一种好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法技术

本发明专利技术公开了一种好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法，所述方法包括如下步骤：一、将有机固体废弃物与辅料混合均匀；二、对混合物料进行好氧堆肥；三、堆肥高温期结束后，进入降温期时向堆肥体系中通入臭氧，堆体正常完成降温和腐熟期。本发明专利技术既可以利用堆肥高温期间较高的堆体温度来有效减少ARGs，还针对堆肥腐熟期ARGs丰度增加的问题，结合臭氧氧化技术进一步削减堆肥物料中的ARGs，最终降低了堆肥产品中ARGs的丰度，降低了堆肥土地利用后产生的健康风险。这一技术还可以降低堆肥物料中ARGs潜在宿主细菌的丰度，同时可以显著削弱堆料中微生物的接合、转化能力，从而减少ARGs发生垂直基因转移和水平基因转移的风险。直基因转移和水平基因转移的风险。直基因转移和水平基因转移的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法


[0001]本专利技术属于有机固体废弃物处理领域，涉及一种好氧堆肥体系中抗生素抗性基因的强化去除方法。

技术介绍

[0002]在规模化和集约化的畜禽养殖业中，为了治疗和预防疾病，促进动物的生长，提高饲养效率，抗生素常以亚治疗剂量被添加于饲料中。我国2013年抗生素产量约16.2万吨，约8.4万吨为兽用，而其中的52%被养猪业消耗。但是添加进饲料中的抗生素很难被动物肠道吸收和代谢，其中58%的抗生素以其母体化合物或者初级代谢产物的形式通过粪便和尿液排泄出来。畜禽粪便中残留的未经代谢的抗生素成为了环境中抗生素的重要来源，而且会导致粪便中抗生素抗性微生物以及抗生素抗性基因（ARGs）的产生，使畜禽粪便成为ARGs的重要储存库。畜禽粪便中这些含有ARGs的抗性菌株是土壤和地下水中ARGs的最重要来源之一，大量畜禽粪便的排放会直接导致ARGs的面源污染。
[0003]在2004年，美国科学家Rysz和Alvarez提出将抗生素抗性基因（ARGs）作为一种新型环境污染物。细菌可以通过多种方式获得ARGs，包括垂直基因转移和水平基因转移。其中，胞内DNA（iDNA）和胞外DNA（eDNA）对环境的影响及对其携带ARGs的转移机制存在明显差异。垂直基因转移是将位于细菌染色体上经过修饰的遗传信息转移到子细胞中。水平基因转移机制包括接合、转导和转化，转化是胞外DNA被感受态细胞接受，导致受体细胞含有被吸收DNA遗传性状的过程。转导和接合则是胞内DNA由噬菌体或者细菌间通过鞭毛介导并转移到受体微生物的过程。
[0004]好氧高温堆肥是畜禽粪便无害化处理和资源化利用的主要途径之一，不仅可以减少有机废弃物的环境污染，且堆肥产品可循环利用于农业生产中，因此受到广泛关注。有研究表明，好氧堆肥也可以作为控制畜禽粪便中抗生素及ARGs风险的主要途径，然而由于堆肥是由多种微生物共同参与完成，且受堆肥条件和物料影响较大，因此不同研究中不同种类抗生素及ARGs变化存在显著差异。但目前常规好氧堆肥技术对ARGs的削减仍存在着争议，有不少研究者提出常规好氧堆肥技术不能有效控制ARGs和可移动遗传元件（MGEs）的增殖和扩散，因此开发更有效的技术来促进堆肥过程中ARGs的去除至关重要。
[0005]ARGs的丰度会在堆肥腐熟期增加，它的变化与堆肥物料中的微生物种群结构显著相关。放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）都是ARGs的潜在宿主细菌，也是堆肥腐熟阶段最主要的门水平细菌，因此抗生素抗性菌会在腐熟期不可避免的增加，造成ARGs在此阶段扩散。这些ARGs的反弹是造成堆肥结束时ARGs削减效果差异的关键因素。因此亟需开发合适的技术手段针对性的控制堆肥降温期和腐熟期ARGs的反弹以强化去除ARGs，但目前有关这方面的研究较少。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法，该方法在传
