戊二醛消毒劑對(duì)豬場(chǎng)廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行的影響

練植嬋，楊亦文，邱錦麟，馮文謙，李有建，廖新俤，

（1.溫氏食品集團(tuán)股份有限公司，廣東 云浮 527400；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510642）

消毒是豬場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程中防控疫病的重要手段，通過(guò)使用化學(xué)消毒劑殺死病原微生物，切斷傳播途徑，阻止和控制傳染病的發(fā)生。目前養(yǎng)殖場(chǎng)使用的消毒劑有氯制劑、含碘制劑、雙鏈季銨鹽、醛類(lèi)、酚類(lèi)、氧化類(lèi)、強(qiáng)堿類(lèi)和表面活性劑類(lèi)等[1]。其中戊二醛是豬場(chǎng)常用的一種消毒劑，屬于醛類(lèi)消毒劑，主要是通過(guò)凝固病原微生物蛋白質(zhì)中的氨基、羧基，破壞病原微生物蛋白分子，使其死亡[2]。戊二醛在pH為（7.5±0.85）時(shí)的作用效果最強(qiáng)，但在有機(jī)雜質(zhì)存在下，其效果稍差。革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌和真菌對(duì)戊二醛敏感，而細(xì)菌孢子和結(jié)核分枝桿菌對(duì)其中度敏感[3]。戊二醛還能有效殺滅病毒，包括非洲豬瘟病毒（ASFV）、偽狂犬病病毒（PRV）、豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）和經(jīng)典豬瘟（CSF）等，因此還常被用于病毒性疫病的防控[4]。但是在生產(chǎn)過(guò)程中，戊二醛消毒劑不可避免殘留在糞尿和廢水中，進(jìn)而進(jìn)入到廢水處理系統(tǒng)。在非洲豬瘟防控期間，戊二醛的使用更加普遍。

目前我國(guó)規(guī)模化豬場(chǎng)的廢水處理主要采用厭氧/好氧（A/O）工藝。A/O處理系統(tǒng)是一種利用微生物處理廢水污染物的工藝流程，包含厭氧處理階段和好氧處理階段。然而由于戊二醛具有強(qiáng)殺菌作用，進(jìn)入到廢水處理系統(tǒng)的戊二醛可能對(duì)系統(tǒng)中的微生物造成抑制，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，本研究選擇戊二醛消毒劑為研究對(duì)象，研究其對(duì)豬場(chǎng)A/O廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行的影響，為戊二醛消毒劑在豬場(chǎng)的合理使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 模擬廢水 葡萄糖 2.0 g/L、硫酸銨 1.0 g/L、磷酸氫二鈉 1.6 g/L、磷酸二氫鉀 0.3 g/L、硫酸鎂 0.1 g/L[化學(xué)耗氧量（COD）=2 000 mg/L、氨氮（NH3-N）=200 mg/L、總磷（TP）=200 mg/L]，并把 pH 調(diào)至 7.0。

1.1.2 試驗(yàn)裝置 3套一級(jí)A/O模擬系統(tǒng)裝置，工藝及參數(shù)相同（圖1）。包括厭氧池1個(gè)、好氧池1個(gè)、豎流式沉淀池1個(gè)、原水箱1個(gè)，均為白色12 mm厚PP板材質(zhì)；進(jìn)水蠕動(dòng)泵1臺(tái)、進(jìn)水流量計(jì)1只；攪拌直流電機(jī)1臺(tái)；直流電子調(diào)速器1臺(tái)；低噪音氣泵1個(gè)；氣流計(jì)1只；污泥回流蠕動(dòng)泵1只、污泥回流流量計(jì)1個(gè)、不銹鋼電控箱1只、漏電保護(hù)開(kāi)關(guān)、電源電壓表等；處理污水速度為0.5～5 L/h、通氣量 1～50 L/min、氣壓 0.04 MPa。

圖1 一級(jí)A/O模擬系統(tǒng)裝置

1.1.3 其它主要試劑及儀器 試劑：戊二醛、生化污泥、硫酸鋅溶液、硫酸銀、酒石酸鉀鈉溶液、濃硫酸、抗壞血酸溶液、硫代硫酸鈉溶液、過(guò)硫酸鉀、氫氧化鈉溶液、鈉氏試劑、鉬酸鹽溶液；儀器：冷凝管、電爐、鐵架臺(tái)、分光光度計(jì)、消解儀、高壓蒸汽消毒器。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2019年3月19—30日在溫氏食品集團(tuán)某試驗(yàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)分為3組，分別為對(duì)照組、試驗(yàn)組A和試驗(yàn)組B（表1）。各組每天進(jìn)水20 L，24 h連續(xù)進(jìn)水，混合液回流比150%，污泥回流比100%，通氣量12 L/min，水停留時(shí)間（HRT）2.5 d。前期運(yùn)行調(diào)試期7 d，各試驗(yàn)組只添加模擬廢水，運(yùn)行穩(wěn)定后按表1設(shè)計(jì)量添加戊二醛，每天上午9：00和下午15：00各采樣1次，采集系統(tǒng)的進(jìn)水和出水樣，連續(xù)采集7 d，測(cè)定化學(xué)耗氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、pH。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)分組

