CN110372420A - 一种降解畜禽粪便中抗生素的方法 - Google Patents

一种降解畜禽粪便中抗生素的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种降解畜禽粪便中抗生素的方法，其包括1)将过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙添加到待处理的畜禽粪便中，反应20‑80分钟；2)将步骤1)处理后的物料的碳/氮值调节为20‑30，然后进行堆肥。本发明还公开了用于这种方法的降解剂。

Description

一种降解畜禽粪便中抗生素的方法
技术领域
本发明属于环境污染修复技术领域，特别涉及一种降解畜禽粪便中抗生素的方法及使用的降解剂。
背景技术
抗生素由于其广谱性和价格低廉被广泛应用于畜禽养殖，但这些抗生素却不能完全被机体吸收，而大部分以原形或代谢物形式经粪便排出体外，并随着粪肥农用最终在土壤中吸附累积，造成污染，诱导抗性基因，最终危及人类健康。同时，大多数抗生素具有较高的生物活性，其必然存在一定的潜在生态环境风险。
对农业土壤中抗生素的生态风险应该从源头进行控制，畜禽粪便是环境中抗生素污染的主要贡献者。因此高效降解畜禽粪便中的抗生素，实现畜禽粪便无害化处理，是一种源头控制策略，可以实现畜禽养殖与农业的安全链接，推动农业可持续发展。
堆肥的方法降解畜禽粪便中的抗生素是目前主要的手段，但很多畜禽粪便经过堆肥处理仍然留有大量的抗生素。可见，利用高效降解剂降解畜禽粪便中的抗生素意义重大。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种环保高效降解畜禽粪便中抗生素的方法。该方法通过在畜禽粪便中加入特定量的降解剂并设定合理的降解反应条件，可以显著促进粪便中磺胺类、四环素类、大环内酯类、氟喹诺酮类等多类型抗生素降解。该方法是一种高效、安全、方便的抗生素降解方法。
总的来说，本发明涉及一种降解畜禽粪便中抗生素的方法，所述方法包括以下步骤：1)将过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙添加到待处理的畜禽粪便中，反应20-80分钟；2)将步骤1)处理后的物料的碳/氮值调节为20-30，然后进行堆肥。在一些实施方案中，过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙的质量比可以为60-80％:5-10％:5％-10％:10％-30％，例如70％:5％:10％:15％。
在一些实施方案中，可通过喷淋来实现步骤1)中的添加。在一些实施方案中，喷淋量可以为畜禽粪便物料总量的1质量‰-20质量‰，例如2质量‰—8质量‰。
在一些实施方案中，反应时间为40-60min，温度为20-100℃，例如30-50℃。
在一些实施方案中，畜禽粪便可以为猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪、兔子粪中的一种或几种。
在一些实施方案中，抗生素可选自磺胺类、四环素类、大环内酯类、氟喹诺酮类。
本发明还涉及一种用于降解畜禽粪便中抗生素的降解剂，所述降解剂由过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙组成。在一些实施方案中，过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙的质量比可以为60-80％:5-10％:5％-10％:10％-30％，例如70％:5％:10％:15％。
附图说明
图1是示出本发明的降解剂降解畜禽粪便中磺胺甲基嘧啶的效果的图。
图2是示出本发明的降解剂降解畜禽粪便中四环素的效果的图。
图3是示出本发明的降解剂降解畜禽粪便中红霉素的效果的图。
图4是示出本发明的降解剂降解畜禽粪便中诺氟沙星的效果的图。
具体实施方式
具体而言，在一个具体的实施方案中，该降解畜禽粪便中抗生素的方法包括以下步骤：
