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技术

本发明专利技术涉及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，该方法通过对于畜禽粪便采用超高温发酵菌剂进行发酵预处理、发酵检测、发酵控制、产物检查和产物使用。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。避免重金属通过富集作用进入人体危害人体健康，从根源消除抗性基因、抗生素和重金属对人类的危害。将畜禽粪便的发酵产物用作良好的有机肥，达到畜禽粪便减量化、无害化、稳定化、资源化的目的。同时超高温好氧发酵技术有望成为处置畜禽堆肥的行业标准。处置畜禽堆肥的行业标准。处置畜禽堆肥的行业标准。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术涉及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，属于畜禽粪便处置


技术介绍

[0002]随着全球经济的迅速发展和人口数量的不断增加，整个人类社会需要大量的畜禽等的肉食来保证合适的营养结构，这就需要养殖大量的畜禽来满足整个人类社会的需求。在2015年时，国内的肉牛存栏量有9055.7万只，2020年时国内的肉牛存栏量有9138.2万只，同时国内每年肉牛存栏量上涨的幅度为0.97％，我国每年产生的畜禽粪便约为38万吨。
[0003]随着畜禽业、农业的不断发展，为了避免大规模瘟疫、疫病，大量的抗生素被使用在畜禽上，尤其是在一些规模化养殖地区，由于缺乏一些常规的医学知识和相关处置技术，部分从业人员误用，甚至滥用抗生素，导致出现了耐药菌问题。这就导致了抗性基因和抗生素的生态污染，并危害人类安全的问题。环境中的抗生素通过不同的介质、不同的食物链条不断累积，通过形成超级耐药细菌等最终威胁到位于食物链顶端的人类的身体健康。同时土壤中残留的抗生素被植物吸收后也会富集在种子、蔬菜或水果中；水体中残留的抗生素通过鱼、虾、蟹等水生动物不断富集，人类使用后将会产生损害。由于畜禽粪便中残留大量的抗生素、抗性基因，如果不妥善处置会造成严重的生物安全问题。
[0004]由于工业和重金属行业等的不断发展，大量的重金属通过富集作用，聚集在农作物中之中，畜禽食用之后，其粪便和其代谢物中存在着大量不稳定的重金属，如果不妥善处置将会带来重金属富集的风险，从而危害人体健康。
[0005]现有的畜禽粪便处理技术主要为厌氧消化、土地填埋、焚烧处置、好氧堆肥等。其中，厌氧消化需要大量的场地和时间处理畜禽粪便，其处置效率低下，发酵周期长、发酵温度低、不能有效去除畜禽粪便中的抗生素、抗性基因和稳定其中的重金属。传统的好氧发酵的存在发酵温度过低、去除抗生素、抗性基因和稳定重金属效果不明显、发酵周期长等问题。土地填埋的缺陷为处置畜粪便的时间过长，且需要大量的土地进行填埋，且存在二次污染的情况。焚烧处置存在投资较大、其产物会产生危害性更大的烟气和残渣等二次污染源。受限于成本等诸多因素，大部分畜禽粪便的处置采用传统的好氧堆肥方法，传统堆肥技术不能高效处置畜禽粪便中的抗性基因、抗生素以及钝化其中的重金属。
[0006]现有的畜禽粪便处置标准存在着很大的不足，主要表现为发酵温度低，处置时间长，维持高温的时间短，同时现有的畜禽粪便产物一般直接还田做有机肥料使用，由于畜禽粪便中存在着大量的抗生素和抗性基因以及不稳定的重金属，一方面农作物有被污染的可能性，存在重金属富集的风险。同时抗性基因和抗生素等被扩散出去，这将严重危害人类甚至地球生态圈。
[0007]传统的堆肥技术在处置畜禽粪便时不能彻底去除其中的抗生素和稳定化重金属，导致产物存在重金属富集等问题，这主要源于传统的技术规范远远落后于实际需求。而大
多数好氧发酵在堆肥过程中存在热量损失严重，发酵温度较低，反应不充分，处置的时间过长，成本受限，以及发酵过程存在臭气等物质的排放问题，同时其发酵周期长，产物中的抗性基因、抗生素以及重金属的含量面临富集伤害，发酵产物的肥力偏低。现有的好氧发酵方法大多数堆肥方法由于发酵的温度较低，处置周期上，不能够有效满足处置速度，同时，发酵过程中，存在扩散抗性基因的风险，同时其处理成本较高，污泥腐熟效果不好，得到的产物有机质的含量较低，发酵产物中存在一定含量的重金属和抗性基因、抗生素等特征。

