禽畜粪便好氧发酵过程中抗生素降解规律研究
抗生素是一类具有抑菌或杀菌功能的药物，在禽畜养殖过程中常被用来预防动物疾病、提高饲料转化率。然而，可被生物体直接吸收的抗生素只有很少一部分，其余30～90％的抗生素会以原药和代谢产物的形式被动物排出体外，随畜禽粪污被直接施用于农田。粪便中残留的抗生素破坏了土壤微生物环境，且被植物携带进入人体内，成为威胁人类健康的一大隐患。针对磺胺类(SAs)、喹诺酮类(FQs)以及四环素类(TCs)抗生素在畜禽粪便中的残留问题，本文采用高温酶解快速腐熟和传统堆肥翻抛两种不同的好氧发酵工艺，研究畜禽粪便好氧发酵过程中抗生素的去除规律和影响因子。 本文主要结论如下: (1)针对畜禽粪便，建立了一套可联合检测样品中三大类共20种抗生素的液相色谱-串联质谱方法(LC-MS/MS)，并从样品中抗生素提取以及上机检测两部分进行优化与完善。该方法的检出限和定量限分别为:0.03～19.23μg·L-1和0.15～54.82μg·L-1。 (2)采用高温酶解快速腐熟工艺进行牛粪好氧发酵过程中抗生素的去除效果研究。考察了反应时间、反应温度和初始抗生素浓度(IAC)对抗生素去除率(Antibiotic Removal Rate，ARR)的影响，应用响应面法进行实验设计，通过模型拟合得到该工艺下抗生素的最佳反应条件，及其对应的去除效果:物料在酶制剂的作用下，于自带外源加热、搅拌装置的反应器内，以76℃的高温条件发酵2.66h，可达最佳抗生素去除率(94.85％)。随后应用此参数进行验证实验，得到实际抗生素去除率为92.47％与预测值较为接近，验证了可靠性。 (3)采用传统堆肥发酵翻抛工艺，进行为期110d的好氧发酵实验。应用四种产出量最高的畜禽粪便即鸡粪、猪粪、牛粪和羊粪混合秸秆，与四种微生物菌剂(A、B、C、D)进行组配，并设置空白对照组(不添加菌剂发酵组)，考察堆肥实验过程中物料理化性质变化以及抗生素的去除效果。研究表明:当物料中初始抗生素浓度(Initial antibiotic concentration，IAC)较低(5 ppm)时，抗生素平均去除率为90.41％，单一抗生素去除率最高的为四环素，约为99.53％;当初始抗生素浓度较高(50 ppm)时，抗生素去除率降低至80.12％。四种微生物菌剂中，菌剂B对于延长堆体高温期天数、增强抗生素去除效果作用最为明显。菌剂A可快速提高堆体温度，缩短堆体进入高温期时间。
抗生素;畜禽粪便;好氧发酵;反应器;微生物菌剂
北京化工大学
硕士
环境工程
陈畅;李佳佳
2021
中文
X713;X703.3
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）