畜禽養殖廢水厭氧發酵沼液及沼渣成分研究

李元高 潘海敏 敬巧巧

摘 要：為了評估畜禽養殖廢水經厭氧膜生物反應器發酵所產生沼液和沼渣的回用價值，該研究選取了養豬廢水這種典型的畜禽養殖廢水并分析了該廢水經厭氧膜生物反應器發酵后產生的沼液和沼渣成分。分析數據顯示，沼液和沼渣中的主要營養元素分別達到NY 1107-2010和NY 525-2012標準中相關要求，重金屬元素含量分別低于NY1110-2010和NY 525-2012標準中規定限值。上述結果初步表明，養豬廢水經厭氧膜生物反應器發酵后產生的沼液和沼渣施用于農田是安全可行的，為后續該沼液沼渣對農作物的施用效果研究提供了支持。

關鍵詞：畜禽養殖廢水 養豬廢水 厭氧膜生物反應器 沼液 沼渣

中圖分類號：X71 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（a）-0053-03

隨著經濟增長和人民生活水平提高，畜禽養殖業迅速發展。但是，畜禽養殖業的發展也帶來了一系列環境問題。畜禽養殖場所產生的廢水懸浮物、有機物和氨氮等濃度高，若未經處理而任意排放將對生態環境造成嚴重威脅[1]。厭氧生物處理技術可在處理畜禽養殖廢水的同時以沼液沼渣的形式回收資源[2-3]，是目前廣泛應用的畜禽養殖廢水處理方法。在眾多厭氧工藝中，厭氧膜生物反應器將厭氧生物處理工藝和作為固液分離單元的膜組件相結合，在處理畜禽養殖廢水這類高懸浮物廢水方面具有顯著的技術優勢[4-6]。但是，目前關于畜禽養殖廢水經該反應器厭氧發酵后所產生的沼液沼渣是否可回用于農田的研究較少。因此，該研究將選取養豬廢水這種典型的畜禽養殖廢水并分析該廢水經厭氧膜生物反應器厭氧發酵后所產生沼液和沼渣的主要營養元素及重金屬元素含量，初步評估沼液沼渣在后續農田施用方面的效果及風險。

1 材料與方法

1.1 沼液及沼渣來源

該實驗中所分析的沼液樣品取自用于處理養豬廢水中的厭氧膜生物反應器在運行第79、133、158天所產生的沼液；沼渣樣品則取自該反應器運行第79天所排出的沼渣。其中，厭氧膜生物反應器處理的養豬廢水來源于廈門某養豬場產生的廢水。

1.2 指標測定及方法

沼液中的總氮（Total Nitrogen，TN）和總磷（Total phosphrous，TP）分別采用GB 11894-89和GB 11893-89中的方法進行測定；沼渣中TN和TP的測定則分別采用NY/T 53-1987和GB/T 6437-2002中的測定方法；TK（Total potassium，TK）、Ca和Mg（僅針對沼液）及重金屬元素Hg、As、Cd、Pb和Cr采用電感耦合等離子體發射光譜儀測定（沼渣在測定上述元素前測定需采用微波消解儀進行消解）。

2 結果與討論

2.1 沼液的成分分析

2.1.1 沼液的主要營養元素

該研究中沼液的主要營養元素含量如表1所示。根據大量元素水溶肥料標準（農業行業標準NY 1107-2010）中的大量元素水溶肥料（中量元素型）液體產品技術指標，大量元素（N+P2O5+K2O） 含量之和應大于等于500 g·L-1，且應至少包含兩種大量元素，單一元素含量不低于40 g·L-1；中量元素（Ca+Mg）含量之和應大于等于10 g·L-1。由于液體肥料在施用于農田之前一般需先稀釋500～1 000倍。因此若按照稀釋倍數為500倍來計算，稀釋后施用于農田的液體肥料中大量元素含量應大于等于1 g·L-1，其中的兩種大量元素均應分別高于0.08 g·L-1；中量元素含量應大于等于0.02 g·L-1。根據表1中的數據，推算出該研究中沼液的大量元素（N+P2O5+K2O）含量之和為1.4～1.6 g·L-1；其中，氮和鉀元素（以K2O計）含量均分別高于0.08 g·L-1。此外，在所取的沼液樣品中，中量元素（Ca+Mg）含量均為0.3 g·L-1。上述分析結果表明，在該實驗范圍內，沼液中的主要營養元素均能達到NY1107-2010中的相關標準。因此，該研究初步認為該沼液可施用于農作物，為其提供生長所需養分。

