猪场粪污重金属处理技术研究现状与发展趋势

摘 要：随着畜牧业的快速发展，猪场粪污的处理与资源化利用已成为环境保护的重点。其中，猪场粪污中的重金属污染问题尤为突出。该文综述猪场粪污重金属处理技术的研究现状，包括物理方法、化学方法和生物方法的进展，并探讨未来重金属处理技术的发展趋势，为猪场粪污重金属的有效处理提供理论支持和实践指导。

关键词：猪场粪污；重金属；处理技术；研究现状；发展趋势

中图分类号：X713 文献标志码：A 文章编号：2096-9902（2024）19-0065-04

Abstract： With the rapid development of animal husbandry， the treatment and resource utilization of pig manure have become the focus of environmental protection. Among them， the problem of heavy metal pollution in pig manure is particularly prominent. This paper reviews the research status of heavy metal treatment technologies in pig manure， including the progress of physical methods， chemical methods and biological methods， and discusses the future development trend of heavy metal treatment technologies to provide theoretical support and practical guidance for the effective treatment of heavy metals in pig manure.

Keywords： pig farm manure; heavy metal; treatment technology; research status; development trend

畜禽养殖业在我国农业体系中占据重要地位，不仅提供了丰富的肉类产品，还为经济发展注入了源源不断的活力。然而，随着畜禽养殖业的规模增大和集约化程度的日益提高，粪污的问题逐渐浮出水面，尤其是规模化猪场，其粪污废弃物的数量日益庞大，处理难度也逐渐加大[1-3]。猪场粪污中不仅含有大量的有机物，还包含了多种重金属元素，如铜、锌、砷和铅等[4]。这些重金属元素的来源多样，可能是饲料添加剂的残留，也可能是畜禽生长过程中自然产生的。在未经有效处理的情况下，这些重金属若直接排放到环境中，不仅会对土壤和水体造成严重的污染，还可能会通过食物链的累积和放大效应影响到人类的健康[5-7]。

近年来，随着环保法规的日益严格和公众对食品安全及生态环境质量要求的不断提高，猪场粪污中的重金属污染问题受到了前所未有的关注。为了有效应对这一问题，研究和开发高效、环保的猪场粪污重金属处理技术成为了当务之急。

随着科技的进步和环保意识的提升，猪场粪污重金属处理技术也得到了快速的发展。这些技术涵盖了物理处理、化学处理、生物处理等多个方面，旨在从源头减少重金属的排放，或者通过有效的方式将其从粪污中分离出来，从而达到降低环境风险和保障人类健康的目的。因此，有效的猪场粪污重金属处理技术对于人类健康和畜牧业的绿色发展具有重要作用。

1 粪污重金属的来源及其危害

1.1 粪污重金属的来源

饲料添加剂是畜禽养殖中常用的物质，其中一些含有重金属元素。为了提高畜禽的生长速度和产量，一些养殖户会在饲料中添加过量的重金属元素，如铜、锌、铅等[8-10]。潘寻等[11]在研究中发现，铜、锌、铬和砷在猪饲料中含量均检测超标，其中铜含量最高，为99.21 mg/kg。吴永明等[12]检测饲料中重金属的含量，发现铜和锌的含量较高，分别在19.16～99.21、42.04～2 343.6 mg/kg，铬和砷浓度较低，分别为2.925～3.829、0.094～0.128 4 mg/kg。在饲料中检测到的这些重金属元素被畜禽吸取少部分，剩余的重金属元素会通过粪便排放到生活的环境中，导致产生的粪污中重金属含量超标[13-14]。因此，畜禽粪便中重金属含量与饲料中重金属含量有直接联系。潘寻等[11]检测了18份饲料的样品和126份猪粪样品中的重金属含量，从研究结果可以看出猪粪样品所含的重金属和饲料样品中的重金属含量具有正比例关系。朱建春等[15]也对 64家养猪场中所用的64个饲料和猪粪样品中重金属含量进行检测。结果显示猪粪和饲料都含有大量的重金属，其中锌和铜的含量最高。另外，工业废水、农药残留等环境污染物质也可能成为粪污中重金属的来源。这些污染物质通过水体、大气等途径进入畜禽养殖场，被畜禽摄入后，重金属元素在体内积累并随粪便排出，进一步加剧了粪污中重金属的污染程度。

1.2 粪污重金属的危害

1.2.1 土壤污染

当粪污中的重金属含量超过土壤的自净能力，长期施用含有重金属的畜禽粪便会导致土壤重金属污染[16]。这些重金属元素，如铜、铅、汞、镍、砷、镉和铬等，不易被微生物分解，在土壤中积累并转化，使土壤的浓度偏高。重金属会改变土壤的理化性质，其pH、电导率等都会受到影响，还可能通过化学反应，与土壤中的其他成分结合，形成难以分解的化合物，这些化合物会破坏土壤的结构，降低土壤的肥沃程度和土壤质量，影响植物的正常生长[17]。重金属可能会破坏植物细胞的结构和功能，影响植物的光合作用、呼吸作用等生命活动，严重时，重金属还可能通过根系进入植物体内，导致植物中毒甚至死亡。

