戊二醛消毒劑對豬場廢水處理系統運行的影響

練植嬋，楊亦文，邱錦麟，馮文謙，李有建，廖新俤，

（1.溫氏食品集團股份有限公司，廣東 云浮 527400；2.華南農業大學動物科學學院，廣東 廣州 510642）

消毒是豬場生產過程中防控疫病的重要手段，通過使用化學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生。目前養殖場使用的消毒劑有氯制劑、含碘制劑、雙鏈季銨鹽、醛類、酚類、氧化類、強堿類和表面活性劑類等[1]。其中戊二醛是豬場常用的一種消毒劑，屬于醛類消毒劑，主要是通過凝固病原微生物蛋白質中的氨基、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）時的作用效果最強，但在有機雜質存在下，其效果稍差。革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌和真菌對戊二醛敏感，而細菌孢子和結核分枝桿菌對其中度敏感[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]。但是在生產過程中，戊二醛消毒劑不可避免殘留在糞尿和廢水中，進而進入到廢水處理系統。在非洲豬瘟防控期間，戊二醛的使用更加普遍。

目前我國規模化豬場的廢水處理主要采用厭氧/好氧（A/O）工藝。A/O處理系統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殺菌作用，進入到廢水處理系統的戊二醛可能對系統中的微生物造成抑制，從而影響系統的正常運行。因此，本研究選擇戊二醛消毒劑為研究對象，研究其對豬場A/O廢水處理系統運行的影響，為戊二醛消毒劑在豬場的合理使用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

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 調至 7.0。

1.1.2 試驗裝置 3套一級A/O模擬系統裝置，工藝及參數相同（圖1）。包括厭氧池1個、好氧池1個、豎流式沉淀池1個、原水箱1個，均為白色12 mm厚PP板材質；進水蠕動泵1臺、進水流量計1只；攪拌直流電機1臺；直流電子調速器1臺；低噪音氣泵1個；氣流計1只；污泥回流蠕動泵1只、污泥回流流量計1個、不銹鋼電控箱1只、漏電保護開關、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A/O模擬系統裝置

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、分光光度計、消解儀、高壓蒸汽消毒器。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2019年3月19—30日在溫氏食品集團某試驗場內進行。試驗分為3組，分別為對照組、試驗組A和試驗組B（表1）。各組每天進水20 L，24 h連續進水，混合液回流比150%，污泥回流比100%，通氣量12 L/min，水停留時間（HRT）2.5 d。前期運行調試期7 d，各試驗組只添加模擬廢水，運行穩定后按表1設計量添加戊二醛，每天上午9：00和下午15：00各采樣1次，采集系統的進水和出水樣，連續采集7 d，測定化學耗氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、pH。

表1 試驗設計分組

1.2.2 測定方法 COD：HACH，DRB200 消解儀（美國）；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（PB-10）。

1.3 統計分析

數據經Excel 2013處理后，用SPSS 22.0統計軟件進行分析，結果以平均值±標準誤表示。

2 結果與分析

由圖2A可知，對照組的COD去除率保持穩定，連續7 d的COD去除率均在90%以上，均高于進水含0.04%和0.06%戊二醛的試驗組A和B。試驗組A和B的COD去除率呈先下降后上升的趨勢，其COD去除率在80%～91%之間。方差分析表明，對照組的COD平均去除率顯著高于試驗組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影響A/O廢水處理系統對COD的處理穩定性，降低其處理效果。

圖2 戊二醛對A/O廢水處理系統COD去除率的影響

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

圖3 戊二醛對A/O廢水處理系統NH3-N去除率的影響

對照組、試驗組A和B的TP去除率表現出先上升后下降的趨勢，并且3個組間沒有明顯的差異（圖4A）。方差分析表明，對照組、試驗組A和B之間TP 去除率無顯著差異（P＞0.05），分別為（9.47±0.99）%、（10.47±0.97）%和（10.74±1.28）%（圖 4B），說明戊二醛不會影響A/O廢水處理系統對TP的去除效果。

圖4 戊二醛對A/O廢水處理系統TP去除率的影響

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

圖5 戊二醛對A/O廢水處理系統出水pH的影響

3 討論與結論

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影響廢水處理系統的正常運行[5]。其中戊二醛作為一種強效的消毒劑，對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疫病防控[1，6-7]。殘留在豬場環境的戊二醛也會隨著沖洗水進入廢水處理系統，可能對系統造成影響。在養豬生產過程中，一般采用有效濃度大于0.04%的戊二醛進行消毒，因此本試驗選擇的0.04%和0.06%的有效濃度代表著豬場環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%）會影響系統對COD處理的穩定性，降低對COD的處理效果，但不會影響對TP的去除率。戊二醛作為一種強效消毒液，對病原微生物有著很好的殺滅效果[8]，但同時也會殺滅其它非病原微生物，包括分解、利用有機物的細菌，從而降低系統對COD處理效率。而A/O工藝本身對TP的處理效果不佳，一般需要另外增加化學處理工藝進行除磷[9-10]，因此即使戊二醛影響了A/O處理系統的穩定性也不會導致TP去除率的較大變化。此外，本試驗中加入高濃度的戊二醛，不但沒有降低A/O廢水處理系統對NH3-N的去除率，還促進了系統對NH3-N的去除效果。豬場廢水中的NH3-N主要來源于蛋白質等含氮有機物的分解，而戊二醛的消毒機制是與蛋白質中的氨基和羧基結合，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生反應生成戊二胺等復雜物質，降低了廢水中的氨濃度，但是具體機制需要進一步的研究。

此外，本試驗的結果還發現，加入戊二醛使得處理系統的出水 pH 顯著降低（P＜0.05），在 5.5～6.5之間。pH是影響系統正常運行的重要因素。A/O廢水處理系統中硝化細菌的最適pH為8.0～8.4之間，反硝化細菌的最適 pH 在 6.5～7.5 之間[12]，過高和過低的pH都會抑制它們的活性，導致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導致系統的pH降低，從而降低系統的處理效能[2]。試驗結果還發現，沒添加戊二醛的對照組出水 pH 也較低，在 6.0～6.5 之間，低于反硝化細菌的最適pH，說明pH降低是A/O系統處理廢水不理想的主要原因之一[14-16]，也說明調節廢水pH是有效提高系統處理效率的途徑。

本團隊在之前的研究中發現，較低濃度（0.01%和0.02%）的戊二醛對廢水厭氧處理系統無顯著影響[17]，這說明低濃度的戊二醛不會對豬場廢水處理系統運行造成影響。在生產過程中，殘留的戊二醛會被沖洗水稀釋和降解[18]，導致其濃度不斷降低，到達廢水系統時的濃度會遠低于試驗濃度（0.01%）。本研究同時對我國7個規模化豬場廢水處理系統中的集水池、厭氧池、好氧池和出水口進行了檢測，發現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，在生產中，豬場廢水中殘留的戊二醛不會對廢水處理系統的運行造成影響。

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