一种快速降解畜禽粪便四环素类抗生素的厌氧堆肥装置的制作方法

本实用新型属于有害废弃物无害化和资源化利用领域，具体涉及一种可降解畜禽粪便中抗生素的厌氧堆肥装置。

背景技术：

抗生素是真菌、放线菌或细菌等微生物在其代谢过程中产生的具有杀灭或抑制其他微生物作用的一类化学物质。自20世纪50年代美国食品与药物管理局首次批准抗生素用作饲料添加剂后，饲用抗生素用量在全球范围内迅速增长。我国是世界上最大的抗生素生产国和消费国之一，据估计，目前我国每年抗生素的使用量达到21万吨，位居世界首位，其中约有46.1％用于畜禽养殖业，相当于美国1999年畜禽业使用量的4倍。

目前，每年畜禽排放出的粪便多达25亿吨多是工业固体固体废物的两倍多。张树清、Halling-Sorensen、Gulknwska等研究表明，动物使用抗生素后，只有少量被动物吸收利用，有25％～75％甚至70％～90％经消化道随畜禽粪便、尿液排出体外。一部分随养殖废水进入污水厂，而抗生素在污水处理厂的去除率并不高，导致大量抗生素通过淋滤、地表径流等进入地表水和地下水，对水生生物造成各种毒害，引起河流抗生素污染，威胁人类饮用水安全；另一部分作为有机肥施入农田，导致土壤抗生素污染，破坏土壤微生物的群落结构和功能，并对农作物吸收累积，并通过食物链传递，影响植物、动物和微生物的正常生命活动，最终威胁人类的健康。大量抗生素进入环境中还会诱发病原体耐药性，导致耐药性致病菌的产生和扩散，由此引起的环境污染和生态毒性已逐渐成为人们普遍关注的一个社会问题。因此我们要深刻认识到滥用抗生素的危害，在畜禽粪便利用之前有必要采取措施去除其中的抗生素残留，以达到经济效益和安全健康的双重保障。

在世界各国包括中国，畜禽粪便常作为有机肥用于农田里，虽然畜禽粪便能给农作物提供各种营养物质、改善土壤质量，但是它们的土地应用提高了水土污染的风险，它们可能含有病原体和不稳定物质，如有机氮、可溶性磷和各种抗生素残留在畜禽粪便中。Rynk、Kuchta等研究表明当畜禽粪便中的抗生素进入土壤或湖泊中能相对稳定的存在5-9个月。抗生素长期存在于环境中对公众和生态健康带来巨大的潜在风险。

堆肥法是常见的粪便资源化、无害化手段，长久以来在国内外广泛地被研究和应用。近年来在对畜禽粪便堆肥去除抗生素研究中多集中在磺胺类，而对四环素类抗生素鲜有报道，尤其是厌氧堆肥对畜禽粪便中四环素类抗生素的的降解只有零星研究。

厌氧堆肥法是畜禽粪便的主要处理方式之一，通过厌氧消化可以有效的减轻污染物环境负荷，并回收可利用的生物质能源。因此，在厌氧堆肥过程中，探明畜禽粪便堆肥过程四环素类抗生素转化降解的主控因子与关键参数，为开发畜禽养殖废弃物抗生素生态风险削控技术提供技术依据。

技术实现要素：

为了克服当前畜禽粪便等有机固体废弃物处理及资源化技术存在的抗生素环境污染、难降解、资源利用率低的问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种可快速降解畜禽粪便中四环素类抗生素的厌氧堆肥装置。

一种实验室用快速降解畜禽粪便四环素类抗生素的厌氧堆肥装置，包括：

水浴锅；

置于所述水浴内的厌氧发酵罐，所述厌氧发酵罐内设有测温装置；

以及与所述厌氧发酵罐的排气口相连的集气装置。本实用新型装置用于对畜禽粪便进行厌氧堆肥处理，关键在于通过水浴锅控制堆肥中心处温度，快速降解畜禽粪便中的四环素类抗生素。

