畜禽粪便堆肥降解残留抗生素的研究进展

兽用抗生素的广泛使用导致了畜禽粪便中抗生素的大量残留,直接将粪便作为有机肥料使用会引起抗生素在环境中的进一步扩散。堆肥技术被认为是一种粪便无害化和资源化处理的简便易行方法,能有效去除粪便中大部分残留的抗生素。文章对畜禽粪便中抗生素的残留概况做了总结,并对堆肥过程中影响抗生素降解的主要因素如温度、通风、C/N、重金属、抗生素类型以及微生物影响降解效率的机制进行了分析。最后,简单介绍了抗生素降解动力学模型的研究和抗生素检测的方法,并对今后抗生素堆肥降解研究的方向提出了建议。

废油脂生物合成聚羟基脂肪酸酯的研究进展

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是微生物细胞内合成的高分子生物聚酯,当培养基中生长所必需的营养物质含量有限,而碳源物质过多时,会促进PHA的积累。众多PHA产品均具有生物可降解性以及优异的物理化学特性,有望替代传统塑料从而减少"白色塑料垃圾"的产生。但是较高的生产成本限制了PHA进一步的产业化和大规模应用。利用廉价易得的原材料作为微生物的碳源制备PHA是降低生产成本的有效途径之一。废弃油脂作为碳氢化合物,具有良好的微生物利用潜力。目前,以废油脂为原料、通过微生物合成可生物降解塑料已成为研究热点。该方法不但可以降低PHA的生产成本,解决废油脂的处理和高值化利用问题,还可以替代部分传统塑料的使用,符合我国绿色循环可持续发展的战略。文章系统总结了PHA的种类和应用,利用废弃油脂微生物合成PHA的最新进展以及微生物胞内PHA的提取方法,并对其合成PHA的有效实现和发展前景进行了展望。

贪铜菌利用混合餐厨废油合成聚羟基丁酸酯

餐厨废油是餐厨垃圾处理过程中的附加产物,是一种高含碳量的碳氢化合物。利用贪铜菌(Cupriavidus necator)以混合餐厨废油为单一碳源合成可生物降解塑料——聚羟基丁酸酯(PHB),分析菌株利用餐厨废油合成PHB的最佳条件,并对所合成的PHB进行了性质研究。通过进一步发酵培养,探究对比了不同发酵模式下菌株利用餐厨废油合成PHB的产量,为未来产业化奠定基础。结果表明:在30℃,150 r/min,pH 7.0,3%餐厨废油添加量和接种量条件下,Cupriavidus necator的生长量与 PHB 合成量均达到最大值,分别为9.5 g/L和7.6 g/L。利用5 L发酵罐进行分批培养,PHB的产量在发酵96 h后达到8.25 g/L。本研究利用餐厨废油合成的PHB平均分子量为30 kD,分散性指数(PDI)为1.44。PHB的熔化温度为175.7℃,分解温度为285.5℃,可以满足热塑性材料的需求。

添加生物炭对猪粪好氧堆肥的影响

在猪粪好氧堆肥过程中添加污泥生物炭或猪粪生物炭,研究生物炭对堆肥温度、pH、电导率(EC)、营养成分和重金属的影响。结果表明,添加污泥生物炭组的堆体温度在第10d达到50℃,快于对照组的12d,但由于高温期停留时间较短,未达到粪便无害化卫生要求(GB 7959-2012);添加猪粪生物炭组的堆体温度在第4d达到50℃,最高温度达到66.2℃,高于对照组的63.4℃,且能够满足GB 7959-2012。污泥生物炭和猪粪生物炭的加入可以降低堆体可溶性盐的浓度;添加猪粪生物炭可以降低堆体铵态氮的损失,促进速效钾的增加,而污泥生物炭则呈现相反的作用。堆肥后与对照组相比,添加污泥生物炭组Cr和Cu的残渣态比例分别从93.82%和36.78%增至94.44%和41.94%,添加猪粪生物炭组Cr和Cu的残渣态比例分别增至94.27%和60.26%,这说明添加污泥生物炭和猪粪生物炭有利于堆肥产物Cr和Cu的固化。此外,猪粪生物炭的加入还可以降低产物的潜在风险指数。综合分析,与添加污泥生物炭相比,添加猪粪生物炭的堆肥效果更好,可以作为一种良好的堆肥添加剂。

