（環(huán)境工程專業(yè)論文）高土霉素殘留豬糞的高效好氧堆肥技術(shù)研究.pdf

浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 不利于堆肥過程中水分的散失，并且會造成堆肥結(jié)束后堆體的高含水 率；土霉素殘留對堆肥過程中微生物利用有機碳、有機氮及硝化細菌 的硝化作用存在一定的抑制作用，不同土霉素殘留量的影響不同，其 中1 5 0m g k g z k 霉素處理抑制作用最顯著。高溫是土霉素降解的關(guān)鍵， 土霉素的降解主要發(fā)生在堆肥前期的升溫及高溫階段，其殘留量隨時 間的變化規(guī)律符合一級動力學(xué)方程，不同的土霉素初始殘留量對應(yīng)不 同的降解速率常數(shù)，1 0m g k g 、5 0m g k g 、1 0 0m g k g 、1 5 0m g k g 土 霉素殘留處理的土霉素降解半衰期分別為8 9 7d 、5 1 2d 、3 0 9d 、6 1 8 d 。1 0m g k g 、5 0m g l ( g 、1 0 0m g k g 、1 5 0m g k g 土霉素殘留處理在 3 0d 堆肥后土霉素的降解率分別為2 7 2 2 、8 1 0 6 、8 8 3 、8 2 6 4 。 ( 3 ) 從前期土霉素強化刺激后的好氧堆肥堆體物質(zhì)中分離出一株 能以土霉素為唯一碳源生長的菌株t j 1 ，綜合其生理生化特性、形態(tài) 特征及1 6 sr d n a 序列分析，鑒定該菌株為葡萄球菌，命名為t j 1 菌株( s t a p h y l o c o c c u ss p t j 一1 ) 。該菌株在接種量3 ，培養(yǎng)溫度3 0 ， 搖床1 3 0r m i n 連續(xù)培養(yǎng)5 5d 后，培養(yǎng)基中土霉素的降解率為8 0 7 ， 顯著高于己經(jīng)報道的菌株o x y 2 ：對菌株的降解特性進一步研究后發(fā) 現(xiàn)該菌株降解土霉素的最優(yōu)條件為：p h 值7 0 ，溫度3 0 ，接種量 5 ；該菌株的最高耐受濃度為3 0 0m 酊。 ( 4 ) 對實際豬糞好氧堆肥過程中切實可行的參數(shù)指標( 堆肥初始含 水率、c n 、土霉素高效降解菌劑接種量、翻堆頻率) 的優(yōu)化結(jié)果表明， 隨著含水率、c n 、菌劑接種量的增大，土霉素降解率呈上升的趨勢， 且初始含水率、c n 對土霉素的降解率具有極顯著的影d l 甸( p o 0 1 ) ， i i 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 菌劑接種量對土霉素的降解率具有顯著的影響p o 0 5 ) 。隨著翻堆頻 率的增大，土霉素降解呈不斷下降的趨勢，翻堆頻率對土霉素的降解 率具有顯著的影響幟o 0 5 ) 。豬糞好氧堆肥過程中土霉素降解的最優(yōu) 環(huán)境因子條件為堆肥初始含水率7 0 、初始c n3 0 、菌劑t j 1 接種 量1 、堆肥翻堆頻率1 5d 次。 ( 5 ) 土霉素高效降解堆肥工藝能顯著提高土霉素的降解率 ( 薩o 0 5 ) ，2 1d 堆肥結(jié)束后的降解率為8 2 o ，而普通堆肥工藝的降 解率僅為6 2 7 。土霉素殘留量隨時間的變化規(guī)律符合一級動力學(xué)方 程，普通堆肥工藝及土霉素高效降解工藝中1 5 0m g k g 土霉素的降解 半衰期分別為2 7 5d 、o 7 8d 。土霉素殘留不利于微生物對有機氮的 分解及硝化細菌的硝化作用，但土霉素高效降解工藝與普通堆肥工藝 相比能顯著提高堆肥高溫期微生物對有機氮的利用。對堆體微生物的 群落多樣性分析表明，土霉素高效降解工藝對比普通堆肥工藝的堆體 微生物活性高，有利于增加微生物群落的多樣性，兩者差異顯著 ( 薩0 0 5 ) 。 關(guān)鍵詞：土霉素；豬糞；土霉素降解菌；好氧堆肥 i i i 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 t h em g h i j ye f f e c t i v et e c h n o l o g yo fa e r o b i c c o n 伊0 s to fp i gm a n u r ew i t hh i g h o x y t e t r a c y c l i n e a bs t r a c t i nt h i sp a p e r , t h eo x y t e t r a c y l i n er e s i d u e si nt h ef e e d sa n dm a n u r e so f p i gi ns c a l ef a r m si nz h e ji a n gp r o v i n c ew e r ei n v e s t i g a t e dt of i n dt h e c o r r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ec o n t e n to fo x y t e t r a c y l i n eo fp i gf e e d sa n d m a n u r e s t h ee f f e c to fo x y t e t r a c y l i n eo np i gm a n u r ec o m p o s t i n gw a s f o u n d ，a n dt h e nt h eh i 曲l ye f f e c t i v et e c h n o l o g yo fa e r o b i cc o m p o s to f p i gm a n u r ew i t hh i 曲o x y t e t r a c y