CN109320040A

CN109320040A - 一种同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法

Info

Publication number: CN109320040A
Application number: CN201811402426.4A
Authority: CN
Inventors: 肖智华; 郑晓晨; 方俊; 伍清丹; 刘芬; 龙顺东; 栾辉; 刘壮壮; 蒋红梅
Original assignee: Hunan Agricultural University
Current assignee: Hunan Agricultural University
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-02-12

Abstract

本发明提供一种同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法，通过向猪粪中加入较少的氧化剂一起进行反应，反应温度为110～150℃；然后调整含水率并经压滤机压滤脱水，完成对猪粪的处理。本发明可对猪粪进行抗生素降解和深度脱水处理，设备要求低、操作简单，处理速度快，周期短，脱水程度高，固体回收率、总氮回收率和总磷回收率高，有利于资源化利用和环境保护，能耗低，成本低，便于大规模化工业生产。

Description

一种同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法

技术领域

本发明涉及畜禽粪便处理方法领域，具体涉及一种对新鲜猪粪进行抗生素降解和脱水的方法。

背景技术

在中国，每年农业生产大约产生32亿吨畜禽粪便，是工业产生固体废物(10亿吨)的3.2倍。大量的畜禽粪便导致了一系列的环境污染。肥料中的磷和氮导致水体富营养化和由含氮化合物分解引起的空气污染。此外，地下水也可能被粪便的直接排放和渗透所污染。畜禽粪便可作为土壤有机肥，提高土壤肥力，促进作物生长。然而，当它们应用于土壤时，会出现一些环境问题。例如，如果其浓度超过允许的阈值，畜禽粪肥中的重金属就会对作物产生毒性。在过去的一个世纪里，由于对牲畜产品的需求不断增加，家畜产量迅速增加。在大型畜牧业中，抗生素被广泛用于预防动物疾病和促进家畜和家禽的生长以及提高摄取食物的效率，长期以来抗生素以治疗与亚治疗剂量大量用于养殖业，约75％左右的抗生素不能被动物吸收，残留于粪便，并随着粪便的土地利用进入环境介质中，使得土壤特别是农业种植土壤已成为兽用抗生素的巨大储存库，随着“超级细菌”的出现及其带来的巨大健康危害，人们逐渐把关注的目光投向抗生素的抗性基因污染，并引起了对环境中残留抗生素环境行为的关注，农业土壤中己可检测到高达几百ppm单种抗生素污染，考虑土壤中各种污染物的汇集特性，多种抗生素的累积浓度将会十分的惊人。畜禽粪便中的抗生素主要分为四环素类化合物和喹诺酮类化合物，其中，主要是四环素类化合物，四环素类抗生素广泛用于传染病的防治和促进动物生长的食品添加剂。在中国，畜禽饲料添加剂每年可达100～150万吨，我国每年抗生素总量的46.1％(约9.7万t)用于畜牧养殖业。由于抗生素代谢率低，一般仅为10～40％，所以，大部分抗生素会随粪便排放到环境中。但其中的大量抗生素会残留在畜禽粪便中，处理不当会对土壤和水体造成很严重的污染，因此，有必要对畜禽粪便中的抗生素进行降解。

近年来，畜禽养殖业集约化程度不断提高，畜禽粪便产量也逐年提升，这使得畜禽粪便与环境之间的矛盾逐渐凸显，畜禽粪便对水体、土壤和大气环境产生的不利影响备受关注。畜禽粪便的含水率很高，新鲜猪粪的含水量高达70～85％，中国要求颗粒性生物有机肥含水率不大于15％，堆肥最优的初始含水率是50～65％，用作燃烧的畜禽粪便的含水率不超过20％，而且新鲜猪粪的含水率很高不利于后续运输及最终处置。由上可知，降低含水率是畜禽粪便资源化利用的关键。

畜禽粪便是由未消化的饲料养分、体内代谢产物、消化道粘膜、分泌物、肠道微生物及其分解产物等共同组成。这些物质使得畜禽粪便的水分以难去除的吸附水、毛细管水为主，容易去除的重力水比例少。如何破坏畜禽粪便内的蓄水结构，将不易去除的吸附水、毛细管水转为易去除的重力水是降低畜禽粪便含水率的重点。

