臭氧在水产养殖与加工的应用技术-中国臭氧产业园

臭氧是一种强氧化剂，具有很强的灭菌消毒、除味、去色、降解有机物的特性。应用臭氧进行消毒净化，具有无毒、无害、无任何残留的特点，臭氧被誉为是当前世界上最洁净的消毒剂。经臭氧处理后水质状况得到明显改善。在国外，臭氧在水产方面的应用有较多的报道，自1929年开始就有人撰文发表臭氧在水产养殖及加工中应用效果的文章，其后的几十年间众多学者应用臭氧在水产养殖、幼鱼培育、病害防治、控制赤潮及灭菌消毒以及水产晶加工、贝类净化等方面进行了大量试验和多方面应用。面对我国水产业的发展趋势，臭氧技术将会得到更加广泛深入的应用。结合水产行业的特点对臭氧的应用技术进行深入研究，将会对水产业的发展起到积极的促进作用。1臭氧的消毒与净化作用1.1臭氧与无机物的反应：臭氧与氰化物、锰、铁、硫化氢、亚硝酸盐都会发生氧化反应。1.2臭氧与有机物反应臭氧同有机物反应一般有两种途径。一为直接反应。即臭氧以分子形式直接同水体中的有机物进行反应；二为间接反应，即臭氧是以在水体中分解后产生的反应性很强的一系列自由基中反应最强烈的是OH-。Hoigneandbader证明，PH偏低时反应趋于间接反应。水体中的无机量对间接反应起抑制作用，因为他们极易同OH-进行反应，从而使OH-与有机物反应受到抑制。臭氧同含氮有机物的反应，水体中含氮有机物包含腐殖物质，叶绿素，氨基酸，胺类，硝基化合物，农药等。Laplaich(1982)认为臭氧同胺类反应体在分子内进行重排，形成N-羟基胺，氮氧配体化合物等，这些物质在进一步臭氧化后形成各种醛，酰胺，酸等物质。1.2.1臭氧与酚。对于水源来说，酚的污染具有很大的危害性。在被酚污染的天然水的自净过程中，酚被空气中的氧氧化缩合生成腐殖酸或氧化水解使其芳香核打开后生成一系列氧的化合物，最终可分解成二氧化碳，水和脂肪酸。国内外研究已经证实，臭氧与酚的反应进行的非常迅速，氧化酚的臭氧消耗量为，1ppm酚需要2-4ppm臭氧。1.2.2臭氧与农药。当采用臭氧氧化某些农药是，在溶液得到脱嗅同时，原来的化合物也得到彻底破坏。98%的磷酰胺可分解，并生成无毒的产物（这时的臭氧浓度为4.6mg/mg）.采用臭氧的剂量为3mg/mg时可将甲基对硫磷及硝基苯酚破坏掉，这时的反应产物无嗅味。敌敌畏与臭氧反应极为强烈，当臭氧剂所消耗臭氧的数据差别较大，有的油品臭氧消耗量可达3mg/g.在实践中采用氧化法及混凝法联合处理时，可以从天然水中完全去除石油的剩余含量。1.3臭氧的脱色与脱臭作用1.3.1臭氧对水中的着色有机物具有氧化脱色作用，微量的臭氧也能收到良好效果，高柳等对脱色效果进行了实验。大部分天然地表水所以出现色度，是因为水中存在着带色的腐殖酸，这些物质都是高分子，多官能含氮的环状结构化合物。臭氧对于腐殖酸溶液的脱色作用（约70%）与氧化破坏作用无关，因为在这种情况下，碳转换为碳酸气不超过30%。臭氧开始反应时煤气羟基和侧链被氧化成羰基化合物，碳酸气和挥发酸。这时所观察到的脱色过程大致可解释为，酚的羟基被氧化为相应的醌。进一步的臭氧氧化反应使起其分子在与芳香核的连接桥处断裂并生成起较弱色染色作用的白腐酸。在大剂量投加臭氧情况下，通过生成草酸的过程而发生环的破坏，从而强化了脱色的过程。1.3.2臭氧在水中除臭极为有效。水中的臭气物质除了工业污染引起以外，还可有微生物引起土臭，霉臭，藻臭等。据微生物研究，水中的好气性放线菌而生成霉臭；由于放线菌产生抗生物质使细菌死亡而发臭。研究结果证明，发出土臭的物质是水中微生物的代谢物质，取名为geosmin(C12H18O22),发出霉臭的化合物称为mucidune(C12H18O2)小岛等报告，添加4.8ppm臭氧，臭气度为40度的水能变为无臭，在小型实验装置中加入2ppm臭氧，可使臭气度从20降到0。有试验证明在去除水中25度以下的臭气，臭氧注入率为0.1-1.5ppm.1.4臭氧对水中微生物的杀灭作用1.4.1臭氧对水中细菌的作用臭氧对水中细菌的杀灭作用效果显著，我们针对不同的养殖育苗生产和试验环境，进行了如试验。