聚合硫酸鋁對(duì)鵝糞污水凈化效果的研究

劉志遠(yuǎn)，張續(xù)勐，黎頌超，李 泳，朱辰語，羅永全，韓遠(yuǎn)豪，王 淇，魏寶寧，黃曉鳳，蔡遠(yuǎn)榮，黃運(yùn)茂，歐陽宏佳，伍仲平

（仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院動(dòng)物科技學(xué)院，廣東廣州 510225）

2022 年世界肉鵝出欄量約5.3 億只，其中中國(guó)是世界肉鵝出欄量最多的國(guó)家，產(chǎn)值占世界90%以上[1,2]。而廣東省是我國(guó)養(yǎng)鵝大省、強(qiáng)省和鵝肉消費(fèi)大省，鵝全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展水平位居全國(guó)前列。廣東省非常適宜鵝等水禽養(yǎng)殖，形成了豐富的水禽資源，然而現(xiàn)階段廣東鵝產(chǎn)業(yè)養(yǎng)殖模式整體落后，飼養(yǎng)環(huán)境簡(jiǎn)陋、惡劣，糞便直接排入池塘，造成水中細(xì)菌滋生，營(yíng)養(yǎng)富集，環(huán)境污染嚴(yán)重，嚴(yán)重阻礙了養(yǎng)鵝業(yè)的規(guī)模化養(yǎng)殖進(jìn)程[3,4]。

目前，在水陸平養(yǎng)和半旱養(yǎng)等主流鵝飼養(yǎng)模式下，水池仍然是鵝活動(dòng)不可或缺的地方。在飼養(yǎng)過程中，鵝會(huì)把糞便排入水中，糞污中含有寄生蟲卵、病原微生物等有害物質(zhì)[5]，這些有害物質(zhì)會(huì)污染水體，使水質(zhì)較快惡化。鵝群向養(yǎng)殖水體中排出糞污，糞污中含有大量的有害病原微生物，如大腸桿菌和沙門氏菌等，這些病原菌能利用水體中豐富的氮、磷等各種營(yíng)養(yǎng)成分大量繁殖，細(xì)菌微生物死亡后又分解出大量毒素，進(jìn)而使水體污染嚴(yán)重[6]。

目前常用的凈化畜禽污水方法包括物理、化學(xué)和生物處理方法。物理處理方法包括篩網(wǎng)過濾、沉淀和浮選等[7]；化學(xué)處理方法包括氧化、沉淀、吸附和離子交換等[8]；生物處理方法包括活性污泥法、固定化生物膜法和植物凈化法等，可通過微生物降解有機(jī)物和氮、磷的轉(zhuǎn)化來凈化污水[8-11]。綜合運(yùn)用這些方法，可以有效地凈化污水，達(dá)到環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

聚合硫酸鋁（Polyaluminium sulfate，PAS）是新一代無機(jī)高分子混凝劑，能夠有效降低污水中的懸浮物、總磷、化學(xué)需氧量，凈水效果優(yōu)于傳統(tǒng)的無機(jī)凈水劑，在自來水凈化和廢水處理中已得到了廣泛的應(yīng)用[12]。此外，PAS 價(jià)格低廉，作用高效，可作為今后解決畜牧養(yǎng)殖污水問題的方案。

目前PAS 一般作為工業(yè)污水凈水劑，尚未大規(guī)模應(yīng)用于養(yǎng)殖污水處理。本研究使用不同重量鵝糞模擬不同程度養(yǎng)殖水體污染程度，旨在探究PAS 處理鵝養(yǎng)殖污水的效果及最佳使用方法，將為今后利用PAS 處理鵝養(yǎng)殖污水提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所采用內(nèi)毒素檢測(cè)鱟試劑盒購于廈門鱟試劑生物科技股份有限公司。凈水劑聚合硫酸鋁（PAS）由仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院提供。在仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院鐘村試驗(yàn)基地采集新鮮鵝糞進(jìn)行試驗(yàn)。

早上9 點(diǎn)采集新鮮鵝糞便，分別將1、2.5、5g 糞便溶于100mL 蒸餾水中，配制1%、2.5%、5%的鵝糞稀釋液，即為新鮮鵝糞污水，將配制好的污水分裝至200mL 燒杯中，攪拌均勻，靜置1d，以模擬鵝場(chǎng)養(yǎng)殖污水的自然狀態(tài)。