污泥生物炭制备吸附陶粒

以城市污泥热解产生的生物炭(BC)与高岭土(KL)为原料制备吸附陶粒(SKC),研究其对环丙沙星(CIP)的吸脱附性能,开展吸附动力学和等温吸附特性研究,结合形貌、孔结构、物相组成、表面电位探讨其吸附机制,利用TCLP法研究重金属浸出特征.结果表明BC与KL以6∶4的质量比混合造粒,经1 050℃烧结5 min得到的SKC对CIP有明显的吸附效果,去除率达65.34%;SKC对CIP的吸附符合二级动力学模型,在不同质量浓度下的吸附特性适用于Freundlich等温吸附模型,吸附过程同时存在物理和化学吸附.SKC具有良好的孔隙结构,物相组成以硅铝氧化物、铁氧化物和金属磷酸盐为主,既能降低重金属的浸出毒性又具有良好的CIP吸附去除效果,有望为处理废水中高浓度CIP提供一种低成本可回收的吸附材料,也为BC的规模化安全利用提供了新思路.

嗜热栖热菌降解氟喹诺酮类抗生素

氟喹诺酮类抗生素在各种环境基质中积累造成的生态和耐药基因污染等问题已引起广泛的关注。为了能够有效去除环境中氟喹诺酮类抗生素污染并且探究其生物代谢途径,利用嗜热菌Thermus sp.C419在高温(70℃)条件下降解2种典型的氟喹诺酮类抗生素(诺氟沙星和恩诺沙星),分析了菌株C419对这2种药物在单一和混合添加时的降解特性;通过UPLC-MS/MS检测了其相关的降解产物,并推测了可能的代谢途径;利用平板扩散法对生物降解后的氟喹诺酮类药物进行抑菌活性测定。结果表明:氟喹诺酮类化合物可被菌株C419有效降解,降解率为60%~80%;该生物降解过程符合一级动力学模型,培养基中氟喹诺酮类化合物浓度越高,降解率越高,降解半衰期越短;菌株C419对诺氟沙星的生物降解有3条可能的降解途径和7种降解产物,对恩诺沙星的生物降解有4条可能的降解途径和6种降解产物。此外,与2种药物的母体化合物相比,生物降解后药物对不同细菌的抗菌活性均有一定程度的降低,这说明嗜热菌株C419在热环境中去除氟喹诺酮类污染物方面可能会具有良好的实用性和应用前景。

污泥中抗生素热解特性及动力学分析

通过分析污泥中3种典型抗生素环丙沙星(CIP)、土霉素(OTC)和磺胺二甲嘧啶(SM2)的热解过程与失重特性,研究其热解动力学特征。结果表明:CIP、OTC、SM2主要热解温度区间分别为150~625℃、220~600℃、260~480℃;初始热解温度以及最大失重峰对应温度均为OTC<SM2<CIP;CIP热解具有2个失重峰,OTC与SM2热解仅有1个失重峰;且SM2热解失重峰最高,反应最剧烈;抗生素热解最终残留物均为残碳,且CIP热解残留率最低,为18.9%。抗生素热解过程可分为3阶段:第1阶段反应级数均为2级,活化能最高,频率因子最大;OTC、SM2与CIP热解平均活化能分别为50.19、72.31、81.85 k J·mol-1,说明OTC热解反应最容易进行,CIP热解则相对较难。上述结果将为污泥热解炭化工艺实现抗生素消减提供良好的理论基础。