c l i n ew a sd i s c u s s e di nt h i sp a p e r m a i n c o n c l u t i o n sw e r ed r a wa sf o l l o w i n g ： ( 1 ) t h eo x y t e t r a c y c l i n er e s i d u e so ft h ef e e d sa n dm a n u r e so fp i gi n s c a l ef a r m so f11 c i t y si nz h e ji a n gp r o v i n c ew e r ea n a l y z e d ，a n dt h e r e s u l t ss h o w e dt h ed e t e c t i o nr a t e so fo x y t e t r a c y c l i n ei np i gf e e d sa n d m a n u r e ss a m p l e df r o ms c a l ef a r m si nz h e ji a n gp r o v i n c ew e r ea l l 10 0 t h ea v e r a g ec o n t e n to ff e e d sw a s8 7 6m g l ( g ，w h i l et h ec o n t e n t o fp i gm a n u r e sw a s2 9 8m g k ga v e r a g e d ，t h es c a l eo fo x y t e t r a c y c l i n e c o n t e n to fz h e j i a n gp r o v i n c ew a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a to f g e r m a n y , t u r k e y a n do t h e re u r o p e a nc o u n t r i e s t h ec o n t e n to f i v 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 o x y t e t r a c y c l i n ei nf e e d so fp i g l e tw a ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e c o r r e l a t e d w i t ht h er e s i d u e si ni t sm a n u r e ，t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tw a so 6 0 4 ，b u t t h es i m i l a rc o r r e l a t i o n s h i pw a sn o tf o u n d e di ns o wa n df a t t e n i n gp i g a c c o r d i n g t ot h ec o r r e l a t i o n s h i po fp i g l e t ，t h ea d d i t i o no fo x y t e t r a c y c l i n e i nt h ef e e d so f p i g l e tm u s t b el e s st h a n38 0 4m g k gw a ss u g g e s t e d ( 2 ) t h ec o m p o s t i n gr e s u l t so ff i v ed i f f e r e n t i n i t i a lo x y t e t r a c y c l i n e r e s i d u e st r e a t m e n t sw h i c hw a s0 ( c k ) ，10m 眺g ，5 0m 創(chuàng)嗎，10 0m 蠔， 15 0m g k gs h o w e dt h a to x y t e t r a c y c l i n er e s i d u e sr e s t r i c t e dt h ea c t i v i t yo f m i c r o o r g a n i s m sd u r i n gt h ec o m p o s t i n gp r o c e s s ，o x y t e t r a c y c l i n er e s i d u e s a c c e l e r a t e dt h ed e c l i n eo ft e m p e r a t u r ea n dg o n ea g a i n s tt h er i s eo f t e m p e r a t u r e ，5 0m e k g ，1 0 0m e g k g ，150m k go x y t e t r a c y c l i n et r e a t m e n t j u s th a d4d a y st e m p e r a t u r er i s e nd u r a t i o n 10 0m g k ga n d15 0m e g k g o x y t e t r a c y c l i n et r e a t m e n th a dn e g a t i v ei n f l u e n c eo nt h el o s so fw a t e r d u r i n gc o m p o s t i n ga n dw o u l dr e s u l t i nt h eh i g hw a t e rc o