高铁酸钾对水产养殖废水净化作用的研究.docx
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高铁酸钾对水产养殖废水净化作用的研究
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。
结果说明,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8mg/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12mg/L时的去除率最大,为44.61%,氨氮总量在K2FeO4使用量为16mg/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〔2021〕07-1518-04
随着人们生活程度的进步,中国对水产品的需求日益增大,促使集约化水产养殖迅猛开展,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展净化处理,使得在水产养殖过程中投放的饲料剩余〔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。
在实际消费过程中,常用化学消毒剂对养殖水体进展杀菌、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,从而对人体安康产生严重危害[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,具有高度的生物平安性[7,8]。
笔者近年研究说明,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。
在此根底上,进一步研究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根据。
1材料与方法
1.1材料
试验水样于2021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24h沉降后倾倒出上层液体,以别离其中大颗粒物质,后转移至20L广口玻璃瓶中测试水样原始情况。
水样情况:
菌落总数为3.6×104CUF/L、化学需氧量〔COD〕为452.04mg/L、亚硝酸盐为8.43mg/L、硫化物为0.48mg/L、氨氮总量为3.46mg/L,浊度920NTU。
1.2供试试剂及仪器
试剂:
K2FeO4,纯度98%,购自西安易灵工贸;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〕。
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2.20V,在碱性溶液中为0.72V。
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+在酸性条件下不可以发生有效的絮凝作用,在废水处理过程中需要将水体pH调节到弱碱性进展絮凝沉淀,操作较为繁琐,且增加了使用本钱。
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水体的pH,而是直接使用K2FeO4进展处理。
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、20mg/L〕参加到盛有水产养殖废水的烧杯中,快速搅拌〔200r/min〕2min后慢速搅拌〔40r/min〕15min,沉降1h。
在上清液面下3mm处汲取上清液,测其菌落总数、COD、硫化物、亚硝酸盐、氨氮、浊度。
2结果与分析
2.1K2FeO4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、细胞膜以及细胞构造中的酶,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8mg/L时,养殖废水中菌落总数去除率随着K2FeO4使用量的增加快速增加;当K2FeO4投入量到达8mg/L时,菌落总数去除率到达最大,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的最正确投入量选择为8mg/L。
2.2K2FeO4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+的絮凝作用可以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投入量到达8mg/L时,对养殖废水中COD的去除率到达92.16%,对浊度去除率到达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8mg/L。
2.3K2FeO4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才能[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到达很好的除硫效果。
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4mg/L时,对养殖废水中硫化物的去除率为96.16%;投入量为8mg/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12mg/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,去除率根本不变。
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8mg/L,可满足大多数养殖废水处理要求。
2.4K2FeO4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响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投入量到达16mg/L时到达最大去除率,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响,产生氮气[16],到达去除氨氮的目的。
但是这个氧化所需的时间较长,导致大量的K2FeO4在一定时间内不可以对氨氮实行有效的氧化,而与水中其他的复原剂[10]发生了氧化复原反响。
2.5K2FeO4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缺乏,引起生物体体质下降,严重的可导致中毒病症[17]。
K2FeO4对亚硝酸盐去除效果如图5所示。
亚硝酸盐属于复原性物质,在水体中与K2FeO4发生氧化复原反响,将NO2-氧化成NO3-,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投入量到达12mg/L时到达最大去除率,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-复原反响的竞争所造成。
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的氧化作用可以破坏细菌和藻类的细胞构造,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〔Aeromonassobria〕、鲁克氏耶尔森菌〔Lukeshiyersinia〕、嗜水气单胞菌〔Aeromonashydrophila〕、河弧菌〔Vibriofluvialis〕、点状产气单胞菌点状亚种〔Aeromonaspunctatasubsp.punctata〕、荧光假单胞菌〔Pseudomonasfluorescence〕、弧菌Ⅰ组淡水亚组弧菌〔CholeraeVibriogroupⅠfreshwatersubgroup〕、肠型点状产气单胞菌〔Aeromonaspunctataf.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〔Escherichiacoli〕和金黄色葡萄球菌〔Staphylococcusaureus〕也表现出良好的消灭效果。
此次试验结果说明,使用K2FeO4作为养殖废水的处理剂可以实现对菌落总数、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使用量到达8mg/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%;使用量到达12mg/L时,亚硝酸盐的去除率最大,为44.61%;使用量为16mg/L时,氨氮总量的去除率最大,为24.87%。
此外,K2FeO4作为处理剂净化养殖水体产生的伴生物,如Fe3+、Fe〔OH〕3、Fe2O3等均不产生任何致癌、致突变效果,具有高度的生物平安性,且在使用过程中,生成的Fe3+与水分子形成的Fe〔OH〕3是多核羟基络合物,其中含有大量的氧原子,而氧原子中孤电子对可与重金属离子形成化学配位的作用[17],有利于重金属离子的捕捉,进而可以对养殖水体中的重金属离子实现有效地去除。
总之,使用K2FeO4作为养殖废水的净化剂具有重要的理论意义和实际应用价值,具有广阔的开展前景,研究结果将为K2FeO4在处理养殖废水中的应用提供一定的理论指导意义。
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