滁州市養豬場糞污中重金屬殘留及風險評價

李彩丹，何成芳，閆曉明*，張 潔

(1.合肥學院 生物與環境工程系，安徽 合肥 230601； 2.安徽省農業科學院 棉花研究所，安徽 合肥 230031)

滁州市養豬場糞污中重金屬殘留及風險評價

李彩丹1，何成芳2，閆曉明2*，張 潔1

(1.合肥學院 生物與環境工程系，安徽 合肥 230601； 2.安徽省農業科學院 棉花研究所，安徽 合肥 230031)

采集滁州地區6個養豬場糞污，用電感耦合等離子發射光譜儀(ICP-AES)測定糞污中重金屬含量，分析豬糞中銅的形態分布，并采用地質累積指數法和生態風險指數法評價養豬場豬糞和廢水分別還田時重金屬產生的生態風險，為糞污的資源化利用和生態環境保護提供理論依據。結果顯示，集約化養殖場飼料及豬糞中的重金屬含量明顯高于農家養殖場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。豬糞中銅的形態以有機結合態和鐵錳氧化物結合態為主。廢水處理工藝對重金屬有明顯的消減作用，厭氧-好氧聯用技術的效果優于厭氧處理。總體來說，養豬場糞污還田生態風險指數(RI)均<150，使用該豬場糞污肥田不會引起重金屬污染問題，但仍應加強對養豬場豬糞的處理。

重金屬殘留； 生態風險評價； 糞污資源化利用； 養豬場

近年來，隨著畜牧業的規模化和集約化發展，養殖場糞污成為環境污染的重要污染源之一[1]。廢水中的高氨氮、高濃度、高懸浮物問題成為許多學者關注的熱點，但鮮有人關注糞污中重金屬的殘留問題。在生豬養殖過程中，Cu、Zn、As等微量元素作為飼料添加劑被廣泛使用[2]，以改變動物的生理和新陳代謝，提高飼料轉化率，防治畜禽疾病，加快畜禽的生長速度，提高畜禽肉類產量等[3]。但是，過量添加微量元素會使畜禽自身無法吸收，多余的金屬元素就會隨著養殖場的廢水或者糞污進入到水體或土壤中，并不斷富集，對環境和人類健康產生潛在危害[4]。因此，對畜禽養殖糞污中重金屬的殘留問題進行研究勢在必行。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

樣品來源于安徽省滁州市6個養豬場，其中，集約化養豬場和農家養豬場各3個，分別編號為A～C和D～F。污水采集點位于糞污處理工藝的每個處理單元后。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，反復操作至無煙，待液體剩余2～3 mL時，過濾、定容。廢水樣品采用程序升溫消解，反復加入濃硝酸，直至溶液呈現淡黃色或無色為止。用電感耦合等離子發射光譜儀(ICP-AES)測定重金屬含量。測定前，用國家規定的標準儲備液配制標準溶液，構建的標準曲線r2大于0.999。樣品均需設定空白樣及3個平行樣，最終求得平均值。

1.3 評價方法

1.3.1 地質累積指數法

地質累積指數法最初是用來評價水底沉積物污染水平的，后被擴展至土壤等重金屬污染水平評價上來[5-6]。

式中：Igeo為地質累積指數；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，取決于當地的自然環境或者人為因素。

1.3.2 生態風險指數法

生態風險指數(RI)法主要用來評價沉積物中金屬對環境的生態風險。該方法不僅可以評價環境中單一重金屬引起的生態風險，還可以用來評價多種重金屬綜合引起的生態風險[7]。

2 結果與分析

2.1 飼料、豬糞中重金屬總含量

滁州地區養豬場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。農家養豬場豬糞中的重金屬含量明顯低于規模化養豬場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1 mg·kg-1。對比規模化養豬場飼料和豬糞中的重金屬含量可知，飼料經過豬食用消化后，重金屬含量明顯減少。

表1 養豬場豬糞、飼料中重金屬的含量 mg·kg-1

規模化養豬場處理糞污時主要采取水沖方式，未處理的豬糞只是經過簡單的固液分離，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過堆放腐熟一段時間，且在處理過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，經這一步處理后，豬糞中重金屬的含量進一步減少，除了Cu、Zn以外，其他重金屬元素的含量都不超過1 mg·kg-1。