n t e n ta f t e r e o m p o s t i n g o x y t e t r a c y c l i n er e s t r i c t e dt h ea c t i v i t yo f m i c r o b i a li nm a n u r e ， i n c l u d i n g t h eu t i l i z a t i o no fo r g a n i cc a r b o na n dn i t r o g e na n dt h e n i t r i f i c a t i o no fn i t r i f y i n gb a c t e r i a d i f f e r e n to x y t e t r a c y c l i n er e s i d u e sh a d d i f f e r e n te f f e c t s ，t h e15 0m e g k go x y t e t r a c y c l i n et r e a t m e n th a dt h em o s t s i g n i f i c a n t l yi n h i b i t i o n t h eh i 曲t e m p e r a t u r ew a st h ek e yf a c t o ro ft h e d e g r a d a t i o n o f o x y t e t r a c y c l i n e ，t h ed e g r a d a t i o n o fo x y t e t r a c y c l i n e o c c u r r e dm a i n l yi nt h et e m p e r a t u r e - r i s ea n dh i 曲t e m p e r a t u r ep e r i o d t h e c h a n g e so f t h ec o n c e n t r a t i o no fo t ci np i gm a n u r ew i t ht i m eh a dat r e n d v 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 o fk i n e t i c e q u a t i o n ，a n d d i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o no fo x y t e t r a c y c l i n e r e s i d u e sh a dd i f f e r e n td y n a m i c se q u a t i o n ，t h eh a l f - l i f eo ft h e10m e a ：g ， 5 0m k g ，10 0m g k g ，15 0m g k go x y t e t r a c y c l i n et r e a t m e n tw e r e8 9 7d ， 5 1 2d ，3 0 9da n d6 1 8d t h e1 0m g k g ，5 0m g g k g ，1 0 0m 啦g ，1 5 0 m g k go x y t e t r a c y c l i n et r e a t m e n th a dt h ed e g r a d a t i o nr a t e o f2 7 2 2 ， 8 1 0 6 ，8 8 3 ，8 2 6 4 a f t e r3 0dc o m p o s t i n g ( 3 ) as t r a i nt j 一1 ，t h a tc o u l du t i l i z eo x y t e t r a c y c l i n ea st h es o l ec a r b o n s o t l r c e ，w a s i s o l a t e d f r o m p i g m a n u r e c o m p o s ta n d i d e n t i f i e da s s t a p h y l o c o c c u ss p t h eo x y t e t r a c y c l i n ed e g r a d i n g r a t ew a s8 0 7 w i t h i n 5 5dw i t ht h ei n o c u l u mc o n c e n t r a t i o n3 ，t e m p e r a t u r e3 0 ，p h7 0 a n dt h es h a k eb e d13 0r m i n ，a n dw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a to f o x y 2w h i c hw a sr e p o r t e de v e r t h ep r o m ec o n d i t i o nf o ro t c d e g r a d a t i o n o ft j 1w a st h ei n o c u l u mc o n c e n t r a t i o n5 ，p h7 0 ，t e m p e r a t u r e3 0 t h eh i 曲e s tc o n c e n t r a t i o no fo x y t e t r a c y c l i n et h a tt h es t r a i nc o u l dt o l e r a t e w a s3 0 0m 舭 ( 4 ) t h e r e s u l t so fo p t i m i s i n gt h ep r a t i c a lp a r a m e t e r