一种外源化学品污染禽粪的处理方法

一种外源化学品污染禽粪的处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种外源化学品污染禽粪的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)混合处理物料：将含水率在50％至60％之间的外源化学品污染的禽粪与处理药剂，按照质量比例10:1至5:1均匀混合，获得混合物料；所述处理药剂为铁和/或含铁化合物；(2)将步骤(1)中获得的混合物料与微波敏化材料堆叠，所述混合物料每5至8cm间隔一层微波敏化材料，进行微波处理，获得净化的禽粪；微波功率在1kW至2kW之间，微波时间15至20分钟。本发明提供的处理方法安全环保，快速稳定，工艺流程简单，自动化程度高，成本较低。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明属于养殖废物处理领域，更具体地，涉及一种外源化学品污染禽粪的处理 方法。 一种外源化学品污染禽粪的处理方法

【背景技术】
[0002] 自20世纪80年代以来，畜禽养殖业，特别是集约化、工厂化、规模化养殖迅速发 展。随着集约化，工厂化养殖场的大批涌现，产生了大量的畜禽粪便堆积。据我国2003年的 统计数据，我国规模化养殖场畜禽粪便产生量达1713亿吨，是工业固体废物的217倍。为 了促进动物的生长，提高畜禽生产效率，大量的饲用抗生素和有机胂类被作为饲料添加剂 被广泛使用。四环素类抗生素也是我国使用最多的饲用抗生素，资料显示，我国在2003年 的土霉素单产量达到了 l〇〇〇〇t，占世界土霉素生产总量的65%，2008年四环素类抗生素药 物仅出口量就达1. 34X 107kg。自20世纪80年代我国开始研究有机胂化合物，1993年将 其作为药物性添加剂使用，目前，国内生产使用的有机胂产品主要为对氨基苯砷酸及其钠 盐（阿散酸）和3-硝基-4-羟基苯砷酸（洛克沙胂）。饲养一只肉鸡平均消耗洛克沙砷约 为150mg，我国每年出栏约80亿只肉鸡，肉鸡饲养业每年排放到环境中的洛克沙砷及其代 谢物约为l〇〇〇t，加上养猪业，排放量更高。畜禽并不能完全吸收饲料成分，特别是禽类，由 于没有牙齿咀嚼且消化道短，食物在肠内停留时间短，对饲料的消化吸收率低，约有60%? 90%营养成分未被吸收而随粪便排出体外。残留在畜禽粪便中抗生素原形会造成耐药基因 的产生，进而对人类染病的医治和微生态环境构成潜在威胁。砷属于甲类致癌性化学物质， 粪便中残留的砷70%?90%为水溶性的，一旦进入土壤、渗入到地下水中，极难治理和恢 复，从而造成持久性的污染，并带来长期的致癌风险。因此，全面控制养禽场的粪便中饲用 抗生素和有机胂类的污染刻不容缓。
[0003] 禽粪中的外源化学品是指养殖过程中为防治动物疾病、促进动物生长等而人为添 加的化学品，抗生素和有机胂添加剂是养殖业最主要的两大类外源性化学品。由于禽粪中 各种外源性污染物性质各不相同，降解处理方式也不尽相同。现有的对畜禽粪便处理方法 的研究对象一般是一种或者一类外源性污染物，并未见同时处理粪便中两类外源性污染物 的研究报道。
[0004] 目前我国在畜禽粪便残留的抗生素类物质的研究多是停留在检测分析上，研究其 降解和去除的报道并不多，技术上主要是生物降解堆肥。而抗生素本身就对细菌和其他微 生物起抑制和杀灭作用，也必然抑制堆肥过程中厌氧微生物和好氧微生物的繁殖和生长， 因此传统的生物处理尽管可以通过生物降解去除部分抗生素，但作用有限。
[0005] 目前，粪便中有机胂残留降解的研究主要是通过生物降解、光降解以及热降解来 达到降解有机胂本体的目的，对其降解产物的危害研究和处理技术并未见报道。但是降解 有机胂本身并不降低粪便中的总砷含量，砷以砷酸盐以及其他形态存在于有机胂的降解产 物中，这些无机砷具有比有机胂大得多的环境生态毒性和很强的水溶性和流动性，随食物 链传递到人类，对人体产生潜在的严重危害。
[0006] 目前需要一种安全环保，快速稳定，工艺流程简单，自动化程度高，成本较低的综 合处理方法。


