CN110204054A - 一种利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法，该方法包括以下步骤：将浮萍接种到高浓度抗生素养猪沼液中进行培养，完成对高浓度抗生素养猪沼液的处理。本发明利用浮萍对高浓度抗生素养猪沼液进行生物处理，能够有效去除养猪沼液中的氮磷，且通过浮萍的降解作用，可实现对抗生素的彻底去除，不仅能够净化养猪沼液，同时还能从浮萍体内提取蛋白质、淀粉等附加值产品，或将浮萍用于生产生物燃料，能够提高经济效益，降低处理成本，对实现社会可持续发展具有重大意义。本发明利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法具有成本低廉、操作方便、经济效益高、处理效果好、绿色无污染等优点，有着较高的使用价值和较好的应用前景。

Description

一种利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法

技术领域

本发明属于生物环保技术领域，涉及一种利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法。

背景技术

随着我国农业产业结构升级和新农村建设的不断发展，集约化畜禽养殖业迅猛发展，其中养殖场每年产生数亿吨含大量污染物的养殖废水，具有高COD、高氨氮、高总磷等特点。同时，在畜禽养殖过程中，为促进禽畜生长和防治疾病，大量抗生素被添加到禽畜饲料中，其中约80％-90％的抗生素不能被禽畜肠道吸收，这些抗生素会存在于禽畜粪、尿中并排除到体外，形成高浓度抗生素养殖废水。然而，这些养殖废水经厌氧消化处理后并不能将抗生素有效去除，因而经厌氧消化后得到的沼液中除含有氮、磷外，还含有大量抗生素。若将这些含有高浓度抗生素的沼液直接排放，会污染水体，进而会对水生生态系统产生非常大的危害。随着国家对环保重视程度的增加，沼液的处理以及达标排放已经成为影响畜禽养殖业生存和发展的重要因素，这其中如何有效去除沼液中的抗生素、氮和磷已经成为现阶段研究中亟需解决的问题。

目前，沼液(如养猪沼液)的净化方法多沿用现有城市污水处理方法，包括物理、化学、生物等方法，如生物塘法和人工湿地等自然生物处理法及采用MBR、SBR、反渗透等反应器的工业化处理方法，但是这些方法由于运行成本过高、操作难度和占地面积大等特点，很难在养殖户推广，因而沼液经简单的曝气处理后直接排放仍然是目前主要的处理方式。另外，现有技术中，采用生物处理方法去除养殖废水中抗生素时，其机理主要利用植物根部的吸收作用，将抗生素从废水中转移到植物体内，但是现有方法中采用的植物并不能将体内的抗生素降解去除，因而存在于植物体内的抗生素仍具有一定的危害；此外，现有生物处理方法中仅能处理低浓度抗生素养殖废水，其原因是高浓度的抗生素会破坏植物根系，使植物从环境中吸收抗生素受阻，导致大量的抗生素残存在环境中，对环境具有较大的危害；此外抗生素还会导致植物体内的叶绿素含量减少，使植物光合作用进程受阻，抑制植物的生长发育。因此，亟需获得一种既能有效降低氮磷含量又能彻底去除抗生素的处理高浓度抗生素养猪沼液的方法，这对于实现社会可持续发展具有重大意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种成本低廉、操作方便、经济效益高、处理效果好、绿色无污染的利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法，该方法既能有效降低氮磷含量并将它们转化为蛋白质、淀粉等营养物质，又能将抗生素吸收并降解去除，在实现净化废水的同时也能够进一步提高经济效益。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法，包括以下步骤：将浮萍接种到高浓度抗生素养猪沼液中进行培养，完成对高浓度抗生素养猪沼液的处理。

上述的方法，进一步改进的，所述浮萍在高浓度抗生素养猪沼液表面的种植覆盖面积为高浓度抗生素养猪沼液水面面积的60％～80％。

上述的方法，进一步改进的，所述培养的条件是：温度为15℃～30℃，光照强度为80±10μmol m^-2s^-1，光暗比为12h∶12h～16h∶8h；所述培养的时间为20天～30天。

上述的方法，进一步改进的，所述浮萍在接种到高浓度抗生素养猪沼液之前还包括以下步骤：将浮萍接种在开放式光扩增培养池中进行扩增培养；所述浮萍在开放式光扩增培养池中的种植覆盖面积为开放式光扩增培养池水面面积的20％～40％；所述扩增培养的条件是：温度为20℃～30℃，光照强度为80±10μmol m^-2s^-1，光暗比为8h∶16h～16h∶8h；所述扩增培养的时间为5天～7天。