si na e r o b i c c o m p o s t i n gs u c ha sm o i s t u r ec o n t e n t ，c n ，b a c t e r i u mi n o c u l a t i o na n d t u r n i n gf r e q u e n c ys h o w e dt h a tw i t ht h ei n c r e a s eo f m o i s t u r ec o n t e n t ，c n ， b a c t e r i u mi n o c u l a t i o ni n c r e a s e d ，t h eo x y t e t r a c y c l i n ed e g r a d i n gr a t ea l s o i n c r e a s e d ，t h eo x y t e t r a c y c l i n ed e g r a d i n g r a t ew a ss i g n i f i c a n t l ye f f e c t e db y t h em o i s t u r ec o n t e n ta n dc n ( p o 01 ) a n dw a se f f e c t e db yt h eb a c t e r i u m i n o c u l a t i o n ( p 0 0 5 ) w h i l e t h e t u r n i n gf r e q u e n c y i n c r e a s e d ，t h e v i o x y t e t r a c y c l i n ed e g r a d i n gr a t ed e c r e a s e da d v e r s e l y , t h et u m i n gf r e q u e n c y c o u l de f f e c tt h eo x y t e t r a c y c l i n ed e g r a d i n gr a t e ( p 牛糞。 2 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 畜禽糞便最理想的用途與去處就是作為肥料施用于農(nóng)田中，這本是一種生態(tài)友好 型的資源利用，然而畜禽糞便中殘留的大量抗生素，尤其是殘留量相對較大的土霉素 在施用于農(nóng)田后，會通過土壤吸附、雨水沖刷及植物吸收等途徑進入到水體、食物鏈、 甚至整個生態(tài)系統(tǒng)中，將會對環(huán)境安全造成巨大的危害。有學(xué)者比較了未施用畜禽糞 便的農(nóng)田及長期施用含抗生素殘留畜禽糞肥的農(nóng)田土壤中的三種四環(huán)素類抗生素的 殘留情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在施用含抗生素殘留糞肥的農(nóng)田表層土壤中，土霉素的檢出率高 達9 3 ，殘留量最高可達5 1 7 2m g k g ，是未施用糞肥農(nóng)田表層土壤的3 8 倍，表明畜 禽糞便是農(nóng)m - t - 壤中土霉素殘留的主要來源1 1 0 1 。h a m s e h e r 等f l l 】同樣在施用糞肥的土 壤表層檢出了土霉素殘留，其殘留量高達3 2 2m g k g 。土霉素隨著雨水的沖刷及地表 徑流等途徑將進入到水體中，在土壤滲漏水中亦能檢測出土霉素，其在排水溝中的濃 度高達3 6p g k g 1 2 1 ，可見土霉素在環(huán)境中具有很強的遷移能力，將會對環(huán)境造成長期 的影響，因此，只有從源頭上減少土霉素的殘留量，結(jié)合高效土霉素去除方法才能最 大程度的降低其對環(huán)境的危害。 1 2 土霉素在環(huán)境中的生態(tài)毒性 1 2 1 土霉素對微生物的生態(tài)毒性 微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分，土霉素在土壤中的殘留會毒害土壤中的 微生物，破壞其天然微生物群落的平衡狀態(tài)，進而造成土壤肥力的下降。土霉素對環(huán) 境微生物的影響順序由高到底依次為細菌、放線菌、真菌。 y a n g 等t 1 3 1 研究了土霉素對小麥根際土壤微生物結(jié)構(gòu)和活性的影響，研究選取了 0 、1 0 、3 0 、5 0 、7 0m g k g 五個土霉素濃度梯度，對小麥根際土壤進行3 0d 的培養(yǎng)與 檢測，結(jié)果表明在培養(yǎng)周期內(nèi)，小麥根際土壤中細菌、真菌、放線菌的數(shù)目都發(fā)生了 較大變化，在培養(yǎng)第5d 時，土霉素濃度為1 0m g k g 時，細菌數(shù)目下降了2 2 2 ：當 濃度達到3 0m g k g 時下降更多，達到了5 8 7 7 2 7 ；且土霉素的影響會持續(xù)到3 0d 培養(yǎng)結(jié)束。土霉素殘留也會導(dǎo)致土壤中酶活性的降低，研究發(fā)現(xiàn)不同土霉素濃度條件 下，堿性磷酸脂酶對土霉素脅迫最為敏感，其最高的抑制作用也是發(fā)生在培養(yǎng)的第5 d ，在1 0m g k g 時堿性磷酸脂酶活性降低了4 1 - 3 ，3 0m g k g 濃度時酶活性則降低了 6 4 3 8 0 8 ，且這種抑制作用一直持續(xù)到第2 0d 。t h i e l e - b r u l m 等【1 4 】研究了土霉素 對土壤表層微生物的生態(tài)毒性，研究發(fā)現(xiàn)土霉素與微生物的接觸時間將直接影響其生 態(tài)毒性的高低，因此進行該類研究時必須周期較長才能得到較準確的結(jié)果。