戊二醛消毒剂对猪场废水处理系统运行的影响

练植婵，杨亦文，邱锦麟，冯文谦，李有建，廖新俤，

（1.温氏食品集团股份有限公司，广东 云浮 527400；2.华南农业大学动物科学学院，广东 广州 510642）

消毒是猪场生产过程中防控疫病的重要手段，通过使用化学消毒剂杀死病原微生物，切断传播途径，阻止和控制传染病的发生。目前养殖场使用的消毒剂有氯制剂、含碘制剂、双链季铵盐、醛类、酚类、氧化类、强碱类和表面活性剂类等[1]。其中戊二醛是猪场常用的一种消毒剂，属于醛类消毒剂，主要是通过凝固病原微生物蛋白质中的氨基、羧基，破坏病原微生物蛋白分子，使其死亡[2]。戊二醛在pH为（7.5±0.85）时的作用效果最强，但在有机杂质存在下，其效果稍差。革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌和真菌对戊二醛敏感，而细菌孢子和结核分枝杆菌对其中度敏感[3]。戊二醛还能有效杀灭病毒，包括非洲猪瘟病毒（ASFV）、伪狂犬病病毒（PRV）、猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）和经典猪瘟（CSF）等，因此还常被用于病毒性疫病的防控[4]。但是在生产过程中，戊二醛消毒剂不可避免残留在粪尿和废水中，进而进入到废水处理系统。在非洲猪瘟防控期间，戊二醛的使用更加普遍。

目前我国规模化猪场的废水处理主要采用厌氧/好氧（A/O）工艺。A/O处理系统是一种利用微生物处理废水污染物的工艺流程，包含厌氧处理阶段和好氧处理阶段。然而由于戊二醛具有强杀菌作用，进入到废水处理系统的戊二醛可能对系统中的微生物造成抑制，从而影响系统的正常运行。因此，本研究选择戊二醛消毒剂为研究对象，研究其对猪场A/O废水处理系统运行的影响，为戊二醛消毒剂在猪场的合理使用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 模拟废水 葡萄糖 2.0 g/L、硫酸铵 1.0 g/L、磷酸氢二钠 1.6 g/L、磷酸二氢钾 0.3 g/L、硫酸镁 0.1 g/L[化学耗氧量（COD）=2 000 mg/L、氨氮（NH3-N）=200 mg/L、总磷（TP）=200 mg/L]，并把 pH 调至 7.0。

1.1.2 试验装置 3套一级A/O模拟系统装置，工艺及参数相同（图1）。包括厌氧池1个、好氧池1个、竖流式沉淀池1个、原水箱1个，均为白色12 mm厚PP板材质；进水蠕动泵1台、进水流量计1只；搅拌直流电机1台；直流电子调速器1台；低噪音气泵1个；气流计1只；污泥回流蠕动泵1只、污泥回流流量计1个、不锈钢电控箱1只、漏电保护开关、电源电压表等；处理污水速度为0.5～5 L/h、通气量 1～50 L/min、气压 0.04 MPa。

图1 一级A/O模拟系统装置

1.1.3 其它主要试剂及仪器 试剂：戊二醛、生化污泥、硫酸锌溶液、硫酸银、酒石酸钾钠溶液、浓硫酸、抗坏血酸溶液、硫代硫酸钠溶液、过硫酸钾、氢氧化钠溶液、钠氏试剂、钼酸盐溶液；仪器：冷凝管、电炉、铁架台、分光光度计、消解仪、高压蒸汽消毒器。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2019年3月19—30日在温氏食品集团某试验场内进行。试验分为3组，分别为对照组、试验组A和试验组B（表1）。各组每天进水20 L，24 h连续进水，混合液回流比150%，污泥回流比100%，通气量12 L/min，水停留时间（HRT）2.5 d。前期运行调试期7 d，各试验组只添加模拟废水，运行稳定后按表1设计量添加戊二醛，每天上午9：00和下午15：00各采样1次，采集系统的进水和出水样，连续采集7 d，测定化学耗氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、pH。

表1 试验设计分组

1.2.2 测定方法 COD：HACH，DRB200 消解仪（美国）；TP：钼酸铵分光光度法；NH3-N：纳氏试剂比色法；pH：赛多利斯酸度计（PB-10）。

1.3 统计分析

数据经Excel 2013处理后，用SPSS 22.0统计软件进行分析，结果以平均值±标准误表示。

2 结果与分析

由图2A可知，对照组的COD去除率保持稳定，连续7 d的COD去除率均在90%以上，均高于进水含0.04%和0.06%戊二醛的试验组A和B。试验组A和B的COD去除率呈先下降后上升的趋势，其COD去除率在80%～91%之间。方差分析表明，对照组的COD平均去除率显著高于试验组A和B（P＜0.05），分别为（94.15±1.50）%、（87.30±3.57）%和（86.11±3.65）%（图2B），表明上述浓度戊二醛会影响A/O废水处理系统对COD的处理稳定性，降低其处理效果。