養豬場中的豬糞經過處理后可作為肥料施于農田或經過加工作為飼料重新用于生豬的喂養。不管以何種方式進行資源化利用，都須符合相應的國家標準。本研究結果顯示，所調查的滁州地區養豬場中豬糞重金屬含量符合畜禽糞便安全使用準則(NY/T 1334—2007)和有機、無機復混肥國家標準(GB 18877—2002)，但是在飼料衛生標準(GB 13078—2002)中明確規定了Cu和Zn的限制標準分別為6 mg·kg-1和110 mg·kg-1，據此可以判斷，若將所調查的養豬場的豬糞直接用于飼料加工，其Cu、Zn含量都有超標風險，且Cu含量是國家標準的近20倍。

2.2 豬糞中Cu的形態分布

豬糞中Cu的賦存形態，是判斷該養豬場糞污是否具有潛在污染的一個重要指標。滁州地區6個養豬場豬糞中銅的形態分布如圖1所示。各養豬場豬糞中銅的形態主要為鐵錳氧化物結合態和有機結合態，交換態、碳酸鹽結合態和殘渣態所占比重較小，其中，交換態和碳酸鹽結合態所占比例不到5%。

圖1 養豬場糞便中銅的形態分布

2.3 廢水中重金屬含量

養豬場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-好氧聯用技術處理廢水的A、B養豬場廢水中重金屬含量如圖2所示。養豬場廢水中Cu、Zn、Fe、Al為主要的重金屬，含量明顯高于Mn。

圖2 A養豬場A(左)、B(右)廢水中的重金屬含量

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

農家養豬場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 農家養豬場廢水中的重金屬含量

2.4 豬糞或養殖廢水還田的生態風險評價

表2 豬糞、養殖廢水還田的風險評價結果

注：RI豬糞=5.486，RI養殖廢水=1.984。

3 小結

本研究表明，滁州地區集約化養豬場和農家養豬場糞污中重金屬以Cu、Zn為主，集約化養豬場糞污中重金屬含量明顯高于農家養豬場糞污中的含量。豬糞中的銅以有機結合態和鐵錳氧化物結合態為主。雖然糞污還田帶來的生態風險較低，但是需要加強對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生，加強糞污處理工藝研究，提高重金屬去除效率，建立全面的監控體系，加大對重金屬污染的調查，制定并完善相關的法律法規，發展生態型畜禽養殖業。

[1] 李宜超. 基于循環經濟的安徽省畜牧業可持續發展模式研究[D]. 合肥：安徽農業大學, 2011.

[2] 石艷平, 黃錦法, 倪雄偉,等. 嘉興市主要生豬規模化養殖飼料和糞便重金屬污染特征[J]. 浙江農業科學, 2015 (9):1494-1497.

[3] 唐中濤, 喬恩美, 梁林,等. 中草藥飼料添加劑在畜禽生產中應用研究進展[J]. 安徽科技學院學報, 2013, 27(5):16-20.

[4] 渠巍, 熊強, 幸梅,等. 重慶市農村畜禽養殖廢水的污染及對策[J]. 環境影響評價, 2011, 33(5):60-62.

[5] 趙祖軍. 金沙江上游底泥重金屬污染及潛在生態風險評價[J]. 環境科學導刊, 2013, 32(1):91-94.

[6] MULLER G. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River[J]. Geojournal, 1969, 2(3):108-118.

[7] 雷慧寧. 規模化豬場廢水處理工藝中抗生素和重金屬殘留及其生態風險[D]. 上海：華東師范大學, 2016.

[8] 李海靜. 絮凝劑處理污水的現狀及對策研究[J]. 環境保護與循環經濟, 2012(6):53-56.

[9] 陳興仁, 陳富榮, 賈十軍,等. 安徽省江淮流域土壤地球化學基準值與背景值研究[J]. 中國地質, 2012, 39(2):302-310.

2017-08-22

國家科技支撐計劃(2012BAD14B13)；合肥學院研究生創新研究項目(2017CX04)

李彩丹(1993—)，女，河南南陽人，碩士研究生，從事農業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，從事農產品加工方面的研究工作，E-mail:582511625@qq.com。

文獻著錄格式：李彩丹，何成芳，閆曉明，等. 滁州市養豬場糞污中重金屬殘留及風險評價[J].浙江農業科學，2017，58(12)：2125-2128，2134.

10.16178/j.issn.0528-9017.20171214

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0528-9017(2017)12-2125-04

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