O3/UV水處理系統，在觀賞魚養殖中，如何去除水中病菌和汙染物？

文|面包夾知識

編輯|面包夾知識

«——【·前言·】——»

中國觀賞魚養殖産業近年來呈現出快速發展的趨勢。根據2022年的數據，全國觀賞魚産業産值達到110.92億元，同比增長16.93%，其中淡水觀賞魚産值達96.43億元。

觀賞魚養殖業作爲典型的水資源依賴型行業，其發展受到養殖水質優劣的直接影響，爲了確保觀賞魚養殖生産安全，對觀賞魚養殖水質進行有效處理至關重要。

目前，生物法是最常見的觀賞水族水處理方法，然而該方法存在一些不足，例如占地面積大、啓動速度慢，且缺乏消毒滅菌功能，因此觀賞養殖需要探索更高效的水處理技術。

臭氧(O3)和紫外線(UV)被廣泛應用于水産養殖水處理中，O3是一種較強氧化劑，可去除水中的無機汙染物和有機汙染物，同時也具有較強的殺菌能力，且對水質條件的影響較小。

而UV則可以有效殺滅微生物，但其無法去除養殖水中的氨氮和有機物，且易受水體渾濁度的影響。

單一的水處理技術在實際應用中往往具有一定局限性，但耦合技術可以將不同技術進行有效組合，以提高水處理效率。

已有研究表明，在UV的照射下，水中的O3可以産生氧化性更強的羟基自由基(•OH)，其氧化還原電位達2.80V，•OH的化學反應速率常數比O3高出近7個數量級，可顯著提高難降解有機汙染物的礦化效率。

•OH不但可以有效去除水中鐵錳離子、硫化物、腐殖質等無機和有機汙染物，還可以有效殺滅病毒和細菌，且反應過程不受水質條件影響。

而且•OH的壽命極短，水處理過程不會産生二次化學汙染，那麽在淡水觀賞魚養殖的水處理中，將O3和UV兩種水處理技術耦合，構建的O3/UV水處理系統，如何去除觀賞魚養殖水中的無機汙染物、有機汙染物和致病菌呢？

«——【·O3/UV水處理系統的構建·】——»

O3/UV水處理系統如圖1所示，主要由圓柱形玻璃鋼水槽(容積300L)、管道增壓泵(功率370W，最高揚程38m)、空氣源O3發生器(功率80W，臭氧産量3g/h)、管道式UV裝置(功率40W，主波長254nm，UV燈管長80cm)、活性炭罐(高108cm，直徑22cm)及PP棉過濾器(孔徑5μm)組成。

玻璃鋼水槽底部出水管口與管道增壓泵相連，O3發生器通過射流混合器與主管道連接，産生的O3在主管道中與待處理水混合後，流經管道式UV裝置，再流經活性炭罐和PP棉過濾器後，自流回玻璃鋼水槽。

試驗過程中玻璃鋼水槽內待處理水量爲200L，系統中水的流速控制在950L/h。

參考錦鯉養殖過程中的水質狀況，將一定量分析純的氯化铵、亞硝酸鈉和葡萄糖配制成母液後添加到玻璃鋼水槽中，使得配制水中總氨態氮(TAN)初始濃度分別爲0.51、0.96和1.97mg/L，亞硝酸鹽氮(NO2--N)初始濃度分別爲0.34、0.62和1.08mg/L，化學需氧量(COD)初始濃度分別爲2.05、5.30和11.37mg/L。

O3/UV系統啓動運行後，定時取玻璃鋼水槽中的水樣，每個樣品均三個重複。

水中TAN、NO2--N和COD濃度的測定分別采用次溴酸鹽氧化法、鹽酸萘乙二胺分光光度法和堿性高錳酸鉀法(GB17378.4-2007)。

O3/UV系統對水中汙染物的去除率RA(%)和去除效率RE(mg/(L·h))可分別用如下公式計算：

爲了考察O3/UV對大腸杆菌Escherichiacoli的殺滅效果，將取自于大連海洋大學病害實驗室的大腸杆菌單菌落加到滅菌後的LB肉湯培養基中，恒溫振蕩過夜(37℃，150r/h，12h)培養。

將培養的大腸杆菌菌液加入玻璃鋼水槽中，O3/UV耦合系統啓動後7.5、15.0、22.5和30.0min取水樣100.0mL，水樣經0.22μm濾膜過濾後，濾膜上截留物用生理鹽水沖洗到15mL離心管中形成懸濁液，以生理鹽水爲參比，調節測定OD600的值爲0.3。

取1.0mL調節之後的菌液爲原液，用無菌水逐步將原液稀釋爲10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8的菌液，設置3個平行。

將原液和稀釋液各取200.0μL均勻塗布到LB瓊脂培養基表面，將接種好的平板倒置放于37℃恒溫培養箱中培養12h。

取出培養後的平板，以30~200個單菌落的稀釋度計數，根據統計的菌落數，計算出同一稀釋度3個平板的菌落平均數，水樣中大腸杆菌量(cfu/mL)=同一稀釋度3次重複的平均菌落數×稀釋倍數×5。

