畜禽養(yǎng)殖廢水厭氧發(fā)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(yǎng)殖廢水經(jīng)厭氧膜生物反應(yīng)器發(fā)酵所產(chǎn)生沼液和沼渣的回用價值，該研究選取了養(yǎng)豬廢水這種典型的畜禽養(yǎng)殖廢水并分析了該廢水經(jīng)厭氧膜生物反應(yīng)器發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液和沼渣成分。分析數(shù)據(jù)顯示，沼液和沼渣中的主要營養(yǎng)元素分別達(dá)到NY 1107-2010和NY 525-2012標(biāo)準(zhǔn)中相關(guān)要求，重金屬元素含量分別低于NY1110-2010和NY 525-2012標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定限值。上述結(jié)果初步表明，養(yǎng)豬廢水經(jīng)厭氧膜生物反應(yīng)器發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液和沼渣施用于農(nóng)田是安全可行的，為后續(xù)該沼液沼渣對農(nóng)作物的施用效果研究提供了支持。

關(guān)鍵詞：畜禽養(yǎng)殖廢水 養(yǎng)豬廢水 厭氧膜生物反應(yīng)器 沼液 沼渣

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

隨著經(jīng)濟增長和人民生活水平提高，畜禽養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展。但是，畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展也帶來了一系列環(huán)境問題。畜禽養(yǎng)殖場所產(chǎn)生的廢水懸浮物、有機物和氨氮等濃度高，若未經(jīng)處理而任意排放將對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重威脅[1]。厭氧生物處理技術(shù)可在處理畜禽養(yǎng)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(yīng)用的畜禽養(yǎng)殖廢水處理方法。在眾多厭氧工藝中，厭氧膜生物反應(yīng)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(jié)合，在處理畜禽養(yǎng)殖廢水這類高懸浮物廢水方面具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢[4-6]。但是，目前關(guān)于畜禽養(yǎng)殖廢水經(jīng)該反應(yīng)器厭氧發(fā)酵后所產(chǎn)生的沼液沼渣是否可回用于農(nóng)田的研究較少。因此，該研究將選取養(yǎng)豬廢水這種典型的畜禽養(yǎng)殖廢水并分析該廢水經(jīng)厭氧膜生物反應(yīng)器厭氧發(fā)酵后所產(chǎn)生沼液和沼渣的主要營養(yǎng)元素及重金屬元素含量，初步評估沼液沼渣在后續(xù)農(nóng)田施用方面的效果及風(fēng)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(yǎng)豬廢水中的厭氧膜生物反應(yīng)器在運行第79、133、158天所產(chǎn)生的沼液；沼渣樣品則取自該反應(yīng)器運行第79天所排出的沼渣。其中，厭氧膜生物反應(yīng)器處理的養(yǎng)豬廢水來源于廈門某養(yǎng)豬場產(chǎn)生的廢水。

1.2 指標(biāo)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(jìn)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(fā)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(jìn)行消解）。

2 結(jié)果與討論

2.1 沼液的成分分析

2.1.1 沼液的主要營養(yǎng)元素

該研究中沼液的主要營養(yǎng)元素含量如表1所示。根據(jù)大量元素水溶肥料標(biāo)準(zhǔn)（農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 1107-2010）中的大量元素水溶肥料（中量元素型）液體產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)，大量元素（N+P2O5+K2O） 含量之和應(yīng)大于等于500 g·L-1，且應(yīng)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(yīng)大于等于10 g·L-1。由于液體肥料在施用于農(nóng)田之前一般需先稀釋500～1 000倍。因此若按照稀釋倍數(shù)為500倍來計算，稀釋后施用于農(nóng)田的液體肥料中大量元素含量應(yīng)大于等于1 g·L-1，其中的兩種大量元素均應(yīng)分別高于0.08 g·L-1；中量元素含量應(yīng)大于等于0.02 g·L-1。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，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(jié)果表明，在該實驗范圍內(nèi)，沼液中的主要營養(yǎng)元素均能達(dá)到NY1107-2010中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此，該研究初步認(rèn)為該沼液可施用于農(nóng)作物，為其提供生長所需養(yǎng)分。

2.1.2 沼液的重金屬元素

養(yǎng)豬廢水經(jīng)厭氧膜生物反應(yīng)器厭氧發(fā)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(dǎo)致重金屬在土壤和農(nóng)作物中的累積，造成一定的安全風(fēng)險。因此，根據(jù)我國水溶肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻的限量要求（農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 1110-2010），有必要對沼液中所含的上述重金屬元素含量進(jìn)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(jù)NY 1110-2010標(biāo)準(zhǔn)，水溶性肥料中的Pb和Cr含量均應(yīng)小于等于50 mg·kg-1。若按稀釋倍數(shù)1 000倍來計算，稀釋后施用于農(nóng)田的液肥中Pb和Cr含量均應(yīng)小于等于0.05 mg·kg-1。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，在該實驗范圍內(nèi)，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(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值。該結(jié)果初步表明，該研究中沼液施用于農(nóng)田不會造成一定的重金屬風(fēng)險。

2.2 沼渣成分分析

2.2.1 沼渣的主要營養(yǎng)元素

對該研究中沼渣主要營養(yǎng)元素含量的分析結(jié)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(jù)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY 525-2012（該標(biāo)準(zhǔn)適用于以畜禽糞便為原料并經(jīng)發(fā)酵腐熟后制成的有機肥料），總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)大于等于5.0%。在該研究中，N和K若以P2O5和K2O計，根據(jù)沼渣中TN、TP和TK數(shù)據(jù)，可推算出總養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.0%，達(dá)到了NY 525-2012中規(guī)定的含量要求。上述結(jié)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(nóng)作物提供生長所需的主要養(yǎng)分，可嘗試作為肥料施用于農(nóng)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(xù)農(nóng)用的安全風(fēng)險，對NY 525-2012標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的5種重金屬元素含量進(jìn)行測定。分析結(jié)果顯示，在該實驗范圍內(nèi)，除了As之外，在沼渣中未檢測出Cd、Pb、Cr和Hg。根據(jù)NY 525-2012標(biāo)準(zhǔn)中有機肥料重金屬限量指標(biāo)要求的有關(guān)規(guī)定，As含量應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)中的限定值。根據(jù)上述重金屬含量分析結(jié)果，在該實驗范圍內(nèi)，初步認(rèn)為該沼渣的農(nóng)田施用不會造成重金屬風(fēng)險。

3 結(jié)語

該研究初步分析了養(yǎng)豬廢水這種典型的畜禽養(yǎng)殖廢水經(jīng)厭氧膜生物反應(yīng)器厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液和沼渣成分，獲得了以下主要結(jié)論：在該實驗范圍內(nèi)，沼液和沼渣中的主要營養(yǎng)元素分別達(dá)到NY 1107-2010和 NY 525-2012標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)規(guī)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(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限值。因此，該研究初步認(rèn)為，養(yǎng)豬廢水經(jīng)厭氧膜生物反應(yīng)器厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的沼液和沼渣施用農(nóng)田中是安全可行的，為后續(xù)該沼液沼渣對農(nóng)作物的施用效果驗證提供了一定的前提和基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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