在国内外，禽畜粪便脱水采用的方法主要有高温快速干燥、生物脱水和机械脱水。与加热脱水方式和生物脱水相比，机械挤压的能量消耗相对较低，周期短。因此，机械脱水被广泛应用于脱水。现有技术中，流行的禽畜粪便固液分离机虽然在固液分离后固体部分含水率均低于60％，但固液分离机的固体回收率不高(均低于30％)，且总氮、总磷回收率更低。这会造成资源的浪费，大大增加后期污水处理费用，加重对环境的影响。

近年来，国内也有一些专利报道了禽畜粪便脱水的方法，例如：

1、《一种对畜禽粪便进行生物脱水的堆肥方法》(申请号：201010104194.1)的专利中将猪粪在添加生物发酵菌剂的情况下将畜禽粪便平摊后添加蝇蛆进行发酵处理，使得猪粪中的含水率下降到能够堆肥处理的程度。该方法周期长，要7～12天才能完成脱水。因此基础建设投资大，占用场地也大，不适宜大规模工业化生产。

2、《一种粪便无害化资源化处理方法》(申请号：201210251613.3)的专利中用泵送粪液至絮凝反应罐内，加入高分子絮凝药剂进行絮凝反应，絮凝后的粪液在脱水机内经螺旋挤压分离出细小固体物和胶体颗粒成分的粪渣，滤液进入集聚鳌合处理。该方法加入絮凝剂后脱水只能够提高脱水速率而不能提高脱水程度，故脱水后的畜禽粪便的含水率还是很高，高含水量的粪便不利于后期资源化利用。

3、《一种禽粪处理方法》(申请号：201010233989.2)的专利中将禽粪置于500～650℃的高温下烘干，能将含水率为80％左右的禽粪烘干至20％左右的水分。采用高温烘干的方式干燥畜禽粪便往往能耗很高，由此导致的成本很高，因而难以推广开来。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对新鲜猪粪含水率很高不利于后续运输及最终处置而提供的一种固体回收率高、脱水程度高、能耗低、成本低的同时对新鲜猪粪进行抗生素降解和脱水的方法。

一种同时对新鲜猪粪进行抗生素降解和脱水的方法，包括如下步骤：

步骤一、向新鲜猪粪中加入一定量的氧化剂，搅拌均匀后进行水热反应处理一段时间，所述水热反应处理的反应温度为110～150℃；

步骤二、将水热反应处理后的猪粪与水混合并搅拌；

步骤三、经过步骤二处理后的猪粪经压滤机压滤脱水，完成对新鲜猪粪的处理。

进一步地，所述步骤一中所述水热反应处理的时间为30～60min。

进一步地，所述步骤一中按每千克所述猪粪的干基中加入所述氧化剂的量为0.15～0.3mol。

进一步地，所述步骤一中所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或几种的混合物。

进一步地，所述步骤二中所述猪粪经过与水混合并搅拌后的的含水率调节至90％以上。

进一步地，所述步骤三中所述压滤机的滤布的孔隙孔径为30～60μm。

进一步地，所述压滤机为隔膜压滤机、板框压滤机或箱式压滤机。

本发明的有益效果

本发明采用水热反应处理技术，将新鲜猪粪中的难以脱去的毛细水和吸附水变为易于除去的重力水，将新鲜猪粪的毛细吸水时间大大降低，使得新鲜猪粪的脱水程度高，含水率仅为30～50％，新鲜猪粪的体积和重量大大减少，极大地降低了后续的处理费用，并有利于猪粪的后续处置。

本发明水热处理后的猪粪中加入适量水混合均匀提高含水率，不会堵塞滤布，有利于收集部分残留物以及提高压滤效果，采用压滤机脱水时采用孔隙孔径极小的滤布，不仅压滤速度快，而且固体回收率高达90％以上。

