豬場糞污重金屬處理技術研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

摘 要：隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，豬場糞污的處理與資源化利用已成為環(huán)境保護的重點。其中，豬場糞污中的重金屬污染問題尤為突出。該文綜述豬場糞污重金屬處理技術的研究現(xiàn)狀，包括物理方法、化學方法和生物方法的進展，并探討未來重金屬處理技術的發(fā)展趨勢，為豬場糞污重金屬的有效處理提供理論支持和實踐指導。

關鍵詞：豬場糞污；重金屬；處理技術；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢

中圖分類號：X713 文獻標志碼：A 文章編號：2096-9902（2024）19-0065-04

Abstract： With the rapid development of animal husbandry， the treatment and resource utilization of pig manure have become the focus of environmental protection. Among them， the problem of heavy metal pollution in pig manure is particularly prominent. This paper reviews the research status of heavy metal treatment technologies in pig manure， including the progress of physical methods， chemical methods and biological methods， and discusses the future development trend of heavy metal treatment technologies to provide theoretical support and practical guidance for the effective treatment of heavy metals in pig manure.

Keywords： pig farm manure; heavy metal; treatment technology; research status; development trend

畜禽養(yǎng)殖業(yè)在我國農業(yè)體系中占據重要地位，不僅提供了豐富的肉類產品，還為經濟發(fā)展注入了源源不斷的活力。然而，隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)模增大和集約化程度的日益提高，糞污的問題逐漸浮出水面，尤其是規(guī)?；i場，其糞污廢棄物的數(shù)量日益龐大，處理難度也逐漸加大[1-3]。豬場糞污中不僅含有大量的有機物，還包含了多種重金屬元素，如銅、鋅、砷和鉛等[4]。這些重金屬元素的來源多樣，可能是飼料添加劑的殘留，也可能是畜禽生長過程中自然產生的。在未經有效處理的情況下，這些重金屬若直接排放到環(huán)境中，不僅會對土壤和水體造成嚴重的污染，還可能會通過食物鏈的累積和放大效應影響到人類的健康[5-7]。

近年來，隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴格和公眾對食品安全及生態(tài)環(huán)境質量要求的不斷提高，豬場糞污中的重金屬污染問題受到了前所未有的關注。為了有效應對這一問題，研究和開發(fā)高效、環(huán)保的豬場糞污重金屬處理技術成為了當務之急。

隨著科技的進步和環(huán)保意識的提升，豬場糞污重金屬處理技術也得到了快速的發(fā)展。這些技術涵蓋了物理處理、化學處理、生物處理等多個方面，旨在從源頭減少重金屬的排放，或者通過有效的方式將其從糞污中分離出來，從而達到降低環(huán)境風險和保障人類健康的目的。因此，有效的豬場糞污重金屬處理技術對于人類健康和畜牧業(yè)的綠色發(fā)展具有重要作用。

1 糞污重金屬的來源及其危害

1.1 糞污重金屬的來源

飼料添加劑是畜禽養(yǎng)殖中常用的物質，其中一些含有重金屬元素。為了提高畜禽的生長速度和產量，一些養(yǎng)殖戶會在飼料中添加過量的重金屬元素，如銅、鋅、鉛等[8-10]。潘尋等[11]在研究中發(fā)現(xiàn)，銅、鋅、鉻和砷在豬飼料中含量均檢測超標，其中銅含量最高，為99.21 mg/kg。吳永明等[12]檢測飼料中重金屬的含量，發(fā)現(xiàn)銅和鋅的含量較高，分別在19.16～99.21、42.04～2 343.6 mg/kg，鉻和砷濃度較低，分別為2.925～3.829、0.094～0.128 4 mg/kg。在飼料中檢測到的這些重金屬元素被畜禽吸取少部分，剩余的重金屬元素會通過糞便排放到生活的環(huán)境中，導致產生的糞污中重金屬含量超標[13-14]。因此，畜禽糞便中重金屬含量與飼料中重金屬含量有直接聯(lián)系。潘尋等[11]檢測了18份飼料的樣品和126份豬糞樣品中的重金屬含量，從研究結果可以看出豬糞樣品所含的重金屬和飼料樣品中的重金屬含量具有正比例關系。朱建春等[15]也對 64家養(yǎng)豬場中所用的64個飼料和豬糞樣品中重金屬含量進行檢測。結果顯示豬糞和飼料都含有大量的重金屬，其中鋅和銅的含量最高。另外，工業(yè)廢水、農藥殘留等環(huán)境污染物質也可能成為糞污中重金屬的來源。這些污染物質通過水體、大氣等途徑進入畜禽養(yǎng)殖場，被畜禽攝入后，重金屬元素在體內積累并隨糞便排出，進一步加劇了糞污中重金屬的污染程度。

