豬場(chǎng)糞污中典型重金屬和抗生素的去除及農(nóng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

程宇航，李合蓮，徐國(guó)豪，韓雪梅，劉英豪

（濟(jì)南大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，濟(jì)南 250022）

在生豬養(yǎng)殖過程中，飼料中通常添加高劑量的銅（Cu）和鋅（Zn）來促進(jìn)生豬生長(zhǎng)并預(yù)防疾病。砷（As）通常以有機(jī)砷的形式添加，以促進(jìn)增重、提高飼料轉(zhuǎn)化率和改善色素沉著。而鎘（Cd）、鉻（Cr）和鉛（Pb）可能來自含有這些元素的飼料添加劑，或是由于飼料成分的污染。飼料中添加的重金屬元素被吸收的效率很低，多數(shù)情況下生豬只能吸收飼料中10%~20%的Cu和Zn，大量重金屬會(huì)通過糞便和尿液排出，從而對(duì)環(huán)境構(gòu)成潛在威脅。賈武霞等對(duì)我國(guó)部分城市畜禽糞便重金屬含量進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)部分豬糞樣品中Cu和Zn的含量超過了《畜禽糞便安全使用準(zhǔn)則》（NYT 1334—2007）中的限量值，超標(biāo)率分別為74.6%和78.7%，遠(yuǎn)高于雞糞和牛糞。YANG等檢測(cè)了我國(guó)212個(gè)堆肥樣品中的重金屬含量，按照《有機(jī)肥料》（NY 525—2012）標(biāo)準(zhǔn)，As和Cd的超標(biāo)率分別為13.7%和2.4%。

抗生素被廣泛用于治療感染性疾病和促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，是生豬養(yǎng)殖業(yè)排放的另一類重要污染物。我國(guó)年產(chǎn)抗生素21萬(wàn)t，其中46.1%用于畜禽養(yǎng)殖業(yè)，30%~90%的抗生素不能被動(dòng)物吸收和代謝，而以原藥或代謝產(chǎn)物的形式經(jīng)尿液或糞便排出，從而帶來一定的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，如對(duì)陸地生物的內(nèi)分泌干擾效應(yīng)以及耐藥菌和抗性基因的傳播風(fēng)險(xiǎn)。四環(huán)素類抗生素（TCs）和磺胺類抗生素（SAs）由于高效價(jià)廉和廣譜而在養(yǎng)殖業(yè)中普遍使用，也因此在養(yǎng)殖糞污中有很高的檢出率。周婧等發(fā)現(xiàn)天津地區(qū)養(yǎng)豬場(chǎng)廢水中土霉素（OTC）、金霉素（CTC）和磺胺二甲嘧啶（SMZ）最高濃度分別為36.9、33.8、45.8μg·L。趙文等在海南省18個(gè)縣市區(qū)采集了102個(gè)商品有機(jī)肥樣品，其中強(qiáng)力霉素（DOX）、磺胺嘧啶（SDZ）和磺胺甲噁唑（SMX）的平均含量分別為627.4、112.8、110.5μg·kg。

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展，大多數(shù)規(guī)?；i場(chǎng)都配備了糞污處理工藝。其中液體廢水的處理有厭氧+好氧氧化、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）+多級(jí)A/O組合工藝、MBR廢水處理技術(shù)等；固體豬糞一般經(jīng)過堆肥處理后作為有機(jī)肥施用于農(nóng)田。但目前的處理工藝并不能完全去除糞污中的重金屬和抗生素，同時(shí)還存在著處理技術(shù)落后以及管理不規(guī)范等問題。為此，本文以山東省某規(guī)模化養(yǎng)豬場(chǎng)為案例，對(duì)糞污處理工藝關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行采樣，研究了6種重金屬（Cu、Zn、As、Cd、Cr、Pb）和6種典型抗生素（OTC、CTC、DOX、SDZ、SMZ、SMX）的去除規(guī)律，評(píng)估了氧化塘出水和堆肥產(chǎn)品中重金屬和抗生素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以期為生豬養(yǎng)殖過程中糞污處理及資源化利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