本发明处理后新鲜猪粪的总氮回收率高达80％以上，总磷回收率高达90％以上，保留了大量植物营养元素N、P，有利于后期的资源化利用，也防止造成水体富营养化。

本发明加入较少的氧化剂一起水热反应处理，能够有效降解新鲜猪粪中的抗生素。

本发明方法工艺简单、操作简便、设备所需投资少，且运营成本较低，脱水时间短，脱水效果好，抗生素降解效率高，便于大规模化工业生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例4中反应温度对毛细吸水时间及对抗生素残留量的影响曲线图。

图2为本发明实施例5中反应时间对毛细吸水时间的影响曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合附图和实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本发明，并非为了限制本发明，实施例中所采用的材料和仪器均为市售，所述抗生素包括四环素类、喹诺酮类、磺胺类和大环内酯类。

实施例1

a.向新鲜猪粪(初始含水率为81％)中加入过氧化氢溶液，按每千克所述猪粪的干基中加入所述过氧化氢的量为0.15mol，搅拌均匀，然后加入到水热反应装置中，调节温度为110℃，充分反应30min。

b.将步骤a中反应后的猪粪中加水，将含水率调节至90％，混合并搅拌均匀。

c.将步骤b后得到的猪粪经板框压滤机压滤脱水，完成对新鲜猪粪的处理，所述板框压滤机滤布孔隙孔径为30μm。

本实施例处理前的新鲜猪粪经检测毛细吸水时间为1237.9s，抗生素含量210.41mg/kg。经步骤a处理后的猪粪经检测毛细吸水时间为113.6s，脱水后的猪粪含水率47％，固体回收率91.2％，总氮回收率81.8％，总磷回收率90.8％，抗生素含量1.59mg/kg。

实施例2

a.向新鲜猪粪(初始含水率为72％)中加入过硫酸钾溶液，按每千克所述猪粪干基中加入所述过硫酸钾的量为0.20mol，然后搅拌均匀，并加入到水热反应装置中，调节温度为130℃，充分反应50min。

b.将步骤a中反应后的猪粪中加水，将含水率调节至92％，混合并搅拌均匀。

c.将步骤b后得到猪粪经板框压滤机压滤脱水，完成对新鲜猪粪的处理，所述板框压滤机滤布孔隙孔径为30μm。

本实施例处理前的新鲜猪粪经检测毛细吸水时间为1189.6s，抗生素含量187.66mg/kg。经步骤a处理后的猪粪经检测毛细吸水时间为28.6s，脱水后的猪粪含水率36％，固体回收率91.8％，总氮回收率84.3％，总磷回收率93.8％，抗生素含量1.04mg/kg。

实施例3

a.向新鲜猪粪(初始含水率为78％)中加入过硫酸钠溶液，按每千克所述猪粪干基中加入所述过硫酸钠的量为0.3mol，然后搅拌均匀，并加入到水热反应装置中，调节温度为150℃，充分反应60min。

b.将步骤a中反应后的猪粪中加水，将含水率调节至95％，混合并搅拌均匀。

c.将步骤b后得到猪粪经板框压滤机压滤脱水，完成对新鲜猪粪的处理，所述板框压滤机滤布孔隙孔径为40μm。

本实施例处理前的新鲜猪粪的经检测毛细吸水时间为1378.6s，抗生素含量198.57mg/kg。经步骤a处理后的猪粪经检测毛细吸水时间为28.3s，脱水后的猪粪含水率30％，固体回收率93.1％，总氮回收率83.5％，总磷回收率94.6％，抗生素含量0.77mg/kg。

实施例4

a.向新鲜猪粪(初始含水率为81％)中加入过硫酸钾和过硫酸钠的混合溶液，按每千克所述猪粪干基中加入所述过硫酸钾和过硫酸钠的量为0.25mol，然后搅拌均匀，并加入到水热反应装置中，调节温度为70～150℃，充分反应30min。

c.将步骤b后得到的猪粪经板框压滤机压滤脱水，完成对新鲜猪粪的处理，所述板框压滤机滤布孔隙孔径为45μm。

本实施例处理前的新鲜猪粪的经检测毛细吸水时间为1287.0s，抗生素含量235.47mg/kg。水热反应温度对毛细吸水时间及抗生素残留量的影响如图1，可知，反应温度在110～150℃，尤其是130～150℃时猪粪的毛细吸水时间较短，抗生素含量较低。当反应温度为150℃时，猪粪的毛细吸水时间为22.3s，完成处理后的猪粪含水率为30％，固体回收率91.7％，总氮回收率87.0％，总磷回收率90.6％，抗生素含量为0.66mg/kg。

