水產(chǎn)養(yǎng)殖中新型臭氧殺菌消毒裝置的開發(fā)

趙建寶 張曉青 張 斌 相 愷

0 引言

臭氧被應(yīng)用于水的殺菌凈化已有一百多年的歷史，它是迄今為止被人們發(fā)現(xiàn)的最好的水中殺菌凈化劑。我國于70年代后期開始進(jìn)行臭氧水處理技術(shù)研究，目前該技術(shù)主要用于高科技領(lǐng)域用水的處理，在國防科研、航空航天、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、微電子技術(shù)等領(lǐng)域，發(fā)揮著越來越重要的作用。使用臭氧凈化水質(zhì)，最大的優(yōu)點(diǎn)就是臭氧處理后的分解產(chǎn)物是氧氣，不會產(chǎn)生二次污染，這是任何消毒藥物無法與之比擬的。隨著國際水產(chǎn)品質(zhì)量要求不斷提高，對水產(chǎn)品的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求越來越嚴(yán)格，開發(fā)臭氧水處理裝置對無公害、綠色食品的生產(chǎn)具有十分重要的意義。運(yùn)用臭氧凈化水質(zhì)甚至解毒是切實可行的。目前國內(nèi)已有許多生產(chǎn)臭氧發(fā)生器的廠家，臭氧在飲用水和食品加工方面的運(yùn)用已得到較快的發(fā)展，但在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面的運(yùn)用比較緩慢，原因在于臭氧用于水產(chǎn)養(yǎng)殖不僅對處理裝置的結(jié)構(gòu)有一定的要求，使用方法也因養(yǎng)殖對象的不同而有所變化。

1 臭氧的性質(zhì)及功效

臭氧（O3）是氧氣(O2)的同素異形體，它是一種具有特殊氣味的淡藍(lán)色氣體。其密度是氧氣的1.5倍，在水中的溶解度是氧氣的10倍。臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，在水中的氧化還原電位為2.07V，僅次于氟（2.5V），其氧化能力高于氯（1.36V）和二氧化氯（1.5V），能分解破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，快速地擴(kuò)散透進(jìn)細(xì)胞內(nèi)，氧化分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的葡萄糖氧化酶等，也可以直接與細(xì)菌、病毒發(fā)生作用，破壞細(xì)胞、核糖核酸（RNA），分解脫氧核糖核酸（DNA）、RNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)類和多糖等大分子聚合物，使細(xì)菌的代謝和繁殖過程遭到破壞。與次氯酸類消毒劑不同，臭氧的殺菌能力不受pH值變化和氨的影響，其殺菌能力比氯大600～3 000倍，它的滅菌、消毒作用幾乎是瞬時發(fā)生的，在水中臭氧濃度0.3～2 mg/L時，0.5～1 min內(nèi)就可以致死細(xì)菌。達(dá)到相同滅菌效果（如使大腸桿菌殺滅率達(dá)99%），所需臭氧水藥劑量僅是氯的0.0048%。臭氧對酵母和寄生生物等也有活性，臭氧還可以氧化、分解水中的污染物，在水處理中對除嗅味、脫色、殺菌，去除酚、氰、鐵、錳和降低化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等都具有顯著的效果。

2 目前水產(chǎn)養(yǎng)殖中臭氧水處理裝置存在的問題

對于臭氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用，國內(nèi)許多人尚不熟悉，加之目前臭氧水處理裝置設(shè)計不完善或不正確的使用，達(dá)不到應(yīng)有的效果，使人們對臭氧的殺菌能力產(chǎn)生了懷疑。目前開發(fā)的這方面產(chǎn)品及應(yīng)用主要存在以下幾方面的問題：

（1）臭氧水處理裝置不設(shè)氧化塔，直接將臭氧打入水中，殺菌效果很低。

（2）有些廠家生產(chǎn)的臭氧發(fā)生器的臭氧量不足，在水處理中達(dá)不到很好的效果。

（3）氣水混合裝置的配置不合理，水壓沒有達(dá)到要求。

（4）沒有考慮溫度對臭氧水處理過程的影響。

（5）處理海水時沒有去除溴化物這道工序。

（6）存在認(rèn)識上的誤區(qū)，認(rèn)為該裝置在淡水處理方面效果非常理想，用于海水效果不行。

3 新型臭氧殺菌消毒裝置的開發(fā)