1.4.1.1海胆育苗用水杀菌试验。1996年8月在大连碧龙海珍品有限公司，应用QT-5型臭氧水处理器进行试验，其结果见表1。可以看出，但臭氧投加量为1mg/l时，就可以有效的杀灭海水中的细菌，其杀菌效果可以满足海胆育苗生产用水需要。表1海胆育苗用海水杀菌试验处理水量臭氧投加量试验1试验2细菌总数灭菌率细菌总数灭菌率空白01420个/ml12400个/ml5t/h1g/h0个/ml100%30个/ml99.70%4t/h1.25g/h0个/ml100%20个/ml99.84%3t/h1.67g/h0个/ml100%10个/ml99.91%2t/h2.5g/h0个/ml100%0个/ml100%1995年5月24日，在大连吕顺水产养殖公司，应用QT--50型臭氧水处理器对水产品加工使用的地下井水进行灭菌试验，灭菌效果见表2。由于地下水无藻、无其他杂质，当臭氧投加量为0.47mg／l时灭菌率就可达到97.99％，当投加量为0.63mg／l时，灭菌率近乎于100%。表2井水灭菌实验水流量m3/h臭氧产量g/h臭氧投加量g/m3细菌总数个/ml灭菌率%31.500599对照组31.5150.471297.9931.5200.63199.8331.5250.79199.831.4.1.2河蟹育苗用水杀菌试验.(1997年3月至5月间，分别在塘沽区塘宁育苗场；大港区大华育苗场对河蟹育苗用水的臭氧处理灭菌效果进行了试验。在含有藻类的育苗水体中，当水体中细菌总数在102数量级以上，在臭氧投加量为1.2mg／1时，对水中的细菌杀灭率可达到90%以上。同时可以有效的杀灭水体中的弧菌，当臭氧投加量为2mg/l时，弧菌杀灭率可达99%以上。1.4.2臭氧对浮游生物的作用在1997年3月至5月间，利用QT一20型臭氧水处理器对臭氧在海水中杀灭浮游生物效果进行试验。根据文献对于浮游生物，溶解臭氧浓度0.5—1ppm便能破坏藻类原生动物。对于小型软体动物，溶解臭氧浓度为2.2ppm时，处理时间30分钟能杀死98%的幼虫。在臭氧注入量为2.2—3ppm时，能得到50%的杀藻结果。1.4.2.1臭氧对浮游动物的作用。臭氧对水中浮游生物的杀灭作用是一个受多种因素影响的复杂过程。尽管在每次试验中的水质生化条件不同，其数据有较大的差异，但不难看出水中浮游动物对臭氧反应敏感。在一般情况下，臭氧投加量为2.08mg／l时，对浮游动物的杀灭率就可达到95％以上。臭氧投加量为4.17mg／1时对浮游动物的杀灭率可达到100%。1.4.2.2臭氧对浮游植物的作用。浮游植物对于臭氧的反应似乎不那么敏感。臭氧投加量为1.2mg／l时灭藻率为31—36%，臭氧投加量为2.08mg／1时对藻类的杀灭率可达50%以上，当臭氧投加量达4.17mg／1时对藻类的杀灭率为89％左右。1.4.2.3臭氧对不同种类浮游植物的作用。臭氧对不同种类的浮游植物的杀灭作用是不同的，对此我们分别在塘沽区塘宁育苗场、大港区大华育苗场进行了臭氧对蓝藻、绿藻、金藻、硅藻作用效果进行试验分析，臭氧对不同种类的浮游植物作用效果差异较大，对金藻的杀灭效果最强烈，对硅藻次之，对蓝绿藻的杀灭作用最差。总体分析，臭氧对浮游植物的杀灭作用不但与其种类有关，而且还受其绝对数量的直接影响。藻类的绝对数量大，则需臭氧投加量加大。其中蓝绿藻绝对数量大，总体灭藻率则下降。1.4.3臭氧对赤潮生物的作用赤潮是指海洋中的浮游生物爆发性增殖，造成海水变色。由于其生物种群不同可呈现红、褐或灰黑色。赤潮会对近岸海洋生物造成严重危害。据质料报道臭氧可以有效的杀灭赤潮生物，分解赤潮生物毒素。1995年8月28日大连水产学校刘永清等在山东长岛县砣矶岛附近海域发现赤潮，并应用臭氧对赤潮生物(夜光虫)进行了杀灭试验，经臭氧处理后夜光虫发生粉碎性破裂。1998年10月6日天津市水产研究所对渤海湾赤潮生物多甲藻进行了臭氧杀灭试验。