微生物菌劑處理規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污水的研究進(jìn)展

李剛，楊克，許方程，董夏夢，都林娜

(溫州科技職業(yè)學(xué)院，浙江 溫州 325006)

我國是養(yǎng)豬業(yè)大國，隨著養(yǎng)豬業(yè)的集約化發(fā)展，大量集中排放至周邊環(huán)境中的糞污水所引發(fā)的污染問題也越來越嚴(yán)重。由于糞污水中含有大量有機(jī)物、氨氮、含磷化合物、懸浮物和致病菌等，且產(chǎn)生惡臭，已對周邊環(huán)境質(zhì)量造成極大影響。因此，由規(guī)?；i場所造成的環(huán)境污染問題，已引起社會各界的極大關(guān)注[1]。多年來，浙江省高度重視生態(tài)文明建設(shè)，先后提出了“綠色浙江”“兩美浙江”“‘811’環(huán)境污染整治”“五水共治”“剿滅劣五類水”等戰(zhàn)略舉措。在一些養(yǎng)殖業(yè)相對發(fā)達(dá)的熱帶和亞熱帶農(nóng)業(yè)區(qū)域，規(guī)模化養(yǎng)豬場所排放的糞污水已成為當(dāng)?shù)刂饕廴驹?，極大地威脅了農(nóng)村飲用水和灌溉水安全，降低農(nóng)村人居環(huán)境質(zhì)量，規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污水問題已嚴(yán)重阻礙了剿滅劣五類水的步伐。

1 規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污水污染狀況及危害

據(jù)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(chǎn)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(jīng)達(dá)標(biāo)處理，大量進(jìn)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(jìn)而破壞土壤結(jié)構(gòu)[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(tuán)粒結(jié)構(gòu)，造成板結(jié)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(dǎo)致豬場糞便中含有較高的銅、鋅、砷等元素，進(jìn)而使土壤污染的風(fēng)險(xiǎn)提高[6]。豬場糞污水中還含有大量的有害微生物，如未經(jīng)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(zhì)也會影響到附近居民的健康，造成疾病的蔓延。未經(jīng)達(dá)標(biāo)處理的豬場糞污水進(jìn)入水體后，會造成硝酸鹽含量增加、水體富營養(yǎng)化等一系列的環(huán)境問題[7]。

2 規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污水處理現(xiàn)狀

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)豬場污水處理采用的仍是傳統(tǒng)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(tǒng)的豬場糞污處理工藝在實(shí)際生產(chǎn)中難以推廣或正常運(yùn)行，有以下幾方面原因如下： 1)糞污水消納地不足；2)沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，土地租賃費(fèi)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(jià)高，運(yùn)行費(fèi)用高，需要專業(yè)人員管理；4)傳統(tǒng)的活性污泥處理法冬季處理效果極差。這些因素制約了規(guī)?；i場現(xiàn)有污水處理技術(shù)的推廣和運(yùn)用。

3 復(fù)合微生物菌劑處理規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污水的研究進(jìn)展

針對畜禽養(yǎng)殖糞污水的特點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者已對其理化和生物處理技術(shù)進(jìn)行了一系列的探索研究。其中，復(fù)合微生物制劑凈化修復(fù)技術(shù)作為一種環(huán)境友好型的處理技術(shù)而受到廣泛關(guān)注[9]。

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

復(fù)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(jìn)行復(fù)配并經(jīng)過優(yōu)化處理的微生物菌劑，還有經(jīng)人工構(gòu)建的高效功能菌株和各種天然功能菌株復(fù)配構(gòu)成的微生物菌劑。國外報(bào)道較多的是由日本琉球大學(xué)的比嘉照夫教授研制而成的EM復(fù)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(guān)功能微生物菌種，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、功能廣泛，廣泛應(yīng)用于發(fā)酵床、堆肥、污水處理等廢水處理過程[12]。近年來，國內(nèi)研究者對復(fù)合微生物菌劑的研究報(bào)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(jīng)優(yōu)化復(fù)配，獲得一種新型復(fù)合微生物制劑，該菌劑可迅速提高發(fā)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(xì)菌、絲狀菌等功能菌株復(fù)配成VT復(fù)合微生物制劑，該菌劑可促進(jìn)污泥堆體升溫速率和最高溫，且可加快水分散發(fā)和有機(jī)質(zhì)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(yǎng)，制成復(fù)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(jié)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(guī)模化養(yǎng)豬場糞污水處理的微生物