土壤的肥 3 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 力大小也會影響土霉素對土壤微生物的毒性大小，b o l e a s 等【1 5 】研究了土霉素對土壤微 生物的影響，研究發(fā)現(xiàn)1 0 0m g k g 及1 0 0 0m g k g 的土霉素殘留量對土壤微生物呼吸率 的抑制率分別為1 6 0 2 5 及2 8 3 8 ，且土霉素對土壤中磷酸酯酶和脫氫酶的活性 均存在顯著影響，但土壤加入糞肥改善肥力后這些不利影響會慢慢得到恢復(fù)。 土霉素對水體中的微藻類也具有一定的生態(tài)毒性，且其生態(tài)毒性大小的趨勢為： 多細胞生物 單細胞生物。趙素芬等【1 6 1 研究發(fā)現(xiàn)，土霉素能抑制鞭金藻細胞體內(nèi)葉綠 素的合成作用，并且土霉素濃度越高其抑制作用越強，且可導(dǎo)致藻細胞光合作用強度 減弱，降低其新陳代謝強度，甚至使藻細胞的繁殖能力減寫馬。 。 1 2 2 土霉素對植物的生態(tài)毒性 目前多在實驗室模擬條件下進行土霉素對植物的生態(tài)毒性研究，研究表明，與土 霉素對微藻類毒性的研究結(jié)果類似，土霉素對植物的生態(tài)毒性主要體現(xiàn)在其對植物葉 綠體合成酶活性的抑制作用，進而大大抑制了植物的生長發(fā)育。土霉素對植物根系的 毒性最大，抑制作用最顯著。l u e i a n a 等f 1 7 】研究發(fā)現(xiàn)抗生素主要是在植物的根部累積， 當四環(huán)素類抗生素濃度不斷升高時，紫花苜蓿的葉子會不斷變黃。崔馨等【1 8 l 通過水培 實驗研究了土霉素在植物體內(nèi)的吸收情況及其對植物的毒性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)液中土 霉素的濃度越高，生菜對土霉素的吸收量越大，當土霉素濃度為lm g 1 時，在根部會 出現(xiàn)抑制作用，當土霉素濃度高于5m g 1 時，生菜根和葉的生長均受到顯著抑制。 1 2 3 土霉素對動物的生態(tài)毒性 目前已有大量的報道表明了四環(huán)素類藥物對動物具有一定的生態(tài)毒性。 w l l e n b e r g e r 等在不同抗生素濃度下觀察其對水蚤的急性毒性試驗，研究發(fā)現(xiàn)土霉素 對水蚤的4 8he c 5 0 濃度超過1 0 0 0m g 1 。曲甍甍等【2 0 】對土霉素對斑馬魚的急性毒性及 其對鯽魚腎細胞的d n a 損傷進行了研究，結(jié)果表明，斑馬魚的9 6hl c s o 為1 3 4 1 7 6 m g l 土霉素濃度，土霉素對鯽魚的腎細胞將造成較大的d n a 損傷。l u n d e n 等1 2 l 】研究 發(fā)現(xiàn)土霉素能夠明顯抑制虹鱒魚體內(nèi)的抗體水平，使魚體內(nèi)的淋巴細胞數(shù)量下降，但 是對魚體的存活率不存在明顯的影響。土霉素對土壤中存在的一些較大型的動物，如 蚯蚓、跳蟲和線蟲等也具有一定的生態(tài)毒性，但是研究結(jié)果表明，土霉素對土壤動物 的生態(tài)毒性較低，當土霉素濃度達到3 0 0 0m g k g 時才會產(chǎn)生明顯的毒害作用，其e c s o 大于5 0 0 0m g k g ，e c i o 為1 3 4 - 5 0 0 0m g k g i z 引。 1 3 畜禽糞便的處理技術(shù)現(xiàn)狀與分析 4 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 3 1 飼料化處理技術(shù) 畜禽糞便含有較高的養(yǎng)分，但是同時也含有很多的致病微生物等有害物質(zhì)，必須 先通過無害化處理之后才能用作飼料。畜禽糞便主要的無害化處理方法主要有以下幾 種：干燥法、分解法、青貯法及化學(xué)法。 1 3 1 1 千燥法 干燥處理的原理就是利用高溫?zé)嵝?yīng)或者是微波機械使畜禽糞便達到快速脫水 干燥的目的，主要分自然干燥、高溫加速干燥及微波干燥技術(shù)等2 3 , 2 4 】。 ( 1 ) 自然干燥 就是把畜禽糞便平鋪到陽光下，利用光照進行自然的干燥處理，該方法所花的成 本較低，但是處理量有限，并且耗時較長，在曝硒的過程中會產(chǎn)生大量的惡臭氣體， 污染環(huán)境瞄】。 ( 2 ) 高溫加速干燥 該法是利用機械進行快速的糞便烘干，實現(xiàn)固液分離，該法優(yōu)點是能夠大批量的 處理畜禽糞便，并且過程快速，但是該法投資較大，需購買專業(yè)的機械設(shè)備等【2 6 1 。 ( 3 ) 微波干燥 微波干燥就是利用微波產(chǎn)生的高溫作用，快速降低畜禽糞便中的水分，達到干燥 的目的，但是該法成本較高，并且微波會破壞畜禽糞便中的養(yǎng)分，使產(chǎn)品的肥效大大 降低【2 刀。 1 3 1 2 分解法 分解法主要是利用一些分解功能強大，品種優(yōu)良的低等動物，如蠅、蝸牛、蚯蚓 等對畜禽糞便進行有效的分解，從而達到無害化與資源化的目的，該法比較生態(tài)環(huán)保， 也具有一定的經(jīng)濟價值。 1 3 1 3 青貯法 青貯法是用過調(diào)整青飼料與畜禽糞便的配比，將畜禽糞便與青飼料一起青貯，達 到畜禽糞便的飼料化目的，青貯法可殺滅畜禽糞便中的有害微生物，并且可以防止糞 便中的養(yǎng)分散失。 1 3 1 4 化學(xué)法 該法是通過往畜禽糞便中投加化學(xué)物質(zhì)使其余糞便中的有機物進行一定的化學(xué) 作用，將畜禽糞便中的有機成分氧化為無機成分。該法能夠有效的殺滅病原微生物， 5 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 保存養(yǎng)分，但是要選用合適的化學(xué)物質(zhì)，不然給畜禽糞便造成二次污染。