畜禽养殖废水厌氧发酵沼液及沼渣成分研究

李元高 潘海敏 敬巧巧

摘 要：为了评估畜禽养殖废水经厌氧膜生物反应器发酵所产生沼液和沼渣的回用价值，该研究选取了养猪废水这种典型的畜禽养殖废水并分析了该废水经厌氧膜生物反应器发酵后产生的沼液和沼渣成分。分析数据显示，沼液和沼渣中的主要营养元素分别达到NY 1107-2010和NY 525-2012标准中相关要求，重金属元素含量分别低于NY1110-2010和NY 525-2012标准中规定限值。上述结果初步表明，养猪废水经厌氧膜生物反应器发酵后产生的沼液和沼渣施用于农田是安全可行的，为后续该沼液沼渣对农作物的施用效果研究提供了支持。

关键词：畜禽养殖废水 养猪废水 厌氧膜生物反应器 沼液 沼渣

中图分类号：X71 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）03（a）-0053-03

随着经济增长和人民生活水平提高，畜禽养殖业迅速发展。但是，畜禽养殖业的发展也带来了一系列环境问题。畜禽养殖场所产生的废水悬浮物、有机物和氨氮等浓度高，若未经处理而任意排放将对生态环境造成严重威胁[1]。厌氧生物处理技术可在处理畜禽养殖废水的同时以沼液沼渣的形式回收资源[2-3]，是目前广泛应用的畜禽养殖废水处理方法。在众多厌氧工艺中，厌氧膜生物反应器将厌氧生物处理工艺和作为固液分离单元的膜组件相结合，在处理畜禽养殖废水这类高悬浮物废水方面具有显著的技术优势[4-6]。但是，目前关于畜禽养殖废水经该反应器厌氧发酵后所产生的沼液沼渣是否可回用于农田的研究较少。因此，该研究将选取养猪废水这种典型的畜禽养殖废水并分析该废水经厌氧膜生物反应器厌氧发酵后所产生沼液和沼渣的主要营养元素及重金属元素含量，初步评估沼液沼渣在后续农田施用方面的效果及风险。

1 材料与方法

1.1 沼液及沼渣来源

该实验中所分析的沼液样品取自用于处理养猪废水中的厌氧膜生物反应器在运行第79、133、158天所产生的沼液；沼渣样品则取自该反应器运行第79天所排出的沼渣。其中，厌氧膜生物反应器处理的养猪废水来源于厦门某养猪场产生的废水。

1.2 指标测定及方法

沼液中的总氮（Total Nitrogen，TN）和总磷（Total phosphrous，TP）分别采用GB 11894-89和GB 11893-89中的方法进行测定；沼渣中TN和TP的测定则分别采用NY/T 53-1987和GB/T 6437-2002中的测定方法；TK（Total potassium，TK）、Ca和Mg（仅针对沼液）及重金属元素Hg、As、Cd、Pb和Cr采用电感耦合等离子体发射光谱仪测定（沼渣在测定上述元素前测定需采用微波消解仪进行消解）。

2 结果与讨论

2.1 沼液的成分分析

2.1.1 沼液的主要营养元素

该研究中沼液的主要营养元素含量如表1所示。根据大量元素水溶肥料标准（农业行业标准NY 1107-2010）中的大量元素水溶肥料（中量元素型）液体产品技术指标，大量元素（N+P2O5+K2O） 含量之和应大于等于500 g·L-1，且应至少包含两种大量元素，单一元素含量不低于40 g·L-1；中量元素（Ca+Mg）含量之和应大于等于10 g·L-1。由于液体肥料在施用于农田之前一般需先稀释500～1 000倍。因此若按照稀释倍数为500倍来计算，稀释后施用于农田的液体肥料中大量元素含量应大于等于1 g·L-1，其中的两种大量元素均应分别高于0.08 g·L-1；中量元素含量应大于等于0.02 g·L-1。根据表1中的数据，推算出该研究中沼液的大量元素（N+P2O5+K2O）含量之和为1.4～1.6 g·L-1；其中，氮和钾元素（以K2O计）含量均分别高于0.08 g·L-1。此外，在所取的沼液样品中，中量元素（Ca+Mg）含量均为0.3 g·L-1。上述分析结果表明，在该实验范围内，沼液中的主要营养元素均能达到NY1107-2010中的相关标准。因此，该研究初步认为该沼液可施用于农作物，为其提供生长所需养分。

