李彩丹，何成芳，閆曉明*，張 潔

(1.合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥 230601； 2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 棉花研究所，安徽 合肥 230031)

滁州市養(yǎng)豬場(chǎng)糞污中重金屬殘留及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李彩丹1，何成芳2，閆曉明2*，張 潔1

(1.合肥學(xué)院 生物與環(huán)境工程系，安徽 合肥 230601； 2.安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 棉花研究所，安徽 合肥 230031)

采集滁州地區(qū)6個(gè)養(yǎng)豬場(chǎng)糞污，用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)測(cè)定糞污中重金屬含量，分析豬糞中銅的形態(tài)分布，并采用地質(zhì)累積指數(shù)法和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)養(yǎng)豬場(chǎng)豬糞和廢水分別還田時(shí)重金屬產(chǎn)生的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，為糞污的資源化利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供理論依據(jù)。結(jié)果顯示，集約化養(yǎng)殖場(chǎng)飼料及豬糞中的重金屬含量明顯高于農(nóng)家養(yǎng)殖場(chǎng)豬糞中的重金屬含量。豬糞、飼料中主要含有Cu、Zn、Al、Fe、Mn、Cd、As、Cr等8種重金屬。在豬糞、飼料中，Cu、Zn最多，As、Cr、Cd較少。豬糞中銅的形態(tài)以有機(jī)結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主。廢水處理工藝對(duì)重金屬有明顯的消減作用，厭氧-好氧聯(lián)用技術(shù)的效果優(yōu)于厭氧處理?？傮w來(lái)說(shuō)，養(yǎng)豬場(chǎng)糞污還田生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)均<150，使用該豬場(chǎng)糞污肥田不會(huì)引起重金屬污染問(wèn)題，但仍應(yīng)加強(qiáng)對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)豬糞的處理。

重金屬殘留； 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)； 糞污資源化利用； 養(yǎng)豬場(chǎng)

近年來(lái)，隨著畜牧業(yè)的規(guī)模化和集約化發(fā)展，養(yǎng)殖場(chǎng)糞污成為環(huán)境污染的重要污染源之一[1]。廢水中的高氨氮、高濃度、高懸浮物問(wèn)題成為許多學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)，但鮮有人關(guān)注糞污中重金屬的殘留問(wèn)題。在生豬養(yǎng)殖過(guò)程中，Cu、Zn、As等微量元素作為飼料添加劑被廣泛使用[2]，以改變動(dòng)物的生理和新陳代謝，提高飼料轉(zhuǎn)化率，防治畜禽疾病，加快畜禽的生長(zhǎng)速度，提高畜禽肉類產(chǎn)量等[3]。但是，過(guò)量添加微量元素會(huì)使畜禽自身無(wú)法吸收，多余的金屬元素就會(huì)隨著養(yǎng)殖場(chǎng)的廢水或者糞污進(jìn)入到水體或土壤中，并不斷富集，對(duì)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生潛在危害[4]。因此，對(duì)畜禽養(yǎng)殖糞污中重金屬的殘留問(wèn)題進(jìn)行研究勢(shì)在必行。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

樣品來(lái)源于安徽省滁州市6個(gè)養(yǎng)豬場(chǎng)，其中，集約化養(yǎng)豬場(chǎng)和農(nóng)家養(yǎng)豬場(chǎng)各3個(gè)，分別編號(hào)為A～C和D～F。污水采集點(diǎn)位于糞污處理工藝的每個(gè)處理單元后。樣品采集后-4 ℃保存。

1.2 樣品處理與分析

豬糞、飼料樣品烘干、粉碎，在電熱板上消解，反復(fù)操作至無(wú)煙，待液體剩余2～3 mL時(shí)，過(guò)濾、定容。廢水樣品采用程序升溫消解，反復(fù)加入濃硝酸，直至溶液呈現(xiàn)淡黃色或無(wú)色為止。用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP-AES)測(cè)定重金屬含量。測(cè)定前，用國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，構(gòu)建的標(biāo)準(zhǔn)曲線r2大于0.999。樣品均需設(shè)定空白樣及3個(gè)平行樣，最終求得平均值。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 地質(zhì)累積指數(shù)法

地質(zhì)累積指數(shù)法最初是用來(lái)評(píng)價(jià)水底沉積物污染水平的，后被擴(kuò)展至土壤等重金屬污染水平評(píng)價(jià)上來(lái)[5-6]。

式中：Igeo為地質(zhì)累積指數(shù)；cn為金屬元素n的濃度；Bn為金屬元素n的背景值；1.5為系數(shù)，取決于當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境或者人為因素。

1.3.2 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法

生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)法主要用來(lái)評(píng)價(jià)沉積物中金屬對(duì)環(huán)境的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。該方法不僅可以評(píng)價(jià)環(huán)境中單一重金屬引起的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，還可以用來(lái)評(píng)價(jià)多種重金屬綜合引起的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 飼料、豬糞中重金屬總含量

滁州地區(qū)養(yǎng)豬場(chǎng)的飼料和豬糞中重金屬含量均值如表1所示。豬糞、飼料中主要含有Cu、Zn、Al、Fe、Mn、Cd、As、Cr等8種重金屬。農(nóng)家養(yǎng)豬場(chǎng)豬糞中的重金屬含量明顯低于規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)飼料及豬糞中的重金屬含量。在豬糞和飼料中，Cu、Zn含量最高，As、Cr、Cd含量較低，不超過(guò)1 mg·kg-1。對(duì)比規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)飼料和豬糞中的重金屬含量可知，飼料經(jīng)過(guò)豬食用消化后，重金屬含量明顯減少。