上述的方法，进一步改进的，所述开放式光扩增培养池中的培养液的COD为180mg/L～220mg/L，氨氮浓度为20mg/L～30mg/L，总磷浓度为15mg/L～20mg/L，pH值为6.5～7.5；所述开放式光扩增培养池的深度为0.5m～1m，长度为8m～10m，宽度为4m～5m。

上述的方法，进一步改进的，所述高浓度抗生素养猪沼液中抗生素的浓度为50μg/L～1000μg/L，所述抗生素为四环素类抗生素和/或磺胺类抗生素。

上述的方法，进一步改进的，所述四环素类抗生素为土霉素、四环素、金霉素中的至少一种；所述磺胺类抗生素为磺胺二甲嘧啶、磺胺异恶唑、磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺甲氧嘧啶、磺胺二甲基嘧啶中的至少一种。

上述的方法，进一步改进的，所述高浓度抗生素养猪沼液的COD为200mg/L～1000mg/L，氨氮浓度为100mg/L～400mg/L，总磷浓度为10mg/L～40mg/L，pH为6.0～7.5。

上述的方法，进一步改进的，所述培养结束后还包括以下处理：采用孔径不超过0.5cm的网筛收集浮萍，所得浮萍用于提取蛋白质和淀粉或用于生产生物燃料。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明提供了一种利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法，通过将浮萍接种到高浓度抗生素养猪沼液中进行培养，完成对高浓度抗生素养猪沼液的处理。本发明中，浮萍是一类分布广泛、光能利用度高且能够适应多种生态环境的自养植物，因而浮萍能够在高浓度抗生素养猪沼液中生长，通过将浮萍接种到高浓度抗生素养猪沼液中进行培养，它们通过利用高浓度抗生素养猪沼液中的氮源、碳源、磷源供自养生长，即通过光合作用将太阳能转化为化学能，并且吸收二氧化碳和氮、磷无机盐，将其转化为复杂的有机物储存起来，从而实现对养猪沼液中氮磷的有效去除；与此同时，浮萍还可以吸收水体中抗生素，将其在体内通过酶的作用降解为小分子物质，达到去除水体中抗生素的目的，此外浮萍的根部存在大量的根系微生物，能够将环境中的复杂的污染物(包括抗生素)降解为低分子物质，而二氧化碳和低分子有机物可以作为碳源被浮萍利用，从而促进浮萍的光合作用和生长代谢；浮萍利用废水中的氮合成蛋白质，并通过光合作用将二氧化碳和废水中的碳酸盐及细菌代谢产生的无机物同化为有机物储存在细胞内，并且释放出氧气，增加水中的溶氧量，营造好氧环境，促进好氧细菌和真菌的生长繁殖，浮萍和根系微生物形成了互利互惠的共生关系，更有利于废水的净化处理。因而，将浮萍接种到高浓度抗生素养猪沼液中进行培养，不仅能够实现对养猪沼液中氮磷的有效去除，同时由此获得的浮萍生物质富含维生素C、淀粉以及蛋白质等营养成分，可以作为高价值维生素、生物柴油和化工生产的非粮原料，能显著提高经济效益，降低生产成本。相比传统生化方法，本发明利用浮萍对高浓度抗生素养猪沼液进行生物处理，能够有效去除养猪沼液中的氮磷(氨氮的去除率高达80％以上，总磷的去除率高达90％以上)，且通过浮萍的降解作用，可实现对抗生素的彻底去除(抗生素的去除率高达100％)，不仅能够净化养猪沼液，同时还能从浮萍体内提取蛋白质、淀粉等附加值产品，或将浮萍用于生产生物燃料，能够提高经济效益，降低处理成本，对实现社会可持续发展具有重大意义。本发明利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法具有成本低廉、操作方便、经济效益高、处理效果好、绿色无污染等优点，有着较高的使用价值和较好的应用前景。

(2)本发明中，通过优化在浮萍的种植覆盖面积为60％～80％，使得浮萍能够快速适应生长环境，经过一次繁殖就可以覆盖养猪沼液水面，从而能够更加有效的吸收养猪沼液中的营养物质；同时通过优化培养条件，其中培养温度为15℃～30℃，使得浮萍能够在最佳生长环境下繁殖，如在上述温度条件下浮萍的生长繁殖最为旺盛，吸收养猪沼液中的营养物质的能力最高，可以达到快速降解其中污染物的目的，这是因为当温度过高时，浮萍的生长速率减慢，当温度过低时，浮萍体内营养物质减少，导致浮萍的死亡和休眠，无法起到降解污染物的目的。

