红霉素菌渣与猪粪好氧堆肥处理研究

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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CO2、CH4和N2O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NH3的释放量增加,增幅为4.7134.35%,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。
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