CN115286443A - 一种高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法 - Google Patents
一种高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115286443A CN115286443A CN202210997832.XA CN202210997832A CN115286443A CN 115286443 A CN115286443 A CN 115286443A CN 202210997832 A CN202210997832 A CN 202210997832A CN 115286443 A CN115286443 A CN 115286443A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- compost
- temperature
- composting
- biochar
- pretreatment
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
- C05D—INORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C; FERTILISERS PRODUCING CARBON DIOXIDE
- C05D9/00—Other inorganic fertilisers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
- C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
- C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
- C05F17/60—Heating or cooling during the treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C05—FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
- C05F—ORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
- C05F17/00—Preparation of fertilisers characterised by biological or biochemical treatment steps, e.g. composting or fermentation
- C05F17/80—Separation, elimination or disposal of harmful substances during the treatment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/40—Bio-organic fraction processing; Production of fertilisers from the organic fraction of waste or refuse
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Toxicology (AREA)
- Fertilizers (AREA)
Abstract
本发明提供了一种高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法;即向畜禽粪便中加入堆肥辅料,调节含水率和碳氮比,然后进行高温预处理,使物料在1~2h内上升至80~90℃后继续维持2~4h;最后向将物料中加入生物炭,进行常规堆肥,即实现增强堆肥抗生素降解和重金属钝化;利用该方法可将堆肥腐熟周期缩短20d左右,堆肥产品中抗生素去除率可达99%以上,生物有效态重金属含量降低50%以上,提高堆肥产品安全性,减少生态环境污染风险;该方法可实现畜禽粪便的快速腐熟,污染物去除效果明显,可持续性强,具有规模化生产的潜力。
Description
技术领域
本发明涉及土壤肥料以及生态环境领域,特别涉及一种超高温预处理联合生物炭添加增强畜禽粪便堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法。
背景技术
