畜禽養(yǎng)殖廢水還田的環(huán)境影響分析

甘愛萍

（湛江市環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究所，廣東湛江524000）

隨著國民生活水平的提高及國家經(jīng)濟發(fā)展，我國的畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速，規(guī)?；⒓s化的養(yǎng)殖業(yè)打破了零散的傳統(tǒng)養(yǎng)殖業(yè)模式。近年來畜禽的疫情時有發(fā)生，特別是2019年非洲豬瘟的爆發(fā)，導(dǎo)致了養(yǎng)殖場繁育母豬存欄量下降，致使肉類價格的飛漲，這又進(jìn)一步帶動了畜禽業(yè)的發(fā)展。然而，金山銀山的崛起，必然帶來綠水青山的負(fù)擔(dān)，養(yǎng)殖廢水仍然是畜禽業(yè)發(fā)展的一大污染。根據(jù)有關(guān)研究表明，畜禽養(yǎng)殖廢水屬于高濃度有機廢水，其中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)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(huán)境危害性物質(zhì)，未處理達(dá)標(biāo)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(nèi)，進(jìn)一步危害人類的健康。因此，養(yǎng)殖廢水還田需要關(guān)注重金屬及抗生素的影響，減少其還田后對環(huán)境及人體健康的風(fēng)險。

1 養(yǎng)殖廢水重金屬及抗生素的來源

傳統(tǒng)的畜禽養(yǎng)殖規(guī)模較小，面臨大規(guī)模犯病的機率較小，而今規(guī)模化的畜禽養(yǎng)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(yǎng)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(chǎn)性能、維護(hù)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(jù)統(tǒng)計，2012年，市面上用于畜禽養(yǎng)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(jìn)劑已經(jīng)長達(dá)60余年，僅作為促進(jìn)生長的添加劑就有33種，在生產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中應(yīng)用廣泛。因此，養(yǎng)殖廢水中的重金屬及抗生素主要來源于飼料。

2 養(yǎng)殖廢水的處置現(xiàn)狀及環(huán)境風(fēng)險

國內(nèi)規(guī)?；B(yǎng)殖場對畜禽產(chǎn)生的糞便、廢水一般采用堆肥發(fā)酵后糞污還田或自建污水處理站處理達(dá)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后還田，兩種處理方式各有利弊，但環(huán)境的風(fēng)險不可避免。采用糞污還田的技術(shù)對養(yǎng)殖場的管理要求嚴(yán)格。養(yǎng)殖廢水屬于高濃度有機物廢水，管理不善則會引起農(nóng)業(yè)面源污染，影響土壤、地下水、地表水的環(huán)境質(zhì)量。但糞污還田技術(shù)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(zhuǎn)化為不易被植物吸收的形態(tài)或富集在微生物的體內(nèi)，進(jìn)而降低環(huán)境中重金屬的含量。自建污水處理站處理養(yǎng)殖廢水達(dá)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(huán)境的影響。但國內(nèi)畜禽養(yǎng)殖場污水處理工藝基本單一，主要對COD、BOD等主要污染物進(jìn)行處理，極少關(guān)注重金屬及抗生素的去除效果，因此養(yǎng)殖廢水對環(huán)境污染的風(fēng)險仍然不可忽視。

3 養(yǎng)殖廢水處理工藝對重金屬及抗生素的處理

對于養(yǎng)殖廢水養(yǎng)殖場一般采用兩種方式進(jìn)行還田：一種是沼液發(fā)酵后作為肥水灌溉，一種是將養(yǎng)殖廢水處理達(dá)到農(nóng)田灌溉水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)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(fā)酵

養(yǎng)殖廢水采用沼液發(fā)酵是較為常見且處理成本較低的處理技術(shù)，受大部分養(yǎng)殖場青睞。根據(jù)國內(nèi)學(xué)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(fā)酵主要是利用微生物進(jìn)行厭氧發(fā)酵，沼液中含有的溶解性有機質(zhì)能與重金屬發(fā)生絡(luò)合作用，呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。孫紅霞等人[5]用含有不同重金屬的飼料對生豬進(jìn)行喂養(yǎng)，其中飼料中Cu超標(biāo)率為18.5%。經(jīng)喂養(yǎng)后，在豬的糞便中發(fā)現(xiàn)Cu的超標(biāo)率到達(dá)了35.2%，沼渣到達(dá)了44.4%，沼液到達(dá)了11.1%，可見重金屬在生物體內(nèi)具有一定的富集作用，且在沼渣中超標(biāo)最嚴(yán)重。Wei等人[6]對江蘇大型養(yǎng)殖場進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)經(jīng)發(fā)酵后廢水中抗生素最高檢出濃度達(dá)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(fā)酵對抗生素的處理效果較差。

