CN109437985A - 一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，涉及畜禽粪便发酵处理技术领域；技术方案是将畜禽粪便先使用臭氧水进行预处理，之后通过二次发酵去除粪便中的重金属，所述的二次发酵是先接种光合细菌进行厌氧发酵，发酵结束加入絮凝剂，过滤后对发酵液接种光合细菌进行有氧发酵得到最终发酵产物；分步发酵的方式避免了铜、锌离子对光合细菌的毒性伤害，提高了光合细菌效率，缩短了发酵周期，一个发酵周期内同时降解了抗生素、铜、锌、镉、铬、铅等污染物，处理效率高；处理过程无臭无味，不会对环境造成二次污染；经过处理后的菌液可以作为有机肥的原料。

Description

一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法
技术领域
本发明涉及畜禽粪便发酵处理技术领域，尤其涉及一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法。
背景技术
为了达到防治动物疾病和促进动物生长的目的，很多畜禽饲料中添加了抗生素，同时，一些饲料原料的添加也会带入某些重金属，经过畜禽食用导致了畜禽粪便中高浓度的抗生素和重金属残留，随着我国规模化养殖业的发展，畜禽粪便产量急剧增加，并广泛用于有机肥还田，导致大量抗生素和重金属排入环境，对土壤、水质造成污染，通过食物链循环进入人体，对人类健康造成巨大危害。
目前针对畜禽粪便中抗生素污染去除的方法主要是堆肥处理，但是堆肥处理周期较长，对环境温度有一定的要求，抗生素降解效率普遍较低。且禽畜粪污固液混杂，难降解有机物、抗生素含量高，处理难度大。对于难降解的有机物如果直接采用生物法降解，很难有较高的降解效率。
针对降解畜禽粪便中重金属的方法目前主要是堆肥钝化法，即在堆肥过程中加入钝化剂，降低重金属的生物有效性。常用的钝化剂有物理钝化剂、化学钝化剂和生物钝化剂。但是堆肥处理有处理周期长、占地面积大、受环境温度影响、钝化不彻底、无法将重金属彻底分离出来等缺点。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，提供一种有效降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法。本发明是通过如下技术方案实现的。
一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，包括以下步骤：
a）将畜禽粪便与臭氧水混合搅拌30-120min，得到混合物A。
b）混合物A中接种光合细菌进行厌氧发酵得到发酵产物B，发酵时间为30-120min。
c）在发酵产物B中加入絮凝剂，过滤后得到发酵液C。
d）发酵液C中接种光合细菌进行好氧发酵，得到最终发酵产物；发酵时间为30-120min。
优选的，所述的光合细菌为固定化后的沼泽红假单胞菌、球形红细菌、荚膜红细菌中的一种或任意组合。
优选的，所述混合物A中接种的光合细菌中由重量百分比50-100%的沼泽红假单胞菌和0-50%的其它光合细菌组成，所述的其它光合细菌为球形红细菌或荚膜红细菌或二者的组合。
优选的，所述发酵液C中接种的光合细菌中由重量百分比50-100%的球形红细菌和0-50%的其它光合细菌组成，所述的其它光合细菌为沼泽红假单胞菌或荚膜红细菌或二者的组合。
优选的，将禽畜粪便原料与浓度为0.5～20ppm的臭氧水按料液比1:1-10的比例混合。
所述的厌氧发酵条件为光照2000～5000lux，发酵温度为20～40℃，pH值为6~8，接菌量为0.5～30g/L，菌龄为生长指数期光合细菌。
所述的好氧发酵条件为发酵温度为20～40℃，pH值为6~8，接菌量为0.5～20g/L，菌龄为生长稳定期光合菌。
所述的絮凝剂优选为聚氯化铝或聚丙烯酰胺。
所述的絮凝剂浓度为50-90mg/L。
臭氧具有超强的氧化性，可以直接氧化降解抗生素，也可在作用过程中产生更具强氧化性的羟基自由基( •OH) 而分解抗生素。且臭氧水易得，臭氧作用快速高效、无残留、不产生二次污染，非常适合与下一步处理结合使用，非常符合现代绿色环保的要求。
光合细菌是一种自养生物，繁殖速度快，易于人工培养，且近年来光合细菌广泛应用于废水、污水及土壤中重金属的处理方面，因此本发明利用光合细菌对重金属的降解作用，根据禽畜粪便中重金属含量特点，将光合细菌用于畜禽粪便中以降解重金属。