樣品采集自山東省某大型養(yǎng)豬場(chǎng)，該豬場(chǎng)存欄母豬6 000頭。糞便經(jīng)過干清糞進(jìn)入好氧反應(yīng)器進(jìn)行密閉式好氧發(fā)酵處理，堆肥過程持續(xù)10~12 d，最高溫度可達(dá)72℃。豬舍廢水（尿液及沖舍水）通過管道排入暫存池，然后經(jīng)過固液分離裝置，糞渣進(jìn)入好氧反應(yīng)器進(jìn)行堆肥處理，廢水通過“UASB+多級(jí)A/O+氧化塘”工藝進(jìn)行處理。具體工藝流程及采樣點(diǎn)分布如圖1所示，采樣時(shí)間為2019年11月和2020年9月。每次采樣連續(xù)進(jìn)行3 d，每個(gè)采樣點(diǎn)每日采集廢水500 mL，混合均勻后裝入采樣瓶，送至實(shí)驗(yàn)室在4℃以下避光保存，盡快分析測(cè)定。同時(shí)采集好氧反應(yīng)器進(jìn)、出料，分別混勻后采用四分法取樣約500 g，裝入樣品袋，置于便攜式冰箱中冷凍，并盡快運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。固體樣品用真空冷凍干燥機(jī)干燥，研磨后過0.25 mm篩，儲(chǔ)于-20℃的冰箱中用于進(jìn)一步試驗(yàn)。

圖1 糞污處理工藝流程及采樣點(diǎn)設(shè)置Figure 1 Piggery wastesprocess and sampling point

1.2 重金屬的消解與分析

固體樣品：稱取0.5 g凍干樣品于消解管中，加入8 mL硝酸和2 mL高氯酸，電熱消解儀180℃消解至0.5 mL左右，冷卻至室溫，用超純水定容到50 mL，過0.45μm的水相濾膜，稀釋后采用原子吸收法測(cè)定Cu和Zn的含量，其余重金屬含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定。

廢水樣品：取10 mL廢水于消解管中，加入2 mL硝酸，石墨消解儀105℃消解至0.5 mL左右，其余步驟與固體樣品相同。

1.3 抗生素的提取與分析

固體樣品：取0.5 g凍干樣品于離心管中，加入10 mL乙腈和10 mL檸檬酸緩沖液（pH=4），渦旋1 min，超聲提取15 min，離心后上清液轉(zhuǎn)入雞心瓶中。提取過程重復(fù)兩次，合并上清液，45℃下旋蒸以除去大部分乙腈。隨后加入0.2 g EDTA-2Na凈化樣品，超聲溶解后用超純水稀釋到100 mL。將SAX小柱（Agi?lent公司）和HLB小柱（Waters公司）串聯(lián)，依次利用10 mL甲醇和10 mL超純水淋洗活化，然后加入樣品，流速控制在5 mL·min以內(nèi)。富集完成后用10 mL超純水淋洗串聯(lián)小柱，抽真空30 min以去除殘留水分，接著用8 mL甲醇洗脫HLB小柱上的抗生素至10 mL離心管中，在40℃水浴下利用氮吹儀將樣品吹至近干，用超純水∶甲醇（8∶2，∶）混合液定容至10 mL，渦旋30 s，過0.22μm濾膜，采用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC-MS-MS）方法測(cè)定。

廢水樣品：取100 mL廢水，過0.45μm玻璃纖維濾膜，去除懸浮物，調(diào)整pH為4，樣品凈化與富集過程與固體樣品相同。

色譜條件：柱溫30℃，樣品室溫度15℃，進(jìn)樣體積為5μL。流動(dòng)相A為0.1%甲酸水，B為乙腈，采用梯度洗脫系統(tǒng)分離，具體流程見文獻(xiàn)[16]。流速為0.5 mL·min。質(zhì)譜條件：采用電噴霧正離子源（ESI+），源溫度和脫溶劑氣溫度分別為150℃和400℃，檢測(cè)方式為多反應(yīng)監(jiān)測(cè)掃描模式（MRM）。

質(zhì)量控制：采用外標(biāo)法進(jìn)行定量，TCs和SAs的標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度范圍分別為0~500μg·L和0~50μg·L，決定系數(shù)均大于0.997?；厥章室约訕?biāo)樣品和未加標(biāo)樣品的濃度差相對(duì)于加標(biāo)量的百分比計(jì)算，經(jīng)檢測(cè)加標(biāo)樣品中目標(biāo)抗生素的回收率為73.5%~113.9%。

