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(chǎn)科學研究院黑龍江水產(chǎn)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(yǎng)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(fā)生器，產(chǎn)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(jiān)測數(shù)據(jù)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(wěn)定之后開啟臭氧發(fā)生裝置，并打開監(jiān)控軟件自動記錄采樣數(shù)據(jù)，采樣頻率為2次/s，待水池中殘留臭氧濃度穩(wěn)定之后關閉臭氧發(fā)生裝置系統(tǒng)，導出數(shù)據(jù)曲線并打印。

1．1臭氧的產(chǎn)生XY－19型臭氧發(fā)生器臭氧產(chǎn)量為100g/h。該發(fā)生器主要由壓縮空氣凈化系統(tǒng)、臭氧發(fā)生系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、臭氧化氣體應用系統(tǒng)等組成。試驗分別設計了空氣和氧氣作為氣源產(chǎn)生臭氧的2種方法。空氣是常用的臭氧產(chǎn)生方法，氧氣是為了提高臭氧的產(chǎn)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(chǎn)過程中臭氧用量的不同需要，氧氣產(chǎn)量可在設計能力的100%～60%之間進行調(diào)節(jié)。

1．2臭氧的溶解系統(tǒng)本試驗系統(tǒng)采用的是鼓泡塔反應器，布氣盤向液體鼓泡塔內(nèi)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(jīng)過逆流和順流混合過程，使臭氧氨氮充分反應，實現(xiàn)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(jiān)測監(jiān)測傳感器采用的是哈希公司生產(chǎn)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(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)由上位機、下位機、模擬量輸入模塊構(gòu)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(zhuǎn)換成模擬信號發(fā)送給下位機。下位機采用西門子公司生產(chǎn)的s7－200型PLC進行數(shù)據(jù)采集，通過通信電纜傳輸給上位機，上位機中安裝組態(tài)王監(jiān)控軟件。組態(tài)王監(jiān)控軟件能夠?qū)崟r采集PLC傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，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(shù)據(jù)并導入Excel軟件便于以后的處理。根據(jù)監(jiān)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(tài)王歷史數(shù)據(jù)庫中查到之前記錄的所有數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)變化情況。

2結(jié)果與分析

由圖2可知，空氣產(chǎn)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(xiàn)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(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)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(chǎn)生的臭氧含量少，反應后的殘留很少;而養(yǎng)殖水體為10t，循環(huán)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(huán)次數(shù)小于2次/h的條件下，利用空氣產(chǎn)生臭氧氧化養(yǎng)殖水體中的氨氮不會產(chǎn)生臭氧殘留，不會對養(yǎng)殖魚類產(chǎn)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(nèi)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(jiān)測數(shù)據(jù)表明，使用純氧產(chǎn)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(nèi)。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(chǎn)生臭氧的方式，或者減少循環(huán)次數(shù)，延長反應時間，以確保處理過程的安全性。相對于空氣產(chǎn)生臭氧氧化氨氮，純氧產(chǎn)生的臭氧系統(tǒng)被廣泛應用，因為其臭氧產(chǎn)生效率是空氣的2～3倍［12］。由于純氧產(chǎn)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(jù)不同養(yǎng)殖魚類的要求，選擇適當?shù)奶幚矸椒ǎ拗瞥粞踉谒械臍埩魸舛取?

3結(jié)論與討論

通過監(jiān)測工廠化養(yǎng)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(chǎn)生臭氧方式的不同應用范圍，為臭氧氧化養(yǎng)殖水體氨氮的應用奠定了基礎。本試驗采用基于PLC的組態(tài)監(jiān)控軟件來進行自動化監(jiān)控，自動化采集試驗數(shù)據(jù)，實時采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)準確可靠;驗證了使用空氣與純氧產(chǎn)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(yǎng)殖;比較了空氣與純氧產(chǎn)生臭氧在鼓泡塔中氧化氨氮后的臭氧殘余情況，純氧產(chǎn)生臭氧處理后有少量的殘余臭氧，而空氣產(chǎn)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(chǎn)生臭氧，但如果魚類對臭氧比較敏感，則應當使用空氣產(chǎn)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(nèi)達到0．1mg/L，180min時達到了0．15mg/L［13］，其溶解性能大大優(yōu)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(chǎn)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。