中国是畜禽养殖大国,畜禽粪便年产生量高达38亿吨。堆肥是畜禽粪便资源利用的重要技术,不仅可以避免粪便直接堆积对环境造成的污染,还可形成有利于土壤质量提升和作物生长的有机肥料,通过有机碳和养分的回收实现资源再利用。然而,在养殖过程中作为饲料添加剂或疾病预防和治疗使用的重金属和抗生素,无法完全被动物机体吸收,约30%~90%会随粪便或尿液排出体外,导致畜禽粪便中普遍含有数量可观的抗生素和重金属等有毒有害物质。普通高温好氧堆肥工艺对畜禽粪便原料中抗生素的降解率有限(多数不足90%),且各批次的去除效果差异较大;而原料中的重金属由于很难直接去除,因此多采用添加堆肥辅料来促进重金属的钝化。这就导致有机肥中抗生素残留和重金属的生物有效性仍然较高,农田施用后环境风险大,产品安全性饱受质疑。
超高温预处理好氧堆肥是指在堆制前对物料进行预处理,使之在短时间内温度上升至80℃以上并维持一段时间,再进行高温好氧堆制的一种堆肥工艺。文献“超高温预处理装置及其促进鸡粪稻秸好氧堆肥腐熟效果”(曹云,黄红英,钱玉婷,王琳,徐跃定,靳红梅,孙金金,常志州,农业工程学报,2017,33(13):243-250)公开了一种超高温预处理好氧堆肥工艺,并发现该工艺不仅可以明显缩短堆肥周期,而且能够提高堆肥产品质量。目前研究普遍认为,超高温预处理一方面可将蛋白质等复杂含碳有机物水解为氨基酸,再进一步降解为低分子量有机酸,降低了后续堆肥物料的pH值,从而减少后续堆肥NH3挥发。文献“超高温预处理对猪粪堆肥过程碳氮素转化与损失的影响”(曹云,黄红英,孙金金,吴华山,段会英,徐跃定,靳红梅,常志州,中国环境科学,2018,38(5):1792-1800)公开了超高温预处理有利于堆肥过程的保氮;另一方面,超高温预处理使大量嗜温微生物休眠或死亡,在后续堆肥初期微生物的矿化过程受到抑制,更有利于腐殖化微生物的竞争存在,文献“Thermalpretreatment enhances the degradation and humification of lignocellulose bystimulating thermophilic bacteria during dairy manure composting”(Ning Zhu,Jun Gao,Dong Liang,Yanyun Zhu,Bingqing Li,Hongmei Jin,Bioresource Technology,2021,319:24149)公开了超高温预处理有利于堆肥过程中腐殖质的合成。
超高温预处理有利于畜禽粪便中抗生素的降解,降低重金属生物有效性,缩短堆肥周期,减少堆肥过程中碳氮损失,增加腐殖质含量,杀灭病原微生物等。中国专利申请“一种基于超高温好氧发酵技术高效去除畜禽粪便中抗生素和抗性基因以及稳定重金属的方法”(CN113416097A)公开了通过超高温微生物的生长代谢作用和发酵产生的热量,高效处置畜禽粪便中的抗性基因和抗生素,同时稳定畜禽粪便中的重金属,通过发酵生成优良的有机肥的方法。但该方法需要调节pH并加入额外的高温菌株,且处理时间较长,导致碳氮损失较多,且该方法对去除抗生素和抗性基因以及稳定重金属效果有限。
生物炭添加有利于提高堆肥过程中堆体的通气性,促进微生物活性,减少堆肥过程中碳氮损失,提高堆肥效率。中国专利申请“一种竹炭猪粪堆肥高效去除抗生素的方法”(CN103387432A)公开了利用风干的锯末、腐熟粪便和竹炭合理的复配在一起,经过高温堆肥发酵后,可以使猪粪中有害的抗生素得到显著的去除,还能提高肥料的品质。但该方法添加的竹炭经过800℃制备获得,能耗大、成本较高;中国专利申请“降低蛆粪堆肥中磺胺类抗生素及其抗性基因污染的方法(CN112159267A)公开了将竹炭与竹醋液组合可以显著降低蛆粪堆肥中磺胺类抗生素,同时提高堆肥产品的品质和安全性。但该方法对抗生素的去除率较低,仅分别减少蛆粪堆肥过程中磺胺二甲嘧啶和磺胺氯哒嗪浓度的67.3%和38.6%。
目前,超高温预处理联合生物炭添加增强畜禽粪便堆肥腐殖化和抗生素降解的研究尚未见报道。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种高温预处理联合生物炭添加增强畜禽粪便堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法,以提高畜禽粪便源肥料的品质和安全性,特别是提高抗生素降解率和重金属钝化效果。
具体而言,上述发明目的是通过以下技术方案实现的:
首先,本申请提供了一种高温预处理联合生物炭添加增强畜禽粪便堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法,包括以下步骤:
1)向畜禽粪便中添加堆肥辅料,调节含水率至50-65%(含水率优选60%)、碳氮比25:1左右,得到堆肥原料;
