吉林省延邊朝鮮族自治州養豬業現狀及固定化脫氮菌在廢水處理中的應用研究

孫雪菲 王 穎 金明姬

（延邊大學地理與海洋科學學院，吉林延吉 133002）

隨著人們生活水平提高，豬肉需求量不斷加大，養豬業得到迅猛發展，也增加了豬糞尿產生量，糞尿如果處理不當，將影響畜牧業可持續發展[1，2]。養豬場廢水是生豬排放的液體代謝產物、殘余飼料和沖洗固體糞便所產生的高濃度、有機廢水，其處理難度高，一直是該領域的研究熱點[3，4]。固定化微生物技術可將篩選出的微生物或優勢菌種固定，由此構成一個高效的廢水處理系統。該技術具有操作簡單、低成本、占地面積少、穩定性高等優點，對養豬場廢水治理有巨大潛力，經固化微生物處理后的廢水可用于農業生產，成為處理畜禽養殖廢水的優先選擇[5，6]。

本文在分析2008—2017年延邊州養豬業發展現狀，并計算養豬業糞尿產生量及污染物排放量的基礎上，結合最優條件下固定化脫氮菌對養豬場廢水的處理性能，探討固定化脫氮菌在延邊州的推廣應用性，為該技術在延邊州的推廣應用提供參考和依據。

1 數據收集與處理

1.1 數據來源

文中涉及的延邊州各縣（市）畜禽養殖數量均參照《延邊朝鮮族自治州統計年鑒》 （2009—2018年）。

1.2 標準規模化養殖量計算

為了了解延邊州養豬業在畜禽養殖業中的占比情況，按照式1將延邊地區不同畜禽養殖品種的養殖量按一定比例折合成豬的數量，即規模化養殖量[7，8]。

式中，Q為標準規模化養殖量（頭）；Q1、Q2、Q3、Q4、Q5分別為豬出欄量（頭）、肉牛存欄量（頭）、奶牛存欄量（頭）、肉雞出欄量（只）、蛋雞存欄量（只），同時，結合不同畜禽品種間體重相似程度，馬采用Q2因子，驢、騾、羊及鹿采用Q1因子，肉禽及家兔采用Q4因子。

1.3 糞尿產生量計算

豬糞尿產生量按照式2計算，結合豬的飼養量、飼養周期及糞尿排泄系數等因子[9，10]。我國豬的平均飼養周期為199天，飼養量選用出欄數[11]，經文獻調查，豬糞排泄系數為1.44 kg/天，尿排泄系數為3.62 kg/天[12]。

畜禽糞尿產生量=飼養量×糞尿日排泄系數×飼養周期 式2

1.4 糞尿中污染物含量

考慮到對環境的影響程度，本文選取BOD5、COD、TN和TP作為污染物含量指標，計算2017年延邊州各個縣（市）的豬糞尿中污染物含量，并經文獻調查，采用表1所示的不同污染物含量系數[13，14]。

表1 豬糞尿中不同污染物含量系數 （kg/噸）

2 結果分析

2.1 延邊州養豬業發展現狀

受經濟波動和市場影響，2008—2017年，延邊州豬出欄量前期呈上升趨勢，2010年達到最高值61萬頭，而2011年豬出欄量急劇下降，達到近十年的最低值22.95萬頭，之后緩慢增加，并逐漸趨于穩定，2017年達到33.96萬頭（圖1）。

圖1 2008—2017年延邊地區豬出欄數

按標準規模化畜禽養殖量進行折算，2017年延邊州畜禽養殖量為166.78萬頭，其中養豬業所占比例為20.36%，僅次于肉牛養殖業，為延邊州的主要畜禽養殖品種。近十年，養豬業在延邊州畜禽養殖業的比重呈現先下降后上升趨勢，2008—2016年比重較為穩定，2017年，受全州養殖業結構調整影響，養豬業比重顯著增加（圖2）。

圖2 2008—2017年延邊州養豬業在當地畜禽養殖業中的占比

2.2 延邊州養豬業糞尿產生量

為了解延邊州養豬業對生態環境造成的危害，根據2017年延邊州各縣（市）養豬業基本情況，估算了2017年延邊州各縣（市）養豬業糞尿產生量，結果見表2。2017年延邊州的豬出欄數共計33.96萬頭，其中敦化市最多，圖們市最低；全州養豬業總糞尿產生量為34.20萬噸，其中糞產生量為9.73萬噸，尿產生量為24.46萬噸。受養殖數量影響，敦化市糞尿產生量最多，占全州總量的30.2%，遠高于其他縣（市），圖們市糞尿產生量最少，僅占5.3%，其他縣（市）糞尿產生量無顯著差異。

2.3 延邊州養豬業糞尿污染物含量

通過2017年延邊州各縣（市）養豬業糞尿產生量及不同污染物含量系數，計算得出養豬業糞尿中污染物含量（表3）。延邊州BOD5、COD、TN和TP的產生量分別為6 772.98噸、7 262.04噸、1 379.50噸和459.05噸。其中，敦化市BOD5、COD、TN和TP等含量最高，占全州污染物含量的30.19%，延吉市與和龍市也較高，敦化、延吉、和龍3個縣（市）的BOD5、COD、TN和TP含量共計占全州污染物含量的55.0%，是延邊州畜牧業污染環境重點治理地區；圖們市污染物含量最低，僅占全州的5.3%。畜禽糞尿既是污染物，也是寶貴的農業資源，通過合理利用，不僅能夠避免造成環境污染，還能夠減少資源浪費。因此，如何合理利用畜禽糞尿是延邊州養豬業與生態環境可持續發展的重要環節。

表3 2017年延邊州各縣（市） 豬糞尿中的污染物含量

表2 2017年延邊州各縣 （市）養豬業糞尿產生量

2.4 固定化脫氮菌的推廣應用可行性

目前，延邊州豬糞尿利用率較低，大部分未經處理而排放到環境中，對環境造成了危害。因此，亟需對延邊州養豬業糞尿進行治理。本文結合前期有關最優條件下固定化脫氮菌對養豬場廢水降解特性的試驗結果，探討了固定化脫氮菌在延邊州的推廣應用性，結果見圖3和圖4。最優條件下，固定化脫氮菌對養豬場廢水中COD與TN的去除率分別達到68.29%與74.81%，經固定化脫氮菌處理后，延邊州養豬場的COD和TN含量分別減少了4 959.25噸和1 032.01噸，可見固定化脫氮菌處理養豬場廢水可顯著降低污染物排放量。

圖3 固定化脫氮菌處理前后延邊州各縣 （市）養豬業COD含量

圖4 固定化脫氮菌處理前后延邊地區各縣 （市）養豬業TN含量

3 結論

近十年來，延邊州豬出欄數前期呈上升趨勢，2010年達到最高值，2011年達到最低值，之后緩慢增加并逐漸趨于穩定，2017年達到33.96萬頭，僅次于肉牛，成為延邊州的主要畜禽養殖品種之一。2017年全州養豬業糞尿產生量為34.20萬噸，BOD5、COD、TN和TP產生量分別為6 772.98噸、7 262.04噸、1 379.5噸和459.05噸；敦化市污染物排放量最多，圖們市最少，其他縣（市）差異不顯著。經固定化脫氮菌處理后，延邊州養豬場COD和TN排放量可分別減少4 959.25噸和1 032.01噸，利用該技術處理養豬場廢水可顯著降低污染物排放量。