2.1.2 沼液的重金屬元素

養豬廢水經厭氧膜生物反應器厭氧發酵后的沼液可能含有一定量的重金屬。重金屬含量過高的肥料長期施用有可能導致重金屬在土壤和農作物中的累積，造成一定的安全風險。因此，根據我國水溶肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻的限量要求（農業行業標準NY 1110-2010），有必要對沼液中所含的上述重金屬元素含量進行分析。如表2所示，在所取的3次沼液樣品中，除了Pb和Cr之外，Hg、As和Cd均未檢測出。根據NY 1110-2010標準，水溶性肥料中的Pb和Cr含量均應小于等于50 mg·kg-1。若按稀釋倍數1 000倍來計算，稀釋后施用于農田的液肥中Pb和Cr含量均應小于等于0.05 mg·kg-1。根據表2中的數據，在該實驗范圍內，沼液中的Pb和Cr含量分別為0.02～0.04 mg·kg-1和0.01 mg·kg-1，均低于相關標準規定的限值。該結果初步表明，該研究中沼液施用于農田不會造成一定的重金屬風險。

2.2 沼渣成分分析

2.2.1 沼渣的主要營養元素

對該研究中沼渣主要營養元素含量的分析結果顯示，沼渣中TN，TP和TK分別為48.7 mg·g-1，32.6 mg·g-1和5.9 mg·g-1。根據農業行業標準NY 525-2012（該標準適用于以畜禽糞便為原料并經發酵腐熟后制成的有機肥料），總養分（N+P2O5+K2O）的質量分數應大于等于5.0%。在該研究中，N和K若以P2O5和K2O計，根據沼渣中TN、TP和TK數據，可推算出總養分（N+P2O5+K2O）的質量分數為13.0%，達到了NY 525-2012中規定的含量要求。上述結果初步表明，該研究中的沼渣含有豐富的氮、磷、鉀元素，可為農作物提供生長所需的主要養分，可嘗試作為肥料施用于農作物。

2.2.2 沼渣的重金屬元素

為了評估該研究中沼渣含有的重金屬對后續農用的安全風險，對NY 525-2012標準中規定的5種重金屬元素含量進行測定。分析結果顯示，在該實驗范圍內，除了As之外，在沼渣中未檢測出Cd、Pb、Cr和Hg。根據NY 525-2012標準中有機肥料重金屬限量指標要求的有關規定，As含量應小于等于15mg·kg-1。在該研究中，沼渣中的As含量為7 mg·kg-1，低于NY 525-2012標準中的限定值。根據上述重金屬含量分析結果，在該實驗范圍內，初步認為該沼渣的農田施用不會造成重金屬風險。

3 結語

該研究初步分析了養豬廢水這種典型的畜禽養殖廢水經厭氧膜生物反應器厭氧發酵后產生的沼液和沼渣成分，獲得了以下主要結論：在該實驗范圍內，沼液和沼渣中的主要營養元素分別達到NY 1107-2010和 NY 525-2012標準中的相關規定要求；沼液和沼渣中的重金屬元素含量分別低于NY 1110-2010和NY 525-2012標準中規定的限值。因此，該研究初步認為，養豬廢水經厭氧膜生物反應器厭氧發酵后產生的沼液和沼渣施用農田中是安全可行的，為后續該沼液沼渣對農作物的施用效果驗證提供了一定的前提和基礎。

參考文獻

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[2] 劉健，劉仕琦，陳蕓，等.畜禽養殖廢棄物的綜合利用技術[J].中國畜禽種業，2012（6）：31-32.

[3] 劉銀秀，趙光樺，王志榮，等.能源生態環保型豬場糞污處理模式的應用[J].中國沼氣，2008，26（4）：30-34.

[4] Stuckey D C.Recent developments in anaerobic membrane reactors[J].Bioresource Technology，2012，122（10）：137-148.

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