高铁酸钾对水产养殖废水净化作用的研究

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 高铁酸钾对水产养殖废水净化作用 的研究 摘要：通过分析高铁酸钾 （K2FeO4）对养殖废水中菌落总数、 化学需氧量（COD） 、浊度、硫化物、 亚硝酸盐和氨氮总量的去除效果，以探 明 K2FeO4 作为净化剂对养殖水体的净 化效果。结果表明，K2FeO4 对养殖水 体中菌落总数、COD、浊度和硫化物的 去除效果良好，当 K2FeO4 使用量为 8 mg/L 时，菌落总数的去除率为 98.80%、COD 去除率为 92.16%、硫化 物去除率为 98.78%、浊度的去除率为 98.42%；对亚硝酸盐和氨氮总量也有一 定的去除效果，亚硝酸盐在 K2FeO4 使 用量为 12 mg/L 时的去除率最大，为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 44.61%，氨氮总量在 K2FeO4 使用量为 16 mg/L 时的去除率最大，为 24.87%。 中国论文网 /8/view-12792932.htm 关键词：高铁酸钾；水产养殖； 废水；净化 中图分类号：X714 文献标识码： A 文章编号： 0439-8114（2013）07- 1518-04 随着人们生活水平的提高，中国 对水产品的需求日益增大，促使集约化 水产养殖迅猛发展，中国的水产养殖量 已占到世界水产养殖总量的 60%左右1。 但是在水产养殖过程中也会产生大量的 污染物，如残饵和粪便等，对生态环境 提出了新的挑战2。然而，目前在中国， 水产养殖中的水仍然是以大引大排的方 式为主3，这种方式在一定程度上加剧 了日益严峻的水资源短缺，并且由于这 种方式没有对养殖水体进行净化处理， 使得在水产养殖过程中投放的饲料残余 （在养殖过程中，75%80%的投喂饲 料无法被养殖生物消化吸收）以及养殖 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 水产动物生长过程中产生的水体污染物 不能得到及时的去除，增加了养殖水体 的富营养化程度，加速了池塘底泥的污 染程度，对周边水域和生态环境产生了 严重危害4 ，5 。 此外，在集约化水产养殖过程中， 防治水产动物病害也是应当注意的问题。 在实际生产过程中，常用化学消毒剂对 养殖水体进行杀菌、消毒。但是，在消 毒作用过程中有一些化学消毒剂的分解 产物对养殖动物具有致突变、致癌的效 应，从而对人体健康产生严重危害6。 而高铁酸钾（K2FeO4）具有比氯系氧 化剂更强的氧化性能，使用 K2FeO4 作 为养殖废水处理剂兼具杀菌、消毒的作 用，且其本身及其在应用过程中并不产 生致癌、致突变性副产物，具有高度的 生物安全性7，8 。 笔者近年研究表明，K2FeO4 对 造纸工业废水9、制革工业废水及一般 工业废水的处理作用10 均具有非常好 的效果。在此基础上，进一步研究 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 K2FeO4 对养殖水体的净化效果，旨在 为 K2FeO4 在处理养殖废水中的应用提 供理论依据。 1 材料与方法 1.1 材料 试验水样于 2011 年 10 月取自西 安市未央区某养鱼池（机械增氧前） ， 取回的水样经 24 h 沉降后倾倒出上层液 体，以分离其中大颗粒物质，后转移至 20 L 广口玻璃瓶中测试水样原始情况。 水样情况：菌落总数为 3.6104 CUF/L、化学需氧量（ COD）为 452.04 mg/L、亚硝酸盐为 8.43 mg/L、硫化物 为 0.48 mg/L、氨氮总量为 3.46 mg/L， 浊度 920 NTU。 1.2 供试试剂及仪器 试剂：K2FeO4，纯度 98%，购 自西安易灵工贸有限公司；重铬酸钾 （K2Cr2O7） 、硫酸汞（HgSO4） 、硫酸 亚铁（FeSO4） 、乙酸锌（C4H6O4Zn） 、 盐酸（HCl ） 、可溶性淀粉、碘（I） 、碘 化钾（KI） 、硝酸银（AgNO3） 、硫酸亚 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 铁铵（ NH4）2SO4 FeSO4、硫酸银 （Ag2SO4） 、氢氧化钠（NaOH） 、溴百 里酚蓝、硫酸铁铵NH4Fe（SO4）2、 草酸钠（C2O4Na2） ，均为分析纯试剂。 