覃友康，陳國飛，鄭丹丹，金艷紅，文稚維，戚莎莎，胡真虎

（合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院 市政工程系，合肥 230009）

固廢處理

殘留獸藥添加劑磺胺喹噁啉鈉和3，5-二硝基苯甲酰胺對畜禽糞便中溫厭氧消化的影響

覃友康，陳國飛，鄭丹丹，金艷紅，文稚維，戚莎莎，胡真虎

（合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院 市政工程系，合肥 230009）

為研究飼料添加劑磺胺喹噁啉鈉和3，5-二硝基苯甲酰胺對畜禽糞便中溫厭氧消化的影響，以模擬畜禽糞便為對象，在中溫（35℃）厭氧發(fā)酵條件下，考察了磺胺喹噁啉鈉和3，5-二硝基苯甲酰胺的添加量對VFAs的生成、累積產(chǎn)氣量和累積甲烷產(chǎn)量的影響。試驗結(jié)果表明：在厭氧發(fā)酵過程中，產(chǎn)生的VFAs以乙酸和正丁酸為主，產(chǎn)甲烷菌對VFAs的利用順序為乙酸＞正丁酸＞丙酸。2種獸藥添加劑均抑制VFAs的生成，但添加劑濃度的增加對抑制效果影響不明顯。2種獸藥添加劑對產(chǎn)甲烷均沒有抑制作用，反而具有一定的促進(jìn)作用。含有殘留磺胺喹噁啉鈉和3，5-二硝基苯甲酰胺的養(yǎng)殖廢水和畜禽糞便可以進(jìn)行厭氧消化處理。

厭氧發(fā)酵；磺胺喹噁啉鈉；3，5-二硝基苯甲酰胺；揮發(fā)性脂肪酸；甲烷

獸藥可以作為抗菌生長促進(jìn)劑加快畜禽生長，提高畜禽抗病能力，因此獸藥作為飼料添加劑大量用于畜禽業(yè)［1-2］。攝入動物體內(nèi)的獸藥僅有少量被吸收利用，約30%～90%未經(jīng)消化利用隨著動物尿液和糞便排泄到體外［3-4］。隨著我國畜牧業(yè)的發(fā)展，養(yǎng)殖糞便產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到25 t/a。厭氧消化處理畜禽糞便能夠回收沼氣能源、滅活病原微生物和穩(wěn)定化有機(jī)物［5-6］，但獸藥殘留會對厭氧消化造成一定影響。Ince等［7］研究表明含土霉素的奶牛糞便厭氧發(fā)酵，產(chǎn)氣量減少了50%～60%。童子林等［8］研究了添加四環(huán)素和金霉素的豬糞在中溫（35℃）條件下的厭氧消化特征，發(fā)現(xiàn)2種抗生素混合添加對有機(jī)物降解抑制明顯。Alvarez等［9］研究了不同濃度土霉素和金霉素在豬糞厭氧消化過程中的影響，發(fā)現(xiàn)甲烷的產(chǎn)量隨著抗生素濃度的增加而明顯降低。

磺胺喹噁啉鈉和3，5-二硝基苯甲酰胺作為飼料添加劑被廣泛使用，其添加量分別為60、125 g/t，但這2種獸藥對畜禽糞便中溫厭氧消化的影響少見報道［10］。本試驗將考察磺胺喹噁啉鈉和3，5-二硝基苯甲酰胺對畜禽糞便中溫厭氧消化的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗采用土豆∶豆渣∶蔬菜以質(zhì)量比為5∶2∶1來模擬糞便中含有的碳水化合物、蛋白質(zhì)及纖維素這3類主要有機(jī)物；厭氧接種污泥取自合肥市朱磚井污水處理廠，接種之前進(jìn)行厭氧馴化。模擬糞便和接種污泥性質(zhì)如表1所示。

表1 模擬糞便和接種污泥性質(zhì)Tab.1 Characteristics of simulated manure and seed sludge

磺胺喹噁啉鈉（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞98%）和3，5-二硝基苯甲酰胺（質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99%）均為分析純。