1.2.2 測(cè)定方法 COD：HACH，DRB200 消解儀（美國(guó)）；TP：鉬酸銨分光光度法；NH3-N：納氏試劑比色法；pH：賽多利斯酸度計(jì)（PB-10）。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2013處理后，用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

由圖2A可知，對(duì)照組的COD去除率保持穩(wěn)定，連續(xù)7 d的COD去除率均在90%以上，均高于進(jìn)水含0.04%和0.06%戊二醛的試驗(yàn)組A和B。試驗(yàn)組A和B的COD去除率呈先下降后上升的趨勢(shì)，其COD去除率在80%～91%之間。方差分析表明，對(duì)照組的COD平均去除率顯著高于試驗(yàn)組A和B（P＜0.05），分別為（94.15±1.50）%、（87.30±3.57）%和（86.11±3.65）%（圖2B），表明上述濃度戊二醛會(huì)影響A/O廢水處理系統(tǒng)對(duì)COD的處理穩(wěn)定性，降低其處理效果。

圖2 戊二醛對(duì)A/O廢水處理系統(tǒng)COD去除率的影響

對(duì)照組、試驗(yàn)組A和B的NH3-N去除率均表現(xiàn)出先緩慢上升，接著下降后上升的趨勢(shì)。在7 d試驗(yàn)過(guò)程中，有5 d試驗(yàn)組A和B的NH3-N去除效果要高于對(duì)照組，其余2 d試驗(yàn)組A和B的NH3-N去除效果和對(duì)照組無(wú)差異（圖3A）。方差分析表明，試驗(yàn)組A和B的NH3-N平均去除率高于對(duì)照組，分別為（27.34±1.68）%、（29.42±1.69）%和（23.02±1.87）%（圖3B），其中試驗(yàn)組B的NH3-N平均去除率要顯著高于對(duì)照組（P＜0.05），說(shuō)明戊二醛不僅不會(huì)影響A/O廢水系統(tǒng)對(duì)NH3-N的處理穩(wěn)定性，還一定程度上促進(jìn)其對(duì)NH3-N的處理效果，并且隨著戊二醛濃度的增加，其促進(jìn)作用增加。

圖3 戊二醛對(duì)A/O廢水處理系統(tǒng)NH3-N去除率的影響

對(duì)照組、試驗(yàn)組A和B的TP去除率表現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，并且3個(gè)組間沒(méi)有明顯的差異（圖4A）。方差分析表明，對(duì)照組、試驗(yàn)組A和B之間TP 去除率無(wú)顯著差異（P＞0.05），分別為（9.47±0.99）%、（10.47±0.97）%和（10.74±1.28）%（圖 4B），說(shuō)明戊二醛不會(huì)影響A/O廢水處理系統(tǒng)對(duì)TP的去除效果。

圖4 戊二醛對(duì)A/O廢水處理系統(tǒng)TP去除率的影響

由圖5A可知，對(duì)照組的出水pH基本保持穩(wěn)定的趨勢(shì)，連續(xù)7 d的pH均大于6.0；而試驗(yàn)組A和B的出水pH呈現(xiàn)先平穩(wěn)后下降的趨勢(shì)，并在第4天后顯著低于對(duì)照組（P＜0.05），其 pH 在 5.5～6.5 之間。方差分析表明，對(duì)照組的出水平均pH顯著高于試驗(yàn)組 A 和 B（P＜0.05），分別為（6.31±0.04）、（6.06±0.07）和（6.03±0.09），見(jiàn)圖 5B。

