汪文忠

臭 氧 在水產(chǎn)養(yǎng)殖用水處理中的應(yīng)用

汪文忠

隨著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展和水環(huán)境污染問題的凸顯，水產(chǎn)養(yǎng)殖用水安全備受關(guān)注。目前，國內(nèi)外主要的水產(chǎn)養(yǎng)殖用水處理技術(shù)可分為物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和生物處理技術(shù)。臭氧作為一種化學(xué)氧化劑，現(xiàn)已應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖用水處理中，不僅可以有效去除水中無機(jī)污染物，還能夠去除水中有機(jī)污染物和致病微生物。

一、臭氧的理化性質(zhì)

臭氧分子為“V”形的偶極分子，氧原子是以sp2雜化軌道形成離域π鍵。臭氧具有刺激性氣味，標(biāo)準(zhǔn)狀況下密度為2.144mg/L，沸點(diǎn)為-111.9℃。臭氧的氧化性極強(qiáng)，其氧化還原電位為2.07V，氧化能力高于二氧化氯（1.50V）和雙氧水（1.98V）。臭氧極不穩(wěn)定，在水中易分解。

二、臭氧在水處理中的作用機(jī)理

1.去除水中無機(jī)和有機(jī)污染物的作用機(jī)理

臭氧可以氧化水中無機(jī)物（氰化物、錳離子、鐵離子、硫化物、亞硝酸鹽氮、氨氮等）和有機(jī)物（有機(jī)胺、鏈型不飽和化合物、芳香族化合物、木質(zhì)素、腐殖質(zhì)等）。臭氧氧化水中污染物有兩種途徑：第一種途徑為臭氧分子對(duì)水中污染物的直接氧化；第二種途徑是臭氧分子在水中生成活性更強(qiáng)的羥基自由基和活性氧自由基等中間產(chǎn)物，間接氧化水中污染物。臭氧在水中的反應(yīng)方式可分為四類，即氧化還原反應(yīng)、環(huán)加成反應(yīng)、親電取代反應(yīng)和親核反應(yīng)。

2.消毒作用機(jī)理

臭氧消毒作用主要表現(xiàn)在對(duì)病毒和致病菌的殺滅作用。臭氧對(duì)病毒的殺滅作用是直接破壞其細(xì)胞器、脫氧核糖核酸和核糖核酸，從而使其失去活性。臭氧對(duì)致病菌的殺滅作用主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面：①臭氧作用在致病菌的細(xì)胞膜上，增加了細(xì)胞膜的通透性，使細(xì)胞內(nèi)容物流失，從而使細(xì)胞失去活性；②臭氧作用于致病菌的酶系統(tǒng)，致使細(xì)胞失活；③臭氧破壞致病菌細(xì)胞膜內(nèi)結(jié)構(gòu)，使細(xì)菌活力減退，直至死亡。

3.臭氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖用水處理中的應(yīng)用

臭氧具有很強(qiáng)的氧化能力，已應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理中。研究表明，用臭氧處理養(yǎng)殖用水，能有效抑制魚類、蝦蟹類、貝類等水生動(dòng)物養(yǎng)殖中的病原微生物，去除有害細(xì)菌、有機(jī)廢物，氧化亞硝酸鹽氮以及氨態(tài)氮。