表1 養(yǎng)豬場(chǎng)豬糞、飼料中重金屬的含量 mg·kg-1

規(guī)?；B(yǎng)豬場(chǎng)處理糞污時(shí)主要采取水沖方式，未處理的豬糞只是經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的固液分離，從表1可以看出，分離后固體糞污中的重金屬含量明顯減少。處理后的豬糞主要是經(jīng)過(guò)堆放腐熟一段時(shí)間，且在處理過(guò)程中加入了一定量的CaO，以起到消毒、絮凝的作用。從表1可以看出，經(jīng)這一步處理后，豬糞中重金屬的含量進(jìn)一步減少，除了Cu、Zn以外，其他重金屬元素的含量都不超過(guò)1 mg·kg-1。

養(yǎng)豬場(chǎng)中的豬糞經(jīng)過(guò)處理后可作為肥料施于農(nóng)田或經(jīng)過(guò)加工作為飼料重新用于生豬的喂養(yǎng)。不管以何種方式進(jìn)行資源化利用，都須符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。本研究結(jié)果顯示，所調(diào)查的滁州地區(qū)養(yǎng)豬場(chǎng)中豬糞重金屬含量符合畜禽糞便安全使用準(zhǔn)則(NY/T 1334—2007)和有機(jī)、無(wú)機(jī)復(fù)混肥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB 18877—2002)，但是在飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 13078—2002)中明確規(guī)定了Cu和Zn的限制標(biāo)準(zhǔn)分別為6 mg·kg-1和110 mg·kg-1，據(jù)此可以判斷，若將所調(diào)查的養(yǎng)豬場(chǎng)的豬糞直接用于飼料加工，其Cu、Zn含量都有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，且Cu含量是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的近20倍。

2.2 豬糞中Cu的形態(tài)分布

豬糞中Cu的賦存形態(tài)，是判斷該養(yǎng)豬場(chǎng)糞污是否具有潛在污染的一個(gè)重要指標(biāo)。滁州地區(qū)6個(gè)養(yǎng)豬場(chǎng)豬糞中銅的形態(tài)分布如圖1所示。各養(yǎng)豬場(chǎng)豬糞中銅的形態(tài)主要為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)，交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)所占比重較小，其中，交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)所占比例不到5%。

圖1 養(yǎng)豬場(chǎng)糞便中銅的形態(tài)分布

2.3 廢水中重金屬含量

養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中也含有大量的重金屬。由于其As、Cd、Cr含量較低，在0.41～3.87 μg·L-1之間，因此本研究只考慮廢水中Cu、Zn、Fe、Al、Mn等5種重金屬。采用厭氧-好氧聯(lián)用技術(shù)處理廢水的A、B養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中重金屬含量如圖2所示。養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中Cu、Zn、Fe、Al為主要的重金屬，含量明顯高于Mn。

圖2 A養(yǎng)豬場(chǎng)A(左)、B(右)廢水中的重金屬含量

養(yǎng)豬場(chǎng)C廢水中重金屬含量(圖3)明顯低于養(yǎng)豬場(chǎng)A、B。養(yǎng)豬場(chǎng)C廢水主要采用厭氧發(fā)酵處理，去除率明顯低于厭氧-好氧處理工藝。

農(nóng)家養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中的重金屬含量如圖4所示，含量很低。灌溉水中重金屬含量明顯降低，可能是由于沖圈水或者雨水的作用，其含量有所稀釋。

圖4 農(nóng)家養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中的重金屬含量

2.4 豬糞或養(yǎng)殖廢水還田的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

表2 豬糞、養(yǎng)殖廢水還田的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

注：RI豬糞=5.486，RI養(yǎng)殖廢水=1.984。

3 小結(jié)

本研究表明，滁州地區(qū)集約化養(yǎng)豬場(chǎng)和農(nóng)家養(yǎng)豬場(chǎng)糞污中重金屬以Cu、Zn為主，集約化養(yǎng)豬場(chǎng)糞污中重金屬含量明顯高于農(nóng)家養(yǎng)豬場(chǎng)糞污中的含量。豬糞中的銅以有機(jī)結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)為主。雖然糞污還田帶來(lái)的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低，但是需要加強(qiáng)對(duì)糞污中重金屬去除方法的研究，尋找微量元素添加劑可替代品，從源頭上控制污染的產(chǎn)生，加強(qiáng)糞污處理工藝研究，提高重金屬去除效率，建立全面的監(jiān)控體系，加大對(duì)重金屬污染的調(diào)查，制定并完善相關(guān)的法律法規(guī)，發(fā)展生態(tài)型畜禽養(yǎng)殖業(yè)。

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2017-08-22

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD14B13)；合肥學(xué)院研究生創(chuàng)新研究項(xiàng)目(2017CX04)

李彩丹(1993—)，女，河南南陽(yáng)人，碩士研究生，從事農(nóng)業(yè)固體廢棄物處理方面的研究工作，E-mail:2551439838@qq.com。

閆曉明(1963—)，男，安徽合肥人，研究員，碩士，從事農(nóng)產(chǎn)品加工方面的研究工作，E-mail:582511625@qq.com。

文獻(xiàn)著錄格式：李彩丹，何成芳，閆曉明，等. 滁州市養(yǎng)豬場(chǎng)糞污中重金屬殘留及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(12)：2125-2128，2134.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171214

X713

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0528-9017(2017)12-2125-04

高 峻)