仪器：pHS-3C 型酸度计（上海 雷磁仪器厂） 、721 型分光光度计（上海 光学仪器厂） 、2100N 型浊度仪（上海 恒奇仪器仪表有限公司） 。 1.3 方法 K2FeO4 在整个 pH 范围内都具 有强氧化性11 ，在酸性溶液中其标准 电极电位为 2.20 V，在碱性溶液中为 0.72 V。虽然 K2FeO4 在酸性溶液中具 有很强的氧化性，但是其发挥氧化作用 后所生成的 Fe3+在酸性条件下不能够 发生有效的絮凝作用，在废水处理过程 中需要将水体 pH 调节到弱碱性进行絮 凝沉淀，操作较为繁琐，且增加了使用 成本。试验中所采集的养殖废水 pH 为 弱碱性，考虑到在养殖废水处理过程中 的便利性，因此试验过程中未调节试验 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 水体的 pH，而是直接使用 K2FeO4 进 行处理。试验采用烧杯混凝试验方法9， 分别称取不同剂量的 K2FeO4（调节终 浓度分别为 1、2、4、8、12、16、20 mg/L）加入到盛有水产养殖废水的烧杯 中，快速搅拌（200 r/min）2 min 后慢 速搅拌（40 r/min）15 min，沉降 1 h。 在上清液面下 3 mm 处吸取上清液，测 其菌落总数、COD、硫化物、亚硝酸盐、 氨氮、浊度。 2 结果与分析 2.1 K2FeO4 对菌落总数的去除效 果 K2FeO4 在养殖水体环境中， Fe6+发生氧化作用，强氧化性有效破坏 细菌的细胞壁、细胞膜以及细胞结构中 的酶，抑制蛋白质及核酸的合成，阻碍 菌体的生长和繁殖，进而对水体中的菌 落起到去除作用。K2FeO4 对菌落总数 去除效果如图 1 所示。由图 1 可知，当 K2FeO4 的投入量小于 8 mg/L 时，养殖 废水中菌落总数去除率随着 K2FeO4 使 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 用量的增加快速增加；当 K2FeO4 投入 量达到 8 mg/L 时，菌落总数去除率达 到最大，为 98.80%；继续增加 K2FeO4 的投入量，菌落总数去除率几乎不变。 因此，针对菌落总数的去除，K2FeO4 的最佳投入量选择为 8 mg/L。 2.2 K2FeO4 对 COD 和浊度的去 除效果 在水处理过程中，K2FeO4 首先 发挥强的氧化作用，氧化养殖水体中易 于被氧化的 COD 来源的小分子物质， 尤其是小分子的有机化合物，再利用新 生成 Fe3+的絮凝沉降作用除去一些高 分子的有机化合物，进而有效地降低 COD。同时，Fe3+的絮凝作用能够沉降 水体中悬浮的物质，对浊度具有非常好 的改善作用12 。 K2FeO4 对 COD 和浊度的去除效果如图 2 所示。 由图 2 可知，图 2 中曲线与图 1 曲线具 有相似的规律，当 K2FeO4 投入量达到 8 mg/L 时，对养殖废水中 COD 的去除 率达到 92.16%，对浊度去除率达到 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 98.42%。继续增加 K2FeO4 的投入量， COD 和浊度的去除率变化较小。结合 K2FeO4 对养殖水体中菌落总数的去除 规律，对 COD 和浊度的去除选择 K2FeO4 投入量为 8 mg/L。 2.3 K2FeO4 对养殖水体中硫化物 的去除效果 在集约化的水产养殖过程中，水 体中各种有机和无机肥料、水生生物的 排泄物和尸体共同处于同一水体中，产 生有毒害的硫化物，从而对养殖水体产 生污染，严重影响水体的自净化能力 13。为此，研究 K2FeO4 对养殖水体 中硫化物的去除效果具有重要的意义。 在试验养殖水体 pH 条件下，K2FeO4 发挥氧化作用后形成 Fe3+，可与 S2-形 成 Fe2S3 的胶体沉淀 14，借助于 Fe3+ 在此时形成的多核羟基络合物的网捕作 用能达到很好的除硫效果。 K2FeO4 对养殖水体中硫化物的 去除效果如图 3 所示。由图 3 可知，当 K2FeO4 投入量为 4 mg/L 时，对养殖废 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 水中硫化物的去除率为 96.16%；投入 量为 8 mg/L 时，对养殖废水中硫化物 的去除率达 98.78%，当 K2FeO4 的投入 量为 12 mg/L 时，对养殖废水中硫化物 的去除率可达 99.00%，继续增大投入 量，去除率基本不变。