一种利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法技术

一种利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法，涉及一种堆肥方法。是要解决现有堆肥方法中抗生素得不到有效地降解，氮素损失严重的问题。方法：一、将畜禽粪便与秸秆粉碎处理，将二者混合均匀后进行堆肥，使C/N范围在25‑35，向堆体中接入氨氧化细菌菌液；二、在堆肥升温期和高温期对堆体进行持续通风，并收集堆肥排放的NH3；三、在堆肥高温期结束后，将收集到的NH3重新通入堆体中，同时按堆体干重的1％向堆体中接入反硝化细菌菌液，并对堆体进行间歇通风。该方法抗生素去除效率高，操作相对简单，易于实现。无需改变堆肥基本参数或添加化学试剂即可减少畜禽粪便堆肥过程的氮损失。本发明专利技术用于堆肥领域。

【技术实现步骤摘要】
一种利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法
本专利技术涉及一种堆肥方法。
技术介绍
随着畜禽养殖业的快速发展，抗生素作为预防疾病、促进畜禽生长的药物被广泛应用于畜禽养殖中。据报道，我国年生产抗生素中接近六成应用于畜牧及饲料行业。然而，有30-90％的兽用抗生素不能被畜禽吸收利用，而是随粪便排出体外。目前畜禽粪便处理的最佳方式是将其施入农田作为有机肥料，但是，这也导致大量致病菌及兽用抗生素被排放到环境中。研究表明，抗生素的存在会使环境中的部分细菌对其产生抗性，甚至突变产生抗性基因，而抗性基因不仅会在同类细菌中传播，还可以通过水平基因转移等途径转移至人类的致病菌中，从而对人类健康构成严重威胁。总之，畜禽粪便已成为环境中抗生素污染的主要来源，畜禽粪便处理问题已经迫在眉睫。好氧堆肥是目前将畜禽粪便无害化处理的最有效的手段，堆肥的高温能起到消灭畜禽粪便中大多数致病菌以及降解有害物质的作用。但是研究者们也发现，常规的堆肥并不能彻底降解畜禽粪便中残留的抗生素。因为堆肥降解抗生素主要发生在高温期，在高温期分布不均或在寒冷条件下高温无法维持的情况下抗生素往往得不到有效地降解。此外，畜禽粪便中含有大量含氮化合物，在常规的堆肥过程中尤其是高温期，这些含氮化合物会经氮素循环以气体的形式释放到环境中。这些有害气体主要以NH3、N2O和N2的形势释放到环境中，其中NH3含量所占比例超过50％。堆肥中产生的高浓度NH3不仅造成了严重的氮损失，还会污染环境、危及人类健康。因此，寻找能够有效促进畜禽粪便堆肥中抗生素的降解，同时又能减少堆肥氮损失的方法具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术是要解决现有堆肥方法中抗生素得不到有效地降解，氮素损失严重的问题，提供一种利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法。本专利技术利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法，包括以下步骤：一、将畜禽粪便与秸秆粉碎处理，将二者混合均匀后进行堆肥，使C/N范围在25-35，向堆体中接入氨氧化细菌菌液；氨氧化细菌菌液的质量为堆体干重的0.5％-1.5％；二、在堆肥升温期和高温期对堆体进行持续通风，并收集堆肥排放的NH3；三、在堆肥高温期结束后，将收集到的NH3以0.05mmol/min-0.06mmol/min的速率重新通入堆体中，同时按堆体干重的1％向堆体中接入反硝化细菌菌液，并对堆体进行间歇通风。步骤一所述氨氧化细菌已经在文章中公开，Zhang,Y.,Zhao,Y.,Chen,Y.,Lu,Q.,Li,M.,&Wang,X.,etal.(2016).Aregulatingmethodforreducingnitrogenlossbasedonenrichedammonia-oxidizingbacteriaduringcomposting.BioresourceTechnology,221,276.步骤三所述反硝化细菌已经在文章中公开，Junghare,M.,Spiteller,D.,&Schink,B.(2016).Enzymesinvolvedintheanaerobicdegradationofortho‐phthalatebythenitrate‐reducingbacteriumazoarcussp.strainpa01.EnvironmentalMicrobiology,18(9),3175-3188.进一步的，步骤一中氨氧化细菌菌液的浓度为1×108CFU/ml，其能将95％的NH4+转化成NO2-。进一步的，步骤一所述畜禽粪便为猪粪、鸡粪或牛粪。进一步的，步骤一中堆肥的含水率为60％。进一步的，步骤二中的通风量为0.05L/min。进一步的，步骤三中反硝化细菌菌液的浓度为1×108CFU/ml，反硝化细菌为兼性厌氧菌，在无氧和低氧情况下均可进行反硝化。接种反硝化细菌有利于消耗氨氧化过程产生的NO3-和NO2-，促进氨氧化反应进行，同时反硝化细菌能够分泌抗生素降解酶加速抗生素降解。进一步的，步骤三中的通风量为0.01L/min，所述间歇通风为每通风12小时，间歇12小时。