(1)对畜禽粪便物料预处理；
(2)将步骤1)制备的物料(其含水率可为50～55％)通过螺旋反应器，控制反应时间20—80min，例如30-60min，例如30min、40min、50min或60min，反应温度20-100℃，例如30-50℃，例如30℃、40℃、50℃或60℃。在螺旋推进过程中喷淋降解剂，喷淋量为畜禽粪便总量的1质量‰-20质量‰，例如2质量‰—8质量‰，例如2质量‰、3质量‰、4质量‰、5质量‰、6质量‰、7质量‰、8质量‰。
(3)将步骤(2)处理后的物料的碳/氮值调节为20-30，进行堆肥。
步骤(1)中的预处理可包括将畜禽粪便干料(固含量在50％以上，例如鸡粪)通过粉碎机破碎，或者将畜禽粪便湿料(猪粪、牛粪，其一般都是水泡粪，含固量一般为20％)通过水力碎浆机分散均匀。在本发明中，堆肥可在发酵装置中进行。
所述的畜禽粪便为猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪、兔子粪中的一种或几种。
所述的降解剂为过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙组成，质量比为60-80％：5-10％：5％-10％；10％-30％，例如70％:5％:10％:15％或80％：5％：5％：10％。本发明的发明人发现，本发明的降解剂能够在堆肥过程中在较长时间内持续地降解抗生素，从而在能够更好地降解抗生素。
同时，本发明所使用的降解剂的组分为天然成分，安全无毒，分解后的产物可提供氮源、碳源、多种中微量元素等微生物所需养分，有利于堆肥发酵和微生物的快速繁殖，同时补充粪肥中的中微量元素。因此，本发明提供了一种清洁、高效、无毒的抗生素降解方法，对畜禽粪便无害化资源化利用提供了新方向。
实施例
为了进一步说明本发明所述的降解畜禽粪便中抗生素的方法，现结合下述实施例进行说明。其中页岩为从河北玉珠环保科技有限公司购买的复合页岩，木质素磺酸钙购自上海廷若化工有限公司(优等品)。
实施例1：降解剂降解畜禽粪便中磺胺甲基嘧啶的实验研究。
纯猪粪通过水力碎浆机处理均匀后中添加磺胺甲基嘧啶，浓度为20mg/kg；本试验设置3个处理：
处理1：堆肥发酵制备有机肥。
处理2：向处理后的物料添加降解剂，添加量为4‰，降解剂组成为过碳酰胺：页岩：碳酸钠：木质素磺酸钙＝70％：5％：10％：15％。反应时间30min，反应温度40℃。降解后堆肥发酵。
处理3：向处理后的物料添加降解剂，添加量为8‰，降解剂组成为过碳酰胺：页岩：碳酸钠：木质素磺酸钙＝70％：5％：10％：15％。反应时间30min，反应温度40℃。降解后堆肥发酵。
检测堆肥过程中7天、14天、21天、28天和35天时堆料中磺胺甲基嘧啶降解情况，并记录如图1所示。
分析图1可知，当畜禽粪便中磺胺甲基嘧啶浓度为20mg/kg时，直接堆肥磺胺甲基嘧啶很难降解，堆肥35天仅降解50％左右。通过本发明的降解剂处理后，第7天磺胺甲基嘧啶的降解就达到了90％以上，第14天之后仅剩余微量磺胺甲基嘧啶。说明添加降解剂处理后降解磺胺甲基嘧啶速度极快。
实施例2：降解剂降解畜禽粪便中四环素的实验研究。
纯牛粪经处理均匀后中添加四环素，浓度为20mg/kg；本试验设置3个处理：
处理1：直接堆肥发酵。
处理2：向处理后的物料添加降解剂，添加量为4‰，降解剂组成为过碳酰胺：页岩：碳酸钠：木质素磺酸钙＝70％：5％：10％：15％。反应时间30min，反应温度40℃。降解后堆肥发酵。
处理3：向处理后的物料添加降解剂，添加量为8‰，降解剂组成为过碳酰胺：页岩：碳酸钠：木质素磺酸钙＝70％：5％：10％：15％。反应时间30min，反应温度40℃。降解后堆肥发酵。
检测堆肥过程中7天、14天、21天、28天和35天时堆料中四环素降解情况，并记录如图2所示。
分析图2可知，当牛粪中四环素浓度为20mg/kg时，直接堆肥四环素很难降解，堆肥35天仅降解40％左右。通过降解剂处理后，第7天四环素的降解就达到了92％以上，第14天之后仅剩余微量四环素。说明添加降解剂处理后四环素降解速度极快。