技术实现思路

[0008](一)要解决的技术问题
[0009]为了解决现有技术的上述问题，本专利技术提供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。
[0010](二)技术方案
[0011]为了达到上述目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：
[0012]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，其包括如下步骤：
[0013]S1、在畜禽粪便中加入超高温发酵菌剂和发酵辅料，混匀形成发酵物料，堆体进行发酵；
[0014]S2、调节发酵物料的pH、含水率、C/N；
[0015]S3、实时监测发酵的温度、曝气量，控制通风量进行发酵；
[0016]S4、使用信息传输系统将发酵参数等信息通过计算机上传到网络实现远程检测，同时根据发酵信息对发酵状态进行调整，堆翻；
[0017]S5、等待发酵参数如pH、含水率、温度在24h内不再发生变化，时或发酵时间为12天时，得到最终产物。
[0018]在一个优选的实施方案中，在步骤S1中，畜禽粪便与超高温发酵菌剂按质量比为6～8：1，所述发酵物料的总含水率为50％～60％。
[0019]在一个优选的实施方案中，在步骤S1中，超高温发酵菌剂包括厚壁菌门的短芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌和糖单孢子菌，所述厚壁菌门的短芽孢杆菌占据50％菌量，假单胞菌占20％，枯草芽孢杆菌占20％和糖单孢子菌占10％，超高温发酵菌剂的菌含量为2
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cfu/g。
[0020]在一个优选的实施方案中，在步骤S1中，发酵辅料为玉米芯、秸秆粉、稻糠、稻壳、沸石、火山岩、锯末、菌菇渣中的任一种或者多种的组合，发酵辅料的添加量为总发酵物料的总质量的5％～15％，使得发酵总物料的含水率为50％～60％。
[0021]在一个优选的实施方案中，在步骤S2中，调节发酵物料的pH为6.5～7.5、含水率为50％～60％，C/N为20～30；调节发酵物料的pH值的物料包括但不限于酸性物质、碱性物质、中性物质以及以上多种物质的组合，其中酸性物质为弱酸包括有磷酸、甲酸或乙酸草酸，以及部分强酸如硫酸或盐酸；碱性物质为氧化钙、氧化镁、氧化铝、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙或氨水；中性物质为无机盐氯化钠、氯化钾、绿化镁或缓冲盐包括按物质的量比为1比1的碳酸盐/碳酸氢盐或磷酸盐/磷酸氢盐的缓冲对，含水率的调节通过添加辅料或含有菌剂的发酵的产物混料或畜禽粪便或，这样会加快发酵的速率，导致发酵周期小于12天，调节C/
N的条件通过添加辅助有机物蔗糖、尿素进行。
[0022]在一个优选的实施方案中，在步骤S3中，控制通风量采用鼓风机，其流量为20～110L/min，风机的风量强度范围为0～3m3/h，在反应器底部铺设曝气管路，并开有数个直径为大小为10～40mm的曝气孔，对曝气的强度控制在0.1～0.7m3/h。
[0023]在一个优选的实施方案中，在步骤S3中，所述发酵的温度为60℃～120℃。
[0024]在一个优选的实施方案中，在步骤S4中，堆翻3～4次，如果发酵物料的温度上升快，且在60℃以上，氧气含量低，二氧化碳含量高，甲烷含量与氨气的低，失水率快，如果有一个参数不符则翻堆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，其包括如下步骤：S1、在畜禽粪便中加入超高温发酵菌剂和发酵辅料，混匀形成发酵物料，堆体进行发酵；S2、调节发酵物料的pH、含水率、C/N；S3、实时监测发酵的温度、曝气量，控制通风量进行发酵；S4、使用信息传输系统将发酵参数等信息通过计算机上传到网络实现远程检测，同时根据发酵信息对发酵状态进行调整，堆翻；S5、等待发酵参数如pH、含水率、温度在24h内不再发生变化时或发酵时间为12天时，得到最终产物。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，畜禽粪便与超高温发酵菌剂按质量比为6～8：1，所述发酵物料的含水率为50～60％。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，超高温发酵菌剂包括厚壁菌门的短芽孢杆菌、假单胞菌、枯草芽孢杆菌和糖单孢子菌，所述厚壁菌门的短芽孢杆菌占据50％菌量，假单胞菌占20％，枯草芽孢杆菌占20％和糖单孢子菌占10％，超高温发酵菌剂的菌含量为2
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cfu/g。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S1中，发酵辅料为玉米芯、秸秆粉、稻糠、稻壳、沸石、火山岩、锯末、菌菇渣中的任一种或者多种材料的组合，发酵辅料的添加量为总发酵物料的总质量的5％～15％，使得发酵总物料的含水率为50％～60％。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S2中，调节发酵物料的pH为6.5～7.5、含水率为50％～60％，C/N为20～30；调节发酵物料的pH值的物...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆辉，朱彤，马峰，全浩宇，王有昭，刘世安，李菲，张阔，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：