【发明内容】

[0007] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种外源化学品污染禽粪的 处理方法，其目的在于通过微波处理技术与重金属稳定化技术联合，从而同时高效地处理 含抗生素和有机胂禽粪，由此解决目前的处理方法不能综合解决抗生素和有机胂等外源污 染物，同时处理效果不佳的技术问题。
[0008] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种外源化学品污染禽粪的处 理方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0009] (1)混合处理物料：将含水率在50%至60%之间的外源化学品污染的禽粪与处理 药剂，按照质量比例10:1至5:1均匀混合，获得混合物料；所述处理药剂为铁和/或含铁化 合物；
[0010] (2)将步骤（1)中获得的混合物料与微波敏化材料堆叠，所述混合物料每5至8cm 间隔一层微波敏化材料，进行微波处理，获得净化的禽粪；微波功率在lkw至2kW之间，微波 时间15至20分钟。
[0011] 优选地，所述处理方法，其步骤（1)所述含铁化合物为硫酸亚铁及其水合物、 FeCl2、FeCl3、Fe (N03) 3、Fe304 和 / 或 Fe203。
[0012] 优选地，所述处理方法，其步骤（2)所述的微波敏化材料为碳化硅、石墨或含碳化 硅和石墨的复合材料。
[0013] 优选地，所述处理方法，其所述禽粪为鸡粪、鸭粪、鹅粪和/或鸽粪。
[0014] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0015] (1)采用铁或者含铁化合物作为处理药剂，均具有较大的介电损耗因子，也就有较 强的吸波能力，在微波条件下，FeS0 4 · 7H20、FeCl2、FeCl3、Fe (N03) 3等分解产生的三氧化二 铁和脱水产物也均有较强的微波敏化作用，因此这些铁系化合物的加入便增强了微波对抗 生素的分解和有机胂的降解作用。
[0016] ⑵本发明加入的处理药剂可有效固砷，铁离子属于弱电离子，遇到禽粪中的水 分，便发生水解使禽粪体系变为弱酸性条件（PH5-6)下，在搅拌的过程中与砷酸根生成稳 定的砷酸铁沉淀。碱性太大会使铁和含铁化合物生成氢氧化铁，难以和砷酸根结合而生成 沉淀；而酸度过大容易使砷酸根离子生成砷酸氢根离子等形态，增大砷酸铁的溶解度。因此 本发明处理药剂的加入量对砷的稳定效果有重要影响。
[0017] (3)有效地利用了微波辐射的高效热效应、非热效应以及铁与含铁化合物良好的 固砷效果和铁系物质的强微波敏化作用，利用微波技术，相比于堆肥和其他技术例如焚烧 无污染产生，具有安全、便捷、环保的优点。
[0018] (4)能够同时去除禽粪中抗生素和有机胂，并同时完成对无机砷的稳定化、固定化 处理。本发明的方法对抗生素的去除率可达85-99 %，砷的浸出浓度下降90-99 %。
[0019] (5)本发明提供的外源化学品污染禽粪的处理方法，整个工艺流程简单，易于实 现，而且自动化程度高，便于工业化应用。