圖5 戊二醛對(duì)A/O廢水處理系統(tǒng)出水pH的影響

3 討論與結(jié)論

消毒劑具有殺滅或抑制微生物的作用，其在廢水中的殘留會(huì)影響廢水處理系統(tǒng)的正常運(yùn)行[5]。其中戊二醛作為一種強(qiáng)效的消毒劑，對(duì)病原微生物和病毒具有很好的殺滅效果，因此被廣泛用于豬場(chǎng)疫病防控[1，6-7]。殘留在豬場(chǎng)環(huán)境的戊二醛也會(huì)隨著沖洗水進(jìn)入廢水處理系統(tǒng)，可能對(duì)系統(tǒng)造成影響。在養(yǎng)豬生產(chǎn)過(guò)程中，一般采用有效濃度大于0.04%的戊二醛進(jìn)行消毒，因此本試驗(yàn)選擇的0.04%和0.06%的有效濃度代表著豬場(chǎng)環(huán)境中戊二醛可能存在的最高殘留濃度。本研究表明，高濃度殘留的戊二醛（0.04%和0.06%）會(huì)影響系統(tǒng)對(duì)COD處理的穩(wěn)定性，降低對(duì)COD的處理效果，但不會(huì)影響對(duì)TP的去除率。戊二醛作為一種強(qiáng)效消毒液，對(duì)病原微生物有著很好的殺滅效果[8]，但同時(shí)也會(huì)殺滅其它非病原微生物，包括分解、利用有機(jī)物的細(xì)菌，從而降低系統(tǒng)對(duì)COD處理效率。而A/O工藝本身對(duì)TP的處理效果不佳，一般需要另外增加化學(xué)處理工藝進(jìn)行除磷[9-10]，因此即使戊二醛影響了A/O處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性也不會(huì)導(dǎo)致TP去除率的較大變化。此外，本試驗(yàn)中加入高濃度的戊二醛，不但沒(méi)有降低A/O廢水處理系統(tǒng)對(duì)NH3-N的去除率，還促進(jìn)了系統(tǒng)對(duì)NH3-N的去除效果。豬場(chǎng)廢水中的NH3-N主要來(lái)源于蛋白質(zhì)等含氮有機(jī)物的分解，而戊二醛的消毒機(jī)制是與蛋白質(zhì)中的氨基和羧基結(jié)合，使其烷基化，抑制其降解，從而降低廢水中的NH3-N濃度[2]。也可能由于戊二醛與廢水中的氨發(fā)生反應(yīng)生成戊二胺等復(fù)雜物質(zhì)，降低了廢水中的氨濃度，但是具體機(jī)制需要進(jìn)一步的研究。

此外，本試驗(yàn)的結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，加入戊二醛使得處理系統(tǒng)的出水 pH 顯著降低（P＜0.05），在 5.5～6.5之間。pH是影響系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要因素。A/O廢水處理系統(tǒng)中硝化細(xì)菌的最適pH為8.0～8.4之間，反硝化細(xì)菌的最適 pH 在 6.5～7.5 之間[12]，過(guò)高和過(guò)低的pH都會(huì)抑制它們的活性，導(dǎo)致COD和NH3-N的去除率下降。戊二醛的水溶液呈酸性[13]，溶解在廢水中的戊二醛會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的pH降低，從而降低系統(tǒng)的處理效能[2]。試驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，沒(méi)添加戊二醛的對(duì)照組出水 pH 也較低，在 6.0～6.5 之間，低于反硝化細(xì)菌的最適pH，說(shuō)明pH降低是A/O系統(tǒng)處理廢水不理想的主要原因之一[14-16]，也說(shuō)明調(diào)節(jié)廢水pH是有效提高系統(tǒng)處理效率的途徑。

本團(tuán)隊(duì)在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，較低濃度（0.01%和0.02%）的戊二醛對(duì)廢水厭氧處理系統(tǒng)無(wú)顯著影響[17]，這說(shuō)明低濃度的戊二醛不會(huì)對(duì)豬場(chǎng)廢水處理系統(tǒng)運(yùn)行造成影響。在生產(chǎn)過(guò)程中，殘留的戊二醛會(huì)被沖洗水稀釋和降解[18]，導(dǎo)致其濃度不斷降低，到達(dá)廢水系統(tǒng)時(shí)的濃度會(huì)遠(yuǎn)低于試驗(yàn)濃度（0.01%）。本研究同時(shí)對(duì)我國(guó)7個(gè)規(guī)模化豬場(chǎng)廢水處理系統(tǒng)中的集水池、厭氧池、好氧池和出水口進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)各單元水體中的戊二醛濃度均小于1 mg/kg（0.000 1%）。因此可以推斷，在生產(chǎn)中，豬場(chǎng)廢水中殘留的戊二醛不會(huì)對(duì)廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行造成影響。

綜上所述，廢水含有0.04%和0.06%的高濃度戊二醛時(shí)，A/O處理系統(tǒng)的COD去除率和出水pH顯著降低（P＜0.05），但能提高對(duì) NH3-N 的去除效果，對(duì)TP去除率影響不大。在豬場(chǎng)的正常生產(chǎn)過(guò)程中，廢水處理系統(tǒng)中的戊二醛含量很低（＜0.000 1%），不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成影響。