【摘要】：抗生素制藥菌渣是一類再利用價值較高,但具有一定環(huán)境風(fēng)險的有機(jī)固體廢棄物,處置不當(dāng)容易造成資源浪費(fèi)和抗生素耐藥細(xì)菌的產(chǎn)生與傳播。好氧堆肥可以無害化和資源化處理有機(jī)固廢,同時降解殘留抗生素。然而,在堆肥處理抗生素制藥菌渣的過程中,涉及過程污染控制以及堆肥品質(zhì)提升的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)仍需進(jìn)行特別關(guān)注。本文以富鋅紅霉素菌渣為處理對象,與豬糞和麥秸混合進(jìn)行強(qiáng)制通風(fēng)好氧堆肥,考察堆肥過程中污染氣體釋放、Zn形態(tài)變化、碳氮轉(zhuǎn)化、腐熟度評價、抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes,ARGs)與鋅抗性基因(Zinc Resistance Genes,ZRGs)的削減以及微生物群落結(jié)構(gòu)多樣性的變化,全面探討堆肥處理富鋅紅霉素菌渣的可行方案。本研究取得的主要研究成果如下:(1)堆肥溫度、pH、EC、發(fā)芽指數(shù)(GI)、C/N和聚合度表明,不同配比的紅霉素菌渣與豬糞經(jīng)過50d的好氧堆肥處理均達(dá)到了腐熟的標(biāo)準(zhǔn)要求。增加紅霉素菌渣的配比會導(dǎo)致堆肥溫度降低且物料GI達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值(80%)的時間延長,對pH和EC無明顯影響。紅霉素菌渣對堆肥物料腐熟程度有一定的促進(jìn)作用,可以提升堆肥產(chǎn)品胡敏酸含量,其中5%的配比對富里酸轉(zhuǎn)化的促進(jìn)作用最為明顯,但配比超過5%的豬糞干基質(zhì)量后堆肥結(jié)束時聚合度值降低。(2)隨著富鋅紅霉素菌渣配比的增加,堆肥過程中CO_2、CH_4和N_2O的釋放量降低,溫室氣體排放和碳素?fù)p失并不凸顯。然而由于紅霉素菌渣富含氮元素,致使NH_3的釋放量增加,增幅為4.71~34.35%,具有氮素?fù)p失的風(fēng)險,處理中應(yīng)當(dāng)注意引入保氮措施。紅霉素菌渣可以補(bǔ)充堆肥產(chǎn)品的氮含量,并且其中硝態(tài)氮含量顯著低于對照,配比超過5%后有機(jī)物質(zhì)降解效率降低。(3)堆肥處理可以有效去除紅霉素菌渣中殘留紅霉素,去除率可達(dá)99%以上。富鋅紅霉素菌渣中Zn的生物有效性較高,堆肥處理后顯著提高了堆肥產(chǎn)品中鋅含量,而考慮到堆肥產(chǎn)品鋅總量,本研究中富鋅紅霉素菌渣的添加比例不宜超過豬糞干基質(zhì)量的5%。qPCR分析顯示堆肥處理對erm基因具有一定的削減作用,而富鋅紅霉素菌渣可能會阻礙堆肥對ermA、ermB、ermF和ermX的削減。堆肥結(jié)束后鋅抗性基因CzcA,CzcB和CzcI的相對豐度增加,富鋅紅霉素菌渣會加重堆肥產(chǎn)品中CzcI傳播的風(fēng)險。堆肥細(xì)菌群落多樣性在堆肥不同時期有明顯變化,且細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的變化與抗性基因的相對豐度有較強(qiáng)的相關(guān)性,其中厚壁菌門Firmicutes是重要的抗性基因寄宿菌門。本研究驗證了堆肥處理富鋅紅霉素菌渣的可行性,堆肥產(chǎn)品達(dá)到腐熟要求,其配比以5%的豬糞干基質(zhì)量內(nèi)為宜。富鋅紅霉素菌渣增加了堆肥產(chǎn)品養(yǎng)分和鋅含量,且具有氮素?fù)p失和抗性基因傳播的風(fēng)險。堆肥處理后得到的富鋅堆肥可以為提高缺鋅地區(qū)膳食作物鋅吸收量提供解決思路。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X713;X787
【圖文】：

圖 1-1 紅霉素分子結(jié)構(gòu)Fig. 1-1 Molecular structure of Erythromycin的生產(chǎn)與應(yīng)用從紅色鏈霉菌的培養(yǎng)液中分離制備而成，屬于次級代度難以保證。目前紅霉素生產(chǎn)過程中存在的問題主要株和分離純化技術(shù)尚需改進(jìn)等問題（廖建國 2017）。隨研究的逐步深入，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素在醫(yī)藥市場的應(yīng)的抗菌藥物。目前全球范圍內(nèi)抗生素的年均使用量可近 4 萬 t，其中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的消耗量占據(jù)國內(nèi)抗生素類藥物（劉濱揚(yáng)等 2010）。大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的導(dǎo)抗菌產(chǎn)品。留狀態(tài)來看，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素在環(huán)境中的檢出率也水中監(jiān)測紅霉素的殘留情況（USA, 2009），臺灣大漢紅霉素（Lin et al. 2009）。

圖 1-2 中國抗生素制藥菌渣產(chǎn)量估算值stimated value of antibiotic manufacturing waste production from 20資源化利用菌渣產(chǎn)量大、危害強(qiáng)、處理難度較高。其無害化和資源受關(guān)注的熱點(diǎn)問題。針對這個問題，目前國內(nèi)外諸多了很多優(yōu)良的處理技術(shù)手段。添加劑制藥菌渣中尚存大量未利用的營養(yǎng)物質(zhì)，再利用價值被用于養(yǎng)殖飼料中。此類處理方法技術(shù)門檻低，操作簡殘留抗生素?zé)o法得到有效的處理，且抗生素制藥菌渣Ding et al. 2014; Zhang et al. 2018），存在潛在環(huán)境風(fēng)險深入，抗生素菌渣用作飼料可能導(dǎo)致 ARGs 的傳播，目前此類處理方法已經(jīng)禁止。

氮可通過不完全硝化作用產(chǎn)生 N2O，而在缺氧環(huán)境中，NO2--作用產(chǎn)生 N2O。堆肥中硝化作用以及反硝化作用均可造成 N2O，這也意味著 N2O 在有氧和厭氧環(huán)境下均可產(chǎn)生。由于堆肥同的代謝特征，堆肥中 N2O 的產(chǎn)生和排放一般集中于升溫期祥等 2012）。面，這些污染氣體的釋放是除了考慮滲濾液流失外最主要的元的污染氣體排放不僅加重了全球溫室效應(yīng)，而且造成了大量的隨著堆肥的進(jìn)行，0.02~9.90%的初始氮素會以 N2O 的形式釋總有機(jī)碳的 0.10~12.6 %（Sommer et al. 2000），而 NH3的揮方式之一，通過此途徑損失的氮素可占原料的45.0%左右（Cha多發(fā)生在升溫期和高溫期，堆肥物料中的有機(jī)氮源在被微生物化為氨氣揮發(fā)。隨著堆體溫度、pH 和供氧量等參數(shù)的變化，氨氣而揮發(fā)。C/N 比較低時，氮源相對過量，致使大量氮元素化為氨氣流失（Bernal et al. 2009; Ding et al. 2014），此外，增放速率（Jiang et al. 2015）。

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