低温下臭氧催化氧化降解养殖水体氨氮的研究

     研究低温下臭氧催化氧化降解养殖水体氨氮的有效途径, 并对降解过程中产生的反应副产物进行分析。利用臭氧发生器和催化反应设备, 把加入5 mg/ L NaBr 的养殖水体与臭氧充分混合, 在Br -的催化作用下, 使臭氧与氨氮产生氧化反应, 产生氮气, 达到去除氨氮的目的。实验在一个9.2 m3水体、养殖密度为10 kg/ m3的封闭循环式冷水鱼养殖系统中, 以虹鳟(Oncorhynchus mykiss)为实验动物, 在192 h 的换水周期内, 每24 小时采水样1 次, 检测养殖水体中的pH、溶解氧、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、悬浮物等水质指标, 确定低温下臭氧催化氧化降解养殖水体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养殖水体的氨氮, 降解效率可达50.11 %, 比臭氧直接氧化法高24.31 %;降解过程中硝酸盐、亚硝酸盐都有一定积累, 但在臭氧的作用下亚硝酸能转化为硝酸盐, 亚硝酸盐含量在192 h 降至0.089 mg/L, 硝酸盐为主要副产物;pH 值逐渐下降, 192 h 降至5.55, 养殖过程中可用NaOH-NaHCO3 缓冲液进行适当调节。臭氧催化氧化降解氨氮是一种有效的水处理方式, 对于冷水性鱼类工厂化养殖的循环水体处理具有重要的实用价值。

 

     在工厂化水产养殖过程中, 氨氮是水生动物的主要代谢产物。水体中氨氮随着pH 值和温度的变化, 以离子氨和非离子氨形式存在, 而非离子氨对水生动物具有高毒性,因此氨氮降解是工厂化高密度水产养殖生产中非常重要的水处理工艺过程。近年来国内外科研工作者在水体氨氮降解方面做了大量工作, 研究了多种氨氮降解的方法, 主要有暴气法、离子交换法、生物膜法和臭氧氧化法等。暴气法只需调整pH 值后暴气处理, 然后再回调pH 值, 方法较为简单, 但低温下效率低 ;离子交换法降解效果较好, 但树脂需要再生处理, 工艺较为复杂, 处理成本较高;生物膜法是工厂化养殖中很常用的氨氮降解方法, 处理方法简单有效, 但降解的很终产物为NO3-, 造成NO3-在水体中的大量富集, 而且低温条件下成膜较慢, 在冷水鱼工厂化养殖应用较少 ;而在工厂化养殖实验中, 用臭氧作为消毒剂已经得到广泛应用, 许多学者同时也对臭氧氧化氨氮进行了研究, 但臭氧氧化产物主要为NO3-, 降解氨氮效率较低, 在工厂化养殖降解氨氮方面还未得到广泛应用 。

 

     由于氨氮彻底氧化降解成N2的电位值较高, 臭氧很难直接氧化, 本实验在H+存在条件下, 以Br -为催化剂, 利用臭氧氧化氨氮并使其彻底降解成N2排出水体。此方法不需要特殊的仪器设备, 降解效果较好, 同时解决了因养殖用水排入水体造成富营养化的二次污染问题, 旨为低温下工厂化养殖用水的氨氮降解方法提供全新的思路。

 

结论

(1)臭氧催化氧化法对于封闭式循环式冷水鱼养殖系统是一种新的思路, 实验条件下氧化效率已达50.11 %, 比直接氧化法的降解效率提高了24.31 %, 如果对催化氧化条件进一步优化, 降解效率还可以得到提高。

(2)催化氧化过程的增氧作用明显, 可满足冷水性鱼类的生长要求。

(3)臭氧催化氧化过程是一个释放H +的过程, 但pH 值过低不利于冷水性鱼类的生长, 因而在生产中当pH 值低于6.0 时, 应用NaOH-NaHCO3的缓冲体系进行适当调节。

(4)封闭循环式冷水鱼养殖系统采用臭氧催化氧化法降解氨氮的过程, 也存在一定时期内亚硝酸盐过高、硝酸盐积累量较多等问题, 还有待于进一步研究。