本申请中,畜禽粪便取自生猪养殖场,也可是其他畜禽养殖场,优选固液分离后的分离渣;
本步骤中添加堆肥辅料包括秸秆、锯末、木屑和玉米芯中的至少一种;堆肥辅料可以作为辅助碳源,优选粉碎至1~3cm长;
2)取步骤1)中得到的堆肥原料进行高温好氧预处理:在正常通风的条件下,加热堆肥原料至80~90℃,升温速率为1~5℃/min,保温反应2~4h;保温结束后自然冷却至室温(20~25℃)获得超高温预处理堆肥物料;
本申请中,超高温预处理装置采用市售的外加热堆料预处理反应釜,采用油浴加温方式,外层加热夹套厚度约为2cm,反应釜填充度为60%~70%;在加热过程中,为防止局部温度过高,优选在升温过程中不断搅拌堆肥原料;在具体实施中,也可以使用其他常规物料加热装置。
3)将高温预处理后的物料中加入生物炭,混合均匀,进行好氧堆肥;所加入的生物炭占超高温预处理堆肥物料质量的5%~10%;好氧堆肥结束后,即实现堆肥抗生素降解和重金属钝化。
本申请中,所使用的生物炭为常规方法制备的生物炭,如市售生物炭。
上述好氧堆肥是指将堆肥物料转入静态堆肥箱(物料装样量25kg,约占堆肥箱容积3/4)中进行堆肥,当温度上升到50℃以上时每3d翻堆一次,温度下降到50℃以下时每7d翻堆一次,直至堆体温度下降至环境温度结束堆肥。该好氧堆肥方法为本领域常规堆肥方法,如文献“有机固体废弃物好氧高温堆肥化处理技术”(黄国锋等,中国生态农业学报,2003,11(1):159-161)中所公开的方法。
本申请中,术语“抗生素”包括但不限于四环素类、磺胺类、喹诺酮类抗生素中的至少一种;“重金属”包括但不限于As、Hg、Pb、Cd和Cr中的至少一种;术语“重金属钝化”一般是指以降低重金属毒性为目的,利用吸附作用、离子交换、共沉淀、氧化还原、表面络合等机制,降低重金属的生物利用度和迁移性,将其转化为更稳定的组分的过程(如文献:Guo G,Zhou Q,Ma L Q.Availability and Assessment of Fixing Additives for The in SituRemediation of Heavy Metal Contaminated Soils:A Review[J].EnvironmentalMonitoring Assessment,2006,116(1/2/3):513-528所公开)。
与现有畜禽粪便堆肥方法相比,本发明方法具有以下有益效果,
1)本申请高温预处理周期短,碳氮损失少,且获得的堆肥在腐殖质提升15%以上,总氮损失减少50%左右,堆肥腐熟周期缩短20d左右。
2)经本申请高温预处理后堆肥品质稳定,堆肥中抗生素去除率可达99%以上,生物有效态重金属含量降低50%以上。
3)本发明选取畜禽粪便为原料,其廉价易得,可减少二次污染,提高畜禽粪便源有机肥的应用效果和安全性,促进有机肥产业的绿色健康发展。
附图说明
图1超高温预处理联合生物炭添加堆肥(处理组)与对照组堆肥的堆体温度示意图。
图2超高温预处理联合生物炭添加堆肥(处理组)与对照组堆肥的腐殖质、胡敏酸和富里酸含量示意图;
图2中,对照组和试验组之间的差异采用独立样本t检验;图中*和***分别表示处理组和对照组之间的差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.001)。
图3超高温预处理联合生物炭添加堆肥(处理组)与对照组堆肥的抗生素含量示意图。
图4超高温预处理联合生物炭添加堆肥(处理组)与对照组堆肥的有效态重金属含量示意图;
图4中对照组和试验组之间的差异采用独立样本t检验;图中*、**和***分别表示差异显著(P<0.05)和极显著(P<0.01和0.001)。
具体实施方式
结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述:
实施例中所使用的静态堆肥箱参见文献“Enhanced turnover of phenolicprecursors by Gloeophyllum trabeum pretreatment promotes humic substanceformation during co-composting of pig manure and wheat straw”(Zhu et al.,Journal of Cleaner Production,2021,315,128211)所公开的结构;实施例使用的堆肥箱为边长60cm立方体,由5块不锈钢板拼装而成,在箱内壁和底部装有2层厚度为3cm的泡沫板,进行保温;顶部装有可拆卸的泡沫板盖,箱底和顶部均匀分布直径为2cm的通气孔,孔面积约为箱底面积的1/4。
实施例中的畜禽粪便和秸秆均取自江苏省农业科学院六合动物实验基地,生物炭为市场购置。