1.2 試驗方法

為研究殘留獸藥濃度對厭氧消化的影響，獸藥添加水平如表2所示。間歇試驗在250 mL鹽水瓶中進(jìn)行，每組設(shè)置2個平行樣，各試驗組均加入75 mL接種污泥和4.5 g模擬底物，加入獸藥后將體積調(diào)節(jié)至150 mL，然后用氮氣吹脫約3 min，用橡膠塞密封。置于恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，培養(yǎng)溫度為（35±1）℃，轉(zhuǎn)速為80 r/min。培養(yǎng)過程中，測定氣體成分及含量，分析VFAs的成分及變化。

表2 獸藥添加水平Tab.2 Addition levels of veterinary drugs

1.3 分析方法

產(chǎn)氣量采用標(biāo)有刻度的玻璃針筒測定，氣體成分及含量采用SP-6890型氣相色譜儀分析；發(fā)酵消化液采用H1650-W離心機(jī)在1 000 r/min下離心10 min后，經(jīng)過0.45 μm微孔濾膜過濾，采用高效氣相色譜儀測定VFAs含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 磺胺喹噁啉鈉對厭氧消化的影響

2.1.1 磺胺喹噁啉鈉對VFAs生成的影響

不同磺胺喹噁啉鈉濃度下VFAs的生成情況如圖1所示。

圖1 不同磺胺喹噁啉鈉濃度下VFAs的生成情況Fig.1 VFAs production at different concentrations of sodium sulfaquinoxaline

厭氧消化通常由水解產(chǎn)酸、產(chǎn)氣與產(chǎn)乙酸以及產(chǎn)甲烷3個階段組成［11］。在厭氧消化初期，不溶性大分子有機(jī)物迅速水解酸化生成短鏈脂肪酸。由圖1可知，厭氧消化前2 d，以水解產(chǎn)酸為主，因此對照組在第2天VFAs濃度達(dá)到最高值，而試驗組VFAs濃度在第3天以后才達(dá)到最高值，而且整個試驗過程中，試驗組VFAs產(chǎn)量均略低于對照組。這說明添加磺胺喹噁啉鈉可能會抑制產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌活性，但是抑制效果比較微弱。在第4天以后所有試驗組VFAs濃度迅速下降，這是由于在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌和產(chǎn)甲烷菌的作用下，溶液中短鏈脂肪酸被轉(zhuǎn)化為氫氣、二氧化碳及甲烷?；前粪瓏f啉鈉濃度的增加，對VFAs濃度變化趨勢影響不顯著，對抑制效果也沒有影響，這與陳瑩瑩等高溫厭氧消化的研究結(jié)果相一致［11］。

以A6試驗組為研究對象，考察厭氧消化過程中VFAs成分的變化情況，結(jié)果如圖2所示。

圖2 厭氧消化過程中VFAs成分的變化情況（A6組）Fig.2 Changes of VFAs composition during anaerobic digestion（Group A6）

由圖2可知，產(chǎn)生的VFAs以乙酸和正丁酸為主，伴隨著極少量的異丁酸和戊酸產(chǎn)生。而且前3 d乙酸產(chǎn)量接近正丁酸的2倍，這是由于產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌能將乙醇、丙酸、丁酸等轉(zhuǎn)化為乙酸。在發(fā)酵初期乙酸和正丁酸迅速積累，其他酸濃度基本保持穩(wěn)定，這與圖1中VFAs變化趨勢相吻合。第4天后，乙酸濃度迅速降低，丙酸濃度一直保持穩(wěn)定，直到第9天乙酸與正丁酸都消耗完后，丙酸才被產(chǎn)甲烷菌利用。因此，試驗結(jié)果表明，產(chǎn)甲烷菌對VFAs的利用順序為乙酸＞正丁酸＞丙酸。

2.1.2 累積產(chǎn)氣量和累積甲烷產(chǎn)量的變化

厭氧消化過程中氣體累積情況如圖3所示。

圖3 添加磺胺喹噁啉鈉厭氧消化過程中氣體累積情況Fig.3 Accumulation of biogas during anaerobic digestion with sodium sulfaquinoxaline added

