CN110029073B

CN110029073B - 一种畜禽粪便好氧堆肥的方法

Info

Publication number: CN110029073B
Application number: CN201910190705.7A
Authority: CN
Inventors: 郑莉; 许燕滨; 宁寻安; 谢光炎; 刘艳婷
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2039-03-13
Also published as: CN110029073A

Abstract

本发明公开了一种畜禽粪便高效好氧堆肥菌剂及其好氧堆肥的方法，所述菌剂由如下体积比例的各菌种组成：地衣芽孢杆菌：黄孢原毛平革菌：黑曲霉菌＝1：4～5：5～6。所述好氧堆肥步骤为：S1.向畜禽粪便中添加农林废弃物，调节畜禽粪便的C/N为28～30，含水率为55％～60％；S2.向S1调节好的禽畜粪便中添加糖源，然后再添加上述菌剂，混匀后进行好氧堆肥。经过好氧堆肥后，畜禽粪便中的抗生素降解显著，同时大大降低了畜禽粪便中有效态重金属与抗性基因含量，并有效控制了氮素流失，具有较大的应用前景。

Description

一种畜禽粪便好氧堆肥的方法

技术领域

本发明涉及环境保护和资源综合利用领域，更具体地，涉及一种畜禽粪便高效好氧堆肥菌剂及其好氧堆肥的方法。

背景技术

近年来，随着我国畜禽养殖业产业化、集约化的发展和推进，畜禽粪便年产量巨大，据农业部数据，当前我国每年畜禽粪污产生量约38亿吨，但综合利用率不足60%。资源化利用是解决畜禽粪便污染的主要途径，畜禽粪便的资源化利用方式主要有肥料化、饲料化和能源化。但由于畜禽粪便作为饲料使用存在很多安全隐患，已不宜提倡饲料化技术处理。厌氧发酵技术仍存在沼气出产率低、污水难达标排放、能耗大、处理成本高等问题。因此，高效快速堆肥-生产商品有机肥是畜禽粪便资源利用的首选方法。好氧堆肥技术处理畜禽粪便能够降低其挥发性有机物和水分的含量，减少臭气释放和有机物体积及重量，改善理化性状，使其便于储存、运输和使用。但源于饲料重金属添加剂和兽药残留污染的畜禽粪尿大量产生，使畜禽粪便中抗生素、重金属及其复合污染问题日益凸显。

由于畜禽养殖过程中会在饲料中添加微量元素（含重金属）以降低某些畜禽疾病的发病率，提高产量。畜禽对重金属的吸收效率极低，95%左右的重金属会随粪便排出，所以畜禽粪便中会含有大量的重金属，尤其是Cu和Zn；而且，在堆肥体系中高浓度的重金属通过影响微生物的活性，抑制堆肥温度，从而降低抗生素的降解效果。目前向畜禽粪便堆肥过程中添加不同的重金属钝化剂，以减小其生物有效性和环境风险是普遍采用的方法；例如物理钝化剂：如生物炭、膨润土、沸石等，这是由于其具有较大的静电力、离子交换性能及较大的空腔表面，可以吸附重金属而使重金属的生物有效性降低，进行物理吸附，虽然操作简单，但堆肥产品与吸附剂较难分离，对重金属钝化效率不高。化学钝化剂则主要是通过络合、沉淀和离子交换作用，使重金属有效性降低，例如添加含有较高碱性物质的钙镁磷肥和粉煤灰、磷矿粉、石灰等，可以提高堆体pH，通过沉淀作用降低重金属有效性，虽然添加化学钝化剂对重金属钝化效果好，但易对环境造成二次污染。

抗生素被广泛用作饲料添加剂以控制畜禽疾病和促进畜禽生长。用于畜禽养殖业中的抗生素绝大部分都不能被动物体所完全吸收，而是以原形或代谢物的形式随动物的粪便排出体外。当禽畜粪便有机肥施用于农田时，抗生素进入土壤环境后会被土壤吸附和积累，不仅造成严重的生态污染，可能会影响土壤微生物群落结构及活性，影响微生物的生长、繁殖、代谢。一方面，某些抗生素可能对土壤生态系统中重要组成的土著微生物，如固氮菌、纤维分解菌、解磷菌、放线菌和真菌等有杀死或抑制的作用，降低土壤的养分循环效率。抗生素还会降低土壤微生物对其他污染物如农药、重金属等的降解能力；第二，动物肠道经抗生素诱导会产生耐药细菌，携带抗生素抗性基因（ARGs），并且通过质粒水平转移等方式将抗性基因传递给环境中的土著微生物，使微生物具有选择压力，向耐药方向选择演变，尤其是产生具有抗药性的超级致病菌。