1.2.2 水体污染

当重金属随未处理的畜禽粪污进入河流、湖泊甚至地下水，会引起水体中重金属含量超标[18]，对水体造成污染。重金属元素在水体中不易降解，会对水生生物造成毒性作用，影响水生生物的生长、繁殖和生存。例如，重金属会破坏水生生物的细胞膜，影响细胞的功能和结构；还会干扰水生生物的代谢过程，导致生物体内代谢紊乱。这些影响会导致水生生物的数量减少、种群结构改变，破坏水生生态平衡。人类长期接触或饮用含有重金属元素的水，也会引起慢性中毒、神经系统病变等问题，对身体健康造成潜在危害[19]。

1.2.3 食物链污染

重金属在自然环境中不易降解，在土壤和水体中的积累会进入植物和动物体内，成为食物链的一部分。重金属对食物链的污染会对人类和动物的健康产生负面影响。对于畜禽本身，重金属通过畜禽的粪便被排出体外，通过饲料或饮水再次被畜禽摄入，形成食物链中的循环，导致其生长受阻、器官受损甚至死亡。对于人类来说，人类摄入这些受到重金属污染的食物后，重金属会在人体内积累，引发健康问题[20-22]。如铅中毒可能导致神经系统损伤、智力下降等严重后果，镉中毒则可能导致肾脏损伤、骨质疏松等健康问题，过量的锌会影响人的肠胃功能，出现呕吐现象等[23]。

2 猪场粪污重金属处理技术现状

猪场粪污处理是畜牧业环境保护的重要环节，特别是其中的重金属污染问题更是受到社会的广泛关注。目前，对于猪场粪污中重金属的处理方法主要有物理、化学和生物几个方面的处理。

2.1 物理处理技术

物理处理技术主要通过离心、沉淀、过滤和吸附等方式去除猪场粪污中的重金属。王明等[24]在研究中通过离心分离法去除养猪场中的废水悬浮物，此方法去除率为50%～65%，污泥可以吸附大量重金属，然后通过固液分离去除重金属。另外，重金属钝化技术是一种有效减少重金属污染的方法，通过添加钝化剂，让重金属离子产生化学反应，使其转化为难以溶解的沉淀物或稳定的络合物，从而降低重金属离子的生物可利用性。经常使用的钝化剂为沸石、膨润土、生物炭等，能够有效地去吸附重金属。Cui等[25]研究了改性的沸石对粪污中重金属的钝化率影响，结果发现其明显降低了重金属的生物有效性，铜、铅和锌的钝化率分别为 45.1%、25.5%和16.1%。程宇航[26]在研究中发现15%的木本泥炭可以很好地钝化重金属，铜、锌和铬的钝化率分别达到52.2%、42JqDIENXqeTEAA43XuAvAODufoPfVnVL7gAFosfMbf4o=.7%和 27.2%。然而，物理处理技术通常只是处理粪污重金属的第一步，可能还需要结合其他技术（如化学处理技术、生物处理技术等）来达到更好的处理效果。同时，在选择物理处理技术时，需要综合考虑技术可行性、经济性、环保性等因素，以确保处理效果的同时降低处理成本和对环境的影响。

2.2 化学处理技术

化学处理技术利用化学反应将重金属转化为不溶性沉淀物或稳定化合物，从而实现去除。常用的化学处理方法包括化学沉淀、氧化还原等。张秀等[27]将制备的重金属捕集剂作用于猪场中的废水中，发现对废水中的铜和锌的去除率达到99%以上。邢剑[28]研究化学沥浸对重金属沥出的影响，发现重金属的沥出率在一定的反应时间内随着时间的增加而增加，低pH可以促进重金属的沥出。此外，邢剑在研究中发现无机酸对锌的去除效果更好，而有机酸对铜和镉的去除效果更好。化学处理技术可以通过化学反应快速处理各种不同类型的粪污重金属离子，并可以选择性地去除特定类型的重金属离子，从而避免对其他有用物质的损失，具有较强的适应性，达到较好的处理效果。但是化学处理过程中可能产生有毒有害的副产物或废物，需要进行妥善处理以避免二次污染，且化学处理成本较高。