目前應(yīng)用較 廣泛的化學(xué)物質(zhì)有醋酸、丙酸等。 1 3 2 肥料化處理技術(shù) 1 3 2 1 好氧堆肥技術(shù) 畜禽糞便好氧堆肥技術(shù)就是在人為的調(diào)控下，控制堆肥的各種因素，如堆肥的初 始c n 、初始含水率、初始p h 值等，將畜禽糞便與一定量的堆肥調(diào)理劑( 鋸末、秸稈 等) 進行合理的調(diào)配，在堆肥場地或者特定的堆肥裝置中進行好氧堆肥，供氧方式可采 用翻堆或者強制通風(fēng)供氧等。好氧堆肥還可以人為地接種堆肥的高效微生物菌劑，實 現(xiàn)堆肥的快速腐熟。堆肥的高溫階段能夠快速殺滅堆體中的有害微生物，實現(xiàn)堆肥的 無害化。 好氧堆肥技術(shù)是畜禽糞便無害化處理與資源化利用的一種有效方法，具有運行費 用低，二次污染小，一次性處理量大等優(yōu)點，已成為近年來研究領(lǐng)域的熱點。 1 3 2 2 厭氧發(fā)酵技術(shù) 厭氧發(fā)酵技術(shù)即利用厭氧微生物在厭氧條件下將畜禽糞便中的有機物轉(zhuǎn)化成為 甲烷和二氧化碳的過程。該法可以產(chǎn)生沼氣能源，發(fā)酵完成的沼渣還可以用作肥料或 者畜禽飼料，但是該法具有處理池占地面積大，n h 3 揮發(fā)損耗大等缺陷，并且一般只 能就地處理，適用范圍不廣泛。且建造厭氧發(fā)酵池需要的投資較高，產(chǎn)生沼氣的量受 天氣條件的影響較大，沼氣的輸送也是一個問題1 2 酊。 1 3 3 能源化處理技術(shù) 1 3 3 1 生產(chǎn)沼氣 如前面所說，畜禽糞便可以通過厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣能源，但是該法所受的限制較 多，適用范圍不廣。 1 3 3 2 直接燃燒 將畜禽糞便直接燃燒法僅在國外的養(yǎng)殖業(yè)中有一定的應(yīng)用，在我國直接燃燒多應(yīng) 用于生活垃圾焚燒，在畜禽糞便上的利用較少，焚燒法可以在高溫條件下使廢棄物與 氧氣發(fā)生高溫燃燒，達到廢棄物的無害化，燃燒產(chǎn)生的熱能可以用于發(fā)電。 1 3 3 3 生產(chǎn)燃料乙醇 畜禽糞便中含有較多的纖維素，而纖維素可以通過乙醇化轉(zhuǎn)變成乙醇燃料。目前 我國在這一方面的研究尚屬空白，在國外將畜禽糞便用于生產(chǎn)乙醇燃料已有初步的報 6 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 道嘲。 如果能夠利用數(shù)量巨大的畜禽糞便去生產(chǎn)乙醇燃料，就可以大大減少畜禽糞便對 環(huán)境的污染，還可以解決目前的能源短缺問題，利用畜禽糞便生產(chǎn)燃乙醇料具有良好 的發(fā)展前景。 1 3 4 各處理技術(shù)優(yōu)缺點對比 各種畜禽糞便處理技術(shù)的優(yōu)缺點見表1 - l 。 表1 - 1 各種畜禽糞便處理技術(shù)的優(yōu)缺點對比 t a b l e1 - 1t h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f l i v e s t o c ka n dp o u l t r yf e c e st r e a t m e n tt e c h n o l o g i e s 1 4 好氧堆肥技術(shù)研究進展 1 4 1 好氧堆肥過程的影響研究 好氧堆肥過程十分復(fù)雜，受到很多因素的影響，要想實現(xiàn)良好的堆肥效果，就必 須了解堆肥過程的影響因素，明確各因素在堆肥過程中所起的作用，好氧堆肥過程的 影響因素主要有以下幾個方面： ( 1 ) 溫度：溫度是好氧堆肥過程中影響微生物活動、確保堆肥過程順利進行的重要 影響因素，堆體溫度在5 5 條件下保持3d 以上( 或5 0 以上保持5 7d ) ，可確保高 溫能夠殺滅堆料中所含的致病微生物及蟲卵，保證堆肥的衛(wèi)生指標合格【3 0 1 。堆肥的環(huán) 境溫度將影響堆肥過程中堆體溫度的變化。岳波等【3 1 1 研究了氣溫變化對城市污泥靜態(tài) 垛好氧堆肥過程中溫度變化的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氣溫變化對堆體的下層溫度影響最大。 廖新佛等【3 2 1 研究了低溫條件對豬糞堆肥過程的影響，發(fā)現(xiàn)在堆體較小的情況下，環(huán)境 7 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 溫度過低將導(dǎo)致堆體溫度散失加劇，對堆體溫度的變化有一定的影響，堆體的最高溫 度僅能達到6 0 ，低于常規(guī)的7 0 。t i q u i a 等1 3 3 1 分別在冬夏兩個季節(jié)進行了豬糞 的好氧堆肥實驗，結(jié)果表明氣溫過低將延長堆肥的腐熟期，在冬季，堆肥達到腐熟需 要9 1d ，而夏季僅需要5 6d 。 ( 2 ) 含水率：微生物的生長和繁殖離不開水分，堆肥過程中含水率是否適宜將影響 堆肥的腐熟程度和堆肥品質(zhì)，故含水率是堆肥過程的重要影響因素之一。如含水率過 低，則不利于微生物的的生長繁殖，造成堆體的微生物分解速度過低；含水率過高， 則會導(dǎo)致堆體中充滿了水分，使氧氣運輸受阻，造成堆體供氧不足，不利于高溫堆肥 的進行。呂凱等【3 4 】研究表明堆肥的適宜含水率應(yīng)該為5 0 , - , 7 0 之間。不同的堆肥初 始含水率將導(dǎo)致堆體中的化學(xué)成分在堆肥過程中的變化趨勢不同。