【具体实施方式】
[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明 进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之 间未构成冲突就可以相互组合。
[0021] 微波辐射可以加快化学反应速率和降低反应活化能，加快化学反应速率，而且电 磁场对分子间行为的直接作用还可以引起电效应、磁效应及化学效应等非热效应，有效促 进抗生素的氧化降解，同时微波对重金属有明显的固定作用。FeS0 4 · 7H20、FeCl2、FeCl3、 Fe (N03) 3等，可以显著增大物料的介电常数，也就提高了微波的吸收性能，在微波的热作用 下，分解出氧化铁红（Fe 203)和其脱水产物，而三氧化二铁和其脱水产物都具有增强吸波性 能的能力。在添加微波吸收剂的条件下，微波作用能够迅速使处理物料达到很高的温度，从 而快速彻底实现有机物的降解，同时FeS0 4 ·7Η20等铁系物还是常用的含砷固体废物的稳定 剂。
[0022] 本发明提供的外源化学品污染禽粪的处理方法，包括以下步骤：
[0023] (1)混合处理物料：将含水率在50%至60%之间的外源化学品污染的禽粪与处 理药剂，按照质量比例10:1至5:1均匀混合，获得混合物料；所述处理药剂为铁和/或含铁 化合物；所述含铁化合物为硫酸亚铁及其水合物、FeCl 2、FeCl3、Fe (N03) 3、Fe304和/或Fe203。
[0024] (2)将步骤（1)中获得的混合物料与微波敏化材料堆叠，所述混合物料每5至8cm 间隔一层微波敏化材料，进行微波处理，获得净化的禽粪；平铺厚度在5cm至8cm之间，微波 功率在lkW至2kW之间，微波时间15至20分钟。所述的微波敏化材料为碳化硅、石墨或含 碳化硅和石墨的复合材料。
[0025] 本发明提供的外源品污染禽粪的处理方法，适用于各种纯禽粪或者稻床养殖带稻 谷的禽粪。所述禽粪包括但不限于鸡粪、鸭粪、鹅粪和/或鸽粪。
[0026] 以下为实施例：
[0027] 实施例1
[0028] 一种外源化学品污染纯或带稻谷的鸡粪、鸭粪、鹅粪和/或鸽粪的处理方法，包括 以下步骤：
[0029] (1)混合处理物料：将含水率为50%的外源化学品污染的鸡粪与处理药剂，按照 质量比例10:1均匀混合，获得混合物料；所述处理药剂为FeS0 4 · 7H20。
[0030] (2)将步骤（1)中获得的混合物料与微波敏化材料堆叠，所述混合物料每5cm间 隔一层微波敏化材料，进行微波处理，获得净化的鸡粪；微波功率为lkW，微波时间15分钟。 所述的微波敏化材料为碳化硅。
[0031] 实施例2
[0032] 一种外源化学品污染纯或带稻谷的鸡粪、鸭粪、鹅粪和/或鸽粪的处理方法，包括 以下步骤：
[0033] (1)混合处理物料：将含水率为55%的外源化学品污染的鸭粪与处理药剂，按照 质量比例8:1均匀混合，获得混合物料；所述处理药剂为FeCl 2。
[0034] (2)将步骤（1)中获得的混合物料与微波敏化材料堆叠，所述混合物料每6cm间 隔一层微波敏化材料，进行微波处理，获得净化的鸭粪；微波功率为1. 5kW，微波时间18分 钟。所述的微波敏化材料为石墨。
[0035] 实施例3
[0036] -种外源化学品污染纯或带稻谷的鸡粪、鸭粪、鹅粪和/或鸽粪的处理方法，包括 以下步骤：
[0037] (1)混合处理物料：将含水率为60%的外源化学品污染的鹅粪与处理药剂，按照 质量比例6:1均匀混合，获得混合物料；所述处理药剂为Fe(N0 3)3,。
[0038] (2)将步骤（1)中获得的混合物料与微波敏化材料堆叠，所述混合物料每7cm间隔 一层微波敏化材料，进行微波处理，获得净化的鹅粪；微波功率为1.8kW，微波时间18分钟。 所述的微波敏化材料为碳化硅-石墨的复合材料。
[0039] 实施例4
[0040] 一种外源化学品污染纯或带稻谷的鸡粪、鸭粪、鹅粪和/或鸽粪的处理方法，包括 以下步骤：
[0041] (1)混合处理物料：将含水率为60%的外源化学品污染的鸽粪与处理药剂，按照 质量比例5:1均匀混合，获得混合物料；所述处理药剂为Fe 304。
[0042] (2)将步骤（1)中获得的混合物料与微波敏化材料堆叠，所述混合物料每8cm间 隔一层微波敏化材料，进行微波处理，获得净化的鸽粪；微波功率为2kW，微波时间20分钟。 所述的微波敏化材料为碳化硅-石墨的复合材料。
[0043] 实施例5
[0044] 实施例1至实施例4四环素和土霉素降解效果测定：
[0045] 将实施例1至4中处理前和处理后的禽粪分别经过萃取、固相萃取净化后用高效 液相色谱（HPLC)测定四环素、土霉素含量。
[0046] 仪器包括：高效液相色谱仪（Agilentl200，USA)，配置：G1310A单元泵、G1314B紫 外检测器，Instrument化学工作站，进样阀带有20 μ L定量环。
[0047] HPLC 条件：色谱柱：Agilent Eclipse XDB-C18 (5 μ m，4. 6 X 150mm);流速：0· 8ml/ min ;进样量20 μ L ;流动相：乙腈-甲醇-0. Olmol/L草酸溶液（18:5:77, V/V);检测波长： 350nm ;柱温：室温。
[0048] 测定实施例1至4处理前和处理后禽粪中的四环素及土霉素含量，见表1。计算实 施例1至4处理方法的降解率，降解率是处理前禽粪的抗生素浓度与处理后禽粪的抗生素 浓度之差占处理前禽粪的抗生素浓度的百分比。由表1可知，实施例1至4中，四环素及土 霉素的降解率都达到90%以上，本方法具有良好的抗生素净化效果。
[0049] 表1实施例1至4处理前和处理后禽粪中的四环素及土霉素含量
[0050]

【权利要求】
1. 一种外源化学品污染禽粪的处理方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 混合处理物料：将含水率在50%至60%之间的外源化学品污染的禽粪与处理药 齐?，按照质量比例10:1至5:1均匀混合，获得混合物料；所述处理药剂为铁和/或含铁化合 物； (2) 将步骤（1)中获得的混合物料与微波敏化材料堆叠，所述混合物料每5至8cm间隔 一层微波敏化材料，进行微波处理，获得净化的禽粪；微波功率在lkW至2kW之间，微波时间 15至20分钟。
2. 如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（1)所述含铁化合物为硫酸亚铁及 其水合物、FeCl2、FeCl 3、Fe (N03) 3、Fe304 和 / 或 Fe203。
3. 如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，步骤（2)所述的微波敏化材料为碳化 硅、石墨或含碳化硅和石墨的复合材料。
4. 如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述禽粪为鸡粪、鸭粪、鹅粪和/或鸽 粪。
【文档编号】C02F11/00GK104108842SQ201410225368
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月26日 优先权日:2014年5月26日
【发明者】王琳玲, 陈静, 陆晓华, 刘文贵, 周海燕 申请人:华中科技大学