覃友康，陈国飞，郑丹丹，金艳红，文稚维，戚莎莎，胡真虎

（合肥工业大学 土木与水利工程学院 市政工程系，合肥 230009）

固废处理

残留兽药添加剂磺胺喹噁啉钠和3，5-二硝基苯甲酰胺对畜禽粪便中温厌氧消化的影响

覃友康，陈国飞，郑丹丹，金艳红，文稚维，戚莎莎，胡真虎

（合肥工业大学 土木与水利工程学院 市政工程系，合肥 230009）

为研究饲料添加剂磺胺喹噁啉钠和3，5-二硝基苯甲酰胺对畜禽粪便中温厌氧消化的影响，以模拟畜禽粪便为对象，在中温（35℃）厌氧发酵条件下，考察了磺胺喹噁啉钠和3，5-二硝基苯甲酰胺的添加量对VFAs的生成、累积产气量和累积甲烷产量的影响。试验结果表明：在厌氧发酵过程中，产生的VFAs以乙酸和正丁酸为主，产甲烷菌对VFAs的利用顺序为乙酸＞正丁酸＞丙酸。2种兽药添加剂均抑制VFAs的生成，但添加剂浓度的增加对抑制效果影响不明显。2种兽药添加剂对产甲烷均没有抑制作用，反而具有一定的促进作用。含有残留磺胺喹噁啉钠和3，5-二硝基苯甲酰胺的养殖废水和畜禽粪便可以进行厌氧消化处理。

厌氧发酵；磺胺喹噁啉钠；3，5-二硝基苯甲酰胺；挥发性脂肪酸；甲烷

兽药可以作为抗菌生长促进剂加快畜禽生长，提高畜禽抗病能力，因此兽药作为饲料添加剂大量用于畜禽业［1-2］。摄入动物体内的兽药仅有少量被吸收利用，约30%～90%未经消化利用随着动物尿液和粪便排泄到体外［3-4］。随着我国畜牧业的发展，养殖粪便产量已经达到25 t/a。厌氧消化处理畜禽粪便能够回收沼气能源、灭活病原微生物和稳定化有机物［5-6］，但兽药残留会对厌氧消化造成一定影响。Ince等［7］研究表明含土霉素的奶牛粪便厌氧发酵，产气量减少了50%～60%。童子林等［8］研究了添加四环素和金霉素的猪粪在中温（35℃）条件下的厌氧消化特征，发现2种抗生素混合添加对有机物降解抑制明显。Alvarez等［9］研究了不同浓度土霉素和金霉素在猪粪厌氧消化过程中的影响，发现甲烷的产量随着抗生素浓度的增加而明显降低。

磺胺喹噁啉钠和3，5-二硝基苯甲酰胺作为饲料添加剂被广泛使用，其添加量分别为60、125 g/t，但这2种兽药对畜禽粪便中温厌氧消化的影响少见报道［10］。本试验将考察磺胺喹噁啉钠和3，5-二硝基苯甲酰胺对畜禽粪便中温厌氧消化的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验采用土豆∶豆渣∶蔬菜以质量比为5∶2∶1来模拟粪便中含有的碳水化合物、蛋白质及纤维素这3类主要有机物；厌氧接种污泥取自合肥市朱砖井污水处理厂，接种之前进行厌氧驯化。模拟粪便和接种污泥性质如表1所示。

表1 模拟粪便和接种污泥性质Tab.1 Characteristics of simulated manure and seed sludge

磺胺喹噁啉钠（质量分数＞98%）和3，5-二硝基苯甲酰胺（质量分数＞99%）均为分析纯。

1.2 试验方法

为研究残留兽药浓度对厌氧消化的影响，兽药添加水平如表2所示。间歇试验在250 mL盐水瓶中进行，每组设置2个平行样，各试验组均加入75 mL接种污泥和4.5 g模拟底物，加入兽药后将体积调节至150 mL，然后用氮气吹脱约3 min，用橡胶塞密封。置于恒温振荡培养箱中，培养温度为（35±1）℃，转速为80 r/min。培养过程中，测定气体成分及含量，分析VFAs的成分及变化。

表2 兽药添加水平Tab.2 Addition levels of veterinary drugs

1.3 分析方法

产气量采用标有刻度的玻璃针筒测定，气体成分及含量采用SP-6890型气相色谱仪分析；发酵消化液采用H1650-W离心机在1 000 r/min下离心10 min后，经过0.45 μm微孔滤膜过滤，采用高效气相色谱仪测定VFAs含量。

2 结果与讨论

2.1 磺胺喹噁啉钠对厌氧消化的影响

2.1.1 磺胺喹噁啉钠对VFAs生成的影响

不同磺胺喹噁啉钠浓度下VFAs的生成情况如图1所示。

图1 不同磺胺喹噁啉钠浓度下VFAs的生成情况Fig.1 VFAs production at different concentrations of sodium sulfaquinoxaline

厌氧消化通常由水解产酸、产气与产乙酸以及产甲烷3个阶段组成［11］。在厌氧消化初期，不溶性大分子有机物迅速水解酸化生成短链脂肪酸。由图1可知，厌氧消化前2 d，以水解产酸为主，因此对照组在第2天VFAs浓度达到最高值，而试验组VFAs浓度在第3天以后才达到最高值，而且整个试验过程中，试验组VFAs产量均略低于对照组。这说明添加磺胺喹噁啉钠可能会抑制产氢产酸菌活性，但是抑制效果比较微弱。在第4天以后所有试验组VFAs浓度迅速下降，这是由于在产氢产乙酸菌和产甲烷菌的作用下，溶液中短链脂肪酸被转化为氢气、二氧化碳及甲烷。磺胺喹噁啉钠浓度的增加，对VFAs浓度变化趋势影响不显著，对抑制效果也没有影响，这与陈莹莹等高温厌氧消化的研究结果相一致［11］。