PAS 采用電動(dòng)攪拌機(jī)以600r/min 速度攪拌4min 進(jìn)行溶解。

1.2 試驗(yàn)分組

分別按照0、1×10-3、1×10-4、1×10-5g/mL 添加量在不同濃度（1%、2.5%、5%）鵝糞污水中加入PAS，分為9 個(gè)處理組，見表1。

表1 試驗(yàn)分組

1.3 總菌落與大腸桿菌測(cè)定

麥康凱瓊脂培養(yǎng)基的配置：稱取55g LB 瓊脂培養(yǎng)基于1000mL 去離子水中，密封，攪拌加熱煮沸至完全溶解，121℃高壓滅菌15min 后，冷卻至50℃，傾注滅菌一次性培養(yǎng)皿。

LB 瓊脂培養(yǎng)基的配置：稱取36g LB 瓊脂培養(yǎng)基于1000mL 去離子水中，密封，攪拌加熱煮沸至完全溶解，121℃高壓滅菌15 min 后，冷卻至50℃，傾注滅菌一次性培養(yǎng)皿。

活菌計(jì)數(shù)：在超凈臺(tái)無菌環(huán)境中，將取得的水體樣本經(jīng)過倍數(shù)為104 或105 稀釋后取100μ L涂在LB 瓊脂培養(yǎng)基中，用涂布棒涂抹均勻，平放于培養(yǎng)箱中10～20min，倒扣平板于培養(yǎng)箱中37℃培養(yǎng)18～24h，記錄每個(gè)平板上的菌落數(shù)。按照CFU/mL=（C÷V）×M 計(jì)算出細(xì)菌密度。

式中：C 代表某一稀釋度下平板上生長(zhǎng)的平均菌落數(shù)，V 代表涂平板時(shí)所用稀釋液的體積，M 代表稀釋倍數(shù)。

1.4 內(nèi)毒素測(cè)定

將洗浴池水用試劑盒中自帶的無熱源水和無熱源玻璃管稀釋至1×104～1×106倍，按說明書將標(biāo)準(zhǔn)品稀釋為0.1～1 EU/mL，取陰性對(duì)照（無熱源水）、標(biāo)準(zhǔn)品，待測(cè)樣品各100μL 于無熱源玻璃管中做好標(biāo)記后進(jìn)行檢測(cè)。以上每個(gè)樣品做3個(gè)重復(fù)，期間所使用耗材等均為無熱源處理。

1.5 水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

氨氮的測(cè)定方法采用《水質(zhì)氨氮的測(cè)定 納氏試劑分光光度法》（HJ 535—2009）；總磷的測(cè)定方法采用《水質(zhì) 總磷的測(cè)定 鉬酸銨分光光度法》（GB 11893—1989）；懸浮物測(cè)定方法采用《水質(zhì)懸浮物的測(cè)定重量法》（GB 11901—1989）；化學(xué)需氧量（COD）測(cè)定方法采用《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)定重鉻酸鹽法》（GB 11914—1989）。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用GraphPad Prism 7.0 的多因素方差分析，不同處理間的顯著性檢驗(yàn)采用Tukey式多重比較。結(jié)果采用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示，＜0.05 代表差異顯著。

2 結(jié)果

2.1 PAS 對(duì)鵝養(yǎng)殖污水總菌落數(shù)的影響

在濃度為1%、2.5%、5%的污水中，總菌落在1、3、5d 呈下降趨勢(shì)。在第1、3、5 天，添加劑量為1×10-3g/mL PAS 的3 個(gè)濃度污水，總菌落數(shù)均顯著低于其他處理組（＜0.05），添加劑量為1×10-4與1×10-5g/mL PAS 對(duì)總菌落數(shù)生長(zhǎng)無顯著差異（＞0.05，表2）。

表2 聚合硫酸鋁對(duì)鵝污水稀釋液總菌落數(shù)的影響 單位：CFU/mL

2.2 PAS 對(duì)鵝污水稀釋液中大腸桿菌的影響

在濃度為1%、2.5%、5%的污水中，大腸桿菌數(shù)量在1、3、5d 呈下降趨勢(shì)。在第1、3、5d中，添加劑量為1×10-3g/mL PAS 的3 個(gè)濃度污水，大腸桿菌數(shù)均顯著低于其他處理組（＜0.05），添加劑量為1×10-4g/mL 與1×10-5g/mL PAS對(duì)大腸桿菌生長(zhǎng)無顯著差異（＞0.05，表3）。

