低溫下臭氧催化氧化降解養殖水體氨氮的研究

     研究低溫下臭氧催化氧化降解養殖水體氨氮的有效途徑, 并對降解過程中產生的反應副產物進行分析。利用臭氧發生器和催化反應設備, 把加入5 mg/ L NaBr 的養殖水體與臭氧充分混合, 在Br -的催化作用下, 使臭氧與氨氮產生氧化反應, 產生氮氣, 達到去除氨氮的目的。實驗在一個9.2 m3水體、養殖密度為10 kg/ m3的封閉循環式冷水魚養殖系統中, 以虹鱒(Oncorhynchus mykiss)為實驗動物, 在192 h 的換水周期內, 每24 小時采水樣1 次, 檢測養殖水體中的pH、溶解氧、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、懸浮物等水質指標, 確定低溫下臭氧催化氧化降解養殖水體氨氮的能力和使用方法。

 

     研究表明, 在Br -的催化作用下臭氧可有效氧化降解養殖水體的氨氮, 降解效率可達50.11 %, 比臭氧直接氧化法高24.31 %;降解過程中硝酸鹽、亞硝酸鹽都有一定積累, 但在臭氧的作用下亞硝酸能轉化為硝酸鹽, 亞硝酸鹽含量在192 h 降至0.089 mg/L, 硝酸鹽為主要副產物;pH 值逐漸下降, 192 h 降至5.55, 養殖過程中可用NaOH-NaHCO3 緩沖液進行適當調節。臭氧催化氧化降解氨氮是一種有效的水處理方式, 對于冷水性魚類工廠化養殖的循環水體處理具有重要的實用價值。

 

     在工廠化水產養殖過程中, 氨氮是水生動物的主要代謝產物。水體中氨氮隨著pH 值和溫度的變化, 以離子氨和非離子氨形式存在, 而非離子氨對水生動物具有高毒性,因此氨氮降解是工廠化高密度水產養殖生產中非常重要的水處理工藝過程。近年來國內外科研工作者在水體氨氮降解方面做了大量工作, 研究了多種氨氮降解的方法, 主要有暴氣法、離子交換法、生物膜法和臭氧氧化法等。暴氣法只需調整pH 值后暴氣處理, 然后再回調pH 值, 方法較為簡單, 但低溫下效率低 ;離子交換法降解效果較好, 但樹脂需要再生處理, 工藝較為復雜, 處理成本較高;生物膜法是工廠化養殖中很常用的氨氮降解方法, 處理方法簡單有效, 但降解的很終產物為NO3-, 造成NO3-在水體中的大量富集, 而且低溫條件下成膜較慢, 在冷水魚工廠化養殖應用較少 ;而在工廠化養殖實驗中, 用臭氧作為消毒劑已經得到廣泛應用, 許多學者同時也對臭氧氧化氨氮進行了研究, 但臭氧氧化產物主要為NO3-, 降解氨氮效率較低, 在工廠化養殖降解氨氮方面還未得到廣泛應用 。

 

     由于氨氮徹底氧化降解成N2的電位值較高, 臭氧很難直接氧化, 本實驗在H+存在條件下, 以Br -為催化劑, 利用臭氧氧化氨氮并使其徹底降解成N2排出水體。此方法不需要特殊的儀器設備, 降解效果較好, 同時解決了因養殖用水排入水體造成富營養化的二次污染問題, 旨為低溫下工廠化養殖用水的氨氮降解方法提供全新的思路。

 

結論

(1)臭氧催化氧化法對于封閉式循環式冷水魚養殖系統是一種新的思路, 實驗條件下氧化效率已達50.11 %, 比直接氧化法的降解效率提高了24.31 %, 如果對催化氧化條件進一步優化, 降解效率還可以得到提高。

(2)催化氧化過程的增氧作用明顯, 可滿足冷水性魚類的生長要求。

(3)臭氧催化氧化過程是一個釋放H +的過程, 但pH 值過低不利于冷水性魚類的生長, 因而在生產中當pH 值低于6.0 時, 應用NaOH-NaHCO3的緩沖體系進行適當調節。

(4)封閉循環式冷水魚養殖系統采用臭氧催化氧化法降解氨氮的過程, 也存在一定時期內亞硝酸鹽過高、硝酸鹽積累量較多等問題, 還有待于進一步研究。