雙氰胺對豬場污水資源化利用前處理的影響

2021-06-08 08:47:50牛統娟趙夢潔劉偉東寧小敏張巨亭胡建宏

家畜生態學報 2021年5期

張研，牛統娟，王智，劉濤，趙夢潔，劉偉東，寧小敏，張巨亭，胡建宏*

(1.西安職業技術學院，陜西西安 710077；2.西北農林科技大學動物科技學院，陜西楊凌 712100；3.西北農林科技大學資源環境學院，陜西楊凌 712100；4.西安市畜牧技術推廣中心，陜西西安 710061；5.西安市清涼山牧業有限公司，陜西西安 710308)

畜禽糞污資源的處理由于處理技術、效果及成本等因素的限制，還未能得到全面解決，已成為限制畜牧業綠色發展的主要原因。而從目前的實踐效果分析，畜禽糞污處理的最佳方法是經過一定的資源化處理后與種植業相結合，形成無污染的生態農業循環體系，實現經濟發展和綠色生產的雙贏局面。

雙氰胺(DCD)是常用的硝化抑制劑，使用DCD可通過阻斷氨單加氧酶(一種主要由亞硝化單胞菌介導的酶途徑)來有效抑制硝化作用，抑制畜禽糞污中亞硝化細菌的活性，從而抑制銨態氮向硝態氮的轉化，降低硝態氮的流失速度[1-2]，DCD處理后的畜禽糞污作為有機肥施用于土壤中，可降解為二氧化碳、氨氣以及水分，不會造成土壤污染[3]。在豬糞堆肥過程中，氮素以N2O的形式損失[4]。Oliveira等[5]的研究表明，在豬糞與木屑共堆肥中添加DCD可有效降低氮素的流失(16%～33%)。Jiang等[6]在豬糞秸稈堆肥過程中添加DCD，可將N2O的排放降低至76.1%～77.6%。綜上所述，DCD在畜禽糞污無害化處理過程中可能促進氮含量的增加。

目前，將雙氰胺作為硝化抑制劑用于養殖污水處理的研究較少。本試驗在養殖污水中添加1%硝化抑制劑DCD，研究采樣當天(第0天)和第0、1、2、3、7、14天養殖污水中總氮及其他各成分含量變化，以期為養殖污水資源化利用添加劑的選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用養殖污水取自陜西省西安市某牧業有限公司固液分離后的液體部分；DCD購于廣東省光華科技股份有限公司，分析純標準。初始性質見表1。

表1 養殖污水初始性質Table 1 Physical and chemical characters of liquid waste

1.2 試驗設計

本試驗于2019年7月至9月在西北農林科技大學進行。試驗共設2個組，分別為空白對照組和1%雙氰胺處理組，每個組設置3個重復。每個重復取2 L固液分離的液體部分于廣口瓶中，處理組中加入1%雙氰胺，對照組不添加，作空白對照?；靹蚝竺芊馄靠?，在室溫下靜置，每12 h搖勻一次。試驗期14 d。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 取樣液體樣本分別于采樣當天(第0天)和第1、2、3、7、14天充分混勻后進行采集，每次取樣50 mL并立即存放在-20 ℃冰箱中，待試驗周期結束后進行各指標的測定。

1.3.2 各理化指標測定方法樣品經0.22 μm過濾膜過濾后，使用MP521型pH計和電導儀測定pH和EC值；用烘箱在105 ℃下烘干，測定含水量；總氮采用半微量開氏法測定；總磷使用鉬銻抗比色法進行測定；總鉀含量使用原子吸收分析法測定。

1.4 數據處理

本試驗使用SPSS 18.0和EXCEL統計軟件進行數據處理。使用EXCEL軟件進行數據的整理和圖表制作，利用SPSS 18.0軟件進行方差分析，并采用鄧肯氏法比較各組數據間的差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 DCD對豬場養殖污水中總氮含量的影響

如圖1所示，在添加DCD后，總氮的含量呈上升趨勢，從第2天開始試驗組與對照組之間表現出極顯著性差異(38.21±0.96 vs 65.50±18.83，P<0.01)，且處理組的總氮含量趨向于穩定。

圖1 養殖污水中總氮含量的變化

2.2 DCD對豬場養殖污水中鉀含量的影響

如圖2所示，在添加DCD后，鉀含量在整個試驗期間保持穩定，且DCD處理組與對照組之間無顯著差異(P>0.05)。

圖2 養殖污水中鉀含量的變化Fig.2 Changes of potassium content in liquid waste

2.3 DCD對豬場養殖污水中總磷含量的影響

養殖污水中的總磷含量變化如圖3所示。在處理前2 d，總磷含量呈現上升趨勢，其中第1天DCD處理組中總磷的含量顯著高于對照組(P<0.05)；從第3天開始，養殖污水中總磷的含量迅速下降，到第7天總磷的含量趨于穩定?？傊偭缀砍尸F上升后降低趨勢，在第2天達到峰值，但是兩組在處理前后均無顯著變化(P>0.05)。