实施例5

a.向新鲜猪粪(初始含水率为86％)中加入过氧化氢和过硫酸钠的混合溶液，按每千克所述猪粪干基中加入所述过氧化氢和过硫酸钠的量为0.25mol，然后搅拌均匀，并加入到水热反应装置中，调节温度为130℃，充分反应20～60min。

c.将步骤b后得到猪粪经板框压滤机压滤脱水，完成对新鲜猪粪的处理，所述板框压滤机滤布孔隙孔径为60μm。

本实施例处理前的新鲜猪粪的经检测毛细吸水时间为1489.1s，抗生素含量166.32mg/kg。反应时间对毛细吸水时间的影响如图2，可知，反应时间在30～60min时猪粪的毛细吸水时间较短。当反应时间为30min时，猪粪的毛细吸水时间为32.1s，完成处理后的猪粪含水率为37％，固体回收率92.0％，总氮回收率85.3％，总磷回收率94.1％，抗生素含量1.13mg/kg。

对比例1

a.向新鲜猪粪(初始含水率为81％)中加入过氧化氢溶液，按每千克所述猪粪的干基中加入所述过氧化氢的量为0.15mol，搅拌均匀，常温下静置，充分反应30min。

b.将步骤a中反应后的猪粪中加水，含水率调节至90％，混合并搅拌均匀。

c.将步骤b后得到猪粪经板框压滤机压滤脱水，完成对新鲜猪粪的处理，该板框压滤机滤布孔隙孔径为30μm。

本实施例处理前的新鲜猪粪经检测毛细吸水时间为1237.9s，抗生素含量210.41mg/kg。经步骤a处理后的猪粪经检测毛细吸水时间为1156.7s，脱水后的猪粪含水率71％，固体回收率86.5％，总氮回收率80.4％，总磷回收率84.3％，抗生素含量64.21mg/kg。

对比例2

a.向新鲜猪粪(初始含水率为81％)中加入过氧化氢溶液，按每千克所述猪粪的干基中加入所述过氧化氢的量为0.15mol，搅拌均匀，并加入到水热反应装置中，调节温度为90℃，充分反应30min。

本实施例处理前的新鲜猪粪经检测毛细吸水时间为1237.9s，抗生素含量210.41mg/kg。经步骤a处理后的猪粪经检测毛细吸水时间为612.9s，脱水后的猪粪含水率65％，固体回收率90.2％，总氮回收率82.5％，总磷回收率87.1％，抗生素含量58.22mg/kg。

对比例3

a.将新鲜猪粪(初始含水率为81％)加入到水热反应装置中，调节温度为110℃，充分反应30min。

本实施例处理前的新鲜猪粪的经检测毛细吸水时间为1237.9s，抗生素含量210.41mg/kg。经步骤a处理后的猪粪经检测毛细吸水时间为117.1s，脱水后的猪粪含水率68％，固体回收率88.4％，总氮回收率82.1％，总磷回收率86.0％，抗生素含量75.04mg/kg。

以上描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤二、将水热反应处理后的猪粪与水混合并搅拌；

2.根据权利要求1所述同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法，其特征在于，所述步骤一中所述水热反应处理的时间为30～60min。

3.根据权利要求1所述同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法，其特征在于，所述步骤一中按每千克所述猪粪的干基中加入所述氧化剂的量为0.15～0.3mol。

4.根据权利要求1所述同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法，其特征在于，所述步骤一中所述氧化剂为过氧化氢、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或几种的混合物。

5.根据权利要求1所述同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法，其特征在于，所述步骤二中所述猪粪经过与水混合并搅拌后的的含水率调节至90％以上。

6.根据权利要求1所述同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法，其特征在于，所述步骤三中所述压滤机的滤布的孔隙孔径为30～60μm。

7.根据权利要求1所述同时对猪粪进行抗生素降解和脱水的方法，其特征在于，所述压滤机为隔膜压滤机、板框压滤机或箱式压滤机。