以此促进氨氧化和反硝化的交替进行。氨氧化是好氧过程，而反硝化是厌氧过程，采用间歇通风的方式促进氨氧化和反硝化的交替进行是为了在不同氧气浓度下均使抗生素有效降解。本专利技术方法减少的抗生素类型为磺胺类抗生素。本专利技术的原理：本专利技术在堆肥开始前接种氨氧化细菌，在高温期结束后继续接种反硝化细菌，同时在高温期结束后向堆体中通入NH3促进氨氧化进行，经以上处理流程方可达到抗生素降解效率最大化。本专利技术方法根据畜禽粪便堆肥不同阶段NH3排放量的差异，即在无NH3排放阶段(降温期、腐熟期)向堆体中通入NH3，在NH3排放阶段(升温期、高温期)，堆体中挥发产生NH3即可满足氨氧化细菌需要，确保整个堆肥过程中均存在NH3，以促进氨氧化细菌发挥氨氧化作用。同时在堆肥后期控制通风量并接种反硝化细菌，进一步降解抗生素。此外，通入NH3的速率可根据堆体中氨氧化速率进行适当调节，不局限于0.05mmol/min-0.06mmol/min。本专利技术中主要利用实验室富集培养得到的氨氧化细菌，其分泌的氨单加氧酶(AMO)可以降解多种类型兽用抗生素，尤其是对磺胺类抗生素降解效果明显。此外，利用反硝化细菌体内含有多种编码抗生素降解酶的功能基因，辅助抗生素降解。接种氨氧化细菌联合反硝化细菌可使抗生素降解率与对照相比提升40％以上，同时氨氧化细菌能将NH4+转化为NO2-，从而减少NH3的排放，减少畜禽粪便堆肥过程的氮损失。本专利技术的有益效果：(1)抗生素去除效率高，无需改变堆肥基本参数即可实现畜禽粪便中抗生素高效降解，操作相对简单，易于实现。(2)无需改变堆肥基本参数或添加化学试剂即可减少畜禽粪便堆肥过程的氮损失。(3)此方法将堆肥过程中释放的NH3重新通入堆体中，实现NH3的循环利用。(4)添加氨氧化细菌联合反硝化细菌是一种经济实用、安全可行、可持续的方法，能够达到“一箭双雕”的效果。具体实施方式本专利技术技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。具体实施方式一：本实施方式利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法，包括以下步骤：一、将畜禽粪便与秸秆粉碎处理，将二者混合均匀后进行堆肥，使C/N范围在25-35，向堆体中接入氨氧化细菌菌液；氨氧化细菌菌液的质量为堆体干重的0.5％-1.5％；二、在堆肥升温期和高温期对堆体进行持续通风，并收集堆肥排放的NH3；三、在堆肥高温期结束后，将收集到的NH3以0.05mmol/min-0.06mmol/min的速率重新通入堆体中，同时按堆体干重的1％向堆体中接入反硝化细菌菌液，并对堆体进行间歇通风。步骤一所述氨氧化细菌已经在文章中公开，Zhang,Y.,Zhao,Y.,Chen,Y.,Lu,Q.,Li,M.,&Wang,X.,etal.(2016).Aregulatingmethodforreducingnitrogenlossbasedonenrichedammonia-oxidizingbacteriaduringcomposting.BioresourceTe本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、将畜禽粪便与秸秆粉碎处理，将二者混合均匀后进行堆肥，使C/N范围在25‑35，向堆体中接入氨氧化细菌菌液；氨氧化细菌菌液的质量为堆体干重的0.5％‑1.5％；二、在堆肥升温期和高温期对堆体进行持续通风，并收集堆肥排放的NH3；三、在堆肥高温期结束后，将收集到的NH3以0.05mmol/min‑0.06mmol/min的速率重新通入堆体中，同时按堆体干重的1％向堆体中接入反硝化细菌菌液，并对堆体进行间歇通风。

【技术特征摘要】
1.一种利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法，其特征在于该方法包括以下步骤：一、将畜禽粪便与秸秆粉碎处理，将二者混合均匀后进行堆肥，使C/N范围在25-35，向堆体中接入氨氧化细菌菌液；氨氧化细菌菌液的质量为堆体干重的0.5％-1.5％；二、在堆肥升温期和高温期对堆体进行持续通风，并收集堆肥排放的NH3；三、在堆肥高温期结束后，将收集到的NH3以0.05mmol/min-0.06mmol/min的速率重新通入堆体中，同时按堆体干重的1％向堆体中接入反硝化细菌菌液，并对堆体进行间歇通风。2.根据权利要求1所述的一种利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法，其特征在于步骤一中氨氧化细菌菌液的浓度为1×107～1×108CFU/ml。3.根据权利要求1或2所述的一种利用氨氧化联合反硝化细菌减少堆肥中抗生素及氮损失的堆肥方法，其特征在于步骤一...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏自民，朱龙吉，赵越，刘振勇，李艳杰，王洪敏，骆生，曹金香，
申请(专利权)人：东北农业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23