来源:《环境化学》年第1期
作者:郑佳伦1,2,刘超翔1,2,刘琳1,2,*栩1,2*
单位:1、中国科学院城市污染物转化重点实验室,中国科学院城市环境研究所;2、中国科学院大学
随着集约化畜牧养殖业的不断发展,抗生素被广泛用作饲料添加剂以控制畜禽疾病和促进畜禽生长。用于畜禽养殖业中的抗生素绝大部分都不能被动物体所完全吸收,而是以原形或代谢物的形式随动物的粪便排出体外,然后通过各种途径进入到土壤和水体中,给人类健康带来巨大威胁。
本文综述了好氧堆肥、厌氧发酵、高级氧化和人工湿地对畜禽粪便和养殖废水中抗生素的去除效果,重点讨论了不同运行参数对处理工艺去除抗生素的影响,最后根据现行研究仍存在的问题提出今后的工作建议,为畜禽养殖业抗生素污染的控制提供参考。
前言
据环保部统计,早在上世纪90年代,畜禽粪污的有机污染负荷(COD)就超过了工业废水和生活污水的总和。抗生素在畜禽养殖业主要用于预防治疗细菌性疾病和促进动物生长。年我国抗生素使用量惊人,一年使用16.2万吨抗生素,约占世界用量的一半,其中52%用于畜牧养殖业,48%为人用,而且超过5万吨抗生素被排放进入水土环境中。
畜禽养殖业抗生素大量使用主要有两个方面的环境影响:第一,仅少部分抗生素或其代谢产物蓄积于动物体内,而大部分随着排泄物排出,经堆肥化处理或者简单贮存后施用于农田和鱼塘。据统计,一个万头猪场每年向环境排泄的兽用抗生素约—kg。第二,动物肠道经抗生素诱导会产生耐药细菌,携带抗生素抗性基因(Antibioticresistancegenes,ARGs),并且通过质粒水平转移等方式将抗性基因传递给环境中的土著微生物,同时土壤和水环境的抗生素残留也促进了细菌间抗性基因的传播。年造成欧洲9个国家至少33人死亡的“**瓜”事件是由一种携带氨基糖苷类、大环内酯类、磺胺类等多种抗性基因的肠出血性大肠杆菌引起的。
上世纪80年代开始,欧美国家就对饲料添加抗生素做了较多规范,因此这些国家近期关于畜禽抗生素的文献报道相对较少。近年来我国对畜禽养殖业抗生素问题越来越重视,对于抗生素在畜禽粪便、作物土壤和流域的残留情况的调查工作逐渐增多,对强化去除畜禽废弃物抗生素的措施和工艺也开展了不少研究。目前,养殖动物的排泄物通常先经过固液分离,固体部分通过堆肥或者厌氧消化达到资源化利用的目的,冲栏的废水和厌氧消化后的液体部分通过人工湿地、土壤渗滤和生物氧化塘等生态技术处理后排放到河流。除了加强兽药管理、避免抗生素滥用之外,系统了解传统畜禽养殖废弃物处理工艺比如堆肥和厌氧消化等对抗生素的消除能力,以及厘清抗生素在各处理工艺中的去除机理和工艺参数优化,对于有效控制畜禽养殖业抗生素的环境排放具有重要的指导意义。
本文综述了国内外通过堆肥和厌氧消化去除畜禽粪便抗生素的研究进展,以及高级氧化和人工湿地等工艺去除畜禽废水抗生素的研究现状,重点讨论各项工艺影响抗生素去除效果的主要因素。
1畜禽粪便处理工艺对抗生素的去除情况
畜禽养殖业中约30%—90%的抗生素未被动物内脏器官所吸收和利用,以原药或者其代谢产物形式通过粪尿排出体外。综合分析国内外畜禽粪便抗生素的检出情况,发现四环素类、磺胺类、喹诺酮类和大环内酯类等是目前畜禽养殖业广泛使用的抗生素,它们的检出浓度最高都能达到几十甚至上百mg·kg-1。我国近几年对畜禽粪便抗生素调查工作逐渐增多,四环素类的金霉素最高检出浓度达到.4mg·kg-1。目前堆肥和厌氧消化是畜禽粪便无害化和资源化处理的主要方式。
1.1堆肥对畜禽粪便抗生素的去除
堆肥是指在高温条件下,利用微生物的分解作用,使有机物矿质化、腐殖化和无害化而变成腐熟肥料的过程。堆肥一般分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好氧堆肥具有温度高,能够更好地杀死致病微生物,堆肥时间短,效率高等特点,被广泛地应用于畜禽粪便的处理。堆肥作为广泛使用的畜禽粪便处理工艺,其对畜禽粪便中的抗生素去除情况受到较多的