吉林省延边朝鲜族自治州养猪业现状及固定化脱氮菌在废水处理中的应用研究

孙雪菲 王 颖 金明姬

（延边大学地理与海洋科学学院，吉林延吉 133002）

随着人们生活水平提高，猪肉需求量不断加大，养猪业得到迅猛发展，也增加了猪粪尿产生量，粪尿如果处理不当，将影响畜牧业可持续发展[1，2]。养猪场废水是生猪排放的液体代谢产物、残余饲料和冲洗固体粪便所产生的高浓度、有机废水，其处理难度高，一直是该领域的研究热点[3，4]。固定化微生物技术可将筛选出的微生物或优势菌种固定，由此构成一个高效的废水处理系统。该技术具有操作简单、低成本、占地面积少、稳定性高等优点，对养猪场废水治理有巨大潜力，经固化微生物处理后的废水可用于农业生产，成为处理畜禽养殖废水的优先选择[5，6]。

本文在分析2008—2017年延边州养猪业发展现状，并计算养猪业粪尿产生量及污染物排放量的基础上，结合最优条件下固定化脱氮菌对养猪场废水的处理性能，探讨固定化脱氮菌在延边州的推广应用性，为该技术在延边州的推广应用提供参考和依据。

1 数据收集与处理

1.1 数据来源

文中涉及的延边州各县（市）畜禽养殖数量均参照《延边朝鲜族自治州统计年鉴》 （2009—2018年）。

1.2 标准规模化养殖量计算

为了了解延边州养猪业在畜禽养殖业中的占比情况，按照式1将延边地区不同畜禽养殖品种的养殖量按一定比例折合成猪的数量，即规模化养殖量[7，8]。

式中，Q为标准规模化养殖量（头）；Q1、Q2、Q3、Q4、Q5分别为猪出栏量（头）、肉牛存栏量（头）、奶牛存栏量（头）、肉鸡出栏量（只）、蛋鸡存栏量（只），同时，结合不同畜禽品种间体重相似程度，马采用Q2因子，驴、骡、羊及鹿采用Q1因子，肉禽及家兔采用Q4因子。

1.3 粪尿产生量计算

猪粪尿产生量按照式2计算，结合猪的饲养量、饲养周期及粪尿排泄系数等因子[9，10]。我国猪的平均饲养周期为199天，饲养量选用出栏数[11]，经文献调查，猪粪排泄系数为1.44 kg/天，尿排泄系数为3.62 kg/天[12]。

畜禽粪尿产生量=饲养量×粪尿日排泄系数×饲养周期 式2

1.4 粪尿中污染物含量

考虑到对环境的影响程度，本文选取BOD5、COD、TN和TP作为污染物含量指标，计算2017年延边州各个县（市）的猪粪尿中污染物含量，并经文献调查，采用表1所示的不同污染物含量系数[13，14]。

表1 猪粪尿中不同污染物含量系数 （kg/吨）

2 结果分析

2.1 延边州养猪业发展现状

受经济波动和市场影响，2008—2017年，延边州猪出栏量前期呈上升趋势，2010年达到最高值61万头，而2011年猪出栏量急剧下降，达到近十年的最低值22.95万头，之后缓慢增加，并逐渐趋于稳定，2017年达到33.96万头（图1）。

图1 2008—2017年延边地区猪出栏数

按标准规模化畜禽养殖量进行折算，2017年延边州畜禽养殖量为166.78万头，其中养猪业所占比例为20.36%，仅次于肉牛养殖业，为延边州的主要畜禽养殖品种。近十年，养猪业在延边州畜禽养殖业的比重呈现先下降后上升趋势，2008—2016年比重较为稳定，2017年，受全州养殖业结构调整影响，养猪业比重显著增加（图2）。

图2 2008—2017年延边州养猪业在当地畜禽养殖业中的占比

2.2 延边州养猪业粪尿产生量

为了解延边州养猪业对生态环境造成的危害，根据2017年延边州各县（市）养猪业基本情况，估算了2017年延边州各县（市）养猪业粪尿产生量，结果见表2。2017年延边州的猪出栏数共计33.96万头，其中敦化市最多，图们市最低；全州养猪业总粪尿产生量为34.20万吨，其中粪产生量为9.73万吨，尿产生量为24.46万吨。受养殖数量影响，敦化市粪尿产生量最多，占全州总量的30.2%，远高于其他县（市），图们市粪尿产生量最少，仅占5.3%，其他县（市）粪尿产生量无显著差异。

2.3 延边州养猪业粪尿污染物含量

通过2017年延边州各县（市）养猪业粪尿产生量及不同污染物含量系数，计算得出养猪业粪尿中污染物含量（表3）。延边州BOD5、COD、TN和TP的产生量分别为6 772.98吨、7 262.04吨、1 379.50吨和459.05吨。其中，敦化市BOD5、COD、TN和TP等含量最高，占全州污染物含量的30.19%，延吉市与和龙市也较高，敦化、延吉、和龙3个县（市）的BOD5、COD、TN和TP含量共计占全州污染物含量的55.0%，是延边州畜牧业污染环境重点治理地区；图们市污染物含量最低，仅占全州的5.3%。畜禽粪尿既是污染物，也是宝贵的农业资源，通过合理利用，不仅能够避免造成环境污染，还能够减少资源浪费。因此，如何合理利用畜禽粪尿是延边州养猪业与生态环境可持续发展的重要环节。

表3 2017年延边州各县（市） 猪粪尿中的污染物含量

表2 2017年延边州各县 （市）养猪业粪尿产生量

2.4 固定化脱氮菌的推广应用可行性

目前，延边州猪粪尿利用率较低，大部分未经处理而排放到环境中，对环境造成了危害。因此，亟需对延边州养猪业粪尿进行治理。本文结合前期有关最优条件下固定化脱氮菌对养猪场废水降解特性的试验结果，探讨了固定化脱氮菌在延边州的推广应用性，结果见图3和图4。最优条件下，固定化脱氮菌对养猪场废水中COD与TN的去除率分别达到68.29%与74.81%，经固定化脱氮菌处理后，延边州养猪场的COD和TN含量分别减少了4 959.25吨和1 032.01吨，可见固定化脱氮菌处理养猪场废水可显著降低污染物排放量。

图3 固定化脱氮菌处理前后延边州各县 （市）养猪业COD含量

图4 固定化脱氮菌处理前后延边地区各县 （市）养猪业TN含量

3 结论

近十年来，延边州猪出栏数前期呈上升趋势，2010年达到最高值，2011年达到最低值，之后缓慢增加并逐渐趋于稳定，2017年达到33.96万头，仅次于肉牛，成为延边州的主要畜禽养殖品种之一。2017年全州养猪业粪尿产生量为34.20万吨，BOD5、COD、TN和TP产生量分别为6 772.98吨、7 262.04吨、1 379.5吨和459.05吨；敦化市污染物排放量最多，图们市最少，其他县（市）差异不显著。经固定化脱氮菌处理后，延边州养猪场COD和TN排放量可分别减少4 959.25吨和1 032.01吨，利用该技术处理养猪场废水可显著降低污染物排放量。