规模化猪场污染物排放监测与迁移转化规律研究

许仙菊+马洪波+张永春

摘要：为准确了解规模化养殖场畜禽粪尿等污染物的排放量及其迁移转化规律，以江苏省农业科学院六合动物科学研究基地规模化养猪场为研究对象，对规模化猪场污水排出口和厌氧发酵处理排出口的污水的周年四季进行了连续3 d的监测。结果表明：被研究的规模化猪场，每年产生的污水中化学需氧量（COD）为16.6 t，总氮（TN）为3.8 t，总磷（TP）为0.6 t，年排放COD为8.0 t，TN为2.5 t，TP为0.4 t。按养殖场年存栏3 127头计算，养殖场产污系数分别为COD 5.32 kg/（头·年）、TN 1.21 kg/（头·年）、TP 0.20 kg/（头·年），养殖场排污系数分别为COD 2.56 kg/（头·年）、TN 0.79 kg/（头·年）、TP 0.11 kg/（头·年）。通过厌氧发酵处理后，一年四季对猪场污水中COD、TN和TP有很好的去除效果。其中猪场污水中COD去除率为42.6%～61.1%，TN的去除率为56.2%～78.2%，TP的去除率为50.3%～88.4%。这为规模化养殖场的污染物排放量及其污染物迁移转化规律的研究提供了依据。

关键词：规模化猪场；厌氧发酵；去除率；排污系数

中图分类号： X713 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）11-0495-03

近年来，随着中国畜牧业的发展，规模化、集约化养殖场越来越多，由于畜禽粪便量大，且不能得到有效利用，再加上粪便处理利用设施运行效果差，这就导致规模化猪场排泄物及其转化废弃物对环境的污染日趋严重[1-2]。规模化、集约化养殖场的排泄物如何处理以及处理措施的消减率越来越受到人们的关注。日益减少的农田能否吸纳规模化养殖场污染物的排放以及预测区域农田畜禽承载量，以往研究多集中于我国规模化养殖场的粪尿产生量[1，3-4]、预测区域农田畜禽承载量[3]、污染系数的测算[5-7]及测算方法的比较[8-9]上，对规模化养殖场处理下养分迁移规律及消减率研究较少。因此，本研究以江苏省农业科学院六合动物科学研究基地猪场为例，研究了规模化猪场污染物排放与污染物的迁移转化规律，以期为污染物的治理提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在江苏省农业科学院六合动物科学研究基地猪场进行。该猪场年存栏量3 127头，其中保育805头、育肥1 876头、母猪428头、公猪19头。采用干清粪工艺，猪粪直接送进附近的有机肥厂，养殖场及周边无粪便丢弃情况。污水收集设施完善，建有日处理100 m3的厌氧发酵沼液污水处理工程。厌氧发酵沼液污水处理工程一年四季正常运转。猪场污水处理工艺及采样点设置见图1。

1.2 试验设计

规模化猪场污染物排放的主要影响因素有气候条件、粪便收集清理方式、粪便污水处理利用方式等。本研究拟从基础调查入手，采用典型监测和理论分析相结合的方法，对典型规模化猪场的粪便污水排放量及其特征污染物浓度进行周年监测，掌握规模化猪场污染特点和迁移转化规律。

周年监测：对六合规模化养殖场（该养殖场污水利用方式是“猪场—沼液—农田”）实行周年监测，分夏（2012年6月19—21日）、秋（2012年9月26—28日）、冬（2012年12月24—26日）、春（2013年3月4—6日）4个季节进行，每个季节对项目点猪场用水量、污水量进行连续3 d监测。同时获得饲料量及其特性、粪便量及其污染物浓度、污水原水产生量及其污染物浓度、污水处理量及处理各阶段污染物浓度。猪场用水量采用水表计量。猪场污水量采用量水槽法进行计量。每个季节监测时，每天取污水原水、污水处理各阶段水样各500 mL，测定化学需氧量（COD）、TN（总氮）、TP（总磷）含量。

开展1次监测点猪场饲料量、粪便量调查，并取样测试。取母猪、公猪、保育猪、育肥猪饲料样品各500 g，检测指标为含水率和TN、TP含量。取猪场粪便样品500 g，检测指标为含水率和TN、TP含量。

1.3 数据分析

根据项目点周年监测结果，并与理论计算相结合，获得规模化猪场主要污染物排放情况，掌握典型规模化猪场主要污染物迁移转化规律。

2 结果与分析

2.1 典型猪场水体污染物溯源分析

由图2和图3可以看出，被调查猪场每天饲料投入中TN为182.4 kg/d，冲洗水投入中TN为0.13 kg/d。其中：可收集的粪便中TN含量为21.08 kg/d，占11.5%；污水中TN含量为 10.35 kg/d，占5.7%。每天饲料投入中TP为 17.23 kg/d，冲洗水投入中TP为0.01 kg/d。其中，可收集的粪便中TP含量为 7.53 kg/d，占44%；污水中TP含量为 1.73 kg/d，占10%。

2.2 典型猪场污染物排放与消减情况分析

经测算（图4），养殖场每年产生的污水中COD为16.6 t，TN为3.8 t，TP为0.6 t，年排放COD为8.0 t，TN为2.5 t，TP为0.4 t。

按养殖场年存栏3 127头计算，养殖场产污系数分别为COD 5.32 kg/（头·年）、TN 1.21 kg/（头·年）、TP 0.20 kg/（头·年），养殖场排污系数分别COD 2.56 kg/（头·年）、TN 0.79 kg/（头·年）、TP 0.11 kg/（头·年）（表1）。

