论文部分内容阅读
长期以来,畜禽养殖业使用过量抗生素和重金属作为饲料添加剂,虽然促进畜禽生长,但留下巨大隐患。过量抗生素和重金属均无法被畜禽完全吸收和转化,大部分排出体外残留于粪便中,最终导致环境问题,抗生素能够诱导耐药微生物产生,重金属则通过食物链累积并最终危害人类健康。畜禽粪便经过厌氧发酵后,抗生素和重金属仍有部分残留于厌氧发酵残余的沼渣沼液,依然能够对环境造成二次污染。如何处理畜禽养殖废弃物成为环境保护亟待解决的问题。本研究对北京市郊29处沼气工程及附近养殖场进行采样调研,通过对畜禽粪便、沼渣、沼液样品中抗生素和重金属的检测,结合国内外相关标准限定值,判断畜禽粪便、沼渣、沼液是否适合直接作为肥料。其中超标有害物通过好氧堆肥的方式进行降解或转化。具体研究内容如下:1.沼气工程及附近养殖场调研,分别采集养殖场提供给沼气工程的厌氧发酵原料,直接抽取沼气工程厌氧发酵残余液,低速离心将固体和液体分开,分别作为沼渣和沼液。检测所有畜禽粪便、沼渣、沼液样品中抗生素和重金属的含量,抗生素包括:泰乐菌素、金霉素、土霉素、恩诺沙星、环丙沙星、氯霉素、诺氟沙星、磺胺间甲氧嘧啶、磺胺二甲嘧啶、磺胺噻哇、磺胺甲恶唑,重金属包括:Cu、Zn、As、Pb、Cd。调研结果显示,畜禽粪便、沼渣、沼液样品中残留的主要抗生素为金霉素和土霉素,所有样品金霉素和土霉素含量之和占抗生素总量的79.06%以上。畜禽粪便样品中金霉素平均含量为17.516 mg/kg,土霉素为57.450 mg/kg;沼渣样品中金霉素平均含量为6.723 mg/kg,土霉素为19.046 mg/kg;沼液样品中金霉素平均含量为3.479 mg/kg,土霉素为10.580 mg/kg。主要残留的重金属为Cu和Zn,占89.96%以上。畜禽粪便样品中Cu平均含量为214.371 mg/kg,Zn平均含量为686.706 mg/kg,沼渣样品中Cu平均含量为471.022 mg/kg,Zn平均含量为1668.01 7 mg/kg。2.响应曲面法优化堆肥工艺,以好氧堆肥方式处理畜禽粪便和沼渣,通过Box-Behnken法设计17组正交实验,以原料配比、通风量、初始含水率三种好氧堆肥工艺参数为因变量,抗生素降解量、氮磷钾总量作为响应值,完成17组好氧堆肥实验,时长15天。取初始样品和最终样品检测抗生素和氮磷钾含量,并通过回归模型预测好氧堆肥最优工艺,确保抗生素降解效果,并尽量减少氮磷钾损失。通过数据分析由回归方程预测可知当碳氮比为30,通风量为1.13 L/min·kg,初始含水率为69.61%,抗生素降解率最高,为86.48%。当碳氮比为30,最佳通风量为1.29 L/min.kg,初始含水率为65.54%时,堆肥成品氮磷钾含量最高,为5.20%。由于原料配比、通风量、初始含水率对抗生素降解率影响的显著性顺序为:通风量>原料配比>初始含水率,对氮磷钾总含量影响的显著性顺序为:通风量>初始含水率>原料配比,可认为改变初始含水率对抗生素降解效果影响最不明显,却对氮磷钾总含量影响较明显。因此可将最佳初始含水率由69.61%调整为65.54%,此时由两个回归方程计算得到抗生素降解率为85.99%,氮磷钾总含量为5.15%,与最优结果比较,二者仅有略微下降。以碳氮比为30,通风量为1.13 L/min·kg,初始含水率为65.54%的最优工艺参数进行验证实验,得到堆肥最终成品,检测得到抗生素降解率为87.43%,总养分含量为4.98%,与预测值偏差低于预测值的5%,则验证实验结果可行,该回归模型有效。