说明

图1是本发明实施例1的堆肥过程温度变化图。

图2是本发明实施例1的堆肥过程土霉素、磺胺二甲嘧啶和环丙沙星浓度变化图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式的详细描述来进一步阐明本发明，但并不是对本发明的限制，仅仅作示例说明。

实施例1

本发明提供的同步高效去除猪粪中多种抗生素的堆肥方法，实施过程如下：

（1）在新鲜猪粪中加入土霉素、磺胺二甲嘧啶和环丙沙星，由于猪粪中存在背景抗生素以及加入过程可能不均匀，添加后猪粪抗生素以实测值为准；

（2）将添加了多种抗生素的猪粪以3:1的重量比与粉碎后的玉米芯混合均匀，装入到通风箱体。该箱体无盖，四周开孔，并用滤网遮住孔洞，保证通风，又可避免堆料溢出。堆体中插入温度计，实时监测堆体温度变化；

（3）以55℃作为堆体是否处在高温期的判断标准，前3天为升温阶段，第4天进入高温期，第15天高温期结束。在升温期和高温期，为了提供较多的氧气，同时避免堆体过热，每天翻堆一次。高温期结束进入降温期，直到实验结束（堆体温度接近室温），2天翻堆一次；

（4）堆肥过程中，通过烘干法测算堆体的含水率，总体控制在50-60%之间。

经过三次平行实验，堆肥过程温度变化见说明书附图1。

堆肥过程土霉素、磺胺二甲嘧啶和环丙沙星浓度变化见说明书附图2。

堆肥结束时，土霉素的去除率为88.7%，半衰期为7.2天；磺胺二甲嘧啶的去除率为93.7%，半衰期为0.6天；环丙沙星的去除率为80.7%，半衰期为2.1天。

Claims (7)

1.一种同步高效去除猪粪中多种抗生素的堆肥方法，堆肥过程描述如下：

（1）调配堆肥原料，将玉米芯粉碎后，与新鲜猪粪以1:3的重量比混合；（2）将堆肥原料装入通风箱体，维持自然通风，升温期和高温期（55℃以上）每天翻堆一次，尽管采用自然升温，堆肥过程55℃以上高温可持续超过10天，最高温度达到74℃；（3）高温期结束后2天翻堆一次，堆体温度降至接近室温时堆肥结束；（4）整个过程，堆体的含水率控制在50-60%之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征之一在于以粉碎的玉米芯为堆肥辅料，其与新鲜猪粪的重量比为1:3。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征之二在于堆肥装置为通风箱体，采用自然通风，升温期和高温期每天翻堆1次。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征之三在于没有对箱体直接控制温度，在碳源辅料作用下，堆体温度持续10天以上超过55℃，最高温能达到74℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征之四在于高温期结束即堆体温度降至55℃以下后，2天翻堆一次；当堆体温度将至室温时堆肥结束。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征之五在于堆肥过程，堆体含水率控制在50-60%之间。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征之六在于所述多种抗生素包括四环素类中的土霉素、磺胺类中的磺胺二甲嘧啶和氟喹诺酮类中的环丙沙星。