筆者試驗(yàn)利用ZXY-30型臭氧發(fā)生器（產(chǎn)量為30g/h）處理凡納濱對(duì)蝦苗種用水，處理水量20t/h。結(jié)果經(jīng)臭氧處理1h后，亞硝酸鹽氮由初始0.031mg/L下降到0.010mg/L，去除率為68%；細(xì)菌總數(shù)從8450個(gè)/mL下降到3700個(gè)/mL，滅菌率為56%。將臭氧應(yīng)用于凡納濱對(duì)蝦蝦苗養(yǎng)殖中，試驗(yàn)用蝦苗體長0.8～1.0cm，采用的臭氧發(fā)生器額定功率為50W，臭氧產(chǎn)生量為3g/ h。結(jié)果表明：經(jīng)臭氧處理養(yǎng)殖用水后，蝦苗的成活率最大可提高19.2%，單產(chǎn)可提高39.3%。在羅氏沼蝦工廠化育苗中使用JY-100型水產(chǎn)專用臭氧系統(tǒng)，結(jié)果表明，每天6：00-6：20和18：00-18：20注加濃度為0.1mg/L的臭氧處理育苗水體，羅氏沼蝦仔蝦的出苗率可達(dá)69%，比常規(guī)養(yǎng)殖每隔3d投放1mg/L抗菌素類藥物組的出苗率提高34%，且苗體健壯，抗病、抗逆、抗應(yīng)激能力強(qiáng)。用臭氧處理南美白對(duì)蝦幼苗用水，臭氧劑量為250mg/h，結(jié)果表明：對(duì)初始濃度為1.45mg/L亞硝酸鹽氮的去除率近100%，滅菌率約為99%。用臭氧劑量為20g/ kg飼料·d和40g/kg飼料·d處理黑鯛養(yǎng)殖用水，結(jié)果表明：使細(xì)菌失活的有效臭氧濃度為0.1～0.2mg/L。用臭氧處理虹鱒魚循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的循環(huán)水，投加臭氧的劑量為25g/kg飼料·d，水中總懸浮固體從初始的6.3mg/L降到4.0mg/L，降低了36.5%；化學(xué)需氧量從初始的43.6mg/L降到26.1mg/L，降低了40.1%；溶解性有機(jī)碳從初始的7.1mg/ L降到6.3mg/L，降低了11.3%；亞硝酸鹽氮從初始的0.265mg/L降到0.05mg/L，降低了81.1%。用臭氧處理大菱鲆養(yǎng)殖用水，臭氧發(fā)生器日運(yùn)行3h，每日添加臭氧量約500g，約為10g/kg飼料·d，大菱鲆放養(yǎng)規(guī)格為334g/尾，每個(gè)池平均放養(yǎng)3000尾，放養(yǎng)密度約為16kg/m2。結(jié)果表明：養(yǎng)殖池中總懸浮物及氨氮去除率分別為59%和18%。同樣采用產(chǎn)量為80g/h的臭氧發(fā)生器處理大菱鲆養(yǎng)殖用水，投加量為10～15g/kg飼料，接觸時(shí)間為2.0～2.5 min，處理水量150m3/h。結(jié)果表明：臭氧對(duì)整個(gè)養(yǎng)殖系統(tǒng)中細(xì)菌的滅除率可達(dá)51.8%，對(duì)亞硝酸鹽氮的去除率為56.3%。利用0.417mg/h·L的臭氧發(fā)生器對(duì)皺紋盤鮑的養(yǎng)殖用水進(jìn)行處理，結(jié)果表明：臭氧對(duì)化學(xué)需氧量的去除率為31.3%，但對(duì)亞硝酸鹽氮的去除率僅為34.3%。

三、臭氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理應(yīng)用中存在的問題和發(fā)展趨勢