同时，肥料中氮元素的损失是造成肥料肥力下降的主要原因，在禽畜粪便好氧堆肥过程中，氮素也会通过各种方式流失，如NH₃挥发和N_xO排放，降低堆肥产品肥效。专利CN201810320047.4，CN201710077317.9，CN201310734659.5等均公开了降解禽畜粪便中抗生素的方法，CN201811633872.6公开了一种重金属钝化并保氮方法；但是，目前采用好氧堆肥同时去除抗生素、抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失还未见报道。因此，如果提高好氧堆肥效率并去除抗生素、抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种畜禽粪便高效好氧堆肥菌剂。

本发明的第二个目的是提供一种好氧堆肥的方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

一种畜禽粪便高效好氧堆肥菌剂，由如下体积比例的各菌种混匀而成：地衣芽孢杆菌：黄孢原毛平革菌：黑曲霉菌=1：4～5：5～6。

本发明通过将地衣芽孢杆菌、黄孢原毛平革菌和黑曲霉菌按照体积比1：4～5：5～6混匀后制备得到复合菌剂。本发明复合菌剂具有的钝化作用，嗜热作用以及对木质素的降解作用可以降低有效态重金属含量，提高好氧堆肥效率，去除抗生素与抗性基因并控制氮的流失，无需添加物理或化学的重金属钝化剂，即可对禽畜粪便中的重金属实现有效钝化，有利于后续有机肥的分离。本发明通过尝试改变所述菌剂中的组成和含量，结果发现只有上述组分和含量范围的复合菌剂协同发挥作用才可以达到同时去除抗生素、抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失的作用。

本发明还请求保护所述菌剂在同时去除禽畜粪便中抗生素、抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失中的应用。

一种去除畜禽粪便中抗生素与抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失的好氧堆肥方法，包括如下步骤：

S1.向畜禽粪便中添加农林废弃物，调节畜禽粪便的C/N为28～30，含水率为55%～60%；

S2.向S1调节好的禽畜粪便中添加糖源，然后再添加上述菌剂，混匀后进行好氧堆肥。

在好氧堆肥中的常规技术中，一般都是利用粪便或环境中天然存在的嗜温和嗜热微生物进行好氧，反应速率不高，且降解效果一般；而在本发明的好氧堆肥反应中，通过添加发明人筛选获得的上述菌剂，利用上述菌剂具有的钝化作用，嗜热作用以及对木质素的降解作用可以降低有效态重金属含量，提高好氧堆肥效率，去除抗生素与抗性基因并控制氮的流失。而在好氧堆肥中，适当的C/N是堆肥顺利进行的必备条件，也有利于粪便中残留抗生素的去除。C/N过低，会导致微生物可利用的碳源不足，影响微生物的生长繁殖，致使堆体温度升高缓慢，同时大量的氮以氨气的形式释放，降低了堆肥质量；C/N过高，有效的氮源不足也会抑制微生物活性，导致堆肥的堆置时间延长；本发明发现，在上述C/N下，上述菌剂的生长和降解效果是最好的。

优选地，所述农林废弃物晒干后切成1～2cm，这样可增大可空气的接触面积，更好的进行好氧堆肥。

优选地，所述农林废弃物为园林垃圾。

优选地，所述糖源为蜜糖。

优选地，所述糖源的添加量为禽畜粪便干重的5%～7%。

优选地，所述菌剂的添加量为禽畜粪便的2%～3%（v/w）。

优选地，当温度高于70℃时，通风时间为0.5～1h，通风量为0.02～0.04 m³ O₂/（kg有机物*h），每6～7d翻堆一次。通风是为堆肥物料提供氧气最有效的方法，可以满足堆体中的好氧微生物对氧气的需求，有利于好氧微生物的繁殖和活动，从而促进对抗生素等有机物的分解。过高的通风速率不利于维持堆体温度，而且物料中的有机成分如蛋白质等，在好氧细菌的作用下代谢生成NH₃，造成氮素损失，降低堆肥产品肥效。通风不足则会造成堆体局部缺氧，形成厌氧环境，有机物被分解为不彻底氧化产物，会对微生物产生毒害作用，影响微生物的活性。