综合上述 K2FeO4 对菌落总数、COD 和浊度的去 除效果，对硫化物的去除选择 K2FeO4 投入量为 8 mg/L，可满足大多数养殖废 水处理要求。 2.4 K2FeO4 对养殖水体中氨氮的 去除效果 氨氮浓度也是衡量水产养殖中水 体污染的重要指标15 ，氨氮中非离子 氨对水生生物产生重要的危害，非离子 氨进入水生生物体内后对生物体内的酶 水解反应和膜稳定性产生明显影响，严 重时可导致养殖生物大批死亡，造成经 济损失14。 K2FeO4 对氨氮去除效果 如图 4 所示。由图 4 可知，K2FeO4 对 养殖水体中氨氮的去除率随着 K2FeO4 投入量的增加逐渐增大，且当 K2FeO4 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 投入量达到 16 mg/L 时达到最大去除率， 为 24.87%。继续增加 K2FeO4 的投入量， 水体中氨氮的去除率不再增大，去除效 果不理想。造成 K2FeO4 对水体中氨氮 去除效果不好的原因可能与 K2FeO4 对 氨氮的作用机理有关。K2FeO4 在水体 中依靠其强氧化性与氨氮发生反应，产 生氮气16，达到去除氨氮的目的。但 是这个氧化所需的时间较长，导致大量 的 K2FeO4 在一定时间内不能够对氨氮 实行有效的氧化，而与水中其他的还原 剂10发生了氧化还原反应。 2.5 K2FeO4 对养殖水体中亚硝酸 盐的去除效果 在集约化的水产养殖中，一个普 遍存在的问题就是亚硝酸盐的去除。过 量的亚硝酸盐会引起水生生物血液携氧 不足， 引起生物体体质下降， 严重的 可导致中毒症状17 。K2FeO4 对亚硝 酸盐去除效果如图 5 所示。亚硝酸盐属 于还原性物质，在水体中与 K2FeO4 发 生氧化还原反应，将 NO2-氧化成 NO3- -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 ，进而起到去除作用18 。由图 5 可知， K2FeO4 对养殖水体中亚硝酸盐的去除 率随着 K2FeO4 投入量的增加逐渐增大， 且当 K2FeO4 投入量达到 12 mg/L 时达 到最大去除率，为 44.61%。继续增加 K2FeO4 的投入量，水体中亚硝酸盐的 去除率不再增大，去除效果不理想，原 因与 K2FeO4 对硫化物的去除作用机理 类似，均是由于多种氧化-还原反应的 竞争所造成。 3 小结与讨论 研究发现，K2FeO4 对养殖水体 的作用是利用自身的强氧化性对水体中 的 COD、氨氮和亚硝酸盐发生氧化作 用，进而实现去除作用，且 K2FeO4 的 氧化作用能够破坏细菌和藻类的细胞结 构，有效抑制水体内细菌和藻类的生长。 刘乾甫等19 发现 K2FeO4 对温和气单 胞菌（Aeromonas sobria） 、鲁克氏耶尔 森菌（Lukeshi yersinia） 、嗜水气单胞菌 （Aeromonas hydrophila） 、河弧菌 （Vibrio fluvialis） 、点状产气单胞菌点 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 状亚种（Aeromonas punctata subsp. punctata） 、荧光假单胞菌 （Pseudomonas fluorescence） 、弧菌组 淡水亚组弧菌（Cholerae Vibrio group freshwater subgroup） 、肠型点状产气单 胞菌（Aeromonas punctata f. intedtinalis） 8 种常见鱼类病原菌具有很 好的杀灭作用。王凯娟等20发现 K2FeO4 对大肠杆菌（Escherichia coli） 和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）也表现出良好的消灭效果。此 次试验结果表明，使用 K2FeO4 作为养 殖废水的处理剂能够实现对菌落总数、 COD、硫化物、浊度的有效去除，并且 对亚硝酸盐和氨氮总量也具有一定的去 除效果。K2FeO4 使用量达到 8 mg/L 时， 对菌落总数的去除率高达 98.80%、COD 去除率为 92.16%、硫化 物去除率为 98.78%、浊度的去除率为 98.42%；使用量达到 12 mg/L 时，亚硝 酸盐的去除率最大，为 44.61%；使用 量为 16 mg/L 时，氨氮总量的去除率最 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 13 大，为 24.87%。 此外，K2F