畜禽養殖廢水還田的環境影響分析

甘愛萍

（湛江市環境科學技術研究所，廣東湛江524000）

隨著國民生活水平的提高及國家經濟發展，我國的畜禽養殖業發展迅速，規模化、集約化的養殖業打破了零散的傳統養殖業模式。近年來畜禽的疫情時有發生，特別是2019年非洲豬瘟的爆發，導致了養殖場繁育母豬存欄量下降，致使肉類價格的飛漲，這又進一步帶動了畜禽業的發展。然而，金山銀山的崛起，必然帶來綠水青山的負擔，養殖廢水仍然是畜禽業發展的一大污染。根據有關研究表明，畜禽養殖廢水屬于高濃度有機廢水，其中含有豐富的營養物質可歸還田地，但也含有較高量的Cu、Zn、As、Cr、Hg、Pb和Cd等重金屬[1]及抗生素[2]等環境危害性物質，未處理達標的廢水還田后，一方面會引起土壤、地下水重金屬背景值的上升；另一方面還會因生物富集作用殘留在作物體內，進一步危害人類的健康。因此，養殖廢水還田需要關注重金屬及抗生素的影響，減少其還田后對環境及人體健康的風險。

1 養殖廢水重金屬及抗生素的來源

傳統的畜禽養殖規模較小，面臨大規模犯病的機率較小，而今規模化的畜禽養殖如果遭遇疫情則全場損失。為提高畜禽的抗病能力，減少疫情帶來的損失，養殖場會在畜禽飼料中添加微量的重金屬及抗生素。在飼料中添加適量的重金屬和抗生素可以提高畜禽的生產性能、維護機體的健康，但一般情況下，畜禽的腸道對重金屬的吸收僅有30%～40%，對抗生素的吸收最高僅為15%，其余均以尿液、糞便形式排出。據統計，2012年，市面上用于畜禽養殖的抗生素占抗生素使用總量的近80%[3]，而抗生素作為生長促進劑已經長達60余年，僅作為促進生長的添加劑就有33種，在生產養殖業中應用廣泛。因此，養殖廢水中的重金屬及抗生素主要來源于飼料。

2 養殖廢水的處置現狀及環境風險

國內規模化養殖場對畜禽產生的糞便、廢水一般采用堆肥發酵后糞污還田或自建污水處理站處理達到農田灌溉水質標準后還田，兩種處理方式各有利弊，但環境的風險不可避免。采用糞污還田的技術對養殖場的管理要求嚴格。養殖廢水屬于高濃度有機物廢水，管理不善則會引起農業面源污染，影響土壤、地下水、地表水的環境質量。但糞污還田技術對重金屬的處理效率較明顯，能通過生物鈍化[4]作用使得糞污中的重金屬離子轉化為不易被植物吸收的形態或富集在微生物的體內，進而降低環境中重金屬的含量。自建污水處理站處理養殖廢水達到農田灌溉水質標準后還田的方式能使廢水中的有機物濃度大幅降低，減少有機廢水對環境的影響。但國內畜禽養殖場污水處理工藝基本單一，主要對COD、BOD等主要污染物進行處理，極少關注重金屬及抗生素的去除效果，因此養殖廢水對環境污染的風險仍然不可忽視。

3 養殖廢水處理工藝對重金屬及抗生素的處理

對于養殖廢水養殖場一般采用兩種方式進行還田：一種是沼液發酵后作為肥水灌溉，一種是將養殖廢水處理達到農田灌溉水水質標準后進行灌溉。無論是哪一種，處理后的廢水仍有重金屬和抗生素的存在。

3.1 沼液發酵

養殖廢水采用沼液發酵是較為常見且處理成本較低的處理技術，受大部分養殖場青睞。根據國內學者的一系列研究，沼液中含有的重金屬及抗生素含量較高。沼液發酵主要是利用微生物進行厭氧發酵，沼液中含有的溶解性有機質能與重金屬發生絡合作用，呈現穩定狀態。孫紅霞等人[5]用含有不同重金屬的飼料對生豬進行喂養，其中飼料中Cu超標率為18.5%。經喂養后，在豬的糞便中發現Cu的超標率到達了35.2%，沼渣到達了44.4%，沼液到達了11.1%，可見重金屬在生物體內具有一定的富集作用，且在沼渣中超標最嚴重。Wei等人[6]對江蘇大型養殖場進行了調查，發現經發酵后廢水中抗生素最高檢出濃度達到了169ug/L，而同時也在附近的河道中檢出了甲惡唑、土霉素等抗生素。可見沼液發酵對抗生素的處理效果較差。