1.2 糞污重金屬的危害

1.2.1 土壤污染

當糞污中的重金屬含量超過土壤的自凈能力，長期施用含有重金屬的畜禽糞便會導致土壤重金屬污染[16]。這些重金屬元素，如銅、鉛、汞、鎳、砷、鎘和鉻等，不易被微生物分解，在土壤中積累并轉化，使土壤的濃度偏高。重金屬會改變土壤的理化性質，其pH、電導率等都會受到影響，還可能通過化學反應，與土壤中的其他成分結合，形成難以分解的化合物，這些化合物會破壞土壤的結構，降低土壤的肥沃程度和土壤質量，影響植物的正常生長[17]。重金屬可能會破壞植物細胞的結構和功能，影響植物的光合作用、呼吸作用等生命活動，嚴重時，重金屬還可能通過根系進入植物體內，導致植物中毒甚至死亡。

1.2.2 水體污染

當重金屬隨未處理的畜禽糞污進入河流、湖泊甚至地下水，會引起水體中重金屬含量超標[18]，對水體造成污染。重金屬元素在水體中不易降解，會對水生生物造成毒性作用，影響水生生物的生長、繁殖和生存。例如，重金屬會破壞水生生物的細胞膜，影響細胞的功能和結構；還會干擾水生生物的代謝過程，導致生物體內代謝紊亂。這些影響會導致水生生物的數(shù)量減少、種群結構改變，破壞水生生態(tài)平衡。人類長期接觸或飲用含有重金屬元素的水，也會引起慢性中毒、神經系統(tǒng)病變等問題，對身體健康造成潛在危害[19]。

1.2.3 食物鏈污染

重金屬在自然環(huán)境中不易降解，在土壤和水體中的積累會進入植物和動物體內，成為食物鏈的一部分。重金屬對食物鏈的污染會對人類和動物的健康產生負面影響。對于畜禽本身，重金屬通過畜禽的糞便被排出體外，通過飼料或飲水再次被畜禽攝入，形成食物鏈中的循環(huán)，導致其生長受阻、器官受損甚至死亡。對于人類來說，人類攝入這些受到重金屬污染的食物后，重金屬會在人體內積累，引發(fā)健康問題[20-22]。如鉛中毒可能導致神經系統(tǒng)損傷、智力下降等嚴重后果，鎘中毒則可能導致腎臟損傷、骨質疏松等健康問題，過量的鋅會影響人的腸胃功能，出現(xiàn)嘔吐現(xiàn)象等[23]。

2 豬場糞污重金屬處理技術現(xiàn)狀

豬場糞污處理是畜牧業(yè)環(huán)境保護的重要環(huán)節(jié)，特別是其中的重金屬污染問題更是受到社會的廣泛關注。目前，對于豬場糞污中重金屬的處理方法主要有物理、化學和生物幾個方面的處理。

