嘉兴养猪场沼液水质研究.docx

嘉兴养猪场沼液水质研究.docx

《嘉兴养猪场沼液水质研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嘉兴养猪场沼液水质研究.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

嘉兴养猪场沼液水质研究

嘉兴养猪场沼液水质研究

　生猪养殖带来的COD和氮磷污染问题已经受到广泛重视[1,2]，其中COD和氨氮减排已被列入国家环保部的“十二五”总量减排计划.同时现代畜牧养殖业中为了促生长或防治疾病，在饲喂时使用的重金属和抗生素等外源化学品污染问题逐步显现.这些外源化学品被生物体利用的较少，85%以上通过尿液和粪便排出体外进入环境，威胁生态系统安全和人类健康，引起广泛关注[3,4,5,6].我国目前执行的是《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001），对畜禽养殖业排水中重金属和抗生素的排放浓度均没有规定.环境保护部近期委托中国环境科学研究院对排放标准进行了修订，2011年3月公开的《畜禽养殖业水污染物排放标准》（征求意见稿）中规定Cu和Zn的排放限值分别为0.5mg·L-1和1.5mg·L-1.Cu和Zn排放限值的提出，充分显示生猪养殖业中外源化学品的污染已开始引起政府的重视和社会的关注.

　　虽然针对养猪废水中外源化学品污染现状的研究数据还比较有限，但既有文献报道足以充分表明，我国养猪废水中存在着比较严重的重金属和抗生素污染.潘寻等[7]对山东省21家规模化猪场夏、冬两季共126个猪粪样品及18个配合饲料样品中多种重金属（Cr、Cu、Zn、As、Cd和Pb）的含量进行了检测，发现猪粪中Cu、Zn、Cr、As、Cd、Pb的平均检出值分别为472.8、1908.6、12.3、36.5、0.9、2.9mg·kg-1.不同猪群粪便中重金属含量存在一定差异，Cu、Zn、Cd在小猪粪便中检出浓度最高，而Cr、As分别在种猪和育肥猪的粪便中检出浓度最高.陈永山等[8]对苕溪流域某规模化养猪场排放的典型废水进行兽用抗生素污染检测，发现废水中四环素类抗生素污染最为严重，最高单体污染浓度可达13.7μg·L-1，磺胺嘧啶、磺胺甲唑和磺胺二甲嘧啶等3种磺胺类物质也有一定的检出量，但以磺胺二甲嘧啶较为突出，最高检出量为0.675μg·L-1;氧氟沙星以及红霉素和罗红霉素等喹诺酮和大环内酯类抗生素除了原水有较低的检出量，其它废水均未检出.Luo等[9]对海河流域4类（四环素类、磺胺类、大环内酯类、喹诺酮类）抗生素来源进行了调查，发现这4类抗生素在猪场废水中都有检出，浓度在0.12~0.47μg·L-1之间，高于污水处理厂出水10~100倍不等;磺胺二甲基嘧啶在所有的猪场废水中都有检出，浓度最高达到了47μg·L-1.

　　养猪沼液中外源污染物和传统污染物（COD、N、P）的污染水平及其变化特征，直接关系到沼液处理技术的选择、排水的生态安全程度以及可资源化利用水平，因此有必要针对各地区具体情况综合考察、系统研究.嘉兴市是长三角地区重要的生猪养殖基地，2012年全市生猪存栏量为280万头（嘉兴市统计信息网，http:

//www.jxstats.gov.cn），按照每头猪每年粪便废水排放量为1520.6kg[10]计算，预计每年产生养猪废水超过400万t.本研究以嘉兴市南湖区年出栏量在5000头以上的规模化养猪场为对象，在测试沼液常规水质指标的同时，对沼液中常见的6种重金属元素和10种抗生素的污染情况进行了调查研究，以期为沼液的达标排放、无害化处理以及有效管理提供基础数据支持.

　　1材料与方法

　　1.1采集样品

　　在嘉兴市生猪养殖密集的南湖区选择10家年出栏量为5000头以上的规模化养猪场进行取样调查.南湖区年出栏量5000头以上的规模化养殖场共17家，本次抽查数占总数的60%，具有代表性.

