滁州市养猪场粪污中重金属残留及风险评价

李彩丹，何成芳，闫晓明*，张 洁

(1.合肥学院 生物与环境工程系，安徽 合肥 230601； 2.安徽省农业科学院 棉花研究所，安徽 合肥 230031)

滁州市养猪场粪污中重金属残留及风险评价

李彩丹1，何成芳2，闫晓明2*，张 洁1

(1.合肥学院 生物与环境工程系，安徽 合肥 230601； 2.安徽省农业科学院 棉花研究所，安徽 合肥 230031)

采集滁州地区6个养猪场粪污，用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-AES)测定粪污中重金属含量，分析猪粪中铜的形态分布，并采用地质累积指数法和生态风险指数法评价养猪场猪粪和废水分别还田时重金属产生的生态风险，为粪污的资源化利用和生态环境保护提供理论依据。结果显示，集约化养殖场饲料及猪粪中的重金属含量明显高于农家养殖场猪粪中的重金属含量。猪粪、饲料中主要含有Cu、Zn、Al、Fe、Mn、Cd、As、Cr等8种重金属。在猪粪、饲料中，Cu、Zn最多，As、Cr、Cd较少。猪粪中铜的形态以有机结合态和铁锰氧化物结合态为主。废水处理工艺对重金属有明显的消减作用，厌氧-好氧联用技术的效果优于厌氧处理。总体来说，养猪场粪污还田生态风险指数(RI)均<150，使用该猪场粪污肥田不会引起重金属污染问题，但仍应加强对养猪场猪粪的处理。

重金属残留； 生态风险评价； 粪污资源化利用； 养猪场

近年来，随着畜牧业的规模化和集约化发展，养殖场粪污成为环境污染的重要污染源之一[1]。废水中的高氨氮、高浓度、高悬浮物问题成为许多学者关注的热点，但鲜有人关注粪污中重金属的残留问题。在生猪养殖过程中，Cu、Zn、As等微量元素作为饲料添加剂被广泛使用[2]，以改变动物的生理和新陈代谢，提高饲料转化率，防治畜禽疾病，加快畜禽的生长速度，提高畜禽肉类产量等[3]。但是，过量添加微量元素会使畜禽自身无法吸收，多余的金属元素就会随着养殖场的废水或者粪污进入到水体或土壤中，并不断富集，对环境和人类健康产生潜在危害[4]。因此，对畜禽养殖粪污中重金属的残留问题进行研究势在必行。

1 材料与方法

1.1 样品采集

样品来源于安徽省滁州市6个养猪场，其中，集约化养猪场和农家养猪场各3个，分别编号为A～C和D～F。污水采集点位于粪污处理工艺的每个处理单元后。样品采集后-4 ℃保存。

1.2 样品处理与分析

猪粪、饲料样品烘干、粉碎，在电热板上消解，反复操作至无烟，待液体剩余2～3 mL时，过滤、定容。废水样品采用程序升温消解，反复加入浓硝酸，直至溶液呈现淡黄色或无色为止。用电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-AES)测定重金属含量。测定前，用国家规定的标准储备液配制标准溶液，构建的标准曲线r2大于0.999。样品均需设定空白样及3个平行样，最终求得平均值。

1.3 评价方法

1.3.1 地质累积指数法

地质累积指数法最初是用来评价水底沉积物污染水平的，后被扩展至土壤等重金属污染水平评价上来[5-6]。

式中：Igeo为地质累积指数；cn为金属元素n的浓度；Bn为金属元素n的背景值；1.5为系数，取决于当地的自然环境或者人为因素。

1.3.2 生态风险指数法

生态风险指数(RI)法主要用来评价沉积物中金属对环境的生态风险。该方法不仅可以评价环境中单一重金属引起的生态风险，还可以用来评价多种重金属综合引起的生态风险[7]。

2 结果与分析

2.1 饲料、猪粪中重金属总含量

滁州地区养猪场的饲料和猪粪中重金属含量均值如表1所示。猪粪、饲料中主要含有Cu、Zn、Al、Fe、Mn、Cd、As、Cr等8种重金属。农家养猪场猪粪中的重金属含量明显低于规模化养猪场饲料及猪粪中的重金属含量。在猪粪和饲料中，Cu、Zn含量最高，As、Cr、Cd含量较低，不超过1 mg·kg-1。对比规模化养猪场饲料和猪粪中的重金属含量可知，饲料经过猪食用消化后，重金属含量明显减少。