3.2 養(yǎng)殖廢水處理

目前我國畜禽養(yǎng)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(guī)模化養(yǎng)殖場；另一種是厭氧-好氧利用模式，適用于大中型畜禽養(yǎng)殖場或養(yǎng)殖區(qū)。其反應(yīng)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(jìn)行利用，其去除物質(zhì)主要為COD、BOD等營養(yǎng)物質(zhì)，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(yǎng)殖場廢水尾水進(jìn)行重金屬的含量的測定，按照《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB5084-2005）中Cd、Hg、Cr、Pb和As的限值作為參考，其實驗結(jié)果顯示重金屬存在不同情況的超標(biāo)，超標(biāo)率在2.7%～10.81%之間。根據(jù)Hu等人[8]的調(diào)查研究，一般養(yǎng)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(yīng)器、曝氣生物濾池技術(shù)對抗生素的去除效率進(jìn)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(qū)間，參照歐盟水環(huán)境抗生素限值10ng/L，不同種類抗生素存在超標(biāo)現(xiàn)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(fā)酵、固體糞便堆肥后還田是目前養(yǎng)殖場處置糞便、廢水的主流方式。根據(jù)有關(guān)研究，抗生素僅有15%[11]可以被畜禽吸收，其余的經(jīng)排泄之后進(jìn)入環(huán)境。由于養(yǎng)殖廢水處理之后基本上用于農(nóng)田灌溉或施肥，因此抗生素會隨肥水、沼渣等途徑回到環(huán)境，而隨之排泄的抗生素也進(jìn)入土壤中。進(jìn)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(jìn)入植物體內(nèi)的抗生素會與植物機體發(fā)生抗衡，干擾植物的正常的細(xì)胞分裂。也有報道指出，抗生素可以通過殺死植物周邊的協(xié)同微生物進(jìn)而影響植物的生長?？股剡M(jìn)入環(huán)境后會被微生物吸收轉(zhuǎn)化，使微生物獲得抗性基因，進(jìn)而致使某些致病菌對藥物產(chǎn)生抗性。根據(jù)2015年世界衛(wèi)生組織對114個國家細(xì)菌抗藥性的分析顯現(xiàn)，幾乎沒有哪個地區(qū)的是沒有出現(xiàn)細(xì)菌抗藥性問題的[12]，這就可能進(jìn)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(fā)一系列農(nóng)業(yè)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(zhuǎn)性，重金屬會在食物鏈中發(fā)生生物放大作用，進(jìn)而擴大影響面。畜禽對重金屬的吸收利用率較低，畜禽體內(nèi)隨糞污排出的重金屬進(jìn)入環(huán)境后主要經(jīng)過根、莖被植物吸收富集，富集在植物的體內(nèi)的重金屬往往不會被吸收轉(zhuǎn)化，而是長期的富集在根、莖、果、葉之中。根據(jù)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(dǎo)器官＞繁殖器官。不同農(nóng)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(jìn)行了實驗研究，在重金屬重度污染區(qū)和輕度污染區(qū)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(yōu)良，相對不易發(fā)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(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)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(shù)較高，空心菜、梨、柑橘等出現(xiàn)了不同情況的污染。

5 結(jié)論與建議

規(guī)?；B(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展一方面帶來了經(jīng)濟的發(fā)展，另一方面也帶來了環(huán)境方面的風(fēng)險。養(yǎng)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(yǎng)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(yǎng)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(jié)合有關(guān)實驗和調(diào)查結(jié)果，用于還田的養(yǎng)殖廢水由于作物的不同也存在不同的風(fēng)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(yǎng)殖廢水農(nóng)灌和糞污還田的過程中應(yīng)選擇合適的作物，以減少過程中帶來的環(huán)境和健康風(fēng)險。

為此，本文提出以下建議：（1）畜禽養(yǎng)殖過程應(yīng)慎重考慮抗生素和重金屬的用量，關(guān)注其帶來的環(huán)境風(fēng)險；（2）養(yǎng)殖廢水處理工藝和糞污堆肥技術(shù)應(yīng)考慮重金屬和抗生素的去除，減少養(yǎng)殖過程對環(huán)境的污染；（3）廢水農(nóng)灌及糞污還田過程應(yīng)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(huán)境和健康風(fēng)險。