試驗所用錦鯉(體長(13.1±0.4)cm，體重(64.8±8.0)g)購自遼甯省大連市香爐礁花鳥魚市場，暫養期間日投餌量爲魚體平均體重的3%~5%。

取200L錦鯉養殖水置于O3/UV水處理系統的玻璃鋼水槽中，水中TAN、NO2--N和COD初始濃度分別爲2.21、0.59和4.61mg/L，O3/UV水處理系統啓動後分別于第3、6、9和12h取玻璃鋼水槽中水樣，每個樣品三個平行，測定水中TAN、NO2--N和COD濃度。

«——【·養殖水質的處理效果·】——»

圖2爲O3/UV水處理系統對配制水中TAN的去除效果。

由圖2可知，水中不同初始濃度的TAN經O3/UV處理過程中，TAN的濃度均呈下降趨勢。當水中TAN的初始濃度爲0.51mg/L時，處理12h後TAN濃度降至0.21mg/L，去除率達到58.8%；

當TAN初始濃度爲0.96mg/L時，12h後水中TAN濃度降至0.53mg/L，去除率爲44.8%；

當水中TAN的初始濃度爲1.97mg/L時，經過12h的處理後，水中TAN濃度降至1.30mg/L，去除率爲34.0%。

結果表明，O3/UV水處理系統能夠實現水中的TAN去除，但對水中TAN的去除率隨著水中TAN初始濃度的增高而降低。

圖3爲O3/UV水處理系統對配制水中NO2--N的去除，可見配制水中NO2--N濃度隨處理時間增加而快速降低。

當配制水中NO2--N的初始濃度爲0.34mg/L時，處理1h後，水中NO2--N濃度降至0.030mg/L，NO2--N的去除率達到91.1%；

當水中NO2--N的初始濃度爲0.62mg/L時，1h後水中NO2--N濃度降至0.19mg/L，NO2--N去除率爲69.3%；

當NO2--N的初始濃度爲1.08mg/L時，經過1h的O3/UV處理後，水中NO2--N濃度降至0.64mg/L，NO2--N的去除率爲40.7%。

結果表明，O3/UV水處理系統能夠有效去除水中NO2--N，但對水中NO2--N的去除率隨著水中NO2--N初始濃度的增高而降低。

圖4爲O3/UV水處理系統對配制水中COD的處理效果。

由圖4可知，水中COD濃度均隨處理時間增加而降低。當配制水中COD的初始濃度爲2.05mg/L時，經過12h的處理，水中COD的濃度降至1.18mg/L，COD的去除率爲42.4%；

當水中COD的初始濃度爲5.30mg/L時，12h後水中COD濃度降至1.54mg/L，COD的去除率達到70.9%；

當配制水中COD的初始濃度提升至11.37mg/L時，經過12h的處理，水中COD濃度降至7.22mg/L，COD的去除率僅爲36.5%。

結果可知，當水中COD的初始濃度分別爲2.05、5.30和11.37mg/L時，究構建的O3/UV水處理系統在12h內對初始濃度爲5.30mg/L的COD去除率最高。

O3/UV水處理系統對配制水中TAN、NO2--N和COD的去除效率如表1所示。

由表1可知，O3/UV水處理系統對配制水中TAN、NO2--N和COD的去除效率均隨初始濃度的增加而增加。

當配制水中TAN的初始濃度從0.51mg/L升高至1.97mg/L時，O3/UV水處理系統對TAN的去除效率從0.025mg/(L·h)提高至0.056mg/(L·h)。

O3/UV水處理系統對配制水中NO2--N的去除效率明顯高于對TAN的去除，當配制水中NO2--N的初始濃度爲1.08mg/L時，O3/UV水處理系統對其去除效率可以達到0.440mg/(L·h)。

O3/UV水處理系統對配制水中COD的去除效率與水中COD的初始濃度有關，當水中COD濃度從2.05mg/L升高至11.37mg/L時，O3/UV水處理系統對水中COD的去除效率從0.037mg/(L·h)提高至0.346mg/(L·h)。

圖5爲O3/UV水處理系統對水中大腸杆菌的處理效果。

如圖5所示，水中大腸杆菌的初始濃度爲1.575×108cfu/mL，采用O3/UV水處理系統處理0.125h後，水中大腸杆菌濃度降至6.45×107cfu/mL。隨著水處理時間延長，水中大腸杆菌濃度持續下降，0.5h後水中大腸杆菌濃度降至1.525×107cfu/mL，對大腸杆菌的殺滅率已達到90%以上。

選擇錦鯉養殖水爲實際水處理對象，圖6爲O3/UV水處理系統對錦鯉養殖水中TAN、NO2--N和COD的去除效果。