废水也有高价值？新技术让养猪业更环保

日本冲绳科学技术研究生院（OIST）生物系统部门的研究人员研制出了一种处理养猪场废水的新系统，并且已经成功通过实地测试。

日本冲绳岛的养猪业正密集化发展。根据日本内阁府的数据，截至2018年，当地猪的数量已经超过22.5万。这些养猪场对岛屿的经济和文化都有着巨大的影响。然而，这些影响并非都是积极的——养猪场的恶劣气味便是最大的困扰。

一定程度上，这种恼人的气味是由养猪的副产品（废水）所引起。现在，来自冲绳科学技术研究生院（OIST）生物系统部门的研究人员研制出了一种处理养猪场废水的新系统，并且已经在冲绳当地的某养猪场成功完成了测试。

“我们的新系统用到了两个不同的腔室。”论文第一作者Anna Prokhorov博士说，“未经处理的废水在第一个腔室内祛除气味、致病菌和有机物。之后，经过传统曝气系统的废水再次进入第二个腔室，滤除其中的硝酸盐和磷酸盐。据我们所知，这是首个同时成功处理两种不同类型废水的系统。”

该系统与目前使用的传统曝气系统形成了鲜明的对比。传统曝气系统主要处理废水中的有机物，也将现有的铵态氮转化为硝酸盐，但不会进一步处理硝酸盐。在日本，畜牧业的硝酸盐排放限制值很快将降为目前水平的五分之一（现在的标准是每升500毫克硝酸盐-氮），而35%冲绳农场排出的废水可能会超过这一新标准。“硝酸盐污染会对人类的健康以及环境造成毁灭性的影响。”研究小组的领导者Mami Kainuma说，“摄入到人体内的硝酸盐会转化为亚硝酸盐，进而影响血液的携氧能力，导致高铁血红蛋白血症或蓝婴综合征。”

在第一个腔室（即阳极室），大量细菌会与有机物进行反应，释放出电子。这些电子之后通过电极转移至第二个腔室（即阴极室）。阴极室内含有已经经过曝气反应、硝酸盐浓度较高的废水。阴极室表面的细菌接受电子后，利用它们来为硝酸盐转化为氮气提供动力。新系统的优势在于：可以在有机物含量较低的情况下，去除废水中的硝酸盐。

在实验室测试完成后，研究人员与冲绳县环境科学中心合作，在冲绳县畜牧业和草原研究中心的养猪场建立了初步的试点实验。由于细菌群落扮演着不可或缺的角色，研究人员还调查了存在哪些细菌物种，群落组成如何随时间变化以及每一步骤由哪些物种负责。

长期实验表明，除硝酸盐的优势菌是那些能够接收电子用于生长的细菌。在处理过程中，研究人员通过在电极上施加-0.4 v - -0.6 v的电势，刺激这些细菌的活性，提高了废水的处理效率。不仅如此，阴极室中的细菌群落增长总量超过了60%，并继续表现出很强的活性，进而获得了较高的硝酸盐还原率。新系统的另一优点是，由于原废水中的有机物（特别是挥发性脂肪酸）被降解，气味和病原体数量都减少了。

“到目前为止，我们对结果非常满意。这比我们预期的要高效得多。”Prokhorova博士说，“该系统可扩展、成本低，易于组装和维护。我们希望在未来几年内，冲绳和其他有类似问题地区的农民，比如日本大陆和东南亚的农村社区，能够使用它。”

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编译：橘子 审稿：西莫 责编：陈之涵

期刊来源：《生物资源技术》

期刊编号：0960-8524

原文链接：
https://phys.org/news/2021-04-sewage-technology-pig-farming-environmentally.html

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