图1 封闭循环式冷水鱼养殖系统
1:沉淀池;2:排污管;3:水泵;4:过滤罐;5:臭氧反应罐;6:电加热臭氧恒压分解器;7:臭氧发生器;8:无油空气压缩机;9:暴气罐; 10:循环泵;11:鱼池(1-5号)
Fig.1 Recirculating cold water fish aquaculture production sy stem
1:Deposit pool;2:Waste pipe;3:Pump;4:Filter;5:Ozone reactor;6:Electric ozone decomposer;7:Ozone generator;8:Unoil air com-pressor;9:S prayer;10:Recirculating pump;11:Fish tanks(Nos.1-5)
1.3 主要试剂
NaBr,分析纯,上海试剂四厂,含量不少于99.0%。
HCl,分析纯,天津市耀华化学试剂有限公司,含量36.0%～38.0%。
NaHCO3,分析纯,莱阳化工实验厂,含量99.8%。
1.4 实验方法
1.4.1 实验组与样品采集 任取其中1个鱼池为对照组,除增加增氧设备外,不参加工厂化水体循环,不进行排污处理,水体总量约为0.9t;其余5个鱼池为实验组,利用封闭循环式冷水鱼养殖系统进行处理,水体总量约为9.2t(包括反应塔、过滤器及排污池等用水);对照组和实验组养殖水体用HCl和NaHCO3调pH值为6.0～6.5,添加Br-的质量浓度为5mg/L(pH值调节及Br-添加在沉淀池中进行,经反应塔后均匀流入鱼池中),臭氧质量浓度为
2.66mg/m3,流量为0.10m3/h[15],水温控制在(12±1)℃;实验期间每隔24h采集水样1次,采样时间为每天8∶00(投喂前),对照组和实验组分别采平行样,4h内进行水质分析,实验组对192h内的水样进行分析;由于对照组不换水,不进行水处理(氨氮增长较快,96h时实验鱼已不能正常进食),对照组只采集96h内的水样。
1.4.2 水质分析方法 pH值采用玻璃电极法(GB6920-86);溶解氧采用碘量法(GB7489-87);氨氮采用纳氏试剂比色法(GB7481-87);硝酸盐采用酚二磺酸分光光度法(GB7480-87);亚硝酸盐采用分光光度法(G B7493-87);悬浮物采用重量法(GB 11901-89)。1.4.3 数据统计分析 实验所得数据进行图表分析,实验组间采用方差分析。
2 结果与讨论
2.1 臭氧催化氧化过程中氨氮的转化
臭氧催化氧化过程中,氨氮主要转化成N2以及副产物N O3-和N O2-,其中N2以气体的形式排出水体,NO2-在一定条件下会氧化成NO3-,并以NO3-的形式在水体富集[12-15]。实验过程中氨氮的排出及转化量偏低,致使氨氮在水体中逐渐积累,192h氨氮的累积量为13.634mg/L,但与同一时段对照组相比差异显著(P<0.01);由于NO2-是一种不稳定的氮源价态形式,在臭氧的作用下转化成NO3-,所以NO2-浓度与生成及转化量有关。本实验中NO2-浓度在72h 达到最高(1.390mg/L),192h后逐渐下降至0.089mg/L,对照组呈现逐渐升高的变化趋势,但变化较小;NO3-的含量是逐渐积累的过程,192h NO3-质量浓度已达16.346mg/L,较对照组变化明显,差异显著(P<0.01)(图2～4)。
臭氧催化氧化过程中,氨氮可直接转化为N2排出水体,催化过程中HBrO和O3都是氧化性较强的物质,同时有N O3-和N O2-等副产物生成[15]。其反应式如下:
O3+Br-BrO-+O2(1) H++BrO-HBrO(2) 3HBrO+2NH+4+2OH-N2+3Br-+3H++5H2O(3) N H3+3O3NO-2+3O2+H++H2O(4)
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第6期刘 永等:冷水性鱼类工厂化养殖中臭氧催化氧化降解氨氮791
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