臭 氧 在水產養殖用水處理中的應用

汪文忠

臭 氧 在水產養殖用水處理中的應用

汪文忠

隨著我國水產養殖業的快速發展和水環境污染問題的凸顯，水產養殖用水安全備受關注。目前，國內外主要的水產養殖用水處理技術可分為物理處理技術、化學處理技術和生物處理技術。臭氧作為一種化學氧化劑，現已應用于水產養殖用水處理中，不僅可以有效去除水中無機污染物，還能夠去除水中有機污染物和致病微生物。

一、臭氧的理化性質

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，標準狀況下密度為2.144mg/L，沸點為-111.9℃。臭氧的氧化性極強，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）。臭氧極不穩定，在水中易分解。

二、臭氧在水處理中的作用機理

1.去除水中無機和有機污染物的作用機理

臭氧可以氧化水中無機物（氰化物、錳離子、鐵離子、硫化物、亞硝酸鹽氮、氨氮等）和有機物（有機胺、鏈型不飽和化合物、芳香族化合物、木質素、腐殖質等）。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的羥基自由基和活性氧自由基等中間產物，間接氧化水中污染物。臭氧在水中的反應方式可分為四類，即氧化還原反應、環加成反應、親電取代反應和親核反應。

2.消毒作用機理

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

3.臭氧在水產養殖用水處理中的應用

臭氧具有很強的氧化能力，已應用于水產養殖水處理中。研究表明，用臭氧處理養殖用水，能有效抑制魚類、蝦蟹類、貝類等水生動物養殖中的病原微生物，去除有害細菌、有機廢物，氧化亞硝酸鹽氮以及氨態氮。

筆者試驗利用ZXY-30型臭氧發生器（產量為30g/h）處理凡納濱對蝦苗種用水，處理水量20t/h。結果經臭氧處理1h后，亞硝酸鹽氮由初始0.031mg/L下降到0.010mg/L，去除率為68%；細菌總數從8450個/mL下降到3700個/mL，滅菌率為56%。將臭氧應用于凡納濱對蝦蝦苗養殖中，試驗用蝦苗體長0.8～1.0cm，采用的臭氧發生器額定功率為50W，臭氧產生量為3g/ h。結果表明：經臭氧處理養殖用水后，蝦苗的成活率最大可提高19.2%，單產可提高39.3%。在羅氏沼蝦工廠化育苗中使用JY-100型水產專用臭氧系統，結果表明，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69%，比常規養殖每隔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、抗應激能力強。用臭氧處理南美白對蝦幼苗用水，臭氧劑量為250mg/h，結果表明：對初始濃度為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處理黑鯛養殖用水，結果表明：使細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養殖系統中的循環水，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殖用水，臭氧發生器日運行3h，每日添加臭氧量約500g，約為10g/kg飼料·d，大菱鲆放養規格為334g/尾，每個池平均放養3000尾，放養密度約為16kg/m2。結果表明：養殖池中總懸浮物及氨氮去除率分別為59%和18%。同樣采用產量為80g/h的臭氧發生器處理大菱鲆養殖用水，投加量為10～15g/kg飼料，接觸時間為2.0～2.5 min，處理水量150m3/h。結果表明：臭氧對整個養殖系統中細菌的滅除率可達51.8%，對亞硝酸鹽氮的去除率為56.3%。利用0.417mg/h·L的臭氧發生器對皺紋盤鮑的養殖用水進行處理，結果表明：臭氧對化學需氧量的去除率為31.3%，但對亞硝酸鹽氮的去除率僅為34.3%。

三、臭氧在水產養殖水處理應用中存在的問題和發展趨勢

1.存在的問題

雖然臭氧對養殖用水處理的效果較好，但水中殘余臭氧會對水生生物產生一定的毒性作用。已有研究結果表明，臭氧對大馬哈魚的安全濃度為0.002mg/L；虹鱒魚接觸0.0093mg/L臭氧時，會造成魚鰓上皮細胞損害；0.18mg/L臭氧會對中國對蝦無節幼體產生毒性。對臭氧在淡水魚類養殖中的毒性研究表明：魚類在臭氧濃度≥1.0mg/L，且接觸時間為3h后，開始出現鰓部充血、腫脹、呼吸頻率加快等反?，F象，48h半數致死濃度為0.13mg/L。對于一般魚類，水中臭氧濃度應低于0.060mg/L才是安全的。進行臭氧對南極石首魚胚胎發育及卵孵化率的影響試驗，研究表明：水中臭氧濃度與水的接觸時間乘積應低于1，當該值超過5時對南極石首魚卵的毒性影響顯著。對臭氧消毒副產物（OPO）對太平洋白蝦幼苗的生長狀況進行研究，結果表明：太平洋白蝦幼蝦長期暴露于0.10、0.15mg/LOPO濃度下會誘導軟殼綜合征的發生率提高，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質量濃度小于0.735mg/L時，對小球藻不產生毒害作用，但當OPO質量濃度大于1.036mg/L時，小球藻大量死亡。

除了水中殘留臭氧會對水生動物產生毒害作用外，臭氧在水產養殖中使用時還應注意：①臭氧對水產養殖用水中常見的毒性較強的氨氮的去除速率較慢，去除效果不理想；②當臭氧處理海水時，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消毒副產物，這些臭氧消毒副產物可能會威脅到水產品食用安全。

2.發展趨勢

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

臭氧耦合技術的協同效應可以促使水中臭氧快速分解產生氧化性更強的羥基（OH），羥基（OH）對水中無機污染物和有機污染物的氧化能力均高于臭氧，且羥基（OH）在水中壽命極短，不會產生二次污染。因此，臭氧技術與其他已有的或新開發的水處理技術聯用是未來臭氧技術發展的方向，臭氧耦合技術的工藝流程、設備構建和具體應用將是目前水產養殖用水處理技術的研究熱點。

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