统的好氧堆肥技术基础上，结合臭氧氧化技术，显著降低堆肥样品中的ARGs，减少其土地利用之后对人类健康造成的潜在风险，而且不会影响堆肥过程的顺利进行，不会降低堆肥产品的品质。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法，包括如下步骤：步骤一、将有机固体废弃物与辅料混合均匀，得到混合物料，其中：有机固体废弃物为畜禽粪便；辅料为常见农业固废物（如木屑、秸秆、稻壳等中的一种或几种）或园林废弃物；好氧堆肥需要适宜的含水率、C/N 比和供氧量来保证堆肥的进行，通过加入木屑、秸秆、稻壳和园林废弃物等调理剂能够有效调节堆肥物料的碳源，减少水分含量，增加堆体的孔隙率，优化堆肥进程，一般来说，有机固体废弃物与辅料的混合比例根据混合物料的含水率和碳氮比决定，通过计算合理的比例使好氧堆肥含水率和碳氮比达到最佳范围，即含水率为45%~65%和碳氮比（C/N）为20~40：1；步骤二、对步骤一得到的混合物料进行好氧堆肥，其中：一般而言，好氧堆肥的升温期温度为初始混合物料温度至50℃之间，堆肥过程中高温期阶段需要55℃以上持续3天或者50℃以上持续5~7天，就能够保证有效杀灭物料中的有害微生物，使其无害化；好氧堆肥过程中，含水率和碳氮比不额外进行控制，曝气风量控制在0.05~0.2m3/min（以每立方米物料为基准），实际运行中依据堆体温度及出料情况调整翻堆频率；步骤三、堆肥高温期结束后，当温度降低到40~47℃进入降温期时向堆肥体系中通入臭氧，堆体正常完成降温和腐熟期，满足腐熟期后测定样品中总抗性基因、胞内及胞外抗性基因的丰度及微生物群落的接合、转化能力，其中：臭氧由堆体底部正压通入堆体，臭氧总投加量为0.2~0.6g/kg堆肥物料，整体臭氧投加时间为30~150min，臭氧风量及浓度依据臭氧投加时间进行调整；当堆体温度降低至室温时到达腐熟期，一般要求腐熟期时间为7天及以上；所述降温和腐熟期的曝气量与升温期和高温期一致；所述抗性基因包括四环素类（tetM、 tetL和 tetW）、磺胺类（sul1、sul2和sul3）、大环内酯类（ermB、ermC和ermF）和喹诺酮类（aac(6
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[0008]相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术既可以利用堆肥高温期间较高的堆体温度来有效减少ARGs，还针对堆肥腐熟期ARGs丰度增加的问题，结合臭氧氧化技术进一步削减堆肥物料中的ARGs，最终降低了堆肥产品中ARGs的丰度，降低了堆肥土地利用后产生的健康风险。这一技术还可以降低堆肥物料中ARGs潜在宿主细菌的丰度，同时可以显著削弱堆料中微生物的接合、转化能力，从而减少ARGs发生水平基因转移的风险。
[0009]2、本专利技术不仅能有效削减堆肥物料中的抗生素抗性基因，还不会影响堆肥腐熟，不会降低堆肥产品品质，最终的堆肥产品可用来生产有机肥。
附图说明
[0010]图1为堆肥结束时臭氧处理和对照组中抗生素抗性基因绝对丰度变化图；
图2为堆肥结束时臭氧处理和对照组中可移动遗传元件绝对丰度变化图；图3为堆肥结束时臭氧处理和对照组中微生物群落的接合和转化频率图。
具体实施方式
[0011]下面结合实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。
[0012]实施例1本实施例提供了一种好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法，所述方法具体步骤如下：步骤一、将畜禽粪便与玉米秸秆按照5:1（重量比）的比例完全混合。
[0013]步骤二、对步骤一得到的混合物料进行好氧堆肥，好氧堆肥升温期和高温期需顺利完成（堆体温度在55℃以上持续3天或者50℃以上持续5~7天）。堆肥过程中不调节含水率和碳氮比，曝气量控制在0.08L min
‑1kg
‑1堆料，升温期、高温期每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一、将有机固体废弃物与辅料混合均匀，得到混合物料；步骤二、对步骤一得到的混合物料进行好氧堆肥；步骤三、堆肥高温期结束后，当温度降低到40~47℃进入降温期时向堆肥体系中通入臭氧，堆体正常完成降温和腐熟期。2.根据权利要求1所述的好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法，其特征在于所述步骤一中，有机固体废弃物为畜禽粪便。3.根据权利要求1所述的好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法，其特征在于所述步骤一中，辅料为农业固废物或园林废弃物。4.根据权利要求3所述的好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法，其特征在于所述农业固废物为木屑、秸秆、稻壳中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法，其特征在于所述步骤一中，混合物料的含水率为45%~65%，碳氮比为20~40：1。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：符奇旗，温沁雪，陈志强，武一奇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：