2.1.2 沼液的重金属元素

养猪废水经厌氧膜生物反应器厌氧发酵后的沼液可能含有一定量的重金属。重金属含量过高的肥料长期施用有可能导致重金属在土壤和农作物中的累积，造成一定的安全风险。因此，根据我国水溶肥料汞、砷、镉、铅、铬的限量要求（农业行业标准NY 1110-2010），有必要对沼液中所含的上述重金属元素含量进行分析。如表2所示，在所取的3次沼液样品中，除了Pb和Cr之外，Hg、As和Cd均未检测出。根据NY 1110-2010标准，水溶性肥料中的Pb和Cr含量均应小于等于50 mg·kg-1。若按稀释倍数1 000倍来计算，稀释后施用于农田的液肥中Pb和Cr含量均应小于等于0.05 mg·kg-1。根据表2中的数据，在该实验范围内，沼液中的Pb和Cr含量分别为0.02～0.04 mg·kg-1和0.01 mg·kg-1，均低于相关标准规定的限值。该结果初步表明，该研究中沼液施用于农田不会造成一定的重金属风险。

2.2 沼渣成分分析

2.2.1 沼渣的主要营养元素

对该研究中沼渣主要营养元素含量的分析结果显示，沼渣中TN，TP和TK分别为48.7 mg·g-1，32.6 mg·g-1和5.9 mg·g-1。根据农业行业标准NY 525-2012（该标准适用于以畜禽粪便为原料并经发酵腐熟后制成的有机肥料），总养分（N+P2O5+K2O）的质量分数应大于等于5.0%。在该研究中，N和K若以P2O5和K2O计，根据沼渣中TN、TP和TK数据，可推算出总养分（N+P2O5+K2O）的质量分数为13.0%，达到了NY 525-2012中规定的含量要求。上述结果初步表明，该研究中的沼渣含有丰富的氮、磷、钾元素，可为农作物提供生长所需的主要养分，可尝试作为肥料施用于农作物。

2.2.2 沼渣的重金属元素

为了评估该研究中沼渣含有的重金属对后续农用的安全风险，对NY 525-2012标准中规定的5种重金属元素含量进行测定。分析结果显示，在该实验范围内，除了As之外，在沼渣中未检测出Cd、Pb、Cr和Hg。根据NY 525-2012标准中有机肥料重金属限量指标要求的有关规定，As含量应小于等于15mg·kg-1。在该研究中，沼渣中的As含量为7 mg·kg-1，低于NY 525-2012标准中的限定值。根据上述重金属含量分析结果，在该实验范围内，初步认为该沼渣的农田施用不会造成重金属风险。

3 结语

该研究初步分析了养猪废水这种典型的畜禽养殖废水经厌氧膜生物反应器厌氧发酵后产生的沼液和沼渣成分，获得了以下主要结论：在该实验范围内，沼液和沼渣中的主要营养元素分别达到NY 1107-2010和 NY 525-2012标准中的相关规定要求；沼液和沼渣中的重金属元素含量分别低于NY 1110-2010和NY 525-2012标准中规定的限值。因此，该研究初步认为，养猪废水经厌氧膜生物反应器厌氧发酵后产生的沼液和沼渣施用农田中是安全可行的，为后续该沼液沼渣对农作物的施用效果验证提供了一定的前提和基础。

参考文献

[1] 苏扬.我国集约化畜禽养殖场污染问题研究[J].中国生态农业学报，2006，14（2）：15-18.

[2] 刘健，刘仕琦，陈芸，等.畜禽养殖废弃物的综合利用技术[J].中国畜禽种业，2012（6）：31-32.

[3] 刘银秀，赵光桦，王志荣，等.能源生态环保型猪场粪污处理模式的应用[J].中国沼气，2008，26（4）：30-34.

[4] Stuckey D C.Recent developments in anaerobic membrane reactors[J].Bioresource Technology，2012，122（10）：137-148.

[5] Liao B Q，Kraemer J T，Bagley D M.Anaerobic membrane bioreactors：applications and research directions[J].Critical Reviews in Environmental Science and Technology，2006，36（6）：489-530.

[6] Padmasiri S I，Zhang J，Fitch M，et al.Methanogenic population dynamics and performance of an anaerobic membrane bioreactor （AnMBR） treating swine manure under high shear conditions[J].Water Research，2007，41（1）：134-144.