微生物菌劑處理規模化養豬場糞污水的研究進展

李剛，楊克，許方程，董夏夢，都林娜

(溫州科技職業學院，浙江 溫州 325006)

我國是養豬業大國，隨著養豬業的集約化發展，大量集中排放至周邊環境中的糞污水所引發的污染問題也越來越嚴重。由于糞污水中含有大量有機物、氨氮、含磷化合物、懸浮物和致病菌等，且產生惡臭，已對周邊環境質量造成極大影響。因此，由規模化豬場所造成的環境污染問題，已引起社會各界的極大關注[1]。多年來，浙江省高度重視生態文明建設，先后提出了“綠色浙江”“兩美浙江”“‘811’環境污染整治”“五水共治”“剿滅劣五類水”等戰略舉措。在一些養殖業相對發達的熱帶和亞熱帶農業區域，規模化養豬場所排放的糞污水已成為當地主要污染源，極大地威脅了農村飲用水和灌溉水安全，降低農村人居環境質量，規模化養豬場糞污水問題已嚴重阻礙了剿滅劣五類水的步伐。

1 規模化養豬場糞污水污染狀況及危害

據估算，1頭育肥豬從出生到出欄，排糞850～1 050 kg、排尿1 200～1 300 kg。1個萬頭豬場年排放純糞尿約3萬t，日產污水250～300 t，年可排放糞尿污水6萬～9萬t[2]。豬場糞污水未經達標處理，大量進入土壤后，可污染土壤，糞污水中過量的鉀會造成土壤的微孔減少、通透性降低，進而破壞土壤結構[3-4]。同時，豬場糞污水中含有大量的氮、磷等元素，會形成不溶性的化合物，破壞土壤的團粒結構，造成板結而影響作物的生長[5]。此外，由于商品飼料中往往含有微量元素添加劑，且大部分殘留在糞便中，導致豬場糞便中含有較高的銅、鋅、砷等元素，進而使土壤污染的風險提高[6]。豬場糞污水中還含有大量的有害微生物，如未經處理排入土壤，則其中有害微生物(如致病菌、病毒、寄生蟲等)會直接對人體造成影響。豬場糞污水中惡臭物質也會影響到附近居民的健康，造成疾病的蔓延。未經達標處理的豬場糞污水進入水體后，會造成硝酸鹽含量增加、水體富營養化等一系列的環境問題[7]。

2 規模化養豬場糞污水處理現狀

調查發現，大多數豬場污水處理采用的仍是傳統的厭氧消化法和活性污泥處理法，部分豬場采用自然處理法[8]。這些傳統的豬場糞污處理工藝在實際生產中難以推廣或正常運行，有以下幾方面原因如下： 1)糞污水消納地不足；2)沿海發達地區，土地租賃費昂貴，難以采用需要土地面積大的人工濕地工藝；3)污水處理工程造價高，運行費用高，需要專業人員管理；4)傳統的活性污泥處理法冬季處理效果極差。這些因素制約了規模化豬場現有污水處理技術的推廣和運用。

3 復合微生物菌劑處理規模化養豬場糞污水的研究進展

針對畜禽養殖糞污水的特點，國內外學者已對其理化和生物處理技術進行了一系列的探索研究。其中，復合微生物制劑凈化修復技術作為一種環境友好型的處理技術而受到廣泛關注[9]。

復合微生物菌劑作為一種微生態制劑，采用多種功能菌株復配而成，以求充分發揮微生物菌群之間的協同作用，從而獲取應用效果最佳的一種微生物菌劑。復合微生物制劑與單純菌種微生物制劑相比，在工業、農業、醫藥和畜牧業等各行各業都有著更加重要的作用。復合微生物菌劑不僅集合了單純功能菌株的優異特性，而且增加了菌株間的協同共生作用，從而能夠更好地適合復雜多變的生境。復合微生物制劑在污水凈化、保健品、藥物、飼料添加劑等行業得到了較為廣泛的應用，但在畜禽養殖污水處理方面的應用則鮮有報道[8,10-11]。

復合微生物制劑的菌種來源，一般為利用天然的功能微生物進行復配并經過優化處理的微生物菌劑，還有經人工構建的高效功能菌株和各種天然功能菌株復配構成的微生物菌劑。國外報道較多的是由日本琉球大學的比嘉照夫教授研制而成的EM復合微生物菌劑，該菌劑的主要成分涵蓋了光合菌群、乳酸菌群、酵母菌群、放線菌群等80多種相關功能微生物菌種，結構穩定、功能廣泛，廣泛應用于發酵床、堆肥、污水處理等廢水處理過程[12]。近年來，國內研究者對復合微生物菌劑的研究報道也越來越多。李鳴雷等[13]采用平板法從土壤樣品中分離篩選到若干株功能菌株，并經優化復配，獲得一種新型復合微生物制劑，該菌劑可迅速提高發酵體溫度，降低雞糞臭氣，同時可提高雞糞和麥草秸稈的降解速度，縮短堆肥時間。張隴利等[14]利用放線菌、光合細菌、絲狀菌等功能菌株復配成VT復合微生物制劑，該菌劑可促進污泥堆體升溫速率和最高溫，且可加快水分散發和有機質分解。寧志剛等[15]利用固氮菌、溶磷菌、解鉀菌3種功能菌株，按照同比例混合培養，制成復合微生物菌劑，并研究了不同菌劑接種量對豬糞堆肥作用效果的影響，結果表明，1.5%和2%的菌劑接種量效果最佳，基本除去豬糞臭味。