2.3 典型猪场污染物迁移规律分析

2.3.1 COD去除情况分析

根据污水原水、处理过程各阶段水质测量数据，分别进行污水处理各阶段化学需氧量、TN、TP去除率计算，并绘制折线图，掌握典型猪场污水污染物迁移规律，其中去除率为处理后的浓度除以处理前的浓度，结果见图5。

从图5可以看出，养殖污水经厌氧发酵处理后，监测季COD浓度变化为126.0～240 mg/L，均达到了畜禽养殖业污染物排放標准（GB 8596—2001）要求（COD限值为 400 mg/L），对COD具有很好的去除效果。厌氧发酵对COD去除率为42.6%～61.1%，其中春秋2季COD去除率较高，夏冬2季较低。

2.3.2 TN去除情况分析

从图6可以看出，养殖污水经厌氧发酵处理后，监测季TN浓度变化为20.7～89.7 mg/L。厌氧发酵对TN去除率为56.2%～78.2%，其中春夏2季TN去除率较高，其次是秋季，冬季TN去除率最低。

2.3.3 TP去除情况分析

从图7可以看出，养殖污水经厌氧发酵处理后，监测季TP浓度变化为5.2～15.9 mg/L。除了春季，其他季节均达到了畜禽养殖业污染物排放标准（GB 8596—2001）要求（TP限值为8 mg/L）。厌氧发酵对TP去除率为50.3%～88.4%，TP去除率秋季最高，其次是冬季，然后是春夏季。

3 讨论

养猪业的规模集约化经营中，如果猪粪尿不及时处理与利用， 将直接影响猪场及周边的生态环境。规模化猪场污染物排放的主要影响因素有气候条件、粪便收集清理方式、粪便污水处理利用方式等。规模化养猪场废弃物处理技术中，厌氧方式处理是规模化猪场粪污处理的核心。本研究表明，被研究的规模化猪场，通过厌氧发酵处理后，一年四季对猪场污水中COD、TN和TP有很好的去除效果。其中猪场污水中COD去除率为42.6%～61.1%，TN的去除率为56.2%～78.2%，TP的去除率为50.3%～88.4%。何志平等的研究表明四川省一家规模化养猪场（水冲粪+沼气池+农田）的主要污染物经过厌氧发酵后COD、TN和TP去除率分别为41.3%、24.46%和48.25%，而标准化规模养殖小区（干清粪+沼气池+农田）的主要污染物经过厌氧发酵后COD、TN和TP去除率分别为65.48%、59.67%和68.13%[5]。本研究结果与何志平等研究的标准化规模养殖小区的研究结果相近，这可能与粪便的处理方式有关，两者都采用了干清粪的处理方式。

本研究的规模化养殖场每年产生的污水中COD为 16.6 t、TN为3.8 t、TP为0.6 t，年排放COD为8.0 t、TN为2.5 t、TP为0.4 t。按养殖场年存栏3 127头计算，养殖场产污系数分别为COD 5.32 kg/（头·年）、TN 1.21 kg/（头·年）、TP 0.20 kg/（头·年），养殖场排污系数分别为COD 2.56 kg/（头·年）、TN 0.79 kg/（头·年）、TP 0.11 kg/（头·年）。董红敏等对于北京市某养猪场进行分析，结果表明，该猪场保育、育肥和妊娠母猪3个阶段的COD产污系数分别为每头252.8、479.6、493.4 g/d，TN分别为每头20.4、33.2、43.7 g/d，TP分别为每头3.48、6.06、9.93 g/d，在该猪场废弃物处理系统的运行情况下，计算得出了该场保育、育肥和妊娠母猪3个阶段的排污系数COD分别为每头44.9、64.1、22.5 g/d，TN分别为每头14.1、20.9、36.3 g/d，TP分别为每头1.0、1.8、0.4 g/d[9]。与之相比，本试验中所得的集约化养猪场COD、TN和TP的产污、排污系数均较低，其原因可能是由于猪场COD、TN和TP的产生量与猪的种类、生长期、饲料、天气条件等因素有关。

4 结论

本研究猪场每天饲料投入中TN为182.4 kg，冲洗水投入中TN为0.13 kg。其中，可收集的粪便中TN含量为 21.08 kg，占11.5%；污水中TN含量为10.35 kg，占5.7%。每天饲料投入中TP为17.23 kg，冲洗水投入TP为0.01 kg。其中，可收集的粪便中TP含量为7.53 kg，占44%；污水中TP含量为1.73 kg，占10%。

养殖场每年产生的污水中COD为16.6 t、TN为 3.8 t、TP为0.6 t，年排放COD为8.0 t、TN为2.5 t、TP为 0.4 t。按养殖场年存栏3 127头计算，养殖场产污系数分别为COD 5.32 kg/（头·年）、TN 1.21 kg/（头·年）、TP 0.20 kg/（头·年），养殖场排污系数分别COD 2.56 kg/（头·年）、TN 0.79 kg/（头·年）、TP 0.11 kg/（头·年）。

本研究猪场，通过厌氧发酵处理后，一年四季对猪场污水中的COD、TN和TP有很好的去除效果。其中COD去除率为42.6%～61.1%，TN去除率为56.2%～78.2%，TP去除率为50.3%～88.4%。

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