2.3 生物处理技术

生物处理技术利用微生物的代谢作用，将重金属转化为低毒或无毒形态。外源菌剂的添加对重金属钝化有着促进效果，Li等[29]研究中发现在猪粪的好氧堆肥中加入纤维素降解菌可以明显地钝化重金属镉和铬，其中加入 1%菌剂的钝化效果最好。Bello等[30]研究中也发现添加菌剂可以提高重金属的去除率，其中铜和铁处理效果最好，去除率分别为 98.9%和94.3%。重金属也可以通过生物转化得以去除，周东兴等[31]研究发现蚯蚓能够降低猪粪中铜和锌的生物有效性。

生物处理技术不依赖化学药剂，减少了化学污染的风险，并且具有高效的代谢和转化能力，能够迅速去除或稳定重金属。但处理重金属时仍面临一些挑战，如生物处理技术的效果受温度、pH、离子强度等环境因素的影响较大，需要特定的生物体，且处理时间耗时较长。因此，在实际应用中需要根据具体情况选择合适的生物处理技术和操作条件。

3 猪场粪污重金属处理技术发展趋势

随着科技的进步和研究的深入，重金属处理技术也在不断发展更新。传统的处理方法虽然在一定程度上能够去除部分重金属，但效率低下且易产生二次污染。因此，越来越多的研究开始转向生物修复技术和物理化学生物联合处理技术。

3.1 联合处理技术的研发

重金属联合处理技术是指将物理、化学、生物等多种处理技术相结合，形成联合处理系统，提高处理效率和降低处理成本。例如，可以先利用物理法预处理，去除大部分悬浮物和部分重金属，再采用生物法进一步净化残留的重金属，最后通过化学法深度处理以确保排放标准。程宇航等[32]研究猪场粪污处理工艺对重金属的去除效果，发现通过“固液分离+升流式厌氧污泥床+多级A/O+氧化塘”方法可以有效去除重金属，去除率为74.8%～99.7%。郭瑞华等[33]通过“厌氧消化+多级沉淀+水生植物塘”处理方法去除猪场粪污中的重金属，最高去除率达到90%以上。联合处理技术的研发是应对畜禽养殖过程中重金属污染问题的重要手段，可以避免单一方法的缺陷，通过选择合适的处理方法组合、优化处理条件、集成化处理设备、回收利用重金属以及评估处理效果等措施，实现粪污重金属的高效去除和回收。

3.2 生物技术的深入应用

生物技术处理猪粪重金属是一种有效且环保的方法。通过选择合适的生物技术、优化处理条件、加强环境安全性评估等措施，实现猪粪中重金属的高效去除和回收，降低其对环境的污染风险。利用基因工程、酶工程等生物技术手段，培育具有高效去除重金属能力的微生物菌株，主要通过微生物的吸附和转化能力来去除重金属，它不仅能有效去除污染物，还能减少二次污染的风险。通过筛选具有高吸附能力的微生物株，或是通过基因工程技术改造微生物，增强其对重金属的吸收和固定能力。然而，生物技术也存在一定的局限性，处理周期较长、受环境因素限制大等。因此，在实际应用中，需要根据具体的环境条件和污染状况选择合适的生物技术，进一步探索新的生物技术和处理方法，通过不断的研究和创新，有望在未来实现更高效、更环保的重金属污染治理。

3.3 资源化利用

猪场粪污作为畜牧业产生的废弃物，其中包含了大量的重金属元素，如铜、锌、铁等。这些重金属元素在适量的情况下对于动植物成长具有一定的促进作用，但同时也可能对环境造成潜在风险。然而，通过科学合理的处理技术，我们可以实现这些重金属元素的资源化利用，例如，将处理后的猪场粪污作为有机肥料或土壤改良剂，既可以减少重金属对环境的污染，又可以提高土壤的肥力。猪场粪污中的重金属元素具有一定的资源价值，通过合理的处理技术，可以实现重金属的资源化利用。但是在猪粪重金属资源化利用过程中，需要充分考虑重金属的种类、浓度和存在形态，以及处理方法的可行性、经济性和环境安全性。此外，还需要加强监测和评估，确保资源化利用过程中不会对环境和人体健康造成负面影响。

4 结束语

猪场粪污重金属处理技术是环保领域的重要研究方向。当前，物理、化学、生物等多种处理技术已得到广泛应用，但仍存在处理成本高、效果有限等问题。随着科技的进步和研究的深入，猪场粪污猪场粪污重金属处理技术有望得到进一步优化和完善。一方面，可以通过改进现有技术的工艺参数和操作条件，提高处理效果和降低成本。例如，针对物理处理技术的局限性，可以研发更高效的重金属分离和去除设备；针对化学处理技术的二次污染问题，可以开发更环保的试剂和工艺。猪场粪污重金属处理技术的发展需要多学科交叉融合，不断探索和创新。随着技术的持续进步和环保意识的提升，相信未来的猪场粪污处理将变得更加高效、环保，为农业可持续发展提供有力支撑。

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