优选地，所述好氧堆肥时间为25～30d。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种禽粪便高效好氧堆肥菌剂，所述菌剂由如下体积比例的各菌种混匀而成：地衣芽孢杆菌：黄孢原毛平革菌：黑曲霉菌=1：4～5：5～6；利用所述菌剂的钝化作用，嗜热作用以及对木质素的降解作用降低有效态重金属含量，提高好氧堆肥效率，去除抗生素与抗性基因并控制氮的流失等。本发明利用上述菌剂的好氧堆肥方法对畜禽粪便中恩诺沙星的降解率不低于68%，对环丙沙星的降解率不低于69%，对四环素的降解率不低于75%，抗性基因（ARGs）总丰度降低至原料中的40%以下，重金属Cu钝化效率达到12%以上，重金属Zn钝化效率达到25%以上，氮损失率降低至53%以下，实现同时去除抗生素、抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失的目的。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

将地衣芽孢杆菌，黄孢原毛平革菌，黑曲霉菌按体积比1:5:5混合，制备成接种菌剂，园林垃圾晒干后切成1cm，将其添加到畜禽粪便中调节C/N至28，含水率调节至55%，在调节好的畜禽粪便中添加5%糖蜜（占干物质质量的比例），接种菌剂按2%（v/w）接种到调至好的畜禽粪便中，进行好氧堆肥。

当温度高于70℃时，通风1h，通风量为0.02 m³O₂/（kg有机物*h），每6天翻堆一次，堆肥时间为30d，结果显示，实施例1的方法对畜禽粪便中恩诺沙星的降解率为68%，对环丙沙星的降解率为69%，对四环素的降解率为75%，抗性基因（ARGs）总丰度降低至40%，重金属Cu钝化效率达到12%，重金属Zn钝化效率达到25%，氮损失率降低至50%。

实施例2

将地衣芽孢杆菌，黄孢原毛平革菌，黑曲霉菌按体积比1:4:6混合，制备成接种菌剂，园林垃圾晒干后切成2cm，将其添加到畜禽粪便中调节C/N至30，含水率调节至60%，在调节好的畜禽粪便中添加7%糖蜜（占干物质质量的比例），接种菌剂按3%（v/w）接种到调至好的畜禽粪便中，进行好氧堆肥。

当温度高于70℃时，通风0.5h，通风量为0.04 m³O₂/（kg有机物*h），每6天翻堆一次，堆肥时间为25d，结果显示，实施例2的方法对畜禽粪便中恩诺沙星的降解率为69%，对环丙沙星的降解率为70%，对四环素的降解率为78%，抗性基因（ARGs）总丰度降低至42%，重金属Cu钝化效率达到13%，重金属Zn钝化效率达到30%，氮损失率降低至52%。

实施例3

将地衣芽孢杆菌，黄孢原毛平革菌，黑曲霉菌按体积比1:4:6混合，制备成接种菌剂，园林垃圾晒干后切成1cm，将其添加到畜禽粪便中调节C/N至30，含水率调节至60%，在调节好的畜禽粪便中添加6%糖蜜（占干物质质量的比例），接种菌剂按2%（v/w）接种到调至好的畜禽粪便中，进行好氧堆肥。

当温度高于70℃时，通风0.5h，通风量为0.04 m³O₂/（kg有机物*h），每7天翻堆一次，堆肥时间为27d，结果显示，实施例3的方法对畜禽粪便中恩诺沙星的降解率为69%，对环丙沙星的降解率为71%，对四环素的降解率为80%，抗性基因（ARGs）总丰度降低至41%，重金属Cu钝化效率达到13%，重金属Zn钝化效率达到28%，氮损失率降低至53%。