优选地，所述厌氧发酵罐包括罐体、罐盖、分布于所述罐体内不同高度处的环状塑料盘片、设于所述罐体侧壁上的取样口以及开设于所述罐盖上的进样口和排气口。

进一步地，罐体和罐盖通过法兰扣连接，便于对发酵罐的整理；所述进样口和取样口也分别设有通过法兰扣连接的适当大小的密封盖；所述排水口与排水管相连，排水管引出至水浴锅外的贮水槽中。

进一步地，所述取样口位于管体下半部的侧壁上。

水浴锅内盛水至最佳刻度线，并可根据实际要求调节温度，通过水浴锅维持堆料中心的温度为25℃～70℃，堆肥过程中通过测温装置监测发酵罐内堆肥中心处的温度，

进一步优选地，所述环状塑料盘片通过支撑架固定于所述罐体中，且每个环状塑料盘片上均缠绕人造纤维丝。环状塑料盘片增加了微生物菌体的附着面积，盘片上缠绕着人造纤维丝有助于微生物菌体的附着和繁殖。

进一步优选地，所述罐体的中心设有竖向设置的滤芯，所述滤芯由内外两个套筒套设而成，外套筒的筒壁上开设有排水微孔，内套筒紧贴外套筒设置且内套筒的底部抵接所述排水口。

进一步优选地，所述内套筒的顶端突出于外套筒的顶端。

更进一步优选地，所述罐盖上且与内套筒对应处设有与内套筒管径匹配的通孔，该通孔带有密封盖。通孔设置方便抽出内套筒。

滤芯用来调节堆料的含水率，当含水率高于所需堆料含水率时，打开通孔的密封盖，将内套筒拔出，堆料中水分经渗透作用通过微小圆孔进入外套筒中，将水通过排水管排出进入贮水槽；当含水率符合所需堆料含水率时，将内套筒插入外套筒，停止排水。

测温装置用于在堆肥过程中监测堆料中心处的温度，可采用直接读数的温度计，通过温度计读数调节水浴锅内的加热温度，为提高自动化程度，也可采用温度传感器与对应的控制器，本实用新型中优选地，所述测温装置为温度传感器，所述温度传感器的测温探头位于罐体内中部且靠近滤芯设置；；进一步地，还设有控制器，所述温度传感器接入该控制器，所述水浴锅的温控部分接入并受控于该控制器。

所述控制器本身为常规控制器，例如PLC控制器或其他数据处理装置，温度传感器测量堆料中心处温度，当温度低于设定温度时，温度传感器传递信号至PLC控制器或数据处理装置，PLC控制器或数据处理装置控制水浴锅加热，当堆料中心点温度高于设定温度时，温度传感器传递信号至PLC控制器或数据处理器PLC控制器或数据处理器控制水浴锅停止加热，畜禽粪便的温度的变化过程，是堆肥是否腐熟的一个重要指标。

集气装置与发酵罐通过导气管连接，导气管采用PVC胶管，具有一定的抗腐蚀性能、耐高温，性能稳定等优点。

本实用新型中，优选地采用排水集气法，所述集气装置包括一个集气瓶和一个集水槽，所述集气瓶内盛装饱和食盐水，导气管的出口位于集气瓶内且靠近瓶口处，一根排水管一端插入集气瓶顶部、另一端连接至所述集水槽中。一方面发酵瓶中产生沼气进入集气瓶，达到一定体积后将饱和食盐水压人集水瓶中，通过排水集气法收集沼气；另一方面防止空气进入发酵瓶，达到厌氧状态。

本实用新型的装置缩短了堆肥时间，采用本实用新型装置进行厌氧堆肥，15天即可完成，现有技术的堆肥时间一般为20～35天，且本实用新型装置结构简单，方便可行。

附图说明

图1是可快速降解畜禽粪便中四环素类抗生素的厌氧堆肥装置结构图。

图2是本实用新型发酵罐结构示意图。

图1中标号附图标记：1水浴锅，2贮水槽，3厌氧发酵罐，4畜禽粪便，21控制器，22导气管，23集气瓶，24饱和食盐水，25分隔箱，26集水槽；

图2中附图标记：5罐盖，6进样口，7法兰扣，8环状塑料盘片，9支撑架，10人造纤维丝，11微孔，12温度传感器，13排气口，14滤芯，15内套筒，16测温探头，17外套筒，18取样口，19支撑脚，20排水管，27通孔。

