作者：周?@亦 蔣樹義 韓世成 郭常有 陳忠祥 房燕 曹廣斌 單位：中國水產科學研究院黑龍江水產研究所 上海海洋大學工程學院

1材料與方法

水箱長4．2m，寬1．8m，高1．6m。水約10t，利用養殖水體，水泵為20t/h，溫度為20℃。試驗設備布局如圖1所示，氣源(空氣或氧氣)在一定壓力下進入臭氧發生器，產生臭氧后通過管道進入鼓泡塔，與水泵抽上來的試驗用水液相混合反應，殘余氣體從出氣管排出。和臭氧反應充分的水體從出水管排入水箱，用傳感器進行測量，監測數據傳輸給電腦并自動記錄在電腦中。試驗開始后，開啟臭氧檢測儀30min，待其穩定之后開啟臭氧發生裝置，并打開監控軟件自動記錄采樣數據，采樣頻率為2次/s，待水池中殘留臭氧濃度穩定之后關閉臭氧發生裝置系統，導出數據曲線并打印。

1．1臭氧的產生XY－19型臭氧發生器臭氧產量為100g/h。該發生器主要由壓縮空氣凈化系統、臭氧發生系統、電控系統、臭氧化氣體應用系統等組成。試驗分別設計了空氣和氧氣作為氣源產生臭氧的2種方法。空氣是常用的臭氧產生方法，氧氣是為了提高臭氧的產生效率而采用的方法。臭氧濃度按重量計最高可達6%;氧氣從空氣中制備，純度達95%。為了滿足生產過程中臭氧用量的不同需要，氧氣產量可在設計能力的100%～60%之間進行調節。

1．2臭氧的溶解系統本試驗系統采用的是鼓泡塔反應器，布氣盤向液體鼓泡塔內充入含有臭氧的氣體，氣體在水流和氣流的作用下形成氣泡，上升穿過液柱，經過逆流和順流混合過程，使臭氧氨氮充分反應，實現氧化目的的同時，減少在水體中的殘留［10］。本試驗采用了高3m的雙層逆－順流鼓泡塔。

1．3臭氧濃度的監測監測傳感器采用的是哈希公司生產的9185sc在線臭氧分析儀。該檢測儀采用選擇性膜電極，不受樣品中的pH值、氯、溴、二氧化氯或過氧化氫的干擾，測量范圍0～20mg/L，測量精度±5μg/L。

1．3．1監控系統的開發監控系統由上位機、下位機、模擬量輸入模塊構成。模擬量輸入模塊采用哈希公司的SC100控制器，控制器采集9185sc傳感器的信號將其轉換成模擬信號發送給下位機。下位機采用西門子公司生產的s7－200型PLC進行數據采集，通過通信電纜傳輸給上位機，上位機中安裝組態王監控軟件。組態王監控軟件能夠實時采集PLC傳輸的數據，并自動畫出變化趨勢圖表，通過軟件的報表功能還可以查詢記錄的歷史數據并導入Excel軟件便于以后的處理。根據監控工程的需要，在軟件的界面中制作3個功能窗口，每個窗口完成特定的功能。

1．3．2歷史趨勢曲線控件窗口利用軟件的歷史趨勢曲線控件，可以將PLC采集到的數據記錄下來并自動連成1條趨勢曲線，橫坐標為采樣時間，縱坐標為溶解臭氧含量，所有數據存入歷史庫以備查詢。該窗口有自動打印功能，可將形成的歷史趨勢曲線定時打印，以利于日后查閱［11］。1．3．3報表窗口利用軟件報表功能可從組態王歷史數據庫中查到之前記錄的所有數據，包括PLC采集的溶解臭氧含量和對應采樣時間。該報表可自定義所要查詢的變量和時間間隔，并顯示在列表中，便于試驗中隨時掌握數據變化情況。

2結果與分析

由圖2可知，空氣產生臭氧氧化氨氮之后在水中殘余量很少，低于5μg/L的精度范圍，表現為3μg/L的1條直線。這是因為20℃時臭氧在純凈水中的半衰期僅20min，而在水產養殖系統中，水體中較高的有機物和亞硝酸鹽含量導致臭氧的半衰期更短，有時甚至達到15s，這使得臭氧更加難以殘留。同時，空氣中氧氣只有21%左右，產生的臭氧含量少，反應后的殘留很少;而養殖水體為10t，循環1次時間約為30min，時間較長，這也導致臭氧殘留較少。因此，在水體循環次數小于2次/h的條件下，利用空氣產生臭氧氧化養殖水體中的氨氮不會產生臭氧殘留，不會對養殖魚類產生任何不良影響，是安全可行的。由圖3可知，臭氧在水中的溶解過程是一個非線性過程。11:20開始加入臭氧，2h以內接近峰值(達到20μg/L)，在隨后的混合階段中，溶解過程比較緩慢，4h左右達到最大值25μg/L，并在此濃度附近震蕩波動。監測數據表明，使用純氧產生臭氧進行氧化氨氮，臭氧殘留濃度在8～60μg/L的安全閥值內。但是，由于其最大值高于8μg/L的最低安全值，對一些對臭氧比較敏感的魚類(比如斑點叉尾［8］)來說，最好避免使用純氧產生臭氧的方式，或者減少循環次數，延長反應時間，以確保處理過程的安全性。相對于空氣產生臭氧氧化氨氮，純氧產生的臭氧系統被廣泛應用，因為其臭氧產生效率是空氣的2～3倍［12］。由于純氧產生的臭氧濃度較高，其溶解效率也比較高，導致臭氧殘余較多，使用中應根據不同養殖魚類的要求，選擇適當的處理方法，限制臭氧在水中的殘留濃度。

3結論與討論

通過監測工廠化養殖水體氨氮臭氧氧化過程中水體的臭氧濃度，確定了空氣和純氧產生臭氧方式的不同應用范圍，為臭氧氧化養殖水體氨氮的應用奠定了基礎。本試驗采用基于PLC的組態監控軟件來進行自動化監控，自動化采集試驗數據，實時采集數據，系統準確可靠;驗證了使用空氣與純氧產生臭氧在鼓泡塔中氧化氨氮安全可靠，可以應用于工廠化養殖;比較了空氣與純氧產生臭氧在鼓泡塔中氧化氨氮后的臭氧殘余情況，純氧產生臭氧處理后有少量的殘余臭氧，而空氣產生臭氧處理后并沒有殘余臭氧。對氧化氨氮的要求較高時應使用純氧產生臭氧，但如果魚類對臭氧比較敏感，則應當使用空氣產生臭氧。常用的臭氧溶解混合方式有鼓泡法、射流法等，本試驗采用的是鼓泡塔方式，使用射流器時水中臭氧濃度在前60min內達到0．1mg/L，180min時達到了0．15mg/L［13］，其溶解性能大大優于鼓泡塔而臭氧殘余濃度也極高。使用射流器更適合進行短時間消毒殺菌處理，而使用鼓泡塔空氣產生臭氧更適合長時間的氧化氨氮處理且不會有臭氧殘余。要提高鼓泡塔的效率，可以采用微孔曝氣的方法，達到曝氣均勻、充氧效率高的效果。