兽用抗生素对猪粪厌氧消化的抑制效应

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厌氧消化技术广泛用于畜禽粪便和废水的处理。随着畜禽养殖业的迅速发展,抗生素在动物疾病防治、提高饲料利用率、促进畜禽生长等方面发挥着重要作用。伴随着抗生素的大量使用,细菌耐药性和药物残留等问题日益突出。畜禽粪便中残留的抗生素会对厌氧消化菌群产生抑制作用,影响厌氧消化进程。为探究兽用抗生素对猪粪厌氧消化的抑制效应,本研究选取具有代表性的四环素类抗生素(四环素,金霉素)和磺胺类抗生素(磺胺嘧啶,磺胺甲噁唑)进行猪粪厌氧消化试验,系统的探究了抗生素单独使用时对厌氧消化的抑制作用,运用产甲烷动力学模型对厌氧消化单位质量VS累积产甲烷量进行拟合,进行了抗生素的联合抑制试验和厌氧微生物活性恢复试验等。主要成果如下:(1)研究了四种抗生素单独作用时对厌氧消化产甲烷的抑制作用。四种抗生素对累积产甲烷量抑制率均随浓度的升高而增强,TC对累积产甲烷量的抑制率为14.27%56.67%;CTC对累积产甲烷量的抑制率为17.39%62.65%;SD对累积产甲烷量的抑制率为8.26%56.54%;SMZ对累积产甲烷量的抑制率为10.51%66.12%。四种抗生素单独对厌氧消化试验过程中VFA的变化,说明TC、CTC、SD、SMZ对水解发酵和产氢产乙酸阶段有抑制作用。(2)运用产甲烷动力学模型对厌氧消化单位质量VS累积产甲烷量进行拟合进行了拟合,所有相关系数R2均达到0.95以上,说明利用该动力学模型对单位质量VS累积产甲烷量进行预测是可行的。通过对比产甲烷动力学模型预测添加抗生素的情况下的最终累积产甲烷量理论值Mmax,得出CTC对厌氧消化累积产甲烷量的抑制作用要强于TC,SMZ对厌氧消化过程的抑制作用强于SD。(3)研究了四种抗生素的联合抑制效应。厌氧消化四种抗生素联合抑制试验说明,四种抗生素各因素水平组合对厌氧消化累计产甲烷量具有抑制效应,抑制率为7.56%63.73%。联合抑制试验结果极差和方差分析,得出四种抗生素对厌氧消化累计产气量影响大小依次为CTC>TC>SMZ>SD,其中金霉素对厌氧消化抑制效应具有显著性。根据一级互作分析,得出四种抗生素联合抑制性表现为拮抗作用。(4)研究了金霉素对厌氧微生物活性恢复的影响。微生物活性恢复试验表明CTC对产甲烷菌的抑制作用属于致死型,对污泥活性的抑制作用不可逆,在金霉素大于30 mg·kg-1时,产甲烷菌致死量达到一半以上,活性恢复困难。
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