作者：周烜亦 蒋树义 韩世成 郭常有 陈忠祥 房燕 曹广斌 单位：中国水产科学研究院黑龙江水产研究所 上海海洋大学工程学院
1材料与方法
水箱长4．2m，宽1．8m，高1．6m。水约10t，利用养殖水体，水泵为20t/h，温度为20℃。试验设备布局如图1所示，气源(空气或氧气)在一定压力下进入臭氧发生器，产生臭氧后通过管道进入鼓泡塔，与水泵抽上来的试验用水液相混合反应，残余气体从出气管排出。和臭氧反应充分的水体从出水管排入水箱，用传感器进行测量，监测数据传输给电脑并自动记录在电脑中。试验开始后，开启臭氧检测仪30min，待其稳定之后开启臭氧发生装置，并打开监控软件自动记录采样数据，采样频率为2次/s，待水池中残留臭氧浓度稳定之后关闭臭氧发生装置系统，导出数据曲线并打印。
1．1臭氧的产生XY－19型臭氧发生器臭氧产量为100g/h。该发生器主要由压缩空气净化系统、臭氧发生系统、电控系统、臭氧化气体应用系统等组成。试验分别设计了空气和氧气作为气源产生臭氧的2种方法。空气是常用的臭氧产生方法，氧气是为了提高臭氧的产生效率而采用的方法。臭氧浓度按重量计最高可达6%;氧气从空气中制备，纯度达95%。为了满足生产过程中臭氧用量的不同需要，氧气产量可在设计能力的100%～60%之间进行调节。
1．2臭氧的溶解系统本试验系统采用的是鼓泡塔反应器，布气盘向液体鼓泡塔内充入含有臭氧的气体，气体在水流和气流的作用下形成气泡，上升穿过液柱，经过逆流和顺流混合过程，使臭氧氨氮充分反应，实现氧化目的的同时，减少在水体中的残留［10］。本试验采用了高3m的双层逆－顺流鼓泡塔。
1．3臭氧浓度的监测监测传感器采用的是哈希公司生产的9185sc在线臭氧分析仪。该检测仪采用选择性膜电极，不受样品中的pH值、氯、溴、二氧化氯或过氧化氢的干扰，测量范围0～20mg/L，测量精度±5μg/L。
1．3．1监控系统的开发监控系统由上位机、下位机、模拟量输入模块构成。模拟量输入模块采用哈希公司的SC100控制器，控制器采集9185sc传感器的信号将其转换成模拟信号发送给下位机。下位机采用西门子公司生产的s7－200型PLC进行数据采集，通过通信电缆传输给上位机，上位机中安装组态王监控软件。组态王监控软件能够实时采集PLC传输的数据，并自动画出变化趋势图表，通过软件的报表功能还可以查询记录的历史数据并导入Excel软件便于以后的处理。根据监控工程的需要，在软件的界面中制作3个功能窗口，每个窗口完成特定的功能。
1．3．2历史趋势曲线控件窗口利用软件的历史趋势曲线控件，可以将PLC采集到的数据记录下来并自动连成1条趋势曲线，横坐标为采样时间，纵坐标为溶解臭氧含量，所有数据存入历史库以备查询。该窗口有自动打印功能，可将形成的历史趋势曲线定时打印，以利于日后查阅［11］。1．3．3报表窗口利用软件报表功能可从组态王历史数据库中查到之前记录的所有数据，包括PLC采集的溶解臭氧含量和对应采样时间。该报表可自定义所要查询的变量和时间间隔，并显示在列表中，便于试验中随时掌握数据变化情况。
2结果与分析
由图2可知，空气产生臭氧氧化氨氮之后在水中残余量很少，低于5μg/L的精度范围，表现为3μg/L的1条直线。这是因为20℃时臭氧在纯净水中的半衰期仅20min，而在水产养殖系统中，水体中较高的有机物和亚硝酸盐含量导致臭氧的半衰期更短，有时甚至达到15s，这使得臭氧更加难以残留。同时，空气中氧气只有21%左右，产生的臭氧含量少，反应后的残留很少;而养殖水体为10t，循环1次时间约为30min，时间较长，这也导致臭氧残留较少。因此，在水体循环次数小于2次/h的条件下，利用空气产生臭氧氧化养殖水体中的氨氮不会产生臭氧残留，不会对养殖鱼类产生任何不良影响，是安全可行的。由图3可知，臭氧在水中的溶解过程是一个非线性过程。11:20开始加入臭氧，2h以内接近峰值(达到20μg/L)，在随后的混合阶段中，溶解过程比较缓慢，4h左右达到最大值25μg/L，并在此浓度附近震荡波动。监测数据表明，使用纯氧产生臭氧进行氧化氨氮，臭氧残留浓度在8～60μg/L的安全阀值内。但是，由于其最大值高于8μg/L的最低安全值，对一些对臭氧比较敏感的鱼类(比如斑点叉尾［8］)来说，最好避免使用纯氧产生臭氧的方式，或者减少循环次数，延长反应时间，以确保处理过程的安全性。相对于空气产生臭氧氧化氨氮，纯氧产生的臭氧系统被广泛应用，因为其臭氧产生效率是空气的2～3倍［12］。由于纯氧产生的臭氧浓度较高，其溶解效率也比较高，导致臭氧残余较多，使用中应根据不同养殖鱼类的要求，选择适当的处理方法，限制臭氧在水中的残留浓度。
3结论与讨论
通过监测工厂化养殖水体氨氮臭氧氧化过程中水体的臭氧浓度，确定了空气和纯氧产生臭氧方式的不同应用范围，为臭氧氧化养殖水体氨氮的应用奠定了基础。本试验采用基于PLC的组态监控软件来进行自动化监控，自动化采集试验数据，实时采集数据，系统准确可靠;验证了使用空气与纯氧产生臭氧在鼓泡塔中氧化氨氮安全可靠，可以应用于工厂化养殖;比较了空气与纯氧产生臭氧在鼓泡塔中氧化氨氮后的臭氧残余情况，纯氧产生臭氧处理后有少量的残余臭氧，而空气产生臭氧处理后并没有残余臭氧。对氧化氨氮的要求较高时应使用纯氧产生臭氧，但如果鱼类对臭氧比较敏感，则应当使用空气产生臭氧。常用的臭氧溶解混合方式有鼓泡法、射流法等，本试验采用的是鼓泡塔方式，使用射流器时水中臭氧浓度在前60min内达到0．1mg/L，180min时达到了0．15mg/L［13］，其溶解性能大大优于鼓泡塔而臭氧残余浓度也极高。使用射流器更适合进行短时间消毒杀菌处理，而使用鼓泡塔空气产生臭氧更适合长时间的氧化氨氮处理且不会有臭氧残余。要提高鼓泡塔的效率，可以采用微孔曝气的方法，达到曝气均匀、充氧效率高的效果。