t i q u i a 等【3 5 】研究了 5 0 、6 0 、7 0 - - - 個不同的初始含水率對豬糞堆肥過程中溫度及化學(xué)成分變化的影 響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)三個堆體的溫度變化趨勢相似，含水率7 0 的堆體的最高溫度低于其他 兩個堆體，僅為5 8 ；三個堆體的c n 均不斷降低，但是7 0 的堆體下降速度較慢。 ( 3 ) 碳氮比( c n ) ：堆體的c n 一般是指堆體中的總有機碳和總氮的比值，碳和氮 均是微生物生長繁殖的必須要素，只有c n 在一個適宜的范圍，才能使微生物更好的 生長繁殖，從而加速堆體有機物質(zhì)的分解，實現(xiàn)堆肥的快速腐熟。堆體的c n 通常需 要添加一定量的調(diào)理劑( 鋸末、秸稈等) 調(diào)節(jié)到適宜的范圍以后方可堆肥。一般認為豬 糞堆肥的最佳c n 為2 5 3 0 。朱能武1 3 6 】研究了低c n 對豬糞、稻草混合好氧堆肥過程 的影響，結(jié)果表明2 0 的低c n 的堆體高溫期維持時間短，流失的n 素比2 5 的高c n 多8 左右。 ( 4 ) 通風(fēng)方式：不同的通風(fēng)方式會造成堆體不同的供氧量，進而影響微生物的活動， 影響堆肥進程。廖新悌等【3 2 】研究了人工翻堆和機械強制通風(fēng)兩種不同的通風(fēng)方式對豬 糞好氧堆肥過程的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在堆肥前期，人工翻堆組的氨氮增加量較大，而在 堆肥后期，機械通風(fēng)組的硝氮增加量較大。常勤學(xué)等【3 7 】研究了時間控制、時間及溫度 聯(lián)合控制兩種通風(fēng)方式對動物糞便好氧堆肥過程的影響，發(fā)現(xiàn)時間控制通風(fēng)的堆肥方 式的高溫階段持續(xù)時間長，且堆體溫度分布更均勻。楊國義等【3 8 】研究了強制通風(fēng)、機 械翻堆、機械翻堆與強制通風(fēng)結(jié)合三種不同的通風(fēng)方式對豬糞好氧堆肥過程的影響， 發(fā)現(xiàn)兩種通風(fēng)方式相結(jié)合的效果最好，會促進堆溫的迅速升高，加快氨氮向硝氮的轉(zhuǎn) 化，并且加快堆體的腐熟。選定一定的通風(fēng)方式后，不同的通風(fēng)量也會對堆肥進程產(chǎn) 生不同的影響。倪酶娣等1 3 9 1 在強制通風(fēng)情況下，研究了0 2 5 、0 3 0 、0 3 5 、0 4 0m 3 m i n 8 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 4 個不同的通風(fēng)量對堆肥過程的影響，確定堆肥系統(tǒng)的最佳通風(fēng)量為0 3 5m 3 m i n 。 ( 5 ) 調(diào)理劑：在堆體中添加調(diào)理劑可以起到增加堆體的孔隙度，為微生物提供碳源 等作用。通常使用的調(diào)理劑有鋸末、稻草、秸稈、樹葉等。添加不同的調(diào)理劑將對堆 肥過程產(chǎn)生不同的影響。孫先鋒等【加】研究了干豬糞、鋸末及蘑菇渣三種不同的調(diào)理劑 對豬糞好氧堆肥過程的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)干豬糞的效果最好，并且干豬糞較易獲得，更 符合實際大規(guī)模處理的需要。楊國義等【4 l l 研究了稻草、樹葉、粉煤灰及木屑4 種不同 的調(diào)理劑對豬糞堆肥過程的影響，發(fā)現(xiàn)稻草由于容易腐爛及結(jié)塊，不適合單獨作為堆 肥調(diào)理劑，稻草和粉煤灰想結(jié)合、樹葉和木屑相結(jié)合這兩種方式能夠起到很好的效果， 有助于加快堆肥的腐熟進程。 ( 6 ) 微生物菌劑：已有大量研究表明，在堆體中人為的接種高效菌劑可以大大促進 堆肥過程的進行，加快堆體的腐熟【4 2 】。魏自民等 4 3 1 在城市垃圾堆肥過程中接種外源微 生物( 美商復(fù)合菌m s 及中加發(fā)酵菌z j ) ，發(fā)現(xiàn)兩種菌株具有協(xié)同作用，能夠提高堆肥 前期有機酸的含量，加快堆體的腐熟進程。梁東麗等】研究發(fā)現(xiàn)接種復(fù)合微生物菌劑 可以有效的提高堆肥過程中各種微生物酶的峰值與活性。秦莉等 4 2 1 研究了雞糞堆肥過 程中接種微生物菌劑的作用，發(fā)現(xiàn)接種菌劑能夠加速堆體中纖維素的降解。堆肥過程 中菌劑的接種方式不同也會影響菌劑的接種效果，有研究發(fā)現(xiàn)三階段溫度控制堆肥接 種法與普通接種法相比較能夠減少堆體中氮素的損失腳】，并且加快堆肥的腐殖化進 程，提高堆肥效率m 】。 1 4 2 好氧堆肥腐熟度指標的研究 堆肥的腐熟程度決定了堆肥的質(zhì)量，也決定了堆肥作為肥料的品質(zhì)。目前，已經(jīng) 提出了一些衡量堆肥腐熟度的相關(guān)指標。通常用到的指標有堆體外觀、堆肥溫度、c n 、 p h 值、水溶性氨氮及硝氮、種子發(fā)芽率等，但是現(xiàn)在大都只是用這些指標作為一個 參考標準，并沒有統(tǒng)一的腐熟度表征指標。羅泉達等【4 7 】通過研究將豬糞堆肥的腐熟度 指標定為種子發(fā)芽率大于4 5 ，水溶性氨氮與硝氮的比值小于0 6 。湯江武等【4 8 】認為 可將水溶性氨氮定為豬糞堆肥腐熟度評價的化學(xué)指標，堆體腐熟后氨氮含量應(yīng)該在 1 2 一1 5 m g 之間，可將種子發(fā)芽率定為豬糞堆肥腐熟度評價的生物指標，腐熟堆肥的 早熟5 號大白菜種子發(fā)芽率應(yīng)該在7 7 7 。 1 4 3 好氧堆肥工藝的研究 好氧堆肥系統(tǒng)可以分為條垛式堆肥系統(tǒng)、強制通風(fēng)堆肥系統(tǒng)及發(fā)酵倉式堆肥系統(tǒng) 9 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 三種。 