　　分别于2012年10月30日（秋季）、2012年12月26日（冬季）、2013年4月15日（春季）和2013年8月5日（夏季）同时采集各猪场水样.在厌氧发酵罐排放沼液的前期、中期和后期这3个阶段，分别于厌氧发酵罐排出口采集沼液1L混合后放入冰箱冷藏，3d内完成各项水质分析.

 1.2测定方法

　　常规水质检测方法参照文献[11].溶解性水质指标通过把水样以转速3000r·min-1，离心8min后取上清液测试获得.

　　铜、锌、铬、镍、镉、铅经微波消解（上海新仪微波消解化学科技有限公司，型号MDS-10）后用火焰原子吸收仪（安捷伦科技有限公司，型号240AADuo）测定[11].

　　抗生素检测方法参照文献[12].采用Waterse2695型液相色谱仪，配WatersTQDetector型串联三重四级杆质谱.四环素（Tetracycline,TC）、土霉素（Oxytetracycline,OTC）、金霉素（Chlortetracycline,CTC）、诺氟沙星（Norfloxacin,NOR）、恩诺沙星（Enrofloxacin,ENR）、环丙沙星（Ciprofloxacin,CIP）、泰乐菌素（Tylosin,TYL）、罗红霉素（Roxithromycin,RTM）标准品购自德国Dr.EhrenstorferGmbH公司，磺胺甲唑（Sulfamethoxazole,SMX）和磺胺二甲嘧啶（Sulfadimidine,SMD）标准品购自中国药品生物制品检定所.甲醇、乙腈、甲酸为色谱纯;EDTA钠盐、盐酸等试剂为分析纯;试验用水为Milli-Q水.

　　2结果与讨论

 　　2.1常规水质

　　春夏秋冬4次采样中10家猪场沼液COD、氨氮、TN和TP的浓度变化如图1所示.猪场沼液水质随采样时间变化很大，总体来说，夏季采样组的猪场沼液水质浓度普遍较低，春季采样组的浓度普遍较高.

　　图1春夏秋冬4次采样中10家规模化猪场COD、氨氮、TN和TP的浓度变化情况

　　春季采样组中，10家猪场沼液的COD浓度为1008~18479mg·L-1，DQ猪场浓度最高，FX猪场最低，二者相差了18倍.COD浓度小于2000mg·L-1以及在2000~6000mg·L-1之间的猪场各有3家，COD浓度高于6000mg·L-1的猪场有4家.TN浓度为205~2288mg·L-1，最大值与最小值相差了11倍;氨氮浓度为119~1936mg·L-1，占TN浓度的84%±11%.10家猪场中，有7家猪场的氨氮和TN浓度均在1000mg·L-1以上.TP浓度为32.6~306mg·L-1，其中TP浓度低于60mg·L-1和在60~150mg·L-1之间的各有3家，高于150mg·L-1的有4家.

　　夏季采样组的沼液浓度普遍较低.COD浓度在524~4478mg·L-1之间，平均值仅为春季采样组的四分之一，其中COD浓度低于2000mg·L-1的猪场有8家，高于2000mg·L-1的猪场只有2家.TN和氨氮的浓度分别为116~1703mg·L-1和22.2~758mg·L-1，其中TN和氨氮浓度都低于1000mg·L-1的有9家;TP浓度为30~87.5mg·L-1，其中浓度低于60mg·L-1的猪场占一半.

　　夏季采样组猪场沼液浓度较低的原因主要有两点：

①夏季沼液池温度高，发酵完全，有机物去除效果较好;②夏季天气炎热，给猪喂水和清洗猪舍的次数增多，导致整体用水量增加，沼液中污染物稀释程度较大.

　　秋季采样组中猪场沼液的COD浓度在593~6728mg·L-1之间，有7家猪场COD浓度低于2000mg·L-1，2家猪场在2000~6000mg·L-1之间，仅有1家猪场在6000mg·L-1以上;TN和氨氮的浓度分别为253~1978mg·L-1和195~1596mg·L-1，其中7家猪场TN浓度在1000mg·L-1以上，氨氮浓度在1000mg·L-1以上的仅有3家;TP浓度为18.5~174mg·L-1，有8家猪场TP浓度低于60mg·L-1，1家猪场在150mg·L-1以上.