表3 聚合硫酸鋁對(duì)鵝養(yǎng)殖污水中大腸桿菌的影響 單位：CFU/mL

2.3 PAS 對(duì)濃度5%鵝養(yǎng)殖污水中內(nèi)毒素的影響

因?yàn)镻AS 處理后的總菌落數(shù)與大腸桿菌數(shù)的下降趨勢(shì)在1%、2.5%、5%濃度污水下相似，故此后的試驗(yàn)均以5%污水作為研究對(duì)象。由表4可知，添加1×10-3g/mL 的PAS，與對(duì)照組相比，在第3、5 天會(huì)顯著升高污水中的內(nèi)毒素含量（＜0.05）。

表4 聚合硫酸鋁對(duì)鵝糞污水中內(nèi)毒素的影響

2.4 PAS 對(duì)濃度5%的鵝污水稀釋液水質(zhì)的影響

添加1×10-3g/mL 的PAS，與對(duì)照組相比，在第1、3、5 天會(huì)顯著降低污水中的化學(xué)需氧量、總磷、懸浮物和第1 天氨氮的含量（＜0.05）；但第3、5 天處理組中的氨氮含量顯著高于對(duì)照組（＜0.05，表5）。

表5 聚合硫酸鋁對(duì)濃度5%的鵝糞污水水質(zhì)的影響 單位：mg/L

3 討論

洗浴池水體污染，細(xì)菌大量滋生，容易引起鵝的疾病發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)，在水中添加光合細(xì)菌能夠降低養(yǎng)殖水體中的大腸桿菌與總菌落數(shù)量[13]。范迪等[14]研究發(fā)現(xiàn)在水中添加枯草芽孢桿菌與光合細(xì)菌二者聯(lián)合作用抑制大腸桿菌與總菌落的效果很好。楊希文等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在水中添加益生菌可以減少有害細(xì)菌的生長(zhǎng)。本研究發(fā)現(xiàn)，在水中添加PAS 也可以有效降低大腸桿菌與總菌落的數(shù)量，改善養(yǎng)殖環(huán)境，具有較好的應(yīng)用前景。

王金輝等[16]研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)毒素（LPS）升高會(huì)抑制馬崗鵝的胚胎期肌纖維的生長(zhǎng)。張續(xù)勐等[17]發(fā)現(xiàn)高濃度的外源性LPS 會(huì)降低鴨的生長(zhǎng)性能。江丹莉等[18]發(fā)現(xiàn)LPS 降低山麻鴨生長(zhǎng)性能和免疫功能。本研究中發(fā)現(xiàn)鵝養(yǎng)殖污水中添加PAS 會(huì)造成內(nèi)毒素顯著升高，一定程度上可能會(huì)影響鵝的生產(chǎn)性能。內(nèi)毒素的升高可能是由于絮凝劑在形成吸附膠體過程中，細(xì)菌死亡裂解所致，目前這一機(jī)理尚不明確。PAS 投入水中，會(huì)迅速水解，形成鋁離子，釋放正電荷，通過一系列的化學(xué)變化，吸附污染物，與污水中形成穩(wěn)定膠體，當(dāng)膠體密度大于水的密度，會(huì)沉降于水底，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。邰小飛[19]研究發(fā)現(xiàn)，使用絮凝劑可以一定程度優(yōu)化養(yǎng)殖水體環(huán)境。楊培媛等[20]在奶牛場(chǎng)高濃度污水添加絮凝劑進(jìn)行預(yù)處理，可以減少污水中的有機(jī)物和懸浮物。已有研究證實(shí)硫酸鋁絮凝劑可以改善城市污水的凈化[21]。PAS 就是一種絮凝劑，本試驗(yàn)結(jié)果顯示，在污水中添加濃度為1.0×10-3g/mL 的PAS 可以有效降低化學(xué)需氧量、總磷、懸浮物的濃度，但無法降低氨氮的含量，這可能與PAS 不具有氧化性，無法氧化氨氮離子有關(guān)。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，在鵝糞養(yǎng)殖污水添加濃度為1.0×10-3g/mL 的PAS 可以降低水中的總菌落、大腸桿菌的數(shù)量，同時(shí)降低水中化學(xué)需氧量、總磷、懸浮物的濃度，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。后期可考慮在鵝養(yǎng)殖場(chǎng)建立多級(jí)養(yǎng)殖污水沉淀池，首先在一級(jí)沉淀池通過PAS 降低養(yǎng)殖污水中的總菌落、大腸桿菌，并通過降低污水中化學(xué)需氧量、總磷、懸浮物來改善水質(zhì)，隨后通過在二級(jí)、三級(jí)沉淀池中添加枯草芽孢桿菌、噬菌體等進(jìn)一步降低養(yǎng)殖污水池中的內(nèi)毒素殘留。