CN109879561B

CN109879561B - 一种畜禽粪便中重金属、抗生素与抗性基因的去除方法

Info

Publication number: CN109879561B
Application number: CN201910208598.6A
Authority: CN
Inventors: 郑莉; 钟裕健; 许燕滨; 谢光炎; 杜青平; 谢志帆
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: CN109879561A

Abstract

本发明公开了一种畜禽粪便中重金属、抗生素与抗性基因的去除方法，包括以下步骤：步骤1：配制黑曲霉孢子悬浮液；步骤2：将所述黑曲霉孢子悬浮液进行发酵培养，得到发酵产物；步骤3：将畜禽粪便置于所述发酵产物中，浸出得到第一产物。该去除方法可以有效去除畜禽粪便中重金属、抗生素和抗性基因，极大缩短了生物浸出时间。

Description

一种畜禽粪便中重金属、抗生素与抗性基因的去除方法

技术领域

本发明涉及环境保护和资源综合利用技术领域，尤其涉及一种畜禽粪便中重金属、抗生素与抗性基因的去除方法。

背景技术

近年来，我国畜禽养殖业快速发展，规模化养殖水平显著提高，保障了肉、蛋、奶等畜产品的有效供给，但产生的大量畜禽粪便没有得到及时合理的处置和利用，成为我国当前农业面源污染治理的一大难题。2015年，我国畜禽粪便产生总量为10.73亿吨，然而畜禽粪便资源量不足0.1亿吨。能源化和肥料化是畜禽粪便资源化利用的主要方向。但就目前我国种养分离的格局下，沼渣沼液还田难度大。结合当前国内畜禽粪便资源利用形势，高效快速堆肥-生产商品有机肥是其产业发展趋势。

重金属、抗生素以及抗性基因超标是制约畜禽粪便还田利用的瓶颈，它们随畜禽粪便进入土壤，将严重威胁生态环境安全和人类健康。有效降低畜禽粪便中重金属、抗生素以及抗性基因总量是畜禽粪便大量农用的关键。

生物沥浸技术可以实现畜禽粪便重金属的去除，而且不损失畜禽粪便有机质的含量，因而，生物沥浸技术是去除污泥重金属的有效途径，具有广泛的应用前景。然而，生物沥浸周期长，浸出时间为15天左右，且对重金属的沥浸效率低，同时生物沥浸对畜禽粪便中的抗生素与抗性基因有无去除作用未见报道。

发明内容

有鉴于此，本发明其目的在于提供了一种畜禽粪便中重金属、抗生素与抗性基因的去除方法，该去除方法能有效去除畜禽粪便中重金属、抗生素和抗性基因，极大缩短了生物浸出时间。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种畜禽粪便中重金属、抗生素与抗性基因的去除方法，包括以下步骤：

步骤1：配制黑曲霉孢子悬浮液；

步骤2：将所述黑曲霉孢子悬浮液进行发酵培养，得到发酵产物；

步骤3：将畜禽粪便置于所述发酵产物中，浸出得到第一产物。

本发明对接种菌的来源并无特殊的限制，可以自制，也可以为一般市售。本发明优选从驯化的畜禽粪便中分离出黑曲霉菌，并经形态学以及ITS测序鉴定，获得黑曲霉菌。黑曲霉来自于畜禽粪便中的土著菌，在畜禽粪便中的适应性强，具有一定的抗性。

本发明中，抗性基因为抗生素抗性基因(antibioticresistancegenes，ARGs)。

本发明中，所述发酵产物为有机酸(葡萄糖酸、草酸和柠檬酸)，黑曲霉产酸量较优；第一产物为去除了重金属、抗生素与抗性基因畜禽粪便。

本发明中，步骤2所述发酵培养之后，得到发酵产物之前，还包括：过滤。

本发明中，所述浸出为间接浸出，即利用黑曲霉产的有机酸进行浸出；所述间接浸出具体为：将含有畜禽粪便的发酵产物置于恒温振荡器内进行振荡。所述将畜禽粪便置于到所述发酵产物中形成的混合物的溶解氧的浓度为3～4mg/L，更优选为3mg/L或4mg/L。

优选地，所述浸出的温度为28～30℃，更优选为30℃，所述浸出的时间为20h～22h，更优选为20h，所述浸出的摇床转速为160～200r/min，更优选为180r/min或200r/min。