表1 养猪场猪粪、饲料中重金属的含量 mg·kg-1

规模化养猪场处理粪污时主要采取水冲方式，未处理的猪粪只是经过简单的固液分离，从表1可以看出，分离后固体粪污中的重金属含量明显减少。处理后的猪粪主要是经过堆放腐熟一段时间，且在处理过程中加入了一定量的CaO，以起到消毒、絮凝的作用。从表1可以看出，经这一步处理后，猪粪中重金属的含量进一步减少，除了Cu、Zn以外，其他重金属元素的含量都不超过1 mg·kg-1。

养猪场中的猪粪经过处理后可作为肥料施于农田或经过加工作为饲料重新用于生猪的喂养。不管以何种方式进行资源化利用，都须符合相应的国家标准。本研究结果显示，所调查的滁州地区养猪场中猪粪重金属含量符合畜禽粪便安全使用准则(NY/T 1334—2007)和有机、无机复混肥国家标准(GB 18877—2002)，但是在饲料卫生标准(GB 13078—2002)中明确规定了Cu和Zn的限制标准分别为6 mg·kg-1和110 mg·kg-1，据此可以判断，若将所调查的养猪场的猪粪直接用于饲料加工，其Cu、Zn含量都有超标风险，且Cu含量是国家标准的近20倍。

2.2 猪粪中Cu的形态分布

猪粪中Cu的赋存形态，是判断该养猪场粪污是否具有潜在污染的一个重要指标。滁州地区6个养猪场猪粪中铜的形态分布如图1所示。各养猪场猪粪中铜的形态主要为铁锰氧化物结合态和有机结合态，交换态、碳酸盐结合态和残渣态所占比重较小，其中，交换态和碳酸盐结合态所占比例不到5%。

图1 养猪场粪便中铜的形态分布

2.3 废水中重金属含量

养猪场废水中也含有大量的重金属。由于其As、Cd、Cr含量较低，在0.41～3.87 μg·L-1之间，因此本研究只考虑废水中Cu、Zn、Fe、Al、Mn等5种重金属。采用厌氧-好氧联用技术处理废水的A、B养猪场废水中重金属含量如图2所示。养猪场废水中Cu、Zn、Fe、Al为主要的重金属，含量明显高于Mn。

图2 A养猪场A(左)、B(右)废水中的重金属含量

养猪场C废水中重金属含量(图3)明显低于养猪场A、B。养猪场C废水主要采用厌氧发酵处理，去除率明显低于厌氧-好氧处理工艺。

农家养猪场废水中的重金属含量如图4所示，含量很低。灌溉水中重金属含量明显降低，可能是由于冲圈水或者雨水的作用，其含量有所稀释。

图4 农家养猪场废水中的重金属含量

2.4 猪粪或养殖废水还田的生态风险评价

表2 猪粪、养殖废水还田的风险评价结果

注：RI猪粪=5.486，RI养殖废水=1.984。

3 小结

本研究表明，滁州地区集约化养猪场和农家养猪场粪污中重金属以Cu、Zn为主，集约化养猪场粪污中重金属含量明显高于农家养猪场粪污中的含量。猪粪中的铜以有机结合态和铁锰氧化物结合态为主。虽然粪污还田带来的生态风险较低，但是需要加强对粪污中重金属去除方法的研究，寻找微量元素添加剂可替代品，从源头上控制污染的产生，加强粪污处理工艺研究，提高重金属去除效率，建立全面的监控体系，加大对重金属污染的调查，制定并完善相关的法律法规，发展生态型畜禽养殖业。

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2017-08-22

国家科技支撑计划(2012BAD14B13)；合肥学院研究生创新研究项目(2017CX04)

李彩丹(1993—)，女，河南南阳人，硕士研究生，从事农业固体废弃物处理方面的研究工作，E-mail:2551439838@qq.com。

闫晓明(1963—)，男，安徽合肥人，研究员，硕士，从事农产品加工方面的研究工作，E-mail:582511625@qq.com。

文献著录格式：李彩丹，何成芳，闫晓明，等. 滁州市养猪场粪污中重金属残留及风险评价[J].浙江农业科学，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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