实施例1
堆肥物料高温预处理,包括以下步骤:
(1)物料制备:将小麦秸秆粉碎至1~3cm,混入含水率为64%的新鲜猪粪中,调节碳氮比为25,含水率为60%,得到堆肥物料。本实施例中堆肥原料的基本参数如表1所示;
表1堆肥原料的基本性质
(2)高温预处理:将步骤(1)中所得堆肥物料进行高温预处理:
高温预处理装置采用市售的外加热堆料预处理反应釜(购自常州市苏风机械厂,型号:GWFJ0.4m3),采用油浴加温方式,外层加热夹套厚度为2cm。
反应釜填充度为70%,升温速率为5℃·min-1,目标温度为90℃,达到目标温度后反应时间为4h,待反应结束后自然冷却至室温,获得高温预处理堆肥物料。
在具体实施过程中,步骤(1)所述的畜禽粪便为猪粪、牛粪、鸡粪、鸭粪z和羊粪中的一种或多种,秸秆还可以选择水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、高粱秸秆和油菜秸秆中的一种或多种,秸秆和畜禽粪便按质量比3:1~6:1混合,调节含水率在50~65%之间;加热堆肥原料温度在80~90℃范围内,升温速率在1~5℃/min范围内,保温反应2~4h,均可实现本发明的目的。
实施例2
应用实施例1中的高温预处理物料联合生物炭添加增强抗生素降解和重金属钝化的方法,包括以下步骤:
(1)生物炭混合:向实施例1获得的高温预处理物料中添加小麦秸秆生物炭(购自北京艾格博联农业技术研究院有限责任公司),生物炭添加量为高温预处理物料质量的10%(w/w),混合均匀,得到好氧堆肥物料。
(2)堆肥:将步骤(1)中所得混合物料转入静态堆肥箱中进行好氧堆肥,当温度上升到50℃以上时翻堆,每3d翻堆1次,温度下降到50℃以下每7d翻1次,直至堆体温度下降至环境温度结束堆肥。
步骤(2)好氧堆肥开始后,每天监测堆料温度,每5d采集堆料样品,测定总有机碳、总氮、腐殖质含量、种子发芽率。
上述堆肥温度的测定方法:每天采用水银温度计分别测定堆肥上、中、下部的温度,取平均值作为堆体的实际温度,同时监测堆肥现场的环境温度。
总有机质和总氮含量的测定方法:鲜样风干后磨碎过80目筛备用。总有机质采用重铬酸钾氧化法测定,总氮采用凯氏定氮法测定,测定TOC和TN的方法参照国标《有机肥料NY 525-2021》。
腐殖质含量的测定方法:2g研磨好的堆肥样品加入20mL提取液(0.1mol/LNaOH和0.1mol/LNa2P2O7,体积比为1:1),室温下振荡2h,4000rpm离心10min,提取上清液,去掉滤渣,滤液为总腐殖质,采用TOC仪测定样品中的腐殖质。
种子发芽指数的测定方法:将新鲜堆肥样品与水按1:10(m/v)比例混合振荡2h,上清液过滤后待用;将一张大小合适滤纸放入干净无菌的直径9cm培养皿中,滤纸上整齐摆放20粒小白菜种子,准确吸取3ml滤液于培养皿中,在25℃、黑暗条件下培养96h,测定小白菜种子的发芽率和根长,同时用去离子水做空白对照。其计算公式为:GI=(堆肥处理的种子发芽率×种子根长)/(对照的种子发芽率×种子根长)×100%。
抗生素含量的测定方法:将新鲜的堆肥样品置于冷冻干燥机中冷冻干燥,将冻干样品磨碎并过100目筛;抗生素的提取采用超声提取-固相萃取法,抗生素含量的测定采用超高效液相色谱/串联质谱法,参照文献“超高效液相色谱/串联质谱法同时测定水、土壤及粪便中25种抗生素”(郭欣妍等,分析化学,2015,43(1):13-20);同时进行加标回收实验,回收率在75%-125%之间视为有效数据,否则重新进行提取和检测。
有效态重金属的测定方法:采用国际常用的DTPA浸提法分析堆肥中重金属的生物有效性。参考文献“添加剂对猪粪好氧堆肥过程的影响及其机制研究”(王权,西北农林科技大学博士毕业论文,2018)进行有效态重金属的提取,提取液中重金属含量采用电感耦合等离子体质谱测定。
在具体实施过程中,步骤(1)所述的生物炭还可以选择其他农作物秸秆、畜禽粪便、园林废弃物等为原料,500℃以上热解1~2h制备的生物炭,均可实现本发明的目的。
试验结果:
1.堆肥过程中每天测定试验组和对照组堆体的温度,结果如表2和图1所示。
表2两种处理方式堆体温度情况
根据堆肥卫生指标要求,堆肥温度达到50℃即进入高温期,50℃以上持续5-7d能够保证病原菌被有效杀灭,使物料完全腐熟。试验组在第4d堆体温度就达到50℃,高温期持续19d,最高温度达到80.5℃,而对照组经过12d堆体温度才达到50℃,高温期持续7d,堆体最高温度为61.1℃。同时,实验组堆肥周期仅为27d,远低于对照组39d。由此可见,超高温预处理联合生物炭添加的试验组能够加速堆肥升温,增加高温期持续时间,提高堆肥高温期的温度,同时显著缩短堆肥周期,加快物料腐熟。
