青島中通臭氧科技有限公司
學(xué)術(shù)論文
核心技術(shù) 學(xué)術(shù)論文 研究成果

臭氧在高密度閉路循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的應(yīng)用

發(fā)布時間:2017-12-21

青島藍(lán)科生物技術(shù)工程有限公司: 蘇柯 張和森 史致麗 馬錫年
青島中通臭氧科技有限公司: 賈振民
摘要:本實(shí)驗(yàn)研究了在高密度閉路循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的臭氧應(yīng)用。在應(yīng)用了臭氧的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中進(jìn)行了真碉的長期養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn),從真碉幼魚(1.97g/尾)養(yǎng)殖到174.5g/尾養(yǎng)殖密度達(dá)到31.1kg/m3,每日換水量低于10%。實(shí)驗(yàn)表明,臭氧能直接氧化亞硝酸鹽,在該實(shí)驗(yàn)條件下不能直接氧化氨,單對生化處理器效率有促進(jìn)作用。臭氧能有效降低色度,提高其他水處理單元的效率,在高密度閉路循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)中的作用史不可替代的。
關(guān)鍵詞:循環(huán)水養(yǎng)殖 臭氧 生化處理 真碉 高密度
      高密度閉路循環(huán)海水養(yǎng)殖技術(shù)是我國工廠化養(yǎng)殖的發(fā)展趨勢,可解決目前傳統(tǒng)工廠化養(yǎng)殖模式存在的自身污染、病害嚴(yán)重、風(fēng)險高、濫用藥物導(dǎo)致的藥物殘留等問題,是可持續(xù)發(fā)展的養(yǎng)殖模式。在西方漁業(yè)發(fā)達(dá)國家,循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)已相當(dāng)成熟,已成為一項(xiàng)產(chǎn)業(yè),比較而言,我國在這方面還處在起步階段,許多方面需要深入研究。
     臭氧是很強(qiáng)的氧化劑,在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用日益廣泛。因?yàn)轲B(yǎng)殖水中許多污染物是可氧化的,臭氧可用于水質(zhì)控制,如加強(qiáng)懸浮物的去除、減少亞硝酸鹽及生物難降解的有機(jī)物。另外,由于臭氧具有有效殺滅水生微生物的能力,所以臭氧也適用于養(yǎng)殖滅菌。臭氧在許多養(yǎng)殖系統(tǒng)中顯出優(yōu)良的性能。在國外循環(huán)水養(yǎng)殖業(yè)中,臭氧化作用已成為一個常用的處理過程,Summerfelt and Hochheimer(1997)綜述了臭氧在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用。近幾年循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的臭氧應(yīng)用技術(shù)研究主要集中在以下幾個方面:臭氧的處理劑量、臭氧對水質(zhì)的影響、臭氧對水處理單元的影響、臭氧對控制魚病的作用及臭氧處理的工藝等方面(Krumins et al.,2001;Summerfelt et al.,1997;)。
      為研究閉路循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中臭氧處理的效果與特性,以便為應(yīng)用臭氧時工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),我們設(shè)計(jì)進(jìn)行了本實(shí)驗(yàn)。
1 材料與方法
1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)水處理流程如圖1所示。

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中使用的主要設(shè)備與儀器見表1:

序號                設(shè)備                              說明 
1                   養(yǎng)殖水槽                      4m3水泥池 
2               微濾機(jī)                   青島藍(lán)科生物技術(shù)工程有限公司自制 
3               泡沫分離器               青島藍(lán)科生物技術(shù)工程有限公司自制 
4               臭氧機(jī)                   青島中通臭氧科技有限公司生產(chǎn) 
5               臭氧接觸器               青島藍(lán)科生物技術(shù)工程有限公司自制 
6               生化處理器               青島藍(lán)科生物技術(shù)工程有限公司自制 
7               溶氧器                   青島藍(lán)科生物技術(shù)工程有限公司自制 
8               富氧機(jī)                   青島中通臭氧科技有限公司生產(chǎn) 
9               水泵                     浙江西山泵業(yè)公司,MP-55R
10              氧化還原電位計(jì)           上海雷磁生產(chǎn)