多甲藻经臭氧处理10分钟后，外壳破碎解体色素完全消失。1.5讨论与小结1.5.1臭氧作为一种强氧化剂，对水中的多种化学物质有着强烈的氧化和降解作用，使水质得到有效的净化。对化学物质的降解所消耗的臭氧，与其物质的性质有关，并与浓度成正比。为了实现对水质的有效的净化，一般情况都采用过量投入法，使水中保持一定量的溶解臭氧。1.5.2臭氧对水中细菌的杀灭作用是十分有效的。对仅含细菌的水体只需投加少量臭氧，低于0.5ppm时就可以达到97%以上的灭菌率。如果水中含有浮游植物及其他物质，要得到有效的灭菌则需要提高臭氧投加量。试验表明弧菌对臭氧反应敏感，一般弧菌数在102数量级／ml时，臭氧投加量为1.25ppm就可以达到90以上的杀灭率。1.5.3臭氧对水中不同生物作用效果是不同的。对浮游动物有很强的杀灭力，在浮游生物总量较少的条件下只需投加较少的臭氧，就可以有效的杀灭水中的浮游动物。臭氧对浮游植物的杀灭是有选择性的，要对蓝、绿藻进行有效的杀灭，就需要投加大量臭氧，这是不经济的做法。有质料报道用混凝法先去除大部分藻类，再用臭氧进行后处理的方法是经济有效的。1.5.4电极电位是反映水质富氧与还原物质多少的一个综合指标。对于遭受严重污染的水体，因其水中还原物质多耗氧量大，即水中电极电位较低有的呈现为负值。经臭氧处理后水中还原物质减少，水电极电位明显提高，说明水向富氧化转化水质得到明显的改善。而且随着臭氧投加量的加大，电位线性增加可以说水质得到进一步改善。但是电极电位与水中各生化物质之间的关系，目前尚不清楚，应进一步深入研究与探讨。2臭氧在水产养殖中的应用与研究2.1概述自八十年代以来我国水产养殖业有了快速发展，水平不断提高。随着养殖业的发展，海、淡水育苗已步入工业化生产阶段。工厂化育苗技术的日趋成熟，又促进水产养殖业的进一步发展和提高。由于近年来工、农业污染日益严重，造成了养殖水环境不断恶化，因水质污染造成水产育苗的减产或绝产、越冬亲鱼或苗种的大批死亡事件及养殖病害频繁发生，所有这些严重制约了渔业生产的进一步发展。面对日趋恶化的水质环境，有关科研、生产部门在水处理及鱼病防治等方面采取措施，但使用常规水处理难以从根本上改善养殖育苗水质。如何对生产用水进行有效的处理，改善和净化养殖、育苗水质：是今后发展健康养殖、节水渔业一个十分重要的问题，尤其是在水质源严重不足的今天，这个问题显得更为重要。多年来众多学者应用臭氧在水产养殖、幼鱼培育、病害防治、控制赤潮及灭菌消毒等方面进行了大量试验和多方面应用。有质料证明，应用臭氧进行水的净化消毒比其他水处理系统更具有竞争力。据质料报道，经臭氧处理后的水可以改善细胞呼吸条件，促进生物生长。用其进行水产育苗和幼鱼培育，可以大幅度降低幼苗死亡率，鱼的食物转化率可以显著提高。在国内，臭氧在水产养殖和育苗中应用起步较晚。九十年代中期一些研究机构进行过应用试验，也有一些水产生产单位开始应用。例如：厦门海洋研究所与清华大学利用臭氧进行了对虾养殖防病试验。辽宁鞍山、大连，山东长岛等地的一些研究、教学及生产单位在鱼的养殖，海参、鲍鱼、牡蛎和扇贝等品种的养殖和育苗进行了试验并在应用中取得较好的效果。在目前的应用中，由于有些应用单位对臭氧性质和应用技术不甚了解，应用臭氧造成鱼类大批死亡事件也有发生。同时在国内也未见到关于臭氧在水产养殖及育苗生产的优化模式，水产养殖水处理，鱼病防治和促进生物生长等方面的深入研究和系统报道。我们针对上述情况进行臭氧在水产养殖方面的研究，找出臭氧应用的规律性，研究提出应用臭氧进行水产育苗的优化模式，研制出适用的臭氧水处理设备，这些研究和试验工作将对促进水产健康、节水养殖技术和工厂化养殖及育苗业的发展有着重要意义。2.2中华绒螯蟹育苗臭氧技术的研究2.2.1臭氧处理水培育中华绒螯蟹苗优化条件的试验研究目前河蟹育苗工艺都采用静水充气、开放式工艺。每天需要更换大量海水，以增加育苗池中的溶解氧来改变水质污染程度，同时还需使用药物来抑制致病菌的繁殖。但到育苗后期，池底有机质沉积过多，造成池水下