重金属离子对光合细菌都有一定的毒性，几种金属离子对光合菌的毒性大小依次为Cu2+>Cd2+>Cr(VI)>Pb2+（见表1），而畜禽粪便中重金属含量依次为Zn> Cu> Cr> Pb> Cd（见表2），因此本发明采用两步发酵法，第一步主要降解毒性较强的铜离子和含量较高的锌离子，利用光合细菌的吸附作用，将铜离子和锌离子吸附在光合菌的细胞表面并通过絮凝剂沉降，将其从发酵液中分离出来，避免铜离子对第二步发酵环境中光合细菌的伤害作用；第二步主要对镉、铬及铅进行降解，利用光合细菌的半胱氨酸脱巯基酶的作用，将重金属镉、铬、铅生成硫化物沉淀并从畜禽粪便中分离出来。
表1 重金属离子对光合细菌的生长抑制浓度（mg/L）
<i>类型</i> <i>Cu</i><sup><i>2+</i></sup> <i>Zn</i><sup><i>2+</i></sup> <i>Cd</i><sup><i>2+</i></sup> <i>Cr</i><sup><i>6+</i></sup> <i>Pb</i><sup><i>2+</i></sup>
沼泽红假单胞菌 5.1 / 2.9 20.4 127.8
球形红细菌 5.0 / 20.0 20.0 200.0
表2 畜禽粪便中主要重金属含量（mg/kg）
<i>类型</i> <i>Cu</i> <i>Zn</i> <i>Cd</i> <i>Cr</i> <i>Pb</i>
牛粪 44.0~179.4 151.9~340.53 0.04~3.4 8.75~93.0 8.4~29.1
猪粪 299.6~748.9 599.1~6954.3 0.37~4.6 13.4~74.4 5.5~22.8
羊粪 28.7~62.2 123.4~136.7 1.3~1.4 8.0~10.9 12.4~19.8
鸡粪 61.6~233.0 262.4~509.2 0.03~3.2 13.7~185.9 8.8~36.6
限量标准 100 400 3 150 50
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
本发明通过采用臭氧水对畜禽粪便中的磺胺类、奎诺酮类、四环素类等抗生素进行降解，使畜禽粪便中抗生素的降解效率达到95%以上；同时分解了粪便中的臭味物质，利于下步的发酵处理；之后，先通过厌氧发酵去除了毒性较强的铜离子、锌离子，并使用絮凝剂将重金属元素彻底从发酵液中去除；再次使用好氧发酵去除重金属离子：镉、铬、铅等；好氧发酵对重金属离子的去除率大于90%。这种分步发酵的方式避免了铜、锌离子对光合细菌的毒性伤害，提高了光合细菌效率，缩短了发酵周期，一个批次处理时间约为2h~6h，可迅速将当天产生的粪便处理；一个发酵周期内同时降解了抗生素、铜、锌、镉、铬、铅等污染物，处理效率高；处理过程无臭无味，不会对环境造成二次污染；经过处理后的菌液可以作为有机肥的原料。
附图说明
图1是本发明降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，包括以下步骤：
a）将搜集到的牛粪100g与浓度为10ppm的臭氧水按料液比1:1的比例混合搅拌30min，得到混合物A。
b）混合物A中接种沼泽红假单胞菌进行厌氧发酵得到发酵产物B，厌氧发酵条件为光照2000lux，发酵温度为40℃，pH值为7，接菌量为20g/L，菌龄为生长指数期，发酵时间为90min。
c）在发酵产物B中加入50mg/L聚氯化铝，过滤后得到发酵液C。促进吸附了重金属离子的光合细菌絮凝，将重金属元素彻底从发酵液中去除。
d）发酵液C中接种球形红细菌进行好氧发酵，好氧发酵条件为发酵温度为30℃，pH值为7，接菌量为10g/L，菌龄为生长稳定期；发酵时间为120min。得到最终发酵产物可直接用于有机肥的原料使用。
实施例2
一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，包括以下步骤：
a）将搜集到的鸡粪200g与浓度为20ppm的臭氧水按料液比1:5的比例混合搅拌120min，得到混合物A。
b）混合物A中接种重量百分比50%沼泽红假单胞菌、20%的球形红细菌和30%的荚膜红细菌进行厌氧发酵得到发酵产物B，厌氧发酵条件为光照5000lux，发酵温度为30℃，pH值为6，接菌量为30g/L，菌龄为生长指数期，发酵时间为30min。