1.2 分析方法
      氨氮濃度的測定為次溴酸鈉氧化法:亞硝酸氮濃度的測定為偶氮染料法:水中溶解氧使用WTW溶解氧測試儀;色度分析使用比色法;臭氧濃度測定使用碘量法:氧化還原電位使用電位計(jì)直接測定:殘余臭氧分析采用三碘離子法。
1.3 養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)材料
      選擇真碉為實(shí)驗(yàn)材料,購自黃海水產(chǎn)研究所麥島養(yǎng)殖基地,幼魚平均體重1.97g,2001/08/02投入835尾。選用升索系列真碉飼料。海水為人工海水,使用青島海大通用海水素廠生產(chǎn)的速得牌經(jīng)濟(jì)魚類海水素配制。循環(huán)量3.0m3/hour,日換水量保持在10%以內(nèi)。
2 結(jié)果與討論
2.1 魚的生長情況
      自2001/08/02到2002/06/06,真碉從1.97g增重到174.5g,開始投放真碉835尾,成活732尾,成活率為87.7%,養(yǎng)殖過程中未投入任何藥物。養(yǎng)殖密度最終達(dá)到31.1kg/m3。真碉死亡率在開始投放后1個月內(nèi)較高,主要原因是魚苗個體差異,存在部分較弱小的個體,在養(yǎng)殖過程中被殘食,之后真碉的死亡率很低。
2.2 臭氧濃度與吸收
     本項(xiàng)目定制的臭氧機(jī)采用電暈放電技術(shù),總產(chǎn)量達(dá)30g/h,分為6檔,每檔可產(chǎn)生臭氧5g/h。臭氧的產(chǎn)量受相當(dāng)多因素的影響,如原料氣的濕度、顆粒物濃度、有機(jī)物濃度、冷卻水溫度、原料氣流量的變化、溫度的變化等,本項(xiàng)目研究了使用不同氣源時,臭氧機(jī)的產(chǎn)量。實(shí)驗(yàn)表明,使用富氧或純氧作為氣源,可提高臭氧濃度,臭氧的濃度可達(dá)90mg/l,一般維持在60-80mg/L。實(shí)驗(yàn)過程中,定期檢測臭氧接觸器尾氣中的臭氧濃度,均未檢出,可認(rèn)為臭氧接觸器中臭氧吸收效率可達(dá)100%。
2.3 臭氧對氨氮和亞硝酸氮的作用
     實(shí)驗(yàn)中研究了臭氧對氨氮和亞硝酸氮的作用,臭氧吸收和接觸器進(jìn)口和出口分別取樣,每隔2h取樣一次,進(jìn)行每日分析,其中08:00到20:00通入臭氧進(jìn)行臭氧處理。氨氮和亞硝酸氮的周日變化分別見圖2和圖3。
     從圖2可以看出,在臭氧處理前和臭氧處理后,氨氮的濃度沒有明顯的差別,這說明臭氧沒有能直接氧化氨氮。首先,臭氧氧化氨的一個條件是高的PH(特別是高于9),而本系統(tǒng)中pH低于8;其實(shí),養(yǎng)殖水中有較高濃度的亞硝酸鹽和有機(jī)物,亞硝酸鹽和一些有機(jī)物比氨更容易同臭氧反應(yīng),而被氧化。

      從圖3可以看出,在臭氧處理時,臭氧處理出口的亞硝酸氮濃度明顯低于臭氧處理進(jìn)口,而停止臭氧處理時,臭氧處理出口的亞硝酸氮濃度明顯高于臭氧處理進(jìn)口,表明臭氧直接氧化了亞硝酸鹽。而停止通氧時,流經(jīng)臭氧吸收和接觸單元的水中亞硝酸氮濃度有所升高,這是因?yàn)?,在其中的填料表面形成了生物膜,發(fā)生了不完全的硝化作用,產(chǎn)生了部分亞硝酸氮。
上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與Paller and Lewis(1988)的研究結(jié)論一致。
2.4 臭氧對色度的影響
     由于魚類代謝會產(chǎn)生多種有色物質(zhì),在循環(huán)水系統(tǒng)中,有色物質(zhì)的積累會使水體顏色加深,一般呈現(xiàn)茶褐色,而這些有色物質(zhì)往往難以被微生物降解,因此,在封閉系統(tǒng)中,有色物質(zhì)會大量積累,顏色越來越深,在本實(shí)驗(yàn)未通臭氧之前,色度達(dá)到45-50。

圖4 臭氧對色度的影響

     當(dāng)臭氧同這些有機(jī)物進(jìn)行反應(yīng)時,反應(yīng)常常發(fā)生在那些不易被生物降解的價鍵(Bablonet al.1991)。有機(jī)化合物被部分氧化后,由于分子較小,高價共價鍵有所減少,所以能較快的被生物降解(Rice er al.1981)。因此,很快顏色會褪去。
2002/1/28至2002/2/27的實(shí)驗(yàn)顯示了臭氧脫色作用的效果,見圖4。在未通臭氧時,色度達(dá)45,在臭氧處理后,色度明顯下降,2002/2/11之后停臭氧,色度很快上升,到2002/2/27,色度升到了最初的水平。
2.5 臭氧處理對水質(zhì)的綜合影響
     臭氧對水質(zhì)的作用是綜合的,不但能直接氧化亞硝酸鹽、生物難降解的溶解有機(jī)物和顆粒有機(jī)物,臭氧氧化有機(jī)物會產(chǎn)生絮凝作用,再通過沉降、機(jī)械過濾、泡沫分離等措施很容易去除,即臭氧能能提高懸浮物的去除效率。本實(shí)驗(yàn)中得到了同樣的結(jié)論,臭氧處理期間,絮凝作用使微濾機(jī)效率提高,水體懸浮物濃度下降。懸浮物去除效率的提高,減輕了后續(xù)處理單元的負(fù)擔(dān),也即提高了系統(tǒng)的整體效率。
     在本實(shí)驗(yàn)整個養(yǎng)殖過程中,生化反應(yīng)器能將氨氮控制在0.7mgN/L以下,亞硝酸鹽控制在0.2mgH/L以下。在生化反應(yīng)器中硝化作用消耗的溶解氧占總耗氧的30-50%,這說明自養(yǎng)的硝化細(xì)菌在生物過濾器中占有一定優(yōu)勢。臭氧處理可能增強(qiáng)了生化處理的作用。Paller and Lewis(1998)的研究也表明,臭氧能提高生化處理器的效率,認(rèn)為臭氧處理促進(jìn)了硝化細(xì)菌在生化處理器中占優(yōu)勢。生化處理器的處理效率主要以去除氨氮褐亞硝酸氮的能力來衡量。
3 結(jié)論
1) 在應(yīng)用了臭氧的循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)中,在日換水量小于10%的情況下,能夠?qū)⒄娴镩L期養(yǎng)殖,且達(dá)到31.1kg/m3的養(yǎng)殖密度,魚的成活率高,生長情況良好。
2)臭氧能直接氧化亞硝酸鹽,在本實(shí)驗(yàn)條件下不能直接氧化氨。臭氧能降低色度,提高生化處理器的效率,且能提高懸浮物的去除效率。
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