1.4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

1.4.1 重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

該豬場(chǎng)氧化塘出水中重金屬濃度均符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2005），生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低，故本文側(cè)重于豬場(chǎng)堆肥產(chǎn)品中重金屬的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

單因子污染指數(shù)：

內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)：

式中：C為堆肥產(chǎn)品中重金屬的實(shí)測(cè)濃度，mg·kg；S為重金屬的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，Cu、Zn采用《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284—2018）中的A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，As、Cd、Cr、Pb采用《有機(jī)肥料》（NY 525—2012）中的限量值，mg·kg；P為重金屬的單因子污染指數(shù)；P為內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)；P和P分別為重金屬的單因子污染指數(shù)最大值和平均值。內(nèi)梅羅污染指數(shù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 內(nèi)梅羅污染指數(shù)法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Evaluation standard of Nemerow pollution index method

1.4.2 抗生素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

采用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)商值（RQ）評(píng)價(jià)二級(jí)氧化塘出水中抗生素的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。RQ為出水中抗生素實(shí)測(cè)濃度（μg·L）與預(yù)測(cè)無效應(yīng)濃度（PNEC，μg·L）的比值。PNEC指現(xiàn)有研究下抗生素對(duì)環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)無影響的最大濃度，由半數(shù)效應(yīng)濃度（EC，μg·L）除以評(píng)價(jià)因子計(jì)算得到。毒理數(shù)據(jù)主要是通過文獻(xiàn)[18-22]獲得，如表2所示。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用HERNANDO等提出的RQ分類方法：0.01≤RQ<0.1，為低風(fēng)險(xiǎn)；0.1≤RQ<1，為中風(fēng)險(xiǎn)；RQ≥1，為高風(fēng)險(xiǎn)。

表2 抗生素對(duì)應(yīng)最敏感物種的毒理數(shù)據(jù)Table 2 Aquatic toxicity data of antibiotics to the most sensitive aquatic species

1.5 去除率和降解率計(jì)算

計(jì)算公式為：

式中：為廢水中重金屬或抗生素的去除率或堆肥過程中抗生素降解率，%；C為第處理單元中重金屬或抗生素的濃度或堆肥前進(jìn)料中抗生素濃度，μg·L；C為第單元的下一級(jí)采樣單元中重金屬或抗生素的濃度或堆肥后出料中抗生素的濃度，μg·L。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同廢水處理單元中重金屬的分布及去除

2.1.1 不同廢水處理單元中重金屬的殘留情況

豬場(chǎng)廢水處理各單元中重金屬濃度如圖2所示，各處理單元中6種重金屬均有檢出。2019年樣品中重金屬總濃度大小依次為暫存池>初沉池>二沉池>終沉池>二級(jí)氧化塘≈一級(jí)氧化塘，分別為4 818.7、3 832.8、2 267.4、927.5、628.1、619.5μg·L。Cu、Zn、As、Cd、Cr、Pb在暫存池中的濃度分別為702.1、3 744.9、38.7、9.2、117.5、201.3μg·L，在二級(jí)氧化塘出水中分別降低為39.8、389.6、9.7、3.2、10.7、174.9μg·L。2020年樣品中重金屬總濃度整體呈下降的趨勢(shì)，濃度大小依次為暫存池>初沉池>二沉池>終沉池>一級(jí)氧化塘>二級(jí)氧化塘，濃度分別為36 240.6、16 639.5、1 616.5、1 535.9、437.6、274.4μg·L。Cu、Zn、As、Cd、Cr和Pb在暫存池中的濃度分別為15 042.5、20 890.3、29.6、14.9、170.9μg·L和92.5μg·L，在二級(jí)氧化塘出水中降低為43.7、220.8、2.1、3.6、1.0μg·L和3.2 μg·L。兩次采集的廢水中重金屬總濃度有較大差異，這可能與豬場(chǎng)不同時(shí)期豬只的年齡結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致的微量元素用量不同以及用水量的季節(jié)性波動(dòng)有關(guān)。氧化塘出水多用于農(nóng)田灌溉，其中As、Cd、Cr和Pb的濃度符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2005），Cu和Zn的濃度符合《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）。

圖2 不同廢水處理單元中重金屬的濃度Figure 2 The concentration of heavy metals in different wastewater treatment units