據(jù)報(bào)道，國內(nèi)外可用于規(guī)模化養(yǎng)豬場糞污水處理的微生物主要涉及光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、芽孢桿菌和酵母菌等[16]。

光合細(xì)菌主要分布于自然界的沼澤、湖泊、海洋的深水區(qū)等光線能透射到的缺氧區(qū)，是自然界中普遍存在的一類具有細(xì)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(jī)物、硫化物、氨氮等作為氫供體進(jìn)行光合作用的原核生物。在水產(chǎn)養(yǎng)殖污水處理中，應(yīng)用較為廣泛的是光合細(xì)菌中的光能異養(yǎng)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(xì)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(jī)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(xì)菌等對污水中溶解氧的敏感等缺陷。同時，這類細(xì)菌可產(chǎn)生高達(dá)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(zhì)和生長促進(jìn)因子等生理活性物質(zhì)，營養(yǎng)價(jià)值較高，可充當(dāng)餌料，作為飼料添加劑等。此外，光合細(xì)菌還可降解污水中的亞硝酸鹽、硫化物等有毒物質(zhì)，且其適應(yīng)性強(qiáng)，對酚、氰等高毒性物質(zhì)也有一定的耐受性和分解能力，因而，在食品生產(chǎn)和養(yǎng)殖糞污水凈化處理中具有巨大的應(yīng)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景[16]。

硝化細(xì)菌是一種自養(yǎng)型好氧細(xì)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(yǎng)殖糞污水脫氮過程中起著不可或缺的作用。硝化細(xì)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(fù)荷高等特性，在養(yǎng)殖污水凈化處理方面成效顯著[17]。

反硝化細(xì)菌是一種異養(yǎng)型、兼性厭氧細(xì)菌，能夠以亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮作為氮源，進(jìn)行反硝化作用。通過還原水體中的亞硝態(tài)氮和硝態(tài)氮，使之生成無害的氮?dú)?，進(jìn)而去除亞硝酸鹽對環(huán)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(yǎng)，抑制致病菌和藻類過度繁殖，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，在此過程中同化的氨氮還可作為植物的氮源，促進(jìn)氮循環(huán)?？蛇M(jìn)行反硝化作用的細(xì)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(yǎng)殖中，因其能夠產(chǎn)生多種消化酶，促進(jìn)動物吸收營養(yǎng)物質(zhì)，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(zhuǎn)化和利用效率。芽孢桿菌環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，生長繁殖迅速，且降解和轉(zhuǎn)化有機(jī)物能力強(qiáng)，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(jìn)而達(dá)到改善和凈化水質(zhì)的目的。此外，有些芽孢桿菌在新陳代謝過程中還可產(chǎn)生細(xì)菌素等抑菌物質(zhì)，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(yǎng)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(xì)胞、生長快、能形成很好的絮體、適應(yīng)于各種不同的反應(yīng)器等特點(diǎn)，而且具有真菌細(xì)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(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用。在養(yǎng)殖污水凈化處理中，應(yīng)用較為廣泛的酵母菌主要涉及到啤酒酵母(Saccharoinycescerevisiae)、產(chǎn)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(jié)

增強(qiáng)功能菌株生物量、從而利用復(fù)合微生物菌劑處理養(yǎng)殖廢水，是處理規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污水過程中急需解決的問題。目前，可用于規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污水處理的微生物主要包括光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌、芽孢桿菌和酵母菌等，但利用微生物菌劑處理規(guī)?；B(yǎng)豬場糞污水的研究報(bào)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(jìn)口。今后的研究應(yīng)著力于充分利用本地資源，開發(fā)適合本地豬場糞污水處理的復(fù)合微生物菌劑，擺脫對進(jìn)口菌劑的依賴。