吉林省延邊朝鮮族自治州養(yǎng)豬業(yè)現(xiàn)狀及固定化脫氮菌在廢水處理中的應(yīng)用研究

孫雪菲 王 穎 金明姬

（延邊大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)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(yǎng)豬業(yè)得到迅猛發(fā)展，也增加了豬糞尿產(chǎn)生量，糞尿如果處理不當(dāng)，將影響畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1，2]。養(yǎng)豬場(chǎng)廢水是生豬排放的液體代謝產(chǎn)物、殘余飼料和沖洗固體糞便所產(chǎn)生的高濃度、有機(jī)廢水，其處理難度高，一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[3，4]。固定化微生物技術(shù)可將篩選出的微生物或優(yōu)勢(shì)菌種固定，由此構(gòu)成一個(gè)高效的廢水處理系統(tǒng)。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、低成本、占地面積少、穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水治理有巨大潛力，經(jīng)固化微生物處理后的廢水可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，成為處理畜禽養(yǎng)殖廢水的優(yōu)先選擇[5，6]。

本文在分析2008—2017年延邊州養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，并計(jì)算養(yǎng)豬業(yè)糞尿產(chǎn)生量及污染物排放量的基礎(chǔ)上，結(jié)合最優(yōu)條件下固定化脫氮菌對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水的處理性能，探討固定化脫氮菌在延邊州的推廣應(yīng)用性，為該技術(shù)在延邊州的推廣應(yīng)用提供參考和依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)收集與處理

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中涉及的延邊州各縣（市）畜禽養(yǎng)殖數(shù)量均參照《延邊朝鮮族自治州統(tǒng)計(jì)年鑒》 （2009—2018年）。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)?；B(yǎng)殖量計(jì)算

為了了解延邊州養(yǎng)豬業(yè)在畜禽養(yǎng)殖業(yè)中的占比情況，按照式1將延邊地區(qū)不同畜禽養(yǎng)殖品種的養(yǎng)殖量按一定比例折合成豬的數(shù)量，即規(guī)模化養(yǎng)殖量[7，8]。

式中，Q為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)?；B(yǎng)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(shí)，結(jié)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(chǎn)生量計(jì)算

豬糞尿產(chǎn)生量按照式2計(jì)算，結(jié)合豬的飼養(yǎng)量、飼養(yǎng)周期及糞尿排泄系數(shù)等因子[9，10]。我國(guó)豬的平均飼養(yǎng)周期為199天，飼養(yǎng)量選用出欄數(shù)[11]，經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)查，豬糞排泄系數(shù)為1.44 kg/天，尿排泄系數(shù)為3.62 kg/天[12]。

畜禽糞尿產(chǎn)生量=飼養(yǎng)量×糞尿日排泄系數(shù)×飼養(yǎng)周期 式2

1.4 糞尿中污染物含量

考慮到對(duì)環(huán)境的影響程度，本文選取BOD5、COD、TN和TP作為污染物含量指標(biāo)，計(jì)算2017年延邊州各個(gè)縣（市）的豬糞尿中污染物含量，并經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)查，采用表1所示的不同污染物含量系數(shù)[13，14]。

表1 豬糞尿中不同污染物含量系數(shù) （kg/噸）

2 結(jié)果分析

2.1 延邊州養(yǎng)豬業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

受經(jīng)濟(jì)波動(dòng)和市場(chǎng)影響，2008—2017年，延邊州豬出欄量前期呈上升趨勢(shì)，2010年達(dá)到最高值61萬(wàn)頭，而2011年豬出欄量急劇下降，達(dá)到近十年的最低值22.95萬(wàn)頭，之后緩慢增加，并逐漸趨于穩(wěn)定，2017年達(dá)到33.96萬(wàn)頭（圖1）。

圖1 2008—2017年延邊地區(qū)豬出欄數(shù)

按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖量進(jìn)行折算，2017年延邊州畜禽養(yǎng)殖量為166.78萬(wàn)頭，其中養(yǎng)豬業(yè)所占比例為20.36%，僅次于肉牛養(yǎng)殖業(yè)，為延邊州的主要畜禽養(yǎng)殖品種。近十年，養(yǎng)豬業(yè)在延邊州畜禽養(yǎng)殖業(yè)的比重呈現(xiàn)先下降后上升趨勢(shì)，2008—2016年比重較為穩(wěn)定，2017年，受全州養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整影響，養(yǎng)豬業(yè)比重顯著增加（圖2）。