由圖3（a）可知，對照組與試驗組累積產(chǎn)氣量的趨勢基本相同。在厭氧消化初期，對照組累積產(chǎn)氣量高于試驗組，但是在第7天之后所有試驗組總產(chǎn)氣量均高于對照組。這是因為在厭氧消化初期，主要是產(chǎn)氣產(chǎn)酸菌降解有機(jī)物，同時產(chǎn)生VFAs和氫氣，這一階段累積產(chǎn)氣量主要以氫氣為主。添加磺胺喹噁啉鈉會對產(chǎn)氫產(chǎn)酸階段造成抑制，因此發(fā)酵初期對照組的累積產(chǎn)氣量略高，但畜禽糞便中殘留的磺胺喹噁啉鈉不會對厭氧消化產(chǎn)生明顯的影響。由圖3（b）可知磺胺喹噁啉鈉對甲烷產(chǎn)量有一定的促進(jìn)作用。對照組在厭氧消化過程中VFAs產(chǎn)量并未受到抑制，由于整個試驗過程并未調(diào)節(jié)pH值，厭氧消化生成的VFAs會降低溶液中的pH值，降低了產(chǎn)甲烷菌活性，而試驗組VFAs產(chǎn)量受到抑制，pH值并不會迅速降低，因此試驗組的累積甲烷產(chǎn)量要高于對照組。

2.2 3，5-二硝基苯甲酰胺對厭氧消化的影響

2.2.1 3，5-二硝基苯甲酰胺對VFAs生成的影響

不同3，5-二硝基苯甲酰胺濃度下VFAs的生成情況如圖4所示。

圖4 不同3，5-二硝基苯甲酰胺濃度下VFAs的生成情況Fig.4 VFAs production at different concentrations of 3，5-dinitrobenzamide

由圖4可知，試驗組VFAs產(chǎn)量亦略低于對照組，但與磺胺喹噁啉鈉相比，VFAs產(chǎn)量較高，且各試驗組的產(chǎn)量更為一致和接近，說明3，5-二硝基苯甲酰胺抑制產(chǎn)氫產(chǎn)酸菌活性較磺胺喹噁啉鈉更加微弱，且不同的濃度間沒有明顯差異。

以B6試驗組為研究對象，考察厭氧消化過程中VFAs成分的變化情況，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，厭氧發(fā)酵以乙酸和正丁酸為主，其他酸濃度較低。第4天至第6天，乙酸濃度迅速降低，第6天至第8天乙酸和正丁酸下降趨勢相同，丙酸濃度一直保持穩(wěn)定，直到第9天乙酸與正丁酸都消耗完后，丙酸才被產(chǎn)甲烷菌利用。產(chǎn)甲烷菌利用VFAs的順序與圖2一致，說明3，5-二硝基本甲酰胺不會影響產(chǎn)甲烷菌對VFAs的利用。

圖5 厭氧消化過程中VFAs成分的變化情況（B6組）Fig.5 Changes of VFAs composition during anaerobic digestion（Group B6）

2.2.2 累積產(chǎn)氣量和累積甲烷產(chǎn)量的變化

厭氧消化過程中氣體累積情況如圖6所示。

圖6 添加3，5-二硝基苯甲酰胺的厭氧消化過程中氣體累積情況Fig.6 Accumulation of biogas during anaerobic digestion with 3，5-dinitrobenzamide added

由圖6可知，添加3，5-二硝基苯甲酰胺，較之磺胺喹噁啉鈉對甲烷產(chǎn)量促進(jìn)作用較弱，對照組累積產(chǎn)氣量高于試驗組，但是同樣在第7天后試驗組總產(chǎn)氣量高于對照組。整個試驗過程試驗組累積甲烷產(chǎn)量高于對照組。根據(jù)文獻(xiàn)中對抗生素影響甲烷產(chǎn)量的研究可知，3，5-二硝基苯甲酰胺可以促進(jìn)脲酶產(chǎn)生氨態(tài)氮，從而會促進(jìn)產(chǎn)甲烷菌活性［12］。

3 結(jié)論

（1）磺胺喹噁啉鈉和3，5-二硝基苯甲酰胺對畜禽糞便厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸階段均有抑制作用，但是提高其濃度，對產(chǎn)酸的抑制效果并沒有明顯地增強(qiáng)。

（2）厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的VFAs以乙酸和正丁酸為主，產(chǎn)甲烷菌對VFAs的利用順序為乙酸＞正丁酸＞丙酸。

（3）在整個厭氧發(fā)酵過程中，添加磺胺喹噁啉鈉和3，5-二硝基苯甲酰胺對產(chǎn)甲烷菌并沒有抑制作用，反而對甲烷的生成具有促進(jìn)作用。因此，殘留的磺胺喹噁啉鈉和3，5-二硝基苯甲酰胺對厭氧消化過程不會有明顯的影響。

［1］HUANG L，WEN X，WANG Y，et al.Effect of the chlortetracycline addition method on methane production from the anaerobic digestion of swine wastewater［J］.Journal of Environmental Science（China），2014，26（10）：2001-2006.