1.存在的問題

雖然臭氧對(duì)養(yǎng)殖用水處理的效果較好，但水中殘余臭氧會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生一定的毒性作用。已有研究結(jié)果表明，臭氧對(duì)大馬哈魚的安全濃度為0.002mg/L；虹鱒魚接觸0.0093mg/L臭氧時(shí)，會(huì)造成魚鰓上皮細(xì)胞損害；0.18mg/L臭氧會(huì)對(duì)中國對(duì)蝦無節(jié)幼體產(chǎn)生毒性。對(duì)臭氧在淡水魚類養(yǎng)殖中的毒性研究表明：魚類在臭氧濃度≥1.0mg/L，且接觸時(shí)間為3h后，開始出現(xiàn)鰓部充血、腫脹、呼吸頻率加快等反?，F(xiàn)象，48h半數(shù)致死濃度為0.13mg/L。對(duì)于一般魚類，水中臭氧濃度應(yīng)低于0.060mg/L才是安全的。進(jìn)行臭氧對(duì)南極石首魚胚胎發(fā)育及卵孵化率的影響試驗(yàn)，研究表明：水中臭氧濃度與水的接觸時(shí)間乘積應(yīng)低于1，當(dāng)該值超過5時(shí)對(duì)南極石首魚卵的毒性影響顯著。對(duì)臭氧消毒副產(chǎn)物（OPO）對(duì)太平洋白蝦幼苗的生長狀況進(jìn)行研究，結(jié)果表明：太平洋白蝦幼蝦長期暴露于0.10、0.15mg/LOPO濃度下會(huì)誘導(dǎo)軟殼綜合征的發(fā)生率提高，幼蝦存活的安全OPO濃度為0.06mg/L。用臭氧化海水培育小球藻，研究表明：OPO質(zhì)量濃度小于0.735mg/L時(shí)，對(duì)小球藻不產(chǎn)生毒害作用，但當(dāng)OPO質(zhì)量濃度大于1.036mg/L時(shí)，小球藻大量死亡。

除了水中殘留臭氧會(huì)對(duì)水生動(dòng)物產(chǎn)生毒害作用外，臭氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用時(shí)還應(yīng)注意：①臭氧對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖用水中常見的毒性較強(qiáng)的氨氮的去除速率較慢，去除效果不理想；②當(dāng)臭氧處理海水時(shí)，可將海水中的溴離子氧化成亞溴酸鹽、溴酸鹽、三溴甲烷和一些溴化有機(jī)消毒副產(chǎn)物，這些臭氧消毒副產(chǎn)物可能會(huì)威脅到水產(chǎn)品食用安全。

2.發(fā)展趨勢

由于在水產(chǎn)養(yǎng)殖用水處理中單獨(dú)使用臭氧存在一定缺點(diǎn)，因而可將臭氧與其他水處理技術(shù)耦合（如O3/H2O2、O3/活性炭、O3/紫外等），形成新的基于臭氧的水產(chǎn)養(yǎng)殖用水處理技術(shù)。研究表明，O3/H2O2對(duì)硝基苯的降解速率明顯高于臭氧單獨(dú)處理。利用臭氧-紫外線組合系統(tǒng)凈化靚巴非蛤用水中的微生物，處理效果優(yōu)于臭氧或紫外單獨(dú)處理。對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水深度處理的研究表明，臭氧/生物活性炭對(duì)總有機(jī)碳和高錳酸鹽指數(shù)的最終去除率比生物活性炭單獨(dú)去除率分別高11.9%和13.4%。用O3、UV及O3/UV3種方法凈化毛蚶養(yǎng)殖水質(zhì)，研究表明：O3/UV滅菌效率是O3和UV單獨(dú)滅菌效率的4倍，8h后使糞大腸桿菌數(shù)由4×105個(gè)/100g貝肉降低到7×103個(gè)/100g貝肉，30h后降低至2.5×102個(gè) /100g貝肉，殺菌率達(dá)到99.93%。O3/UV對(duì)養(yǎng)殖水中總有機(jī)碳和色度的去除率相比單獨(dú)使用臭氧分別提高89.77%和51.44%，殺菌率可達(dá)97%以上。

臭氧耦合技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)可以促使水中臭氧快速分解產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的羥基（OH），羥基（OH）對(duì)水中無機(jī)污染物和有機(jī)污染物的氧化能力均高于臭氧，且羥基（OH）在水中壽命極短，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。因此，臭氧技術(shù)與其他已有的或新開發(fā)的水處理技術(shù)聯(lián)用是未來臭氧技術(shù)發(fā)展的方向，臭氧耦合技術(shù)的工藝流程、設(shè)備構(gòu)建和具體應(yīng)用將是目前水產(chǎn)養(yǎng)殖用水處理技術(shù)的研究熱點(diǎn)。

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