以A6试验组为研究对象，考察厌氧消化过程中VFAs成分的变化情况，结果如图2所示。

图2 厌氧消化过程中VFAs成分的变化情况（A6组）Fig.2 Changes of VFAs composition during anaerobic digestion（Group A6）

由图2可知，产生的VFAs以乙酸和正丁酸为主，伴随着极少量的异丁酸和戊酸产生。而且前3 d乙酸产量接近正丁酸的2倍，这是由于产氢产乙酸菌能将乙醇、丙酸、丁酸等转化为乙酸。在发酵初期乙酸和正丁酸迅速积累，其他酸浓度基本保持稳定，这与图1中VFAs变化趋势相吻合。第4天后，乙酸浓度迅速降低，丙酸浓度一直保持稳定，直到第9天乙酸与正丁酸都消耗完后，丙酸才被产甲烷菌利用。因此，试验结果表明，产甲烷菌对VFAs的利用顺序为乙酸＞正丁酸＞丙酸。

2.1.2 累积产气量和累积甲烷产量的变化

厌氧消化过程中气体累积情况如图3所示。

图3 添加磺胺喹噁啉钠厌氧消化过程中气体累积情况Fig.3 Accumulation of biogas during anaerobic digestion with sodium sulfaquinoxaline added

由图3（a）可知，对照组与试验组累积产气量的趋势基本相同。在厌氧消化初期，对照组累积产气量高于试验组，但是在第7天之后所有试验组总产气量均高于对照组。这是因为在厌氧消化初期，主要是产气产酸菌降解有机物，同时产生VFAs和氢气，这一阶段累积产气量主要以氢气为主。添加磺胺喹噁啉钠会对产氢产酸阶段造成抑制，因此发酵初期对照组的累积产气量略高，但畜禽粪便中残留的磺胺喹噁啉钠不会对厌氧消化产生明显的影响。由图3（b）可知磺胺喹噁啉钠对甲烷产量有一定的促进作用。对照组在厌氧消化过程中VFAs产量并未受到抑制，由于整个试验过程并未调节pH值，厌氧消化生成的VFAs会降低溶液中的pH值，降低了产甲烷菌活性，而试验组VFAs产量受到抑制，pH值并不会迅速降低，因此试验组的累积甲烷产量要高于对照组。

2.2 3，5-二硝基苯甲酰胺对厌氧消化的影响

2.2.1 3，5-二硝基苯甲酰胺对VFAs生成的影响

不同3，5-二硝基苯甲酰胺浓度下VFAs的生成情况如图4所示。

图4 不同3，5-二硝基苯甲酰胺浓度下VFAs的生成情况Fig.4 VFAs production at different concentrations of 3，5-dinitrobenzamide

由图4可知，试验组VFAs产量亦略低于对照组，但与磺胺喹噁啉钠相比，VFAs产量较高，且各试验组的产量更为一致和接近，说明3，5-二硝基苯甲酰胺抑制产氢产酸菌活性较磺胺喹噁啉钠更加微弱，且不同的浓度间没有明显差异。

以B6试验组为研究对象，考察厌氧消化过程中VFAs成分的变化情况，结果如图5所示。

由图5可知，厌氧发酵以乙酸和正丁酸为主，其他酸浓度较低。第4天至第6天，乙酸浓度迅速降低，第6天至第8天乙酸和正丁酸下降趋势相同，丙酸浓度一直保持稳定，直到第9天乙酸与正丁酸都消耗完后，丙酸才被产甲烷菌利用。产甲烷菌利用VFAs的顺序与图2一致，说明3，5-二硝基本甲酰胺不会影响产甲烷菌对VFAs的利用。

图5 厌氧消化过程中VFAs成分的变化情况（B6组）Fig.5 Changes of VFAs composition during anaerobic digestion（Group B6）

2.2.2 累积产气量和累积甲烷产量的变化

厌氧消化过程中气体累积情况如图6所示。

图6 添加3，5-二硝基苯甲酰胺的厌氧消化过程中气体累积情况Fig.6 Accumulation of biogas during anaerobic digestion with 3，5-dinitrobenzamide added

由图6可知，添加3，5-二硝基苯甲酰胺，较之磺胺喹噁啉钠对甲烷产量促进作用较弱，对照组累积产气量高于试验组，但是同样在第7天后试验组总产气量高于对照组。整个试验过程试验组累积甲烷产量高于对照组。根据文献中对抗生素影响甲烷产量的研究可知，3，5-二硝基苯甲酰胺可以促进脲酶产生氨态氮，从而会促进产甲烷菌活性［12］。

3 结论

（1）磺胺喹噁啉钠和3，5-二硝基苯甲酰胺对畜禽粪便厌氧发酵产酸阶段均有抑制作用，但是提高其浓度，对产酸的抑制效果并没有明显地增强。

（2）厌氧发酵产生的VFAs以乙酸和正丁酸为主，产甲烷菌对VFAs的利用顺序为乙酸＞正丁酸＞丙酸。

（3）在整个厌氧发酵过程中，添加磺胺喹噁啉钠和3，5-二硝基苯甲酰胺对产甲烷菌并没有抑制作用，反而对甲烷的生成具有促进作用。因此，残留的磺胺喹噁啉钠和3，5-二硝基苯甲酰胺对厌氧消化过程不会有明显的影响。

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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，大学本科，主要研究方向为水体污染控制，（电子信箱）912053592@qq.com。

2016-05-13（修回稿）

国家自然科学基金项目（51578205）；合肥工业大学大学生创新创业训练计划项目（2015CXCY210）