圖3 養殖污水中總磷含量的變化Fig.3 Changes of total phosphorus content in liquid waste

2.4 DCD處理對豬場養殖污水中pH和電導率(EC)的影響

養殖污水中pH和EC值的變化如圖4所示。在自然發酵過程中，所有組的pH始終呈現弱堿性，均在7.7～8.4之間，且無顯著差異(P>0.05)。處理前7 d，養殖污水的電導率高于4 000 μs/cm，第14天時DCD處理組和對照組的電導率均降低到4 000 μs/cm以下。處理14 d后的養殖污水可正常施用。

圖4 養殖污水中pH值的變化Fig.4 Changes of pH value in liquid waste

3 討論

近年來，隨著我國畜牧業規模化的快速發展，畜禽養殖糞污對環境的污染問題日益凸顯。在《第一次全國污染普查公報》中，僅畜禽養殖中產生的尿液就有1.6×108t[7]。在2018年和2019年公布的中央一號文件[8-9]中均提到要發展生態循環農業，推進畜禽糞污無害化處理和資源化利用。在當前打好污染防治攻堅戰的背景下，畜禽糞污資源化利用勢在必行。

圖5 養殖污水中EC值的變化Fig.5 Changes of EC in liquid waste

本試驗中使用水解后對土壤無污染的DCD進行豬場養殖污水的無害化處理，其產物可作為氮肥來源施入農田，以期在降低環境污染的同時提高作物的生長狀況。盧紅玲等[10]在牛場養殖污水中添加硝化抑制劑處理進行施肥后可提高百合的生長發育狀況，較等量化肥增產12%[11]，CaCN2處理后顯著提高了總氮含量，這與本試驗的結果類似，CaCN2添加于污水中由于其水解形成尿素態氮，提高了總氮的含量，但污水中銨態氮的含量沒有變化[10]。雙氰胺溶解于養殖污水顯著增加了總氮的含量，同時作為硝化抑制劑抑制污水中硝化細菌的硝化作用，抑制了污水中的銨態氮向亞硝化態氮和硝態氮的轉化，增加了污水中銨態氮的含量[12]。

本試驗發現使用雙氰胺處理前后養殖污水中的鉀含量無顯著差異，說明在本試驗中雙氰氨處理對污水中的鉀含量無影響，與盧紅玲[10]的試驗研究結果一致，可能是因為糞污中鉀鹽較穩定，雙氰胺的作用不會引起鉀含量的變化。本試驗中雙氰胺處理前后總磷含量無顯著差異，與盧紅玲等[10]的試驗研究結果不一致，這可能是因為盧紅玲等的試驗中使用的是CaCN2，可與磷酸鹽形成沉淀，而本試驗所用的雙氰胺不與磷酸鹽生成沉淀，所以處理前后總磷的含量無顯著變化。在處理前2 d總磷含量顯著提高，可能是因為養殖污水中存在的微生物使有機物質的礦化，使得其中的碳轉化為CO2而損失，氫轉化為H2O而損失，氮轉化為NH3而損失，只有磷保留在污水中，并因為“濃縮效應”而是磷含量升高[13]。其中第2天時處理組與對照組的總磷含量最高且無顯著差異，而第1天和第3天均有顯著差異且相反，這可能是因為在處理初期樣品中的微生物處于中溫階段，有機物礦化速度較慢，“濃縮效應”不明顯。第2天時達到高溫階段，礦化速度最快，第3天后有機物消耗殆盡，微生物活動減弱，“濃縮效應”減弱而使磷含量降低。且添加雙氰胺后污水中氫和氨的含量提高，轉化的速度較對照組快。而第2天時兩組均處于微生物最活躍時期，從而可能使磷含量在兩組中無顯著差異。本試驗中添加雙氰胺處理后的養殖污水的pH升高，張昊青等[14]使用雙氰胺處理后紅土壤的pH升高，與本試驗的研究結果類似，因為雙氰胺抑制養殖污水的硝化作用，污水中的NH4+含量升高從而使pH提高，使用CaCN2水解可形成Ca(OH)2使污水pH提高。經此處理的污水施用于田地可改善土壤的酸化、提高土壤肥力。本試驗中電導率在處理過程中均保持穩定狀態，與盧紅玲等[10]的研究結果類似，因為雙氰胺為極性分子，本身不導電，所以加入養殖污水中對電導率幾乎無影響。