［2］WANG H L，HU Z H，TONG Z L，et al.Effect of arsanilic acid on anaerobic methanogenic process： kinetics， inhibition and biotransformation analysis［J］.Biochemical Engineering Journal，2014，91（91）：179-185.

［3］朱佳，高靜思，劉研萍.四環(huán)素在厭氧發(fā)酵過程中的降解作用［J］.中國沼氣，2014，32（1）：23-26.

［4］劉芳，顏智勇，李剛，等.2種四環(huán)素類抗生素對厭氧消化的最低抑制濃度和聯(lián)合抑制類型［J］.江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，25（4）：120-123.

［5］嚴(yán)瀟南.養(yǎng)殖場厭氧發(fā)酵沼液有效消納途徑探析［J］.工業(yè)用水與廢水，2015，46（6）：9-12.

［6］李燕.畜禽糞便污水處理工程實踐［J］.工業(yè)用水與廢水，2007，38（4）：120-121.

［7］INCE B，COBAN H，TURKER G，et al.Effect of oxytetracycline on biogas production and active microbial populations during batch anaerobic digestion of cow manure［J］. Bioprocess Biosystems Engineering，2013，36（5）：541-546.

［8］童子林，劉元璐，胡真虎，等.四環(huán)素類抗生素污染畜禽糞便的厭氧消化特征［J］.環(huán)境科學(xué)，2012，33（3）：1028-1032.

［9］ALVAREZ J A，OTERO L，LEMA J M，et al.The effect and fate of antibiotics during the anaerobic digestion of pig manure［J］. Bioresource Technology，2010，101（22）：8581-8586.

［10］李健.磺胺喹噁啉鈉對固態(tài)高溫厭氧消化系統(tǒng)產(chǎn)氣性能的影響［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2014，（7）：247-247.

［11］陳瑩瑩，李健，石林，等.抗球蟲藥磺胺喹噁啉鈉對有機(jī)物高溫厭氧消化的影響［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2014，8（8）：3114-3118.

［12］潘洪加.土霉素對厭氧發(fā)酵過程古菌群落及抗性基因的影響［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2015.

Effect of residual veterinary drug additive sodium sulfaquinoxaline and 3，5-dinitrobenzamide on mesophilic anaerobic digestion of animal manure

QIN You-kang，CHEN Guo-fei，ZHENG Dan-dan，JIN Yan-hong，WEN Zhi-wei，QI Sha-sha，HU Zhen-hu
（Department of Municipal Engineering，School of Civil and Hydraulic Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）

In order to investigate the effect of feed additives sodium sulfaquinoxaline and 3，5-dinitrobenzamide on mesophilic anaerobic digestion of animal manure，the production of volatile fatty acids（VFAs），cumulative gas and cumulative methane at different concentrations of sodium sulfaquinoxaline and 3，5-dinitrobenzamide was studied under mesophilic anaerobic condition（35℃）using simulated manure as object.The results of the test showed that，acetate and n-butyrate were the main VFAs，and the availability of VFAs for methanogen were in an order of acetate＞n-butyrate＞propionate.The said two kinds of veterinary drug additives both inhibted VFAs generation，but the inhibition effect was not affected by the increasing drugs concentration.Methane production was not inhibited by the two kinds of drug additives；on the contrary，it was promoted in certain degree. The wastewater containing residual sodium sulfaquinoxaline and 3，5-dinitrobenzamide and manure of livestock could be treated by anaerobic digestion.

anaerobic fermentation；sodium sulfaquinoxaline；3，5-dinitrobenzamide；VFAs；methane

X703.1

A

%1009-2455（2016）05-0076-04

覃友康（1995-），男，湖北枝江人，大學(xué)本科，主要研究方向為水體污染控制，（電子信箱）912053592@qq.com。

2016-05-13（修回稿）

國家自然科學(xué)基金項目（51578205）；合肥工業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（2015CXCY210）