[發明專利]一種基于超高溫好氧發酵技術高效去除畜禽糞便中抗生素和抗性基因以及穩定重金屬的方法

在審

• 申請號: 202110833014.1
• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113416097A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 陳慶輝;朱彤;馬峰;全浩宇;王有昭;劉世安;李菲;張闊
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: C05F17/10
• 分類號: C05F17/10;C05F17/20;C05F17/70;C05F17/80;C05G1/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明涉及一種基于超高溫好氧發酵技術高效去除畜禽糞便中抗生素和抗性基因以及穩定重金屬的方法，該方法通過對于畜禽糞便采用超高溫發酵菌劑進行發酵預處理、發酵檢測、發酵控制、產物檢查和產物使用。通過超高溫微生物的生長代謝作用和發酵產生的熱量，高效處置畜禽糞便中的抗性基因和抗生素，同時穩定畜禽糞便中的重金屬，通過發酵生成優良的有機肥。避免重金屬通過富集作用進入人體危害人體健康，從根源消除抗性基因、抗生素和重金屬對人類的危害。將畜禽糞便的發酵產物用作良好的有機肥，達到畜禽糞便減量化、無害化、穩定化、資源化的目的。同時超高溫好氧發酵技術有望成為處置畜禽堆肥的行業標準。

技術領域

本發明涉及一種基于超高溫好氧發酵技術高效去除畜禽糞便中抗生素和抗性基因以及穩定重金屬的方法，屬于畜禽糞便處置技術領域。

背景技術

隨著全球經濟的迅速發展和人口數量的不斷增加，整個人類社會需要大量的畜禽等的肉食來保證合適的營養結構，這就需要養殖大量的畜禽來滿足整個人類社會的需求。在2015年時，國內的肉牛存欄量有9055.7萬只，2020年時國內的肉牛存欄量有9138.2萬只，同時國內每年肉牛存欄量上漲的幅度為0.97％，我國每年產生的畜禽糞便約為38萬噸。

隨著畜禽業、農業的不斷發展，為了避免大規模瘟疫、疫病，大量的抗生素被使用在畜禽上，尤其是在一些規模化養殖地區，由于缺乏一些常規的醫學知識和相關處置技術，部分從業人員誤用，甚至濫用抗生素，導致出現了耐藥菌問題。這就導致了抗性基因和抗生素的生態污染，并危害人類安全的問題。環境中的抗生素通過不同的介質、不同的食物鏈條不斷累積，通過形成超級耐藥細菌等最終威脅到位于食物鏈頂端的人類的身體健康。同時土壤中殘留的抗生素被植物吸收后也會富集在種子、蔬菜或水果中；水體中殘留的抗生素通過魚、蝦、蟹等水生動物不斷富集，人類使用后將會產生損害。由于畜禽糞便中殘留大量的抗生素、抗性基因，如果不妥善處置會造成嚴重的生物安全問題。

由于工業和重金屬行業等的不斷發展，大量的重金屬通過富集作用，聚集在農作物中之中，畜禽食用之后，其糞便和其代謝物中存在著大量不穩定的重金屬，如果不妥善處置將會帶來重金屬富集的風險，從而危害人體健康。

現有的畜禽糞便處理技術主要為厭氧消化、土地填埋、焚燒處置、好氧堆肥等。其中，厭氧消化需要大量的場地和時間處理畜禽糞便，其處置效率低下，發酵周期長、發酵溫度低、不能有效去除畜禽糞便中的抗生素、抗性基因和穩定其中的重金屬。傳統的好氧發酵的存在發酵溫度過低、去除抗生素、抗性基因和穩定重金屬效果不明顯、發酵周期長等問題。土地填埋的缺陷為處置畜糞便的時間過長，且需要大量的土地進行填埋，且存在二次污染的情況。焚燒處置存在投資較大、其產物會產生危害性更大的煙氣和殘渣等二次污染源。受限于成本等諸多因素，大部分畜禽糞便的處置采用傳統的好氧堆肥方法，傳統堆肥技術不能高效處置畜禽糞便中的抗性基因、抗生素以及鈍化其中的重金屬。

現有的畜禽糞便處置標準存在著很大的不足，主要表現為發酵溫度低，處置時間長，維持高溫的時間短，同時現有的畜禽糞便產物一般直接還田做有機肥料使用，由于畜禽糞便中存在著大量的抗生素和抗性基因以及不穩定的重金屬，一方面農作物有被污染的可能性，存在重金屬富集的風險。同時抗性基因和抗生素等被擴散出去，這將嚴重危害人類甚至地球生態圈。

傳統的堆肥技術在處置畜禽糞便時不能徹底去除其中的抗生素和穩定化重金屬，導致產物存在重金屬富集等問題，這主要源于傳統的技術規范遠遠落后于實際需求。而大多數好氧發酵在堆肥過程中存在熱量損失嚴重，發酵溫度較低，反應不充分，處置的時間過長，成本受限，以及發酵過程存在臭氣等物質的排放問題，同時其發酵周期長，產物中的抗性基因、抗生素以及重金屬的含量面臨富集傷害，發酵產物的肥力偏低。現有的好氧發酵方法大多數堆肥方法由于發酵的溫度較低，處置周期上，不能夠有效滿足處置速度，同時，發酵過程中，存在擴散抗性基因的風險，同時其處理成本較高，污泥腐熟效果不好，得到的產物有機質的含量較低，發酵產物中存在一定含量的重金屬和抗性基因、抗生素等特征。

發明內容

(一)要解決的技術問題