2.1 物理處理技術

物理處理技術主要通過離心、沉淀、過濾和吸附等方式去除豬場糞污中的重金屬。王明等[24]在研究中通過離心分離法去除養(yǎng)豬場中的廢水懸浮物，此方法去除率為50%～65%，污泥可以吸附大量重金屬，然后通過固液分離去除重金屬。另外，重金屬鈍化技術是一種有效減少重金屬污染的方法，通過添加鈍化劑，讓重金屬離子產生化學反應，使其轉化為難以溶解的沉淀物或穩(wěn)定的絡合物，從而降低重金屬離子的生物可利用性。經常使用的鈍化劑為沸石、膨潤土、生物炭等，能夠有效地去吸附重金屬。Cui等[25]研究了改性的沸石對糞污中重金屬的鈍化率影響，結果發(fā)現(xiàn)其明顯降低了重金屬的生物有效性，銅、鉛和鋅的鈍化率分別為 45.1%、25.5%和16.1%。程宇航[26]在研究中發(fā)現(xiàn)15%的木本泥炭可以很好地鈍化重金屬，銅、鋅和鉻的鈍化率分別達到52.2%、42JqDIENXqeTEAA43XuAvAODufoPfVnVL7gAFosfMbf4o=.7%和 27.2%。然而，物理處理技術通常只是處理糞污重金屬的第一步，可能還需要結合其他技術（如化學處理技術、生物處理技術等）來達到更好的處理效果。同時，在選擇物理處理技術時，需要綜合考慮技術可行性、經濟性、環(huán)保性等因素，以確保處理效果的同時降低處理成本和對環(huán)境的影響。

2.2 化學處理技術

化學處理技術利用化學反應將重金屬轉化為不溶性沉淀物或穩(wěn)定化合物，從而實現(xiàn)去除。常用的化學處理方法包括化學沉淀、氧化還原等。張秀等[27]將制備的重金屬捕集劑作用于豬場中的廢水中，發(fā)現(xiàn)對廢水中的銅和鋅的去除率達到99%以上。邢劍[28]研究化學瀝浸對重金屬瀝出的影響，發(fā)現(xiàn)重金屬的瀝出率在一定的反應時間內隨著時間的增加而增加，低pH可以促進重金屬的瀝出。此外，邢劍在研究中發(fā)現(xiàn)無機酸對鋅的去除效果更好，而有機酸對銅和鎘的去除效果更好?；瘜W處理技術可以通過化學反應快速處理各種不同類型的糞污重金屬離子，并可以選擇性地去除特定類型的重金屬離子，從而避免對其他有用物質的損失，具有較強的適應性，達到較好的處理效果。但是化學處理過程中可能產生有毒有害的副產物或廢物，需要進行妥善處理以避免二次污染，且化學處理成本較高。

2.3 生物處理技術

生物處理技術利用微生物的代謝作用，將重金屬轉化為低毒或無毒形態(tài)。外源菌劑的添加對重金屬鈍化有著促進效果，Li等[29]研究中發(fā)現(xiàn)在豬糞的好氧堆肥中加入纖維素降解菌可以明顯地鈍化重金屬鎘和鉻，其中加入 1%菌劑的鈍化效果最好。Bello等[30]研究中也發(fā)現(xiàn)添加菌劑可以提高重金屬的去除率，其中銅和鐵處理效果最好，去除率分別為 98.9%和94.3%。重金屬也可以通過生物轉化得以去除，周東興等[31]研究發(fā)現(xiàn)蚯蚓能夠降低豬糞中銅和鋅的生物有效性。

生物處理技術不依賴化學藥劑，減少了化學污染的風險，并且具有高效的代謝和轉化能力，能夠迅速去除或穩(wěn)定重金屬。但處理重金屬時仍面臨一些挑戰(zhàn)，如生物處理技術的效果受溫度、pH、離子強度等環(huán)境因素的影響較大，需要特定的生物體，且處理時間耗時較長。因此，在實際應用中需要根據具體情況選擇合適的生物處理技術和操作條件。

3 豬場糞污重金屬處理技術發(fā)展趨勢

隨著科技的進步和研究的深入，重金屬處理技術也在不斷發(fā)展更新。傳統(tǒng)的處理方法雖然在一定程度上能夠去除部分重金屬，但效率低下且易產生二次污染。因此，越來越多的研究開始轉向生物修復技術和物理化學生物聯(lián)合處理技術。

3.1 聯(lián)合處理技術的研發(fā)