2.堆肥过程中每隔7d测定试验组和对照组的总有机质和总氮含量,结果如表3和表4所示。
表3两种处理方式堆肥总有机碳含量的变化
单位:g/kg干基
表4两种处理方式堆肥总氮含量的变化
单位:g/kg干基
由表3可知,堆肥49d结束后,试验组中总有机质含量明显高于对照组,试验组的总有机质含量损失率(21.3%)低于对照组(33.8%)12.5个百分点。由表4可知,堆肥49d结束后,试验组中总氮含量略高于对照组,这主要是由于试验组的堆体质量高造成的,但试验组的总氮含量增幅(66.8%)明显高于对照组(51.6%)15.2个百分点。以上结果说明,超高温预处理联合生物炭添加的试验组能够有效减少物料中碳素损失,增加产物中有机质和总氮含量。
3.堆肥结束后试验组和对照组的腐殖质、胡敏酸和富里酸含量,结果如图2所示。
由图2可以看出,堆肥结束后(49d),试验组的总腐殖质含量、胡敏酸含量和富里酸含量均显著(P<0.05)或极显著(P<0.001)高于对照组,增幅分别为24.3%、13.0%和69.9%。这说明,与常规堆肥相比,超高温预处理联合生物炭添加对堆肥腐殖化程度的提升作用更显著。
4.堆肥过程中每隔7d测定试验组和对照组的种子发芽指数(GI),结果如表5所示。
表5两种处理方式堆肥的种子发芽指数(GI)
单位:%
种子发芽指数(GI)能够指示堆肥样品的植物毒性水平,堆肥腐熟的重要指标之一是GI达到70%以上,在堆肥过程中试验组的GI值均高于对照组,试验组在堆肥第21天GI就超过70%,而对照组仅为51%;对照组在堆肥第35天GI才达到70%以上,而此时试验组GI可达到85%以上;堆肥结束后(49d),试验组GI为97.31%,比对照组(86.87%)相比,增幅为12%以上。说明超高温预处理联合生物炭添加的试验组显著提高了后续堆肥产品的腐熟度,缩短了腐熟周期。
5.堆肥结束后测定试验组和对照组中主要抗生素含量,结果如图3所示,图3中,(a)-(c)依次为四环素类、磺胺类、喹诺酮类抗生素含量。堆肥42天结束后,对照组和试验组中磺胺类抗生素和喹诺酮类抗生素均未检出;但对于较难降解的四环素类抗生素而言,对照组中土霉素、强力霉素未检出,四环素、金霉素的残留量(平均值)分别为0.72、0.10μg,而试验组中四环素、土霉素、强力霉素均未检出,金霉素残留量降为0.08±0.001μg。
本实施例中选择了畜禽粪便中常见的四环素类、磺胺类和喹诺酮类抗生素共15种,分别为四环素(TC)、土霉素(OTC)、金霉素(CTC)、强力霉素(DOX)、磺胺嘧啶(SDZ)、磺胺甲嘧啶(SMR)、磺胺二甲嘧啶(SMZ)、磺胺甲恶唑(SMX)、磺胺噻唑(STZ)、磺胺间甲氧嘧啶(SMM)、磺胺吡啶(SPD)、诺氟沙星(NOR)、环丙沙星(CIP)、恩诺沙星(ENR)和氧氟沙星(OFX)。由图3可以看出,堆肥过程中,试验组中各抗生素的降解速率明显高于对照组;堆肥结束后,试验组中各抗生素的残留量明显低于对照组。说明明超高温预处理联合生物炭添加的试验组可有效消减堆肥中主要抗生素含量,降低其残留量,提高堆肥产品的安全性。
6.堆肥结束后测定试验组和对照组的溶解态重金属含量,结果如图4所示。
本实施例中堆肥的重金属选择了《有机肥料》(NY/T 525-2021)中规定的5种重金属,即总砷(As)、总汞(Hg)、总铅(Pb)、总镉(Cd)和总铬(Cr)。由图4可以看出,堆肥结束后试验组中溶解态重金属的质量显著或极显著降低。其中,As、Hg、Pb、Cd和Cr的平均降幅分别为14.9%、63.9%、85.0%、60.0%和14.6%。说明超高温预处理联合生物炭添加的试验组有效阻控后续堆肥产品中典型重金属的生物有效性,提高堆肥产品的安全性。
实施例3
直接进行常规堆肥作为对照组,堆肥原料组成、堆肥方法与测定方法均与实施例1和实施例2相同,但省略实施例1中高温预处理步骤(即步骤(2))和实施例2中的生物炭添加步骤(即步骤(1)),以实施例2中高温预处理联合生物炭添加(试验组)、仅高温预处理(试验组HT)和仅生物炭添加(试验组BC)作为试验组,对比其堆肥过程中物料温度、种子发芽指数、腐殖质含量、抗生素含量和有效态重金属含量的变化。
堆肥过程中每天测定试验组和对照组堆体的温度,结果如表6所示。
表6堆肥过程堆体温度情况
由表6可以看出,试验组在达到高温(50℃)所需时间、高温期持续时间、最高温度以及堆肥周期均明显高于试验组HT、试验组BC和对照组(实施例2中已分析)。由此可见,高温预处理联合生物炭添加试验组与仅高温预处理、仅生物炭添加处理和对照组相比,能够加速堆肥升温,增加高温期持续时间,提高堆肥高温期的温度,同时显著缩短堆肥周期,加快物料腐熟。