圖2 2008—2017年延邊州養(yǎng)豬業(yè)在當(dāng)?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖業(yè)中的占比

2.2 延邊州養(yǎng)豬業(yè)糞尿產(chǎn)生量

為了解延邊州養(yǎng)豬業(yè)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的危害，根據(jù)2017年延邊州各縣（市）養(yǎng)豬業(yè)基本情況，估算了2017年延邊州各縣（市）養(yǎng)豬業(yè)糞尿產(chǎn)生量，結(jié)果見表2。2017年延邊州的豬出欄數(shù)共計(jì)33.96萬(wàn)頭，其中敦化市最多，圖們市最低；全州養(yǎng)豬業(yè)總糞尿產(chǎn)生量為34.20萬(wàn)噸，其中糞產(chǎn)生量為9.73萬(wàn)噸，尿產(chǎn)生量為24.46萬(wàn)噸。受養(yǎng)殖數(shù)量影響，敦化市糞尿產(chǎn)生量最多，占全州總量的30.2%，遠(yuǎn)高于其他縣（市），圖們市糞尿產(chǎn)生量最少，僅占5.3%，其他縣（市）糞尿產(chǎn)生量無(wú)顯著差異。

2.3 延邊州養(yǎng)豬業(yè)糞尿污染物含量

通過(guò)2017年延邊州各縣（市）養(yǎng)豬業(yè)糞尿產(chǎn)生量及不同污染物含量系數(shù)，計(jì)算得出養(yǎng)豬業(yè)糞尿中污染物含量（表3）。延邊州BOD5、COD、TN和TP的產(chǎn)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(gè)縣（市）的BOD5、COD、TN和TP含量共計(jì)占全州污染物含量的55.0%，是延邊州畜牧業(yè)污染環(huán)境重點(diǎn)治理地區(qū)；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(nóng)業(yè)資源，通過(guò)合理利用，不僅能夠避免造成環(huán)境污染，還能夠減少資源浪費(fèi)。因此，如何合理利用畜禽糞尿是延邊州養(yǎng)豬業(yè)與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

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(yǎng)豬業(yè)糞尿產(chǎn)生量

2.4 固定化脫氮菌的推廣應(yīng)用可行性

目前，延邊州豬糞尿利用率較低，大部分未經(jīng)處理而排放到環(huán)境中，對(duì)環(huán)境造成了危害。因此，亟需對(duì)延邊州養(yǎng)豬業(yè)糞尿進(jìn)行治理。本文結(jié)合前期有關(guān)最優(yōu)條件下固定化脫氮菌對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水降解特性的試驗(yàn)結(jié)果，探討了固定化脫氮菌在延邊州的推廣應(yīng)用性，結(jié)果見圖3和圖4。最優(yōu)條件下，固定化脫氮菌對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中COD與TN的去除率分別達(dá)到68.29%與74.81%，經(jīng)固定化脫氮菌處理后，延邊州養(yǎng)豬場(chǎng)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(yǎng)豬場(chǎng)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(yǎng)豬業(yè)COD含量

圖4 固定化脫氮菌處理前后延邊地區(qū)各縣 （市）養(yǎng)豬業(yè)TN含量

3 結(jié)論

近十年來(lái)，延邊州豬出欄數(shù)前期呈上升趨勢(shì)，2010年達(dá)到最高值，2011年達(dá)到最低值，之后緩慢增加并逐漸趨于穩(wěn)定，2017年達(dá)到33.96萬(wàn)頭，僅次于肉牛，成為延邊州的主要畜禽養(yǎng)殖品種之一。2017年全州養(yǎng)豬業(yè)糞尿產(chǎn)生量為34.20萬(wàn)噸，BOD5、COD、TN和TP產(chǎn)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(jīng)固定化脫氮菌處理后，延邊州養(yǎng)豬場(chǎng)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(shù)處理養(yǎng)豬場(chǎng)廢水可顯著降低污染物排放量。