Purification effect of hydrolysis ozone treatment on water quality of arecirculating aquaculture system of perch (Lateolabrax japonicus)
-
摘要:
水解法臭氧具有显著的杀菌和净化作用，在循环水养殖系统中展现出广阔的应用前景。为探明水解法臭氧的水质净化效果，研究构建了以该技术为核心的花鲈 (Lateolabrax japonicus) 循环水养殖系统，进行了为期120 d的养殖实验，并设置了30、60和90 min 3种不同的臭氧曝气时长处理组。结果显示：1) 在高密度养殖条件下，花鲈生长良好，体质量日均增长约4.43 g，成活率达70.22%，且养殖过程中未出现鱼病；2) 水解法臭氧曝气能净化养殖尾水，显著去除氨氮 (NH3-N) 和亚硝酸盐 (${\mathrm{NO}}_2^{\text{−}}$)，降低化学需氧量 (COD)，同时提升水体溶解氧 (DO)和pH，且对水体总氮 (TN) 和硝酸盐 (${\mathrm{NO}}_3^{\text{−}}$) 的影响较小；3) 水解法臭氧曝气时长越长，循环水养殖系统中的COD、NH3-N、${\mathrm{NO}}_2^{\text{−}}$的去除效果越好，在通气90 min条件下 (臭氧质量浓度达0.63 mg·L−1)，COD、NH3-N和${\mathrm{NO}}_2^{\text{−}}$的去除率分别达到44.32%、36.85%和79.27%。综上所述，水解法臭氧在提高循环水养殖密度、预防鱼病以及净化尾水水质方面均表现出良好的效果。
Abstract:The hydrolysis ozone which has strong bactericidal and purification effects has great potential for application inrecirculating aquaculture system (RAS). To investigate the water purification effect of hydrolysis ozone, we constructed a RAS for perches (Lateolabrax japonicus) mainly using hydrolysis ozone treatment during a 120 days' aquaculture period. Wemeasured the effects of different hydrolysis ozone aeration duration (30 min, 60 min, 90 min) on the water quality of the RAS. The results show that: 1) Perches grew well in a high-density aquaculture system, and their mass increased about 4.43 g every day with the final survival rate of 70.22%. No fish diseases were observed during the aquaculture process. 2) Hydrolysis ozone aeration could purify the RAS tail water by effectively removing ammonia nitrogen and nitrite, reducing the biochemical oxygendemand (COD) of tail water, and increasing dissolved oxygen (DO) and pH. Besides, it had less impacts on the increase of total nitrogen content (TN) and nitrate content. 3) The longer the ozone aeration time was, the better the removal effect of COD,ammonia nitrogen, and nitrite in the RAS would be. Under the 90-minute aeration treatment (Ozone mass concentration reached to 0.63 mg·L−1), the removal rates of COD, NH3-N, and ${\mathrm{NO}}_2^{\text{−}}$ reached 44.32%, 36.85%, and 79.27%, respectively. Therefore, it is concluded that hydrolysis ozone has a good effect on improving the density of RAS, effectively controlling the occurrence of fish diseases and purifying the tail water of RAS.
-
近年来，为了满足人们对海产品与日俱增的需求，海水养殖规模不断扩大，养殖环境恶化日趋严重，导致病害频发，成为海水养殖可持续发展的瓶颈问题[1-3]。哈维氏弧菌(Vibrio harveyi)是一种革兰氏阴性菌，广泛分布于海洋环境中，是海水养殖动物的重要致病菌，给海水养殖业造成了巨大损失[4-6]。抗生素因其起效快、效果好等优点，成为防治海水养殖动物病害的常用药[7]。然而由于抗生素存在病菌耐药、环境污染和药物残留等负面影响，必须科学合理使用[8-9]。中草药具有抗菌、抗病毒、抗虫、抗应激、增加食欲、提供营养、促进生长和增强免疫力等多重功效；且因中草药为天然药物，在机体内容易消除、在环境中容易降解、毒副作用小，具有很好的开发前景。然而中草药一般具有起效慢、作用温和、对突发性疾病的控制力弱等缺点，因而应用受限[10]。已有研究表明中草药富含活性成分，部分活性成分本身就具有抗菌活性，或可以增强抗生素的抗菌活性[11]。因此，将中草药联合低剂量抗生素进行应用，可降低两者用量、降低病原菌耐药机率和药物残留风险，两者共同应用于水产养殖动物病害，被认为是最有前途的水产动物病害防控手段之一[12]。然而，并非所有的中草药与抗生素之间都存在协同作用，为了更好地将中草药联合抗生素应用于水产动物病害防控中，研究其交互作用非常必要[13-14]。
响应面法(RSM)常用于工艺条件优化[15-16]。RSM在合理的实验设计下，能以最少的实验点数，获取最大限度的实验信息，其采用多元二次回归法作为函数估计的工具，研究各因素间对考察指标(响应值)的交互影响，精确地描述各因素和响应值之间的关系。乌梅(Fructus mume)是由双子叶植物药蔷薇科植物梅的干燥近成熟果实加工而成[17]。已有研究表明乌梅提取液具有显著的抗哈维氏弧菌活性[18-20]，本文在采用琼脂扩散法确认乌梅水提液体外抗哈维氏弧菌活性的基础上，采用全组合方法初步筛选与乌梅水提液具有协同效应的抗生素，然后采用中心组合实验设计方法(CCD)结合RSM，分析乌梅水提液与抗生素对哈维氏弧菌的抑制活性，以确定乌梅水