优选地，所述黑曲霉孢子悬浮液中黑曲霉孢子的浓度为10⁷～10⁸个/mL，更优选为10⁷个/mL或10⁸个/mL。

优选地，所述发酵培养的培养基为无菌蔗糖培养基。

优选地，所述无菌蔗糖培养基中蔗糖的浓度为100～120g/L，更优选为100g/L、110g/L或120g/L。

优选地，所述发酵培养中，所述黑曲霉孢子悬浮液的接种浓度为4×10⁵～5×10⁵个/mL，更优选为4×10⁵个/mL或5×10⁵个/mL。

优选地，所述发酵培养的时间为12～15天，更优选为12天、13天或15天，所述发酵培养的温度为28～30℃，更优选为30℃。

优选地，步骤3中所述畜禽粪便在所述发酵产物中的浓度为40～50g/L，其中，发酵产物为畜禽粪便的溶剂，更优选为40g/L或50g/L。

优选地，所述配制黑曲霉孢子悬浮液具体为：

将黑曲霉接种在蔗糖培养基上进行培养后溶于水，得到所述黑曲霉孢子悬浮液；

所述培养的时间为6～7天，更优选为6天或7天。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供了一种畜禽粪便中重金属、抗生素与抗性基因的去除方法，包括以下步骤：步骤1：配制黑曲霉孢子悬浮液；步骤2：将所述黑曲霉孢子悬浮液进行发酵培养，得到发酵产物；步骤3：将畜禽粪便置于到所述发酵产物中，浸出得到第一产物。该去除方法可以有效去除畜禽粪便中重金属、抗生素和抗性基因，极大缩短了生物浸出时间，缩短至20h。该去除方法中，黑曲霉以有机物作为碳源，通过自身的新陈代谢分泌有机酸，一方面有机酸可以提供H⁺，使得重金属更多的以游离态的存在，另一方面酸根离子可以与重金属离子络合，促进溶解。因而，对于去除畜禽粪便中的重金属、抗生素与ARGs有明显的促进作用。实验结果表明，本发明提供的去除方法对畜禽粪便中重金属Cu的去除率不低于64％，对重金属Zn的去除率不低于80％，对重金属As的去除率不低于43％。对畜禽粪便中恩诺沙星去除率不低于68％，对环丙沙星去除率不低于69％，ARGs总丰度降低至畜禽粪便中的40％以下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例1至实施例3提供的重金属去除率示意图；

图2为本发明实施例1至实施例3提供的抗生素去除率示意图；

图3为本发明实施例1至实施例3提供的抗性基因总丰度示意图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

将保藏的黑曲霉菌接种到蔗糖培养基上培养6d，用无菌水洗下孢子于无菌锥形瓶震荡摇匀，配置成黑曲霉孢子悬浮液，孢子浓度约为1.0×10⁷个/mL。取上述孢子悬浮液置于发酵培养基中进行发酵产酸，发酵培养基的蔗糖浓度为100g/L，发酵产酸的接菌浓度为5×10⁵个/mL，发酵产酸的温度为30℃。12d后，取发酵产生的有机酸进行过滤，畜禽粪便按50g/L浓度加入到有机酸中，置于30℃，180rpm的恒温振荡器内，浸出20h，保持反应容器内的溶解氧到达4mg/L，浸出得到第一产物畜禽粪便。

实施例2

将保藏的黑曲霉菌接种到蔗糖培养基上培养7d，用无菌水洗下孢子于无菌锥形瓶震荡摇匀，配置成黑曲霉孢子悬浮液，孢子浓度约为1.0×10⁸个/mL。取上述孢子悬浮液置于发酵培养基中进行发酵产酸，发酵培养基的蔗糖浓度为120g/L，发酵产酸的接菌浓度为4×10⁵个/mL，发酵产酸的温度为28℃。13d后，取发酵产生的有机酸进行过滤，畜禽粪便按40g/L浓度加入到有机酸中，置于30℃，180rpm的恒温振荡器内，浸出22h，保持反应容器内的溶解氧到达3mg/L，浸出得到第一产物畜禽粪便。

实施例3

将保藏的黑曲霉菌接种到蔗糖培养基上培养7d，用无菌水洗下孢子于无菌锥形瓶震荡摇匀，配置成黑曲霉孢子悬浮液，孢子浓度约为1.0×10⁸个/mL。取上述孢子悬浮液置于发酵培养基中进行发酵产酸，发酵培养基的蔗糖浓度为110g/L，发酵产酸的接菌浓度为3.5×10⁵个/mL，发酵产酸的温度为28℃。15d后，取发酵产生的有机酸进行过滤，畜禽粪便按40g/L浓度加入到有机酸中，置于30℃，200rpm的恒温振荡器内，浸出20h，保持反应容器内的溶解氧到达4mg/L，浸出得到第一产物畜禽粪便。

实施例4

对实施例1至3提供的第一产物进行性能检测。

请参阅图1至图3，实验结果表明，实施例1提供的去除方法对畜禽粪便中重金属Cu的去除率70％，对重金属Zn去除率为80％，对畜禽粪便中恩诺沙星去除率为68％，对环丙沙星去除率为69％，ARGs总丰度降低至原料中的38％。

实施例2提供的去除方法对畜禽粪便中重金属Cu的去除率为70％，对重金属Zn去除率为82％，对畜禽粪便中恩诺沙星去除率为70％，对环丙沙星去除率为71％，ARGs总丰度降低至畜禽粪便中的35％。

实施例3提供的去除方法对畜禽粪便中重金属Cu的去除率为67％，对重金属Zn去除率为80％，对畜禽粪便中恩诺沙星去除率为70％，对环丙沙星去除率为69％，ARGs总丰度降低至畜禽粪便中的36％。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种畜禽粪便中重金属、抗生素与抗性基因的去除方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：配制黑曲霉孢子悬浮液；所述黑曲霉孢子悬浮液中黑曲霉孢子的浓度为10⁷~10⁸个/mL；

所述配制黑曲霉孢子悬浮液具体为：

所述培养的时间为6~7天；

步骤2：将所述黑曲霉孢子悬浮液进行发酵培养，得到发酵产物；所述发酵培养的培养基为无菌蔗糖培养基；所述无菌蔗糖培养基中蔗糖的浓度为100~120g/L；所述发酵培养的时间为12~15天，所述发酵培养的温度为28~30℃；所述发酵培养中，所述黑曲霉孢子悬浮液的接种浓度为4~5×10⁵个/mL；

步骤3：将畜禽粪便置于所述发酵产物中，浸出得到第一产物；步骤3中所述畜禽粪便在所述发酵产物中的浓度为40~50g/L；所述浸出的温度为28~30℃，所述浸出的时间为20h~22h，所述浸出的摇床转速为160~180r/min；所述将畜禽粪便置于到所述发酵产物中形成的混合物的溶解氧的浓度为3~4mg/L。