实施例3：降解剂降解畜禽粪便中红霉素的实验研究。
纯羊粪经处理均匀后中添加四环素，浓度为20mg/kg；本试验设置3个处理：
处理1：直接堆肥发酵。
处理2：向处理后的物料添加降解剂，添加量为3‰，降解剂组成为过碳酰胺：页岩：碳酸钠：木质素磺酸钙＝80％：5％：5％：10％。反应时间40min，反应温度30℃。降解后堆肥发酵。
处理3：向处理后的物料添加降解剂，添加量为6‰，降解剂组成为过碳酰胺：页岩：碳酸钠：木质素磺酸钙＝80％：5％：5％：10％。反应时间40min，反应温度30℃。降解后堆肥发酵。
检测堆肥过程中7天，14天、21天、28天和35天时堆料中红霉素降解情况，并记录如图3所示。
分析图3可知，当羊粪中红霉素浓度为20mg/kg时，直接堆肥红霉素很难降解，堆肥35天仅降解50％左右。通过降解剂处理后，第7天红霉素的降解就达到了90％以上，第14天之后仅剩余微量红霉素。说明添加降解剂处理后红霉素降解速度极快。
实施例4：降解剂降解畜禽粪便中诺氟沙星的实验研究。
纯羊粪经处理均匀后中添加诺氟沙星，浓度为20mg/kg；本试验设置3个处理：
处理1：直接堆肥发酵。
处理2：向处理后的物料添加降解剂，添加量为4‰，降解剂组成为过碳酰胺：页岩：碳酸钠：木质素磺酸钙＝70％：5％：10％：15％。反应时间30min，反应温度40℃。降解后堆肥发酵。
处理3：向处理后的物料添加降解剂，添加量为8‰，降解剂组成为过碳酰胺：页岩：碳酸钠：木质素磺酸钙＝70％：5％：10％：15％。反应时间30min，反应温度40℃。降解后堆肥发酵。
检测堆肥过程中7天、14天、21天、28天和35天时堆料中诺氟沙星降解情况，并记录如图4所示。
分析图4可知，当羊粪中诺氟沙星浓度为20mg/kg时，直接堆肥诺氟沙星很难降解，堆肥35天仅降解40％左右。通过降解剂处理后，第7天诺氟沙星的降解就达到了92％以上，第14天之后仅剩余微量诺氟沙星素。说明添加降解剂处理后诺氟沙星降解速度极快。

Claims (9)

1.一种降解畜禽粪便中抗生素的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
1)将过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙添加到待处理的畜禽粪便中，反应20-80分钟；
2)将步骤1)处理后的物料的碳/氮值调节为20-30，然后进行堆肥。
2.如权利要求1所述的方法，其中过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙的质量比为60-80％:5-10％:5％-10％:10％-30％，例如70％:5％:10％:15％。
3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中通过喷淋来实现步骤1)中的添加。
4.如权利要求3所述的方法，其中喷淋量为畜禽粪便总量的1质量‰-20质量‰，例如2质量‰—8质量‰。
5.如权利要求3所述的方法，其中反应时间为40-60min，反应温度为20-100℃，例如30-50℃。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中畜禽粪便为猪粪、牛粪、羊粪、鸡粪、兔子粪中的一种或几种。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中抗生素选自磺胺类、四环素类、大环内酯类、氟喹诺酮类。
8.一种用于降解畜禽粪便中抗生素的降解剂，所述降解剂由过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙组成。
9.如权利要求8所述的降解剂，其中过碳酰胺、页岩、碳酸钠和木质素磺酸钙的质量比为60-80％:5-10％:5％-10％:10％-30％，例如70％:5％:10％:15％。
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