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1为本发明实施例1中利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下本发明实施例中，若无特别说明，所采用的材料和仪器均为市售，所采用工艺为常规工艺，所采用设备为常规设备，且所得数据均是三次以上重复实验的平均值。

实施例1

一种利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法，具体为利用浮萍处理高浓度土霉素养猪沼液，其制备工艺流程图如图1所示，包括以下步骤：

(1)将养猪沼液(即高浓度土霉素养猪沼液)进行固液分离，固液分离所得养猪沼液中初始COD浓度为388.5mg/L，氨氮浓度为298.3mg/L，总磷浓度为15.8mg/L，土霉素浓度为304.5μg/L，pH为7.1。实际处理过程中，可通过调整固液分离所得养猪沼液中营养成分和酸碱度，使固液分离所得养猪沼液中，COD在200mg/L～1000mg/L，氨氮浓度在100mg/L～400mg/L内，总磷浓度在10mg/L～40mg/L内，pH在6.0～7.5内；若COD、氨氮、总磷浓度、pH均在上述合适的范围内，可直接使用。

(2)按照浮萍(Lemna aequinoctialis matk稀脉浮萍)在开放式光扩增培养池中的种植覆盖面积为开放式光扩增培养池水面面积的40％，将浮萍接种在开放式光扩增培养池中，在温度为20℃、光照强度为70μmol m^-2s^-1、光暗比为14h∶10h(该光暗比是指光照条件下培养14h，无光条件下培养10h)的条件下扩增培养7天，得到生长良好的浮萍。开放式光扩增培养池中的培养液为池塘水，其中培养液中COD为182.52mg/L，氨氮浓度为26.43mg/L，总磷浓度为18.47mg/L，pH值为6.5。该开放式光扩增培养池的深度为1m，长度为8m，宽度为4m。

(3)按照浮萍在高浓度抗生素养猪沼液表面的种植覆盖面积为高浓度抗生素养猪沼液水面面积的80％，将步骤(2)中经扩增培养后得到的浮萍接种到步骤(1)中固液分离后得到的养猪沼液(即高浓度抗生素养猪沼液)中，浮萍在温度为25℃、光照强度为80μmol m^{- 2}s^-1、光暗比12h∶12h(该光暗比是指光照条件下培养12h，无光条件下培养12h)的条件下培养30d，其中培养过程中对养猪沼液进行曝气、搅拌处理，完成对高浓度抗生素养猪沼液的处理。经测试，经本发明方法处理后，高浓度抗生素养猪沼液中氨氮去除率达到85.6％，总磷去除率达到90.1％，土霉素去除率达到100％，被完全去除。此外，经检测浮萍体内检测到12种降解产物，但并未检测到土霉素，这说明土霉素被浮萍吸收到体内后能够有效降解，从而实现对土霉素的彻底去除。

(4)处理完成后用孔径为0.5cm网筛/网兜收获浮萍，所得浮萍用于提取蛋白质和淀粉或用于生产生物燃料，所得清水可直接排放到环境中。

实施例2

一种利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法，具体为利用浮萍处理高浓度土霉素养猪沼液，包括以下步骤：

(1)将养猪沼液(即高浓度土霉素养猪沼液)进行固液分离，固液分离所得养猪沼液中初始COD浓度为412.5mg/L，氨氮浓度为249.7mg/L，总磷浓度为13.2mg/L，土霉素浓度为234.7μg/L，四环素浓度为242.1μg/L，pH为6.8。实际处理过程中，可通过调整固液分离所得养猪沼液中营养成分和酸碱度，使固液分离所得养猪沼液中，COD在200mg/L～1000mg/L，氨氮浓度在100mg/L～400mg/L内，总磷浓度在10mg/L～40mg/L内，pH在6.0～7.5内；若COD、氨氮、总磷浓度、pH均在上述合适的范围内，可直接使用。