條垛式堆肥即將物料堆置成條垛的形狀，并通過定期翻堆供氧的形式還通氣，保 證堆肥的進行。翻堆可采用機械翻堆或者人工翻堆，該方式投資較小，所需要的設(shè)備 較簡單，但是所需的堆肥時間較長，占地面積較大，由于常常是在露天環(huán)境下堆置， 較易受天氣情況的影響。堆肥過程中散發(fā)的臭氣也較大【4 9 】。 為了改善條垛式堆肥的不足，研究者對這一工藝進行了改良，并逐步演變成強制 通風(fēng)堆肥系統(tǒng)。強制通風(fēng)堆肥系統(tǒng)是采用風(fēng)機鼓風(fēng)或者在底下鋪設(shè)通風(fēng)管進行通氣供 氧的系統(tǒng)。強制通風(fēng)堆肥系統(tǒng)不需要翻堆進行供氧，可以保證氧氣的充足供應(yīng)，并且 還可以較好的帶走堆體多余的水分，干化堆體。該法能夠?qū)崿F(xiàn)對堆肥過程的較好控制， 投資成本不高，堆肥周期可以大大縮短，一般為2 3 周，但也較易受天氣等外部環(huán)境 影響【5 0 1 。 發(fā)酵倉堆肥系統(tǒng)【5 l 】是在一個半封閉或者封閉的容器中，將堆肥物料放入，人工調(diào) 節(jié)水分及通氣量，保證堆肥的順利進行。發(fā)酵倉式堆肥系統(tǒng)占地面積較小，能夠保證 人工有效的調(diào)控堆肥過程的各個參數(shù)指標，確保堆肥產(chǎn)品的高質(zhì)量。該系統(tǒng)不易受氣 候和天氣變化的影響，能取得較好的堆肥效果，但是投資成本較高。 1 5 論文研究內(nèi)容及意義 1 5 1 研究目的及意義 高溫好氧堆肥是處理畜禽糞便，使之達到無害和腐熟的重要方法之一，也是降解 土霉素，降低土霉素殘留危害的重要途徑，然而現(xiàn)有的關(guān)于好氧堆肥技術(shù)的研究很少 從土霉素降解的角度去考慮，尋求高效的降解土霉素的堆肥技術(shù)。畜禽糞便中的抗生 素殘留污染問題已經(jīng)引起人類的重視，國內(nèi)外也進行了一系列的相關(guān)研究，目前已有 學(xué)者研究了牛糞中抗生素降解的堆肥技術(shù)【5 2 1 ，雞糞中土霉素的降解規(guī)律5 3 1 、畜禽糞便 中土霉素的檢測方法f 5 q 等方面，對牛糞堆肥過程中土霉素的影響也進行了一定的研究 【5 2 】，然而對于我國產(chǎn)量巨大的豬糞卻缺乏相關(guān)的研究，尤其是土霉素對豬糞好氧堆肥 過程的影響及其在豬糞中的高效降解方法等方面，無法高效降解土霉素，因此，還需 要從以下幾個方面進行深入探討： ( 1 ) 畜禽糞便中土霉素殘留的源頭就是畜禽養(yǎng)殖飼料中抗生素作為飼料添加劑的 添加，單一的去調(diào)查研究畜禽糞便中土霉素的殘留狀況是不夠的，還必須從源頭出發(fā) 考慮，了解畜禽飼料中土霉素的添加水平，進一步探討土霉素飼料添加量與糞便中殘 1 0 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 留量的相關(guān)性，為我國今后制定抗生素的飼料添加標準提供理論依據(jù)。 ( 2 ) - e 霉素對微生物具有毒害作用，畜禽糞便好氧堆肥作為一個以微生物作用為主 體的微生物學(xué)過程，有必要進一步探討土霉素對好氧堆肥過程的消極影響及土霉素在 好氧堆肥過程中的降解規(guī)律。 ( 3 ) 為減輕我國畜禽糞便中的抗生素殘留，尤其是我國殘留量巨大的豬糞中的土霉 素殘留污染，有必要研究豬糞中土霉素殘留的高效好氧堆肥技術(shù)，以最大化的降低豬 糞中的土霉素殘留，為我國畜禽糞便無害化、資源化、產(chǎn)業(yè)化的安全利用，確保農(nóng)產(chǎn) 品的安全提供理論依據(jù)。 1 5 2 研究內(nèi)容 針對上述情況，本研究在浙江省選取了杭州、衢州、湖州、嘉興、舟山、寧波、 臺州、溫州、麗水、紹興、金華1 1 個市的規(guī)?；B(yǎng)殖場進行小豬、母豬、肉豬的飼 料樣品及糞便樣品的采樣，并分析了樣品中土霉素的含量，并對兩者進行相關(guān)性分析。 為明確土霉素對豬糞好氧堆肥過程的影響，進行了不同土霉素初始殘留濃度下的豬糞 好氧堆肥試驗，探討土霉素對豬糞好氧堆肥過程中理化性質(zhì)變化的影響及對其自身降 解的影響。實驗完成后從堆肥產(chǎn)物中進行土霉素高效降解菌株的分解、鑒定及降解特 性研究，為研究土霉素降解的高效好氧堆肥方法提供實踐支持。在此基礎(chǔ)上，對實際 豬糞好氧堆肥過程中切實可行的參數(shù)指標堆肥初始含水率、c n 、菌劑接種量、翻堆 頻率進行進一步的優(yōu)化，利用j m p 軟件進行模型擬合，明確豬糞好氧堆肥過程中土霉 素降解的最優(yōu)環(huán)境因子。之后，進一步進行高效好氧堆肥工藝與傳統(tǒng)堆肥工藝的對比 堆肥試驗，明確高效好氧堆肥工藝的優(yōu)勢。 本研究技術(shù)路線圖如圖1 1 所示。 浙江工商大學(xué)碩士學(xué)位論文 研究內(nèi)容1 。 l 敬省典型獺婚1 上 l l 惋料中的土霉素叫 炎僵吐霉素殘留置： j ， 1 分析飼料霉贊幻t 與糞便中土羽玨蹶留蠡之i 田的相關(guān)憾 i 研究內(nèi)謇2 和3 1 山 一一 l 豬炎好毓生麟腮 一 0上 l 霉素對豬嶷好氧堆配過穗的膨晡l 霉素降解機剜研宄l 上 ，上 、 攉肥的到犍嘣l 強門姆盱穢能徽i 皂鐒lll 初始濃度對霉蠢降解的影響 l 上。上 i l l 探明露素對豬糞好瓴堆肥過程的影嚷li 明確韌始濃度對土褥素自身降解的影響 l l 搿螂c h 繾t ai、0 分離、烈“匕霉寨辮懈謹i 株 il 、k、k、 嬲攀特嘲髟 析l 悔統(tǒng)發(fā)育地位分祈l 陶疆擎特性口移朝力焉g 研宄 ll 、 l 髓得高