3.2 養殖廢水處理

目前我國畜禽養殖廢水的處理主要有兩種模式：一種是厭氧-自然處理模式，適用于中小型規模化養殖場；另一種是厭氧-好氧利用模式，適用于大中型畜禽養殖場或養殖區。其反應原理主要是利用微生物在好氧和厭氧的條件下對有機物進行利用，其去除物質主要為COD、BOD等營養物質，但對重金屬及抗生素的效果甚微。饒中秀[7]等人對采集的污水處理站處理后的養殖場廢水尾水進行重金屬的含量的測定，按照《農田灌溉水質標準》（GB5084-2005）中Cd、Hg、Cr、Pb和As的限值作為參考，其實驗結果顯示重金屬存在不同情況的超標，超標率在2.7%～10.81%之間。根據Hu等人[8]的調查研究，一般養殖廢水含有不同的抗生素的濃度約在37.2～2935.4ng/L，活性污泥法對不同抗生素的去除效率約為70%。Zheng等人[9]、Chen等人[10]分別對間歇式好氧反應器、曝氣生物濾池技術對抗生素的去除效率進行了研究，處理效率約為76%～85%、91%，即處理后的抗生素濃度最低在3.72～293.4ng/L區間，參照歐盟水環境抗生素限值10ng/L，不同種類抗生素存在超標現象。

4 含重金屬及抗生素的廢水對植物生長的影響

4.1 抗生素對植物的影響

采用沼液發酵、固體糞便堆肥后還田是目前養殖場處置糞便、廢水的主流方式。根據有關研究，抗生素僅有15%[11]可以被畜禽吸收，其余的經排泄之后進入環境。由于養殖廢水處理之后基本上用于農田灌溉或施肥，因此抗生素會隨肥水、沼渣等途徑回到環境，而隨之排泄的抗生素也進入土壤中。進入土壤中的抗生素可以被植物吸收和富集，不但會影響到植物對氮、鉀等元素的吸收，同時進入植物體內的抗生素會與植物機體發生抗衡，干擾植物的正常的細胞分裂。也有報道指出，抗生素可以通過殺死植物周邊的協同微生物進而影響植物的生長。抗生素進入環境后會被微生物吸收轉化，使微生物獲得抗性基因，進而致使某些致病菌對藥物產生抗性。根據2015年世界衛生組織對114個國家細菌抗藥性的分析顯現，幾乎沒有哪個地區的是沒有出現細菌抗藥性問題的[12]，這就可能進一步帶來植物在種植過程中施藥、抗病控制的困難，從而引發一系列農業危機。

4.2 重金屬對植物的影響

重金屬具有毒性和難降解性，而土壤重金屬污染具有長期性、滯后性、隱蔽性和不可逆轉性，重金屬會在食物鏈中發生生物放大作用，進而擴大影響面。畜禽對重金屬的吸收利用率較低，畜禽體內隨糞污排出的重金屬進入環境后主要經過根、莖被植物吸收富集，富集在植物的體內的重金屬往往不會被吸收轉化，而是長期的富集在根、莖、果、葉之中。根據王一佩[13]的實驗研究，植物重金屬含量根＞莖、葉＞果，一般吸收器官＞同化和輸導器官＞繁殖器官。不同農作物對重金屬的富集存在差異，分低、中、高三種累積型，其中豆科屬于低累積型，禾本科屬于中累積型，十字花科茄科、菊科等屬于高累積型。王曉飛[14]對重金屬在土壤及甘蔗中的含量進行了實驗研究，在重金屬重度污染區和輕度污染區甘蔗汁含有的Pb、Cd、As的安全性為Ι～П之間，屬于污染等級屬于安全～優良，相對不易發生重金屬富集作用。王一佩[13]對沼液澆灌的植物中重金屬的富集情況進行了研究，發現不同植物對重金屬的富集能力不同，其中富集能力從大到小分別為象草、番石榴、團花、巴西參、沙梨、花生、柑橘、桉樹、芭蕉，澆灌后綜合污染指數較高，空心菜、梨、柑橘等出現了不同情況的污染。

5 結論與建議

規模化養殖業的發展一方面帶來了經濟的發展，另一方面也帶來了環境方面的風險。養殖廢水、糞污用于還田存在重金屬和抗生素的生物富集和放大。用于養殖過程的重金屬和抗生素被生物體利用的效率較低，大部分都隨糞便、尿液排出，而養殖過程中采取的污水處理工藝和堆肥過程對重金屬的處理效果又欠佳，因而，重金屬和抗生素污染土壤的可能較高。結合有關實驗和調查結果，用于還田的養殖廢水由于作物的不同也存在不同的風險，即便是同一種作物其在不同部位的累積情況也不同。因此在實行養殖廢水農灌和糞污還田的過程中應選擇合適的作物，以減少過程中帶來的環境和健康風險。

為此，本文提出以下建議：（1）畜禽養殖過程應慎重考慮抗生素和重金屬的用量，關注其帶來的環境風險；（2）養殖廢水處理工藝和糞污堆肥技術應考慮重金屬和抗生素的去除，減少養殖過程對環境的污染；（3）廢水農灌及糞污還田過程應選擇合適的作物作為消納作物，減少重金屬和抗生素累積帶來的環境和健康風險。