2.1.2 不同處理單元對(duì)廢水中重金屬的去除效率

各處理單元對(duì)重金屬的去除率如表3所示。廢水經(jīng)過暫存池、固液分離和初沉池單元，重金屬的去除效果均較好，與郭瑞華等報(bào)道的沉淀池對(duì)重金屬的去除效果一致，這可能是因?yàn)閺U水在初沉池有較長(zhǎng)的水力停留時(shí)間，重金屬元素會(huì)吸附在污泥表面或絮凝沉淀到池底。廢水經(jīng)過UASB反應(yīng)器和二沉池階段，Cu、Zn和Cr的總量顯著減少，這可能是因?yàn)閺U水中重金屬易與懸浮物（SS）表面的—OH、—NH和C=O等官能團(tuán)發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)從而吸附在SS上，并隨SS沉降到池底。經(jīng)過一級(jí)氧化塘的作用后，Cu、Zn、Cr在2020年樣品中的去除率分別為66.5%、72.7%、60.6%，這與雷慧寧報(bào)道的氧化塘中69.8%~85.7%去除率的結(jié)果相似，其原因可能是重金屬被氧化塘中的植物根系和微生物所吸收，或是被底泥吸附沉淀到池底；同時(shí)因?yàn)檠趸潦情_放系統(tǒng)，降水或其他水流進(jìn)入也會(huì)稀釋廢水中重金屬的濃度。

表3 不同處理單元對(duì)廢水中重金屬的去除率（%）Table 3 Removal rate of heavy metals in wastewater by different treatment units（%）

綜上，經(jīng)多級(jí)沉淀和氧化塘處理后，出水中6種重金屬的含量顯著降低，去除效果較好。不同處理單元因其處理工藝的不同，對(duì)重金屬的去除效果也有所差異。因?yàn)橹亟饘俨荒鼙唤到?，只能被吸附在底泥、沉積物中或轉(zhuǎn)化進(jìn)入生物體內(nèi)，這可能是厭氧發(fā)酵和生物處理單元對(duì)重金屬去除效率較低的原因。同一廢水處理單元在不同時(shí)期對(duì)重金屬的去除效率有差異，說明重金屬的去除效果不僅與工藝有關(guān)，還與水力停留時(shí)間、污泥停留時(shí)間、絮凝劑投加量和曝氣量等運(yùn)行條件的改變，以及溫度和光照等環(huán)境條件的改變有關(guān)。

2.2 不同廢水處理單元中抗生素的分布及去除

2.2.1 不同廢水處理單元中抗生素的殘留情況

廢水處理各單元中抗生素濃度如圖3所示。2019年各處理單元中6種抗生素檢出率均為100%，說明目標(biāo)抗生素在該養(yǎng)殖場(chǎng)使用比較廣泛。TCs濃度大小依次均為暫存池>初沉池>二沉池>終沉池>一級(jí)氧化塘>二級(jí)氧化塘，濃度分別為271.6、140.9、98.7、26.3、14.3、13.1μg·L。TCs濃度在暫存池中達(dá)到最大值，DOX、OTC、CTC濃度分別為234.1、25.3、12.3μg·L；在二級(jí)氧化塘出水中降到最低，DOX、OTC、CTC濃度分別為8.2、3.6、1.3μg·L。SAs濃度顯著低于TCs，其濃度大小依次為暫存池>二沉池>初沉池>一級(jí)氧化塘>二級(jí)氧化塘>終沉池，濃度分別為8.04、4.92、4.11、0.82、0.78、0.71μg·L。SAs濃度在暫存池中達(dá)到最大值，SDZ、SMZ、SMX濃度分別為4.95、0.04、3.04μg·L；在終沉池中降到最低，SDZ、SMZ、SMX濃度分別為0.004、0.02、0.70μg·L。2020年樣品中TCs檢出率為100%，其濃度大小依次為二沉池>暫存池>初沉池>一級(jí)氧化塘>二級(jí)氧化塘>終沉池，TCs在二沉池達(dá)到最大濃度，OTC、CTC、DOX濃度分別為37.4、0.6、19.2μg·L；在終沉池中降到最低濃度，OTC、CTC、DOX濃度分別為7.9、0.3、0.9μg·L。SAs在2020年廢水處理各單元均未檢出，且樣品中抗生素的總濃度也顯著小于2019年，這可能與養(yǎng)豬場(chǎng)用藥的季節(jié)性波動(dòng)有關(guān)，也可能是9月份的溫度和光照促進(jìn)了抗生素的降解。

