[发明专利]一种好氧堆肥中抗生素抗性基因强化去除方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明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：