对比例1

好氧堆肥方法基本与实施例1相同，唯一不同之处在于不添加菌剂，仅利用粪便或环境中天然存在的微生物进行降解。结果显示，畜禽粪便中恩诺沙星的降解率仅为为32%，对环丙沙星的降解率为28%，对四环素的降解率为32%，抗性基因（ARGs）总丰度降低至73%，重金属Cu钝化效率仅达到3%，重金属Zn钝化效率达到12%，氮损失率降低至76%。

对比例2

好氧堆肥方法基本与实施例1相同，唯一不同在于菌剂中各菌的含量配比不同，地衣芽孢杆菌：黄孢原毛平革菌：黑曲霉菌的体积比=1：3：7；结果显示：恩诺沙星的降解率为55%，对环丙沙星的降解率为57%，对四环素的降解率为62%，抗性基因（ARGs）总丰度降低至53%，重金属Cu钝化效率达到8%，重金属Zn钝化效率达到15%，氮损失率降低至65%；表明利用上述比例的菌剂无法实现同时有效去除禽畜粪便中抗生素、抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失的作用。

对比例3

好氧堆肥方法基本与实施例1相同，唯一不同在于菌剂中各菌的含量配比不同，地衣芽孢杆菌：黄孢原毛平革菌：黑曲霉菌的体积比=1：6：4；结果显示：恩诺沙星的降解率为56%，对环丙沙星的降解率为54%，对四环素的降解率为60%，抗性基因（ARGs）总丰度降低至51%，重金属Cu钝化效率达到10%，重金属Zn钝化效率达到18%，氮损失率降低至61%。表明利用上述体积比例的菌剂无法实现同时有效去除禽畜粪便中抗生素、抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失的作用。

对比例4

好氧堆肥方法基本与实施例1相同，唯一不同在于添加菌剂仅是单一的黄孢原毛平革菌；结果显示：恩诺沙星的降解率为40%，对环丙沙星的降解率为45%，对四环素的降解率为43%，抗性基因（ARGs）总丰度降低至67%，重金属Cu钝化效率达到15%，重金属Zn钝化效率达到22%，氮损失率降低至50%；表明添加单一的白腐菌剂虽然可以有效钝化重金属且控制氮素流失，但是却无法有效的降解抗生素及抗性基因。

对比例5

好氧堆肥方法基本与实施例1相同，唯一不同在于添加菌剂是地衣芽孢杆菌和黄孢原毛平革菌，地衣芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌的体积比为1：4；结果显示，恩诺沙星的降解率为48%，对环丙沙星的降解率为51%，对四环素的降解率为53%，抗性基因（ARGs）总丰度降低至58%，重金属Cu钝化效率达到12%，重金属Zn钝化效率达到18%，氮损失率降低至53%。表明添加白地衣芽孢杆菌与黄孢原毛平革菌虽然可以有效钝化重金属且控制氮素流失，但是却无法有效的降解抗生素及抗性基因，且钝化重金属且控制氮素流失的效果反而低于单一添加黄孢原毛平革菌。

上述结果表明，只有添加本发明所述菌剂的情况下，才能在禽畜粪便好氧堆肥反应中实现同时去除抗生素、抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失的目的。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种去除畜禽粪便中抗生素与抗性基因并降低有效态重金属含量、控制氮素流失的好氧堆肥方法，其特征在于，包括如下步骤：

S2.向S1调节好的禽畜粪便中添加糖源，然后再添加畜禽粪便好氧堆肥菌剂，混匀后进行好氧堆肥；

所述畜禽粪便好氧堆肥菌剂，由如下体积比例的各菌种混匀而成：地衣芽孢杆菌：黄孢原毛平革菌：黑曲霉菌=1：（4～5）：（5～6）；

所述菌剂的添加量为禽畜粪便的2%～3%（v/w）；

当温度高于70℃时，通风时间为0.5～1h，通风量为0.02～0.04 m³ O₂/（kg有机物*h），每6～7 d翻堆一次；所述好氧堆肥时间为25～30d。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述农林废弃物晒干后切成1～2cm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述糖源为蜜糖。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述糖源的添加量为禽畜粪便干重的5%～7%。