圖3 不同廢水處理單元中抗生素的濃度Figure 3 The concentration of antibiotics in different wastewater treatment units

2.2.2 不同處理單元對(duì)廢水中抗生素的去除效率

各處理單元中抗生素的去除率如表4所示。廢水經(jīng)過暫存池、固液分離和初沉池單元，TCs和SAs的去除率可達(dá)48.1%和48.9%，高于周婧等的研究結(jié)果，這可能是因?yàn)榻?jīng)過該處理單元時(shí)，抗生素會(huì)被吸附在污泥上，并經(jīng)固液分離沉淀到池底，同時(shí)還會(huì)通過光降解、水解等途徑提高抗生素的去除率。

表4 不同處理單元對(duì)廢水中抗生素的去除率（%）Table 4 Removal rate of antibiotics in wastewater by different treatment units（%）

廢水經(jīng)過UASB反應(yīng)器和曝氣池階段，SAs均呈現(xiàn)低去除和負(fù)去除，與楊釗等報(bào)道的厭氧發(fā)酵池對(duì)SAs呈現(xiàn)負(fù)去除的研究結(jié)果一致，原因可能是在厭氧條件下，SAs的代謝產(chǎn)物在生物處理過程中轉(zhuǎn)化為母體化合物，從而使得抗生素濃度升高。DOX的分子結(jié)構(gòu)中含有二甲氨基團(tuán)和氮原子，在堿性條件下易與帶負(fù)電荷的污泥吸附在一起，導(dǎo)致DOX在UASB處理工藝中呈現(xiàn)正去除。而在曝氣池中，污泥上吸附的抗生素可能會(huì)在曝氣作用下脫落融入水體，使得抗生素的濃度升高。廢水由二沉池流出，經(jīng)過多級(jí)A/O反應(yīng)池，最后流入終沉池這一階段中，TCs和SAs的去除效果較好，這與陳乾等的研究結(jié)果一致，可能是因?yàn)槎嗉?jí)A/O反應(yīng)池?fù)碛卸鄠€(gè)沉淀步驟和較長(zhǎng)的發(fā)酵時(shí)間，反應(yīng)池中污泥泥齡長(zhǎng)、濃度高，通過吸附作用提高了抗生素的去除率。此外，光照和溫度也是影響抗生素降解的重要因素，多級(jí)A/O反應(yīng)池在厭氧階段罐體溫度升高，而好氧階段多直接暴露在環(huán)境中，長(zhǎng)時(shí)間接受光照，提高了抗生素的綜合去除效率。

廢水的三級(jí)處理主要是在氧化塘中進(jìn)行。經(jīng)一級(jí)氧化塘作用后，2019年樣品中OTC、CTC和DOX去除率分別為39.7%、71.1%和37.3%，這可能是因?yàn)閺U水在氧化塘中的水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，有利于抗生素的光解和水解，同時(shí)塘中的植物根系和污泥也能充分吸收/吸附抗生素。而2020年樣品中TCs去除率均為負(fù)值，兩次采樣的去除規(guī)律不一致，可能與采樣的瞬時(shí)性、廢水處理的滯后性以及豬場(chǎng)處理系統(tǒng)在不同時(shí)期的運(yùn)行管理差異有關(guān)。SAs屬于高親水性化合物，不易吸附在污泥上而更傾向于進(jìn)入水相，導(dǎo)致其在一級(jí)氧化塘中濃度升高。

綜上所述，該養(yǎng)豬場(chǎng)廢水處理工藝中“固液分離+UASB+多級(jí)A/O+氧化塘”組合工段能有效去除廢水中的抗生素，不同處理單元對(duì)抗生素的去除效果有所差異，可能是抗生素在不同處理工藝中水解、光解、生物降解、吸附沉淀等去除途徑不同以及抗生素的理化性質(zhì)差異導(dǎo)致的。氧化塘出水中仍有部分抗生素殘留，可能對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 好氧反應(yīng)器堆肥過程中重金屬和抗生素總量特征