具体实施方式

如图1和图2所示，一种可降解畜禽粪便中四环素类抗生素的厌氧堆肥装置如图1和图2所示，一种厌氧堆肥装置，包括水浴锅1、厌氧发酵罐3和集气装置，水浴锅可采用实验室常用水浴锅。

厌氧发酵罐的结构示意图如图2所示，包括罐体和罐盖5，由支撑脚19支撑，罐体和罐盖之间通过法兰扣7连接，罐盖上一侧开设排气口13、另一侧开设进样口6，进样口处通过对应的法兰扣连接密封盖。罐体的下半部侧壁上开设一个取样口18，取样口通过对应的法兰扣连接密封盖，罐体底部开设排水口，该排水口连接排水管20，排水管20连接至水浴锅外的贮水槽2中。

罐体内通过支撑架9安装若干层环状塑料盘片8，环状塑料盘片固定在支撑架上且为罐体内不同高度处，一般设置为2～8层，本实施方式中设置5层，环状塑料盘片上缠绕有人造纤维丝10，人造纤维丝也可在环状塑料盘片上缠绕成网状结构。

厌氧发酵罐内且位于罐体中心处竖向设置一根滤芯14(即滤芯从所有环装塑料盘片的中心处穿过)，滤芯由内套筒15和外套筒17组成，外套筒上均匀开设若干微孔11，内套筒插入外套筒中且紧贴外套筒设置，内套筒管壁不开孔，内套筒的底部抵接罐体底部的排水口、顶端高于外套筒，罐盖5上与内套筒对应处开设通孔27，通孔的孔径与内套筒的管径相匹配，用于调节含水率时抽出内套筒，通孔带有密封盖。

本实施方式中采用温度传感器12及控制器21作为控温装置，温度传感器的测温探头16设于罐体内中部，且紧靠滤芯设置，温度传感器通过导线连接至发酵罐外的控制器21，控制器为常规控制器即可，水浴锅内的控温部分接入并受控于该控制器，控制器接收温度传感器的温度信息，通过接收到的温度信息控制水浴锅内的水温，进而控制发酵罐内堆料中心处的温度。

畜禽粪便4置于厌氧发酵罐中，发酵过程中产生的沼气采用排水集气法收集，包括一个集气瓶23，集气瓶置于与水浴锅并排设置的分隔箱25中，集气瓶内盛装饱和食盐水24，导气管22一端与发酵罐的排气口相连、另一端插入集气瓶内且靠近瓶口处，一根排水管一端插入集气瓶底部、另一端接入分隔箱外的集水槽26中。

通过上述装置进行畜禽粪便厌氧堆肥的工艺过程如下：

(1)将畜禽粪便与经磨碎的调理剂混合均匀，得混合堆料；

(2)在发酵瓶底部铺设一层砂、活性炭颗粒(活性炭和砂石可按质量1:1混配)。

(3)将混合堆料置于发酵瓶中，进行避光厌氧发酵。

(4)混合堆料放置发酵罐中，再将发酵罐放置于水浴锅上，连接集气装置，进行发酵。

(5)厌氧发酵过程中通过水浴控制发酵罐中温度为25℃～70℃。

(6)堆肥过程中，每隔2天取一次样，堆肥至15天，结束堆肥。

(7)对所取的样进行四环素类抗生素含量检测，并对pH值、含水率、生物可降解度BDM进行测定，观察其动态变化。

以上的具体实施方式仅为本实用新型的较佳实施例，是对本实用新型进一步的详细说明，是说明性的。本实用新型并不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型可有各种变动和改进。因此，凡依本实用新型申请范围所做的任何变化修改，均属于本实用新型的保护范围之内。