　　冬季采样组中猪场沼液COD浓度在557~13713mg·L-1之间，平均值仅次于春季采样组，有6家猪场COD浓度低于2000mg·L-1，2家猪场在6000mg·L-1以上;TN和氨氮的浓度分别为247~2235mg·L-1和175~1598mg·L-1，二者的平均值和秋季采样组差别不大，有6家猪场TN浓度在1000mg·L-1以上，氨氮浓度在1000mg·L-1以上的仅有2家;TP浓度为10.7~230mg·L-1，有7家猪场TP浓度低于60mg·L-1，1家猪场在150mg·L-1以上.

　　众所周知沼液中碳氮比严重失衡，其中氮的含量相对较高，导致生物脱氮困难.本研究中春季采样组的沼液COD/TN为1.5~9.5，比值低于5.0的猪场占60%，大于8.0的猪场仅占10%.夏季采样组的沼液中由于COD浓度降低，导致COD/TN也有所降低，在0.7~9.1之间，其中80%猪场的COD/TN低于3.0.秋季和冬季采样组的沼液COD/TN分别在0.8~4.3和1.0~6.8之间，平均值分别为1.9和2.4，明显低于春季和夏季采样组.与文献[13]中TN完全去除时所需碳氮比应为8~10相比，本研究所有沼液检体的碳氮比都相对较低，因此可推测，要使沼液经过处理达到《畜禽养殖业水污染物排放标准》（征求意见稿）中规定的TN排放限值40mg·L-1，难度较大.

　　虽然同属于大规模生猪养殖企业，但各养猪场之间的沼液水质差异很大，其中DQ和XX两家猪场沼液COD、氨氮、TN和TP的浓度要明显高于其它8家猪场.这与各养猪户的用水量有关，也与饲养管理水平、清粪方式（水泡粪、水冲式、干清粪）和清粪频率有关，另外沼气池的运行效率也会有很大影响.

　　徐秀银[14]、杨朝晖等[15]对江苏、上海等地区沼液调查结果表明，COD浓度集中在960~2800mg·L-1，TP浓度集中在20~50mg·L-1，与本次调查结果基本一致;而同属于长三角地区的江苏、上海TN浓度集中在300~900mg·L-1，略低于本次调查结果的1000~2300mg·L-1.因此在嘉兴地区设计沼液处理方案时应充分考虑当地的沼液水质实际情况，针对高总氮、高氨氮的特点，重点开发以短程硝化反硝化、厌氧氨氧化等技术特点的工艺，提高系统的脱氮能力.

　　从溶解性浓度占比来看，溶解性COD占总COD的30%~97%，平均71%;溶解性TN占总TN的50%~97%，平均81%;溶解性TP占总TP的13%~96%，平均62%.悬浮物对沼液水质影响比较大.为了控制后续生物处理成本，建议在对沼液进行处理时强化一级处理，尽量去除悬浮物带来的污染负荷，减轻后续生物处理负荷.2.2重金属

　　不同季节采样组各规模化猪场沼液重金属的含量见表1.铜和锌是沼液中含量最高的两种重金属，占所有猪场沼液（除了秋季HF、FX、JH和YW猪场沼液）重金属浓度的97%±3%.铅的含量仅次于铜和锌.镉、镍和铬在多数猪场沼液中均有检出，但是三者的浓度很低.

表1不同季节采样组10家猪场沼液重金属浓度的变化情况1）

　　春季采样组中猪场沼液的重金属检出浓度最高，6种重金属在10家猪场沼液中都有检出.铜和锌的浓度分别为0.82~8.8mg·L-1和1.4~39.8mg·L-1，所有猪场均超过《畜禽养殖业水污染物排放标准》（征求意见稿）中规定的铜（0.5mg·L-1）和锌（1.5mg·L-1）排放限值.铅浓度在0.15~0.35mg·L-1之间，镍和铬的浓度相差不大，分别为0.07~0.15mg·L-1和0.04~0.21mg·L-1，6种重金属中镉的浓度最低，