图2 戊二醛对A/O废水处理系统COD去除率的影响

对照组、试验组A和B的NH3-N去除率均表现出先缓慢上升，接着下降后上升的趋势。在7 d试验过程中，有5 d试验组A和B的NH3-N去除效果要高于对照组，其余2 d试验组A和B的NH3-N去除效果和对照组无差异（图3A）。方差分析表明，试验组A和B的NH3-N平均去除率高于对照组，分别为（27.34±1.68）%、（29.42±1.69）%和（23.02±1.87）%（图3B），其中试验组B的NH3-N平均去除率要显著高于对照组（P＜0.05），说明戊二醛不仅不会影响A/O废水系统对NH3-N的处理稳定性，还一定程度上促进其对NH3-N的处理效果，并且随着戊二醛浓度的增加，其促进作用增加。

图3 戊二醛对A/O废水处理系统NH3-N去除率的影响

对照组、试验组A和B的TP去除率表现出先上升后下降的趋势，并且3个组间没有明显的差异（图4A）。方差分析表明，对照组、试验组A和B之间TP 去除率无显著差异（P＞0.05），分别为（9.47±0.99）%、（10.47±0.97）%和（10.74±1.28）%（图 4B），说明戊二醛不会影响A/O废水处理系统对TP的去除效果。

图4 戊二醛对A/O废水处理系统TP去除率的影响

由图5A可知，对照组的出水pH基本保持稳定的趋势，连续7 d的pH均大于6.0；而试验组A和B的出水pH呈现先平稳后下降的趋势，并在第4天后显著低于对照组（P＜0.05），其 pH 在 5.5～6.5 之间。方差分析表明，对照组的出水平均pH显著高于试验组 A 和 B（P＜0.05），分别为（6.31±0.04）、（6.06±0.07）和（6.03±0.09），见图 5B。

图5 戊二醛对A/O废水处理系统出水pH的影响

3 讨论与结论

消毒剂具有杀灭或抑制微生物的作用，其在废水中的残留会影响废水处理系统的正常运行[5]。其中戊二醛作为一种强效的消毒剂，对病原微生物和病毒具有很好的杀灭效果，因此被广泛用于猪场疫病防控[1，6-7]。残留在猪场环境的戊二醛也会随着冲洗水进入废水处理系统，可能对系统造成影响。在养猪生产过程中，一般采用有效浓度大于0.04%的戊二醛进行消毒，因此本试验选择的0.04%和0.06%的有效浓度代表着猪场环境中戊二醛可能存在的最高残留浓度。本研究表明，高浓度残留的戊二醛（0.04%和0.06%）会影响系统对COD处理的稳定性，降低对COD的处理效果，但不会影响对TP的去除率。戊二醛作为一种强效消毒液，对病原微生物有着很好的杀灭效果[8]，但同时也会杀灭其它非病原微生物，包括分解、利用有机物的细菌，从而降低系统对COD处理效率。而A/O工艺本身对TP的处理效果不佳，一般需要另外增加化学处理工艺进行除磷[9-10]，因此即使戊二醛影响了A/O处理系统的稳定性也不会导致TP去除率的较大变化。此外，本试验中加入高浓度的戊二醛，不但没有降低A/O废水处理系统对NH3-N的去除率，还促进了系统对NH3-N的去除效果。猪场废水中的NH3-N主要来源于蛋白质等含氮有机物的分解，而戊二醛的消毒机制是与蛋白质中的氨基和羧基结合，使其烷基化，抑制其降解，从而降低废水中的NH3-N浓度[2]。也可能由于戊二醛与废水中的氨发生反应生成戊二胺等复杂物质，降低了废水中的氨浓度，但是具体机制需要进一步的研究。

此外，本试验的结果还发现，加入戊二醛使得处理系统的出水 pH 显著降低（P＜0.05），在 5.5～6.5之间。pH是影响系统正常运行的重要因素。A/O废水处理系统中硝化细菌的最适pH为8.0～8.4之间，反硝化细菌的最适 pH 在 6.5～7.5 之间[12]，过高和过低的pH都会抑制它们的活性，导致COD和NH3-N的去除率下降。戊二醛的水溶液呈酸性[13]，溶解在废水中的戊二醛会导致系统的pH降低，从而降低系统的处理效能[2]。试验结果还发现，没添加戊二醛的对照组出水 pH 也较低，在 6.0～6.5 之间，低于反硝化细菌的最适pH，说明pH降低是A/O系统处理废水不理想的主要原因之一[14-16]，也说明调节废水pH是有效提高系统处理效率的途径。

本团队在之前的研究中发现，较低浓度（0.01%和0.02%）的戊二醛对废水厌氧处理系统无显著影响[17]，这说明低浓度的戊二醛不会对猪场废水处理系统运行造成影响。在生产过程中，残留的戊二醛会被冲洗水稀释和降解[18]，导致其浓度不断降低，到达废水系统时的浓度会远低于试验浓度（0.01%）。本研究同时对我国7个规模化猪场废水处理系统中的集水池、厌氧池、好氧池和出水口进行了检测，发现各单元水体中的戊二醛浓度均小于1 mg/kg（0.000 1%）。因此可以推断，在生产中，猪场废水中残留的戊二醛不会对废水处理系统的运行造成影响。

综上所述，废水含有0.04%和0.06%的高浓度戊二醛时，A/O处理系统的COD去除率和出水pH显著降低（P＜0.05），但能提高对 NH3-N 的去除效果，对TP去除率影响不大。在猪场的正常生产过程中，废水处理系统中的戊二醛含量很低（＜0.000 1%），不会对系统的正常运行造成影响。