重金屬聯(lián)合處理技術是指將物理、化學、生物等多種處理技術相結合，形成聯(lián)合處理系統(tǒng)，提高處理效率和降低處理成本。例如，可以先利用物理法預處理，去除大部分懸浮物和部分重金屬，再采用生物法進一步凈化殘留的重金屬，最后通過化學法深度處理以確保排放標準。程宇航等[32]研究豬場糞污處理工藝對重金屬的去除效果，發(fā)現(xiàn)通過“固液分離+升流式厭氧污泥床+多級A/O+氧化塘”方法可以有效去除重金屬，去除率為74.8%～99.7%。郭瑞華等[33]通過“厭氧消化+多級沉淀+水生植物塘”處理方法去除豬場糞污中的重金屬，最高去除率達到90%以上。聯(lián)合處理技術的研發(fā)是應對畜禽養(yǎng)殖過程中重金屬污染問題的重要手段，可以避免單一方法的缺陷，通過選擇合適的處理方法組合、優(yōu)化處理條件、集成化處理設備、回收利用重金屬以及評估處理效果等措施，實現(xiàn)糞污重金屬的高效去除和回收。

3.2 生物技術的深入應用

生物技術處理豬糞重金屬是一種有效且環(huán)保的方法。通過選擇合適的生物技術、優(yōu)化處理條件、加強環(huán)境安全性評估等措施，實現(xiàn)豬糞中重金屬的高效去除和回收，降低其對環(huán)境的污染風險。利用基因工程、酶工程等生物技術手段，培育具有高效去除重金屬能力的微生物菌株，主要通過微生物的吸附和轉化能力來去除重金屬，它不僅能有效去除污染物，還能減少二次污染的風險。通過篩選具有高吸附能力的微生物株，或是通過基因工程技術改造微生物，增強其對重金屬的吸收和固定能力。然而，生物技術也存在一定的局限性，處理周期較長、受環(huán)境因素限制大等。因此，在實際應用中，需要根據具體的環(huán)境條件和污染狀況選擇合適的生物技術，進一步探索新的生物技術和處理方法，通過不斷的研究和創(chuàng)新，有望在未來實現(xiàn)更高效、更環(huán)保的重金屬污染治理。

3.3 資源化利用

豬場糞污作為畜牧業(yè)產生的廢棄物，其中包含了大量的重金屬元素，如銅、鋅、鐵等。這些重金屬元素在適量的情況下對于動植物成長具有一定的促進作用，但同時也可能對環(huán)境造成潛在風險。然而，通過科學合理的處理技術，我們可以實現(xiàn)這些重金屬元素的資源化利用，例如，將處理后的豬場糞污作為有機肥料或土壤改良劑，既可以減少重金屬對環(huán)境的污染，又可以提高土壤的肥力。豬場糞污中的重金屬元素具有一定的資源價值，通過合理的處理技術，可以實現(xiàn)重金屬的資源化利用。但是在豬糞重金屬資源化利用過程中，需要充分考慮重金屬的種類、濃度和存在形態(tài)，以及處理方法的可行性、經濟性和環(huán)境安全性。此外，還需要加強監(jiān)測和評估，確保資源化利用過程中不會對環(huán)境和人體健康造成負面影響。

4 結束語

豬場糞污重金屬處理技術是環(huán)保領域的重要研究方向。當前，物理、化學、生物等多種處理技術已得到廣泛應用，但仍存在處理成本高、效果有限等問題。隨著科技的進步和研究的深入，豬場糞污豬場糞污重金屬處理技術有望得到進一步優(yōu)化和完善。一方面，可以通過改進現(xiàn)有技術的工藝參數(shù)和操作條件，提高處理效果和降低成本。例如，針對物理處理技術的局限性，可以研發(fā)更高效的重金屬分離和去除設備；針對化學處理技術的二次污染問題，可以開發(fā)更環(huán)保的試劑和工藝。豬場糞污重金屬處理技術的發(fā)展需要多學科交叉融合，不斷探索和創(chuàng)新。隨著技術的持續(xù)進步和環(huán)保意識的提升，相信未來的豬場糞污處理將變得更加高效、環(huán)保，為農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供有力支撐。

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