c）在发酵产物B中加入90mg/L聚氯化铝，过滤后得到发酵液C。促进吸附了重金属离子的光合细菌絮凝，将重金属元素彻底从发酵液中去除。
d）发酵液C中接种重量百分比50%球形红细菌、20%的沼泽红假单胞菌和30%的荚膜红细菌进行好氧发酵，好氧发酵条件为发酵温度为40℃，pH值为6，接菌量为0.5g/L，菌龄为生长稳定期；发酵时间为100min。得到最终发酵产物可直接用于有机肥的原料使用。
实施例3
一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，包括以下步骤：
a）将搜集到的猪粪200g与浓度为0.5ppm的臭氧水按料液比1:10的比例混合搅拌90min，得到混合物A。
b）混合物A中接种重量百分比80%沼泽红假单胞菌、20%的荚膜红细菌进行厌氧发酵得到发酵产物B，厌氧发酵条件为光照4000lux，发酵温度为40℃，pH值为8，接菌量为0.5g/L，菌龄为生长指数期，发酵时间为90min。
c）在发酵产物B中加入80mg/L聚丙烯酰胺，过滤后得到发酵液C。促进吸附了重金属离子的光合细菌絮凝，将重金属元素彻底从发酵液中去除。
d）发酵液C中接种重量百分比70%球形红细菌、30%的沼泽红假单胞菌进行好氧发酵，好氧发酵条件为发酵温度为20℃，pH值为8，接菌量为15g/L，菌龄为生长稳定期；发酵时间为60min。得到最终发酵产物可直接用于有机肥的原料使用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a）将畜禽粪便与臭氧水混合搅拌30-120min，得到混合物A；
b）混合物A中接种光合细菌进行厌氧发酵得到发酵产物B，发酵时间为30-120min；
c）在发酵产物B中加入絮凝剂，过滤后得到发酵液C；
d）发酵液C中接种光合细菌进行好氧发酵，得到最终发酵产物；发酵时间为30-120min。
2.根据权利要求1所述的一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，其特征在于，所述的光合细菌为固定化后的沼泽红假单胞菌、球形红细菌、荚膜红细菌中的一种或任意组合。
3.根据权利要求1所述的一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，其特征在于，所述混合物A中接种的光合细菌中由重量百分比50-100%的沼泽红假单胞菌和0-50%的其它光合细菌组成，所述的其它光合细菌为球形红细菌或荚膜红细菌或二者的组合。
4.根据权利要求1所述的一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，其特征在于，所述发酵液C中接种的光合细菌中由重量百分比50-100%的球形红细菌和0-50%的其它光合细菌组成，所述的其它光合细菌为沼泽红假单胞菌或荚膜红细菌或二者的组合。
5.根据权利要求1所述的一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，其特征在于，将禽畜粪便原料与浓度为0.5～20ppm的臭氧水按料液比1:1-10的比例混合。
6.根据权利要求1所述的一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，其特征在于，所述的厌氧发酵条件为光照2000～5000lux，发酵温度为20～40℃，pH值为6~8，接菌量为0.5～30g/L，菌龄为生长指数期光合细菌。
7.根据权利要求1所述的一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，其特征在于，所述的好氧发酵条件为发酵温度为20～40℃，pH值为6~8，接菌量为0.5～20g/L，菌龄为生长稳定期光合菌。
8.根据权利要求1所述的一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，其特征在于，所述的絮凝剂为聚氯化铝或聚丙烯酰胺。
9.根据权利要求1或8所述的一种降解畜禽粪便中抗生素和重金属的方法，其特征在于，所述的絮凝剂浓度为50-90mg/L。
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