4 可用于規模化養豬場糞污水處理的微生物

據報道，國內外可用于規模化養豬場糞污水處理的微生物主要涉及光合細菌、硝化細菌、反硝化細菌、芽孢桿菌和酵母菌等[16]。

光合細菌主要分布于自然界的沼澤、湖泊、海洋的深水區等光線能透射到的缺氧區，是自然界中普遍存在的一類具有細菌葉綠素，在厭氧光照或好氧黑暗條件下，以光作為能源，利用自然界中的有機物、硫化物、氨氮等作為氫供體進行光合作用的原核生物。在水產養殖污水處理中，應用較為廣泛的是光合細菌中的光能異養型紅螺菌科(Rhodospirillaceae)中的一些品種，如沼澤紅假單胞菌(Rhodopseudomonaspalustris)、球形紅假單胞菌(Rhodopseudomonasspheroides)、莢膜紅假單胞菌(Rhodopseudomonascapsulata)等。這類光合細菌在厭氧光照或好氧黑暗條件下，都能夠高效降解水體中的高濃度有機物，避免了好氧活性污泥微生物對污水中溶解氧的依賴和厭氧甲烷細菌等對污水中溶解氧的敏感等缺陷。同時，這類細菌可產生高達60%以上的菌體蛋白，又富含維生素、生物素、泛酸、類胡蘿卜素、抗病毒物質和生長促進因子等生理活性物質，營養價值較高，可充當餌料，作為飼料添加劑等。此外，光合細菌還可降解污水中的亞硝酸鹽、硫化物等有毒物質，且其適應性強，對酚、氰等高毒性物質也有一定的耐受性和分解能力，因而，在食品生產和養殖糞污水凈化處理中具有巨大的應用價值和廣闊的應用前景[16]。

硝化細菌是一種自養型好氧細菌，主要包括亞硝酸菌屬和硝酸菌屬，其主要功能為降解氨氮和亞硝酸鹽氮，因而在養殖糞污水脫氮過程中起著不可或缺的作用。硝化細菌在中性和弱堿性條件下效果最佳，在酸性條件下效果較差，又因其對氨氮和亞硝酸鹽氮的高去除率和承受污染負荷高等特性，在養殖污水凈化處理方面成效顯著[17]。

反硝化細菌是一種異養型、兼性厭氧細菌，能夠以亞硝態氮和硝態氮作為氮源，進行反硝化作用。通過還原水體中的亞硝態氮和硝態氮，使之生成無害的氮氣，進而去除亞硝酸鹽對環境造成的危害。同時，通過反硝化作用還可消耗水中氮素營養，抑制致病菌和藻類過度繁殖，從而達到凈化水質的目的，在此過程中同化的氨氮還可作為植物的氮源，促進氮循環。可進行反硝化作用的細菌主要包括地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)、脫氮副球菌(Paracoccusdenitrificans)、施氏假單胞菌(Pseudomonasstutzeri)等[18]。

芽孢桿菌是一類好氧、能形成芽孢的桿菌或球菌，多為革蘭氏陽性菌。在畜禽養殖中，因其能夠產生多種消化酶，促進動物吸收營養物質，故常作為飼料添加劑加入到動物飼料中，從而提高飼料的轉化和利用效率。芽孢桿菌環境適應性強，生長繁殖迅速，且降解和轉化有機物能力強，可直接降解硝酸鹽和亞硝酸鹽類污染物，減少或消除水體中的氨氮、硫化氫等污染物，平衡水體中的氮磷比，進而達到改善和凈化水質的目的。此外，有些芽孢桿菌在新陳代謝過程中還可產生細菌素等抑菌物質，從而抑制沙門氏菌、傷寒桿菌等致病菌的活動，起到殺菌消毒的功效。目前，在養殖污水凈化處理中常用的芽孢桿菌包括枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、納豆芽孢桿菌(Bafillusnatto)、地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)、蠟樣芽孢桿菌(Bacilluscereus)等[19]。

酵母菌不僅具有單細胞、生長快、能形成很好的絮體、適應于各種不同的反應器等特點，而且具有真菌細胞大、代謝旺盛、耐高滲透壓、耐高濃度、生長要求不苛刻等特性，在污水處理領域已被廣泛應用。在養殖污水凈化處理中，應用較為廣泛的酵母菌主要涉及到啤酒酵母(Saccharoinycescerevisiae)、產阮假絲酵母(CandidaUntilis)、熱帶假絲酵母(Candidatropicalis)和解脂假絲酵母(Candidalipolytica)等[20]。

5 小結

增強功能菌株生物量、從而利用復合微生物菌劑處理養殖廢水，是處理規模化養豬場糞污水過程中急需解決的問題。目前，可用于規模化養豬場糞污水處理的微生物主要包括光合細菌、硝化細菌、反硝化細菌、芽孢桿菌和酵母菌等，但利用微生物菌劑處理規模化養豬場糞污水的研究報道并不多見，且市場已推廣的微生物菌劑主要依賴于國外進口。今后的研究應著力于充分利用本地資源，開發適合本地豬場糞污水處理的復合微生物菌劑，擺脫對進口菌劑的依賴。