堆肥结束后测定试验组和对照组中主要抗生素的含量,在检测的15种主要抗生素的变化趋势基本相同,此处仅以含量较高的四环素、磺胺嘧啶和恩诺沙星为例进行详细分析,结果如表7所示。
表7堆肥结束后物料中抗生素含量
单位:μg
注:nd表示未检出
由表7可以看出,堆肥结束后试验组对四环素、磺胺嘧啶和恩诺沙星的去除率分别为100%、99%和97.5%,残留量均低于试验组HT、试验组BC和对照组(实施例2中已分析)。由此可见,高温预处理联合生物炭添加试验组与仅高温预处理、仅生物炭添加处理和对照组相比,能够有效促进抗生素的降解,提升堆肥产品的安全性。
堆肥结束后测定试验组和对照组中总有机质、总氮和腐殖质含量,结果如表8所示。
表8堆肥结束后物料中总有机质、总氮和腐殖质含量
单位:mg/g干基
由表8可以看出,堆肥结束后试验组中总有机质、总氮和腐殖质含量均最高。其中,试验组的总有机质含量比试验组HT、试验组BC和对照组分别提升了13.8%、9.0%和10.5%;总氮分别提升了40.1%、0.6%和34.0%;腐殖质分别提升了24.3%、19.4%和22.2%。由此可见,高温预处理联合生物炭添加试验组与仅高温预处理、仅生物炭添加处理和对照组相比,能够有效降低碳、氮损失,提升堆肥产品的质量。
实施例4
高温预处理温度和处理时间的选择,包括以下步骤:
堆肥原料组成、堆肥方法与测定方法均与实施例1相同,预处理温度设置为80、85、90、95和100℃,预处理时间分别为1、2、4和8h。高温预处理结束后,参照实施例2进行好氧堆肥,42d结束后对物料GI和抗生素含量进行分析。结果如表9和表10所示。
表9堆肥结束后种子发芽指数
表10堆肥结束后抗生素去除率
由表9可以看出,不同预处理温度和时间下堆肥结束后,各堆肥处理均可达到腐熟要求(即GI>70%)。预处理时间2h以上的处理组中GI均大于100%,但不同预处理温度处理间GI差异不明显。由表10可以看出,不同处理温度下抗生素的去除率变化不大,而处理时间越高,抗生素的降解率越大。因此,从能耗成本、堆肥效果等角度考虑,建议选择预处理温度为80~90℃,预处理时间为2~4h。
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法,其特征在于,具体步骤如下:
1)将粪便与堆肥辅料混合,调节含水率至60%,碳氮比为25:1,获得堆肥原料;所述堆肥辅料包括秸秆、锯末、木屑和玉米芯中的至少一种;
2)加热堆肥原料至80~90℃后保温反应2~4 h,冷却后获得超高温预处理物料;
3)向超高温预处理物料中加入生物炭,混合均匀,进行好氧堆肥;好氧堆肥结束后,即实现增强堆肥抗生素降解和重金属钝化;
所加入的生物炭占超高温预处理物料质量的5%~10%。
2.根据权利要求1所述高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法,其特征在于,步骤2)所述加热是指升温速率为1~5℃/min。
3.根据权利要求1所述高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法,其特征在于,所述好氧堆肥是指,当温度上升到50℃以上时每3 d翻堆一次,温度下降到50℃以下时每7 d翻堆一次,直至堆体温度下降至环境温度时,结束好氧堆肥。
4.根据权利要求1所述高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法,其特征在于,所述抗生素包括四环素类、磺胺类、喹诺酮类抗生素中的至少一种。
5.根据权利要求1所述高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法,其特征在于,所述堆肥辅料长度为1~3 cm。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210997832.XA CN115286443B (zh) | 2022-08-19 | 2022-08-19 | 一种高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202210997832.XA CN115286443B (zh) | 2022-08-19 | 2022-08-19 | 一种高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN115286443A true CN115286443A (zh) | 2022-11-04 |
CN115286443B CN115286443B (zh) | 2023-10-20 |
Family
