红霉素菌渣与猪粪好氧堆肥处理研究

发布时间：2020-07-10 09:27

【摘要】：抗生素制药菌渣是一类再利用价值较高,但具有一定环境风险的有机固体废弃物,处置不当容易造成资源浪费和抗生素耐药细菌的产生与传播。好氧堆肥可以无害化和资源化处理有机固废,同时降解残留抗生素。然而,在堆肥处理抗生素制药菌渣的过程中,涉及过程污染控制以及堆肥品质提升的关键技术环节仍需进行特别关注。本文以富锌红霉素菌渣为处理对象,与猪粪和麦秸混合进行强制通风好氧堆肥,考察堆肥过程中污染气体释放、Zn形态变化、碳氮转化、腐熟度评价、抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)与锌抗性基因(Zinc Resistance Genes,ZRGs)的削减以及微生物群落结构多样性的变化,全面探讨堆肥处理富锌红霉素菌渣的可行方案。本研究取得的主要研究成果如下:(1)堆肥温度、pH、EC、发芽指数(GI)、C/N和聚合度表明,不同配比的红霉素菌渣与猪粪经过50d的好氧堆肥处理均达到了腐熟的标准要求。增加红霉素菌渣的配比会导致堆肥温度降低且物料GI达到标准值(80%)的时间延长,对pH和EC无明显影响。红霉素菌渣对堆肥物料腐熟程度有一定的促进作用,可以提升堆肥产品胡敏酸含量,其中5%的配比对富里酸转化的促进作用最为明显,但配比超过5%的猪粪干基质量后堆肥结束时聚合度值降低。(2)随着富锌红霉素菌渣配比的增加,堆肥过程中CO_2、CH_4和N_2O的释放量降低,温室气体排放和碳素损失并不凸显。然而由于红霉素菌渣富含氮元素,致使NH_3的释放量增加,增幅为4.71~34.35%,具有氮素损失的风险,处理中应当注意引入保氮措施。红霉素菌渣可以补充堆肥产品的氮含量,并且其中硝态氮含量显著低于对照,配比超过5%后有机物质降解效率降低。(3)堆肥处理可以有效去除红霉素菌渣中残留红霉素,去除率可达99%以上。富锌红霉素菌渣中Zn的生物有效性较高,堆肥处理后显著提高了堆肥产品中锌含量,而考虑到堆肥产品锌总量,本研究中富锌红霉素菌渣的添加比例不宜超过猪粪干基质量的5%。qPCR分析显示堆肥处理对erm基因具有一定的削减作用,而富锌红霉素菌渣可能会阻碍堆肥对ermA、ermB、ermF和ermX的削减。堆肥结束后锌抗性基因CzcA,CzcB和CzcI的相对丰度增加,富锌红霉素菌渣会加重堆肥产品中CzcI传播的风险。堆肥细菌群落多样性在堆肥不同时期有明显变化,且细菌群落结构的变化与抗性基因的相对丰度有较强的相关性,其中厚壁菌门Firmicutes是重要的抗性基因寄宿菌门。本研究验证了堆肥处理富锌红霉素菌渣的可行性,堆肥产品达到腐熟要求,其配比以5%的猪粪干基质量内为宜。富锌红霉素菌渣增加了堆肥产品养分和锌含量,且具有氮素损失和抗性基因传播的风险。堆肥处理后得到的富锌堆肥可以为提高缺锌地区膳食作物锌吸收量提供解决思路。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X713;X787
【图文】：

分子结构图,红霉素,分子结构,大环内酯类抗生素

图 1-1 红霉素分子结构Fig. 1-1 Molecular structure of Erythromycin的生产与应用从红色链霉菌的培养液中分离制备而成，属于次级代度难以保证。目前红霉素生产过程中存在的问题主要株和分离纯化技术尚需改进等问题（廖建国 2017）。随研究的逐步深入，大环内酯类抗生素在医药市场的应的抗菌药物。目前全球范围内抗生素的年均使用量可近 4 万 t，其中大环内酯类抗生素的消耗量占据国内抗生素类药物（刘滨扬等 2010）。大环内酯类抗生素的导抗菌产品。留状态来看，大环内酯类抗生素在环境中的检出率也水中监测红霉素的残留情况（USA, 2009），台湾大汉红霉素（Lin et al. 2009）。

菌渣,产量估算,抗生素

图 1-2 中国抗生素制药菌渣产量估算值stimated value of antibiotic manufacturing waste production from 20资源化利用菌渣产量大、危害强、处理难度较高。其无害化和资源受关注的热点问题。针对这个问题，目前国内外诸多了很多优良的处理技术手段。添加剂制药菌渣中尚存大量未利用的营养物质，再利用价值被用于养殖饲料中。此类处理方法技术门槛低，操作简残留抗生素无法得到有效的处理，且抗生素制药菌渣Ding et al. 2014; Zhang et al. 2018），存在潜在环境风险深入，抗生素菌渣用作饲料可能导致 ARGs 的传播，目前此类处理方法已经禁止。

堆肥,污染气体,硝化作用,氨气

氮可通过不完全硝化作用产生 N2O，而在缺氧环境中，NO2--作用产生 N2O。堆肥中硝化作用以及反硝化作用均可造成 N2O，这也意味着 N2O 在有氧和厌氧环境下均可产生。由于堆肥同的代谢特征，堆肥中 N2O 的产生和排放一般集中于升温期祥等 2012）。面，这些污染气体的释放是除了考虑渗滤液流失外最主要的元的污染气体排放不仅加重了全球温室效应，而且造成了大量的随着堆肥的进行，0.02~9.90%的初始氮素会以 N2O 的形式释总有机碳的 0.10~12.6 %（Sommer et al. 2000），而 NH3的挥方式之一，通过此途径损失的氮素可占原料的45.0%左右（Cha多发生在升温期和高温期，堆肥物料中的有机氮源在被微生物化为氨气挥发。随着堆体温度、pH 和供氧量等参数的变化，氨气而挥发。C/N 比较低时，氮源相对过量，致使大量氮元素化为氨气流失（Bernal et al. 2009; Ding et al. 2014），此外，增放速率（Jiang et al. 2015）。

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