現(xiàn)有的臭氧殺菌消毒裝置主要用于工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的水處理，裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高，運(yùn)行成本大，一般養(yǎng)殖用戶無法使用，需要開發(fā)一種小型化、造價低，能夠滿足漁塘殺菌用的臭氧殺菌消毒裝置。

3.1 高濃度臭氧的制取及臭氧水濃度的確定

制取高濃度臭氧應(yīng)采取以下幾個措施：提高氣相中臭氧的分壓，降低溶解液體的溫度，擴(kuò)大氣液接觸面積，提高氣相臭氧濃度。臭氧的制作方法可分為光化學(xué)法、電化學(xué)法、紫外線法和電暈放電法等幾種，其中電暈放電法是目前工業(yè)上唯一經(jīng)濟(jì)實用的生產(chǎn)方法。電暈放電法制取臭氧，是在高壓電場的強(qiáng)電離作用下，把氧氣轉(zhuǎn)化為臭氧。氣源可選空氣。臭氧發(fā)生器由臭氧管、高頻電源、風(fēng)機(jī)、控制系統(tǒng)四部分組成。這種臭氧發(fā)生器體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，產(chǎn)生的臭氧濃度高，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，實現(xiàn)了機(jī)器的小型化。

水中殘余臭氧濃度在0.1～0.5 mg/L，作用5～10 min即可達(dá)到消毒的目的。對于魚來說，0.5 mg/L的臭氧總殘余量顯然是有毒性的，一般選取殘余臭氧濃度在0.1～0.3 mg/L。

3.2 新型臭氧殺菌消毒裝置結(jié)構(gòu)的確定

目前研發(fā)的臭氧殺菌消毒裝置大都配置一個文丘里管或一個氣泡石、布?xì)馄鞯龋械倪€加入一些螺旋混合器。通過臭氧溶解率實驗表明：渦流葉輪泵與Mazzei射流器結(jié)構(gòu)，臭氧溶解率達(dá)96.7%。如以水質(zhì)消毒為主，外加去除水中腐殖酸及部分鐵、錳等過多無機(jī)離子，要求有高效快速的接觸反應(yīng)，使用噴射器或文丘里管就比較適合。因此確定新型臭氧殺菌消毒裝置結(jié)構(gòu)主要由臭氧發(fā)生器、渦流葉輪泵和射流器（或文丘里管）三部分組成（見圖 1）。

為達(dá)到養(yǎng)殖用臭氧水濃度0.1～0.3 mg/L，要選配合適的臭氧發(fā)生量及渦流葉輪泵的流量。初定臭氧發(fā)生量為20 g/h，渦流葉輪泵的流量為60 L/min，由新型裝置結(jié)構(gòu)的臭氧溶解率達(dá)96.7%，計算得出臭氧水濃度的理論數(shù)值為0.32 mg/L，加上氣液混合及噴射過程中的損耗，保證臭氧水濃度在0.1～0.3 mg/L范圍內(nèi)是可行的。當(dāng)然還可根據(jù)實際需要臭氧水濃度選配臭氧發(fā)生量及渦流葉輪泵的流量。

圖 1 新型臭氧殺菌消毒裝置工作圖

溫度在臭氧水處理過程中非常關(guān)鍵，長期高溫環(huán)境下使用，會使臭氧發(fā)生器中高源電子元器件產(chǎn)生損壞。為了使高壓放電過程中產(chǎn)生的熱量隨臭氧一起被高壓水流帶走，設(shè)計中充分運(yùn)用射流器（或文丘里管）的特性，在高壓水從管中噴出的同時，產(chǎn)生的負(fù)壓將臭氧及熱量與水混合后噴射到池塘中，保證了臭氧發(fā)生器的穩(wěn)定運(yùn)行。

在水處理過程中，臭氧從氣相到液相的傳遞過程需要?dú)馑芎玫亟佑|，要使氣相的臭氧形成最小的氣泡，使之與被處理的水高效混合，必須有足夠的壓力，氣泡愈小接觸時間越長，混合就越充分，溶解就越高。因此，要選配壓力合適的渦流葉輪泵。為了擴(kuò)大氣液接觸面積，設(shè)計中采用多管混合噴射的方法。

4 應(yīng)用前景

隨著無公害養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展，臭氧的高效水體凈化能力及綠色安全環(huán)保特性，將在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)中發(fā)揮重要的作用。小型化、高效化的臭氧殺菌消毒裝置的開發(fā)，必將在水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用中取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，有十分廣闊的市場前景。

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