ID=83829464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202210997832.XA Active CN115286443B (zh) | 2022-08-19 | 2022-08-19 | 一种高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN115286443B (zh) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106220261A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-12-14 | 中国农业大学 | 一种鸡粪好氧堆肥的方法 |
CN107129374A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-09-05 | 西北农林科技大学 | 一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法 |
CN108314480A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-24 | 大连理工大学 | 一种猪粪用重金属钝化剂及其制备方法与使用方法 |
CN108329106A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-07-27 | 农业部规划设计研究院 | 一种猪粪好氧发酵过程中重金属钝化方法 |
CN108456068A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-08-28 | 农业部规划设计研究院 | 一种辅料添加快速去除沼渣中四环素类抗生素的堆肥方法 |
CN109650957A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-19 | 江苏省农业科学院 | 一种减少氮素气体损失的超高温预处理堆肥方法 |
CN113860931A (zh) * | 2021-11-02 | 2021-12-31 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种利用鸡粪生物炭去除粪便中抗生素的好氧堆肥方法及鸡粪生物炭在去除抗生素中的应用 |
-
2022
- 2022-08-19 CN CN202210997832.XA patent/CN115286443B/zh active Active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106220261A (zh) * | 2016-07-13 | 2016-12-14 | 中国农业大学 | 一种鸡粪好氧堆肥的方法 |
CN107129374A (zh) * | 2017-06-05 | 2017-09-05 | 西北农林科技大学 | 一种降低有机肥中四环素类抗性基因丰度的方法 |
CN108314480A (zh) * | 2018-01-24 | 2018-07-24 | 大连理工大学 | 一种猪粪用重金属钝化剂及其制备方法与使用方法 |
CN108329106A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-07-27 | 农业部规划设计研究院 | 一种猪粪好氧发酵过程中重金属钝化方法 |
CN108456068A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-08-28 | 农业部规划设计研究院 | 一种辅料添加快速去除沼渣中四环素类抗生素的堆肥方法 |
CN109650957A (zh) * | 2019-01-21 | 2019-04-19 | 江苏省农业科学院 | 一种减少氮素气体损失的超高温预处理堆肥方法 |
CN113860931A (zh) * | 2021-11-02 | 2021-12-31 | 中国科学院沈阳应用生态研究所 | 一种利用鸡粪生物炭去除粪便中抗生素的好氧堆肥方法及鸡粪生物炭在去除抗生素中的应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN115286443B (zh) | 2023-10-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ravindran et al. | Influence of microbial diversity and plant growth hormones in compost and vermicompost from fermented tannery waste | |