(2)按照浮萍(Lemna aequinoctialis matk稀脉浮萍)在开放式光扩增培养池中的种植覆盖面积为开放式光扩增培养池水面面积的30％，将浮萍接种在开放式光扩增培养池中，在温度为20℃、光照强度为70μmol m^-2s^-1、光暗比为14h∶10h的条件下扩增培养6天，得到生长良好的浮萍。开放式光扩增培养池中的培养液为池塘水，其中培养液中COD为202.61mg/L，氨氮浓度为23.42mg/L，总磷浓度为15.17mg/L，pH值为6.5。该开放式光扩增培养池的深度为1m，长度为10m，宽度为5m。

(3)按照浮萍在高浓度抗生素养猪沼液表面的种植覆盖面积为高浓度抗生素养猪沼液水面面积的60％，将步骤(2)中经扩增培养后得到的浮萍接种到步骤(1)中固液分离后得到的养猪沼液(即高浓度抗生素养猪沼液)中，浮萍在温度为25℃、光照强度为80μmol m^{- 2}s^-1、光暗比14h∶10h的条件下培养30d，其中培养过程中对养猪沼液进行曝气、搅拌处理，完成对高浓度抗生素养猪沼液的处理。经测试，经本发明方法处理后，高浓度抗生素养猪沼液中氨氮去除率达到89.3％，总磷去除率达到95.7％，抗生素(土霉素和四环素)去除率达到100％，被完全去除。此外，经检测浮萍体内检测到10种土霉素降解产物和8中四环素降解产物，但并未检测到土霉素和四环素，这说明土霉素和四环素被浮萍吸收到体内后能够有效降解，从而实现对土霉素的彻底去除。

(4)处理完成后用孔径为0.5cm网筛/网兜收获浮萍，所得浮萍用于提取蛋白质和淀粉或用于生产生物燃料，所得清水可直接排放到环境中。

综上可知，本发明利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法，能够有效去除养猪沼液中的氮磷(氨氮的去除率高达80％以上，总磷的去除率高达90％以上)，且通过浮萍的降解作用，可实现对抗生素的彻底去除(抗生素的去除率高达100％)，不仅能够净化养猪沼液，同时还能从浮萍体内提取蛋白质、淀粉等附加值产品，或将浮萍用于生产生物燃料，提高经济效益，成本显著降低，对实现社会可持续发展具有重大意义。本发明利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法具有成本低廉、操作方便、经济效益高、处理效果好、绿色无污染等优点，有着较高的使用价值和较好的应用前景。

以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用浮萍处理高浓度抗生素养猪沼液的方法，其特征在于，包括以下步骤：将浮萍接种到高浓度抗生素养猪沼液中进行培养，完成对高浓度抗生素养猪沼液的处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浮萍在高浓度抗生素养猪沼液表面的种植覆盖面积为高浓度抗生素养猪沼液水面面积的60％～80％。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述培养的条件是：温度为15℃～30℃，光照强度为80±10μmol m^-2s^-1，光暗比为12h∶12h～16h∶8h；所述培养的时间为20天～30天。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述浮萍在接种到高浓度抗生素养猪沼液之前还包括以下步骤：将浮萍接种在开放式光扩增培养池中进行扩增培养；所述浮萍在开放式光扩增培养池中的种植覆盖面积为开放式光扩增培养池水面面积的20％～40％；所述扩增培养的条件是：温度为20℃～30℃，光照强度为80±10μmol m^-2s^-1，光暗比为8h∶16h～16h∶8h；所述扩增培养的时间为5天～7天。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述开放式光扩增培养池中的培养液的COD为180mg/L～220mg/L，氨氮浓度为20mg/L～30mg/L，总磷浓度为15mg/L～20mg/L，pH值为6.5～7.5；所述开放式光扩增培养池的深度为0.5m～1m，长度为8m～10m，宽度为4m～5m。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述高浓度抗生素养猪沼液中抗生素的浓度为50μg/L～1000μg/L，所述抗生素为四环素类抗生素和/或磺胺类抗生素。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述四环素类抗生素为土霉素、四环素、金霉素中的至少一种；所述磺胺类抗生素为磺胺二甲嘧啶、磺胺异恶唑、磺胺嘧啶、磺胺甲恶唑、磺胺甲氧嘧啶、磺胺二甲基嘧啶中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述高浓度抗生素养猪沼液的COD为200mg/L～1000mg/L，氨氮浓度为100mg/L～400mg/L，总磷浓度为10mg/L～40mg/L，pH为6.0～7.5。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，所述培养结束后还包括以下处理：采用孔径不超过0.5cm的网筛收集浮萍，所得浮萍用于提取蛋白质和淀粉或用于生产生物燃料。