圖4為好氧反應(yīng)器堆肥前后重金屬含量的變化情況，2019年堆肥產(chǎn)品中Cu、Zn、As、Cd、Cr、Pb的含量分別為242.3、1 103.5、19.7、5.91、32.6、177.6 mg·kg，其中As、Cd、Pb的含量超過了《有機(jī)肥料》（NY 525—2012）的限量標(biāo)準(zhǔn)。2020年堆肥產(chǎn)品中Zn的濃度為1 691.6 mg·kg，超過《農(nóng)用污泥污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284—2018）A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，且顯著高于2019年，這與廢水中監(jiān)測(cè)的結(jié)果一致，可能是因?yàn)閮纱尾蓸訒r(shí)豬只的年齡結(jié)構(gòu)差異導(dǎo)致飼料中微量元素添加量不同，從而使豬糞和廢水中微量元素的濃度也不同。飼料中添加的微量元素過高會(huì)導(dǎo)致堆肥產(chǎn)品中重金屬含量超標(biāo)，為了生豬養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展，重金屬的控制需要從飼料端進(jìn)行源頭削減。

圖4 好氧反應(yīng)器堆肥前后重金屬含量變化Figure 4 Changes of heavy metals content before and after composting in aerobic reactor

圖5為好氧反應(yīng)器堆肥前后抗生素含量的變化。2019年進(jìn)料中DOX的含量顯著高于其他抗生素，這與廢水中監(jiān)測(cè)到的結(jié)果一致，說明DOX是該豬場(chǎng)用量最大的抗生素。5種抗生素在堆肥過程中的降解率為49.8%~72.8%。2020年進(jìn)料中抗生素含量顯著低于2019年，與廢水中監(jiān)測(cè)到的結(jié)果一致，這主要與養(yǎng)殖場(chǎng)用藥的季節(jié)性波動(dòng)有關(guān)。2020年堆肥過程中TCs的降解率為75.7%~90.9%，而SAs未檢出。

圖5 好氧反應(yīng)器堆肥前后抗生素含量變化Figure 5 Changes of antibiotics content before and after composting in aerobic reactor

2.4 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2.4.1 重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

單因子污染指數(shù)評(píng)估結(jié)果如表5所示。2019年堆肥產(chǎn)品中6種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平為Pb>Cd>As>Zn>Cu>Cr，其中Pb的潛在風(fēng)險(xiǎn)最高，達(dá)到中度污染水平；P為2.70，處于中污染水平。2020年樣品中Zn的單因子污染水平較高，其余5種重金屬的P值均<1，屬于清潔水平；P為1.05，屬于輕污染水平。堆肥產(chǎn)品的施用可能造成重金屬污染，需從飼料源頭嚴(yán)格控制Zn和Pb的含量。

表5 單因子污染指數(shù)重金屬污染評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Single factor pollution index heavy metals pollution assessment results

2.4.2 抗生素風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

二級(jí)氧化塘出水中6種抗生素的RQ和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估結(jié)果如表6所示。2019年出水中OTC、DOX、SMX是高風(fēng)險(xiǎn)污染物，CTC是主要的中風(fēng)險(xiǎn)污染物，SDZ和SMZ是低風(fēng)險(xiǎn)污染物。2020年出水中OTC、DOX是主要的高風(fēng)險(xiǎn)污染物，這與2019年的監(jiān)測(cè)結(jié)果相同，說明OTC和DOX是污染最嚴(yán)重的抗生素，排放會(huì)造成一定的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，需要采取減量等消減措施。

表6 抗生素的風(fēng)險(xiǎn)商值（RQS）和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)Table 6 RQs and ecological risk level of antibiotics

3 結(jié)論

（1）豬場(chǎng)廢水處理各單元中6種重金屬和6種抗生素均有檢出，重金屬主要為Cu和Zn，抗生素主要為土霉素、金霉素和強(qiáng)力霉素。廢水中重金屬的去除率為74.8%~99.7%（Pb除外），抗生素的去除率為39.4%~99.8%。

（2）豬糞好氧堆肥后抗生素的降解率為49.8%~90.9%。堆肥產(chǎn)品中Pb、Zn是污染水平最高的重金屬，其含量超過了我國(guó)有機(jī)肥或農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)，直接施用農(nóng)田可能帶來潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

（3）豬場(chǎng)氧化塘出水中土霉素、強(qiáng)力霉素是主要的高風(fēng)險(xiǎn)污染物，直接排放會(huì)造成一定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，需要采取減量等消減措施。