Raphael et al. | Chemical and microbiological changes during vermicomposting of coffee pulp using exotic (Eudrilus eugeniae) and native earthworm (Perionyx ceylanesis) species | |
Dzung et al. | Evaluation of coffee husk compost for improving soil fertility and sustainable coffee production in rural central highland of Vietnam | |
CN103304281B (zh) | 一种有机废弃物快速资源化热酶好氧处理工艺 | |
CN107141047B (zh) | 一种湿热预处理促进畜禽粪便腐熟的堆肥方法 | |
CN105316249B (zh) | 一种枯草芽孢杆菌及微生物菌剂和它们在发酵腐熟中的应用 | |
Ren et al. | Effects of co-composting of lincomycin mycelia dregs with furfural slag on lincomycin degradation, maturity and microbial communities | |
Sharma et al. | Bio-degradation of crop residues by Trichoderma species vis-a vis nutrient quality of the prepared compost | |
CN111423994B (zh) | 一种应用于畜禽粪便发酵的菌剂组合及其制备和使用方法 | |
CN108546166A (zh) | 一种富硒生物有机肥料及其生产方法 | |
CN105948853A (zh) | 一种以菌渣为基底的有机肥垛式发酵方法 | |
CN108623344A (zh) | 一种有机肥及其制备方法和应用 | |
CN107986884A (zh) | 一种复合有机叶面肥料及其制备方法 | |
Xu et al. | The process of biotransformation can produce insect protein and promote the effective inactivation of heavy metals | |
CN106146076A (zh) | 一种发酵禽畜粪粪水制造生物有机肥的方法 | |
CN104692970B (zh) | 一种油菜专用生物活性有机肥及其应用 | |
CN108004132B (zh) | 一种可回收微生物陈化水热炭的厌氧发酵装置及微生物陈化水热炭的回收方法 | |
Antil et al. | Chemical and microbiological parameters for the characterization of maturity of composts made from farm and agro-industrial wastes | |
KR20210000690A (ko) | 커피박 및 담배가루를 포함하는 퇴비 조성물 | |
CN110668861A (zh) | 一种利用绿狐尾藻对牛粪堆肥的方法 | |
CN115286443A (zh) | 一种高温预处理联合生物炭增强堆肥抗生素降解和重金属钝化的方法 | |
CN110015916A (zh) | 免脱油、免脱盐、免干燥的餐厨垃圾蚯蚓堆肥处理方法 | |
Coulibaly et al. | Growth, reproduction, and life cycle of Eudrilus eugeniae in cocoa and cashew residues | |
WO2019127126A1 (zh) | 一种基于石墨的有机肥料浆料的制备方法 | |
Zhang et al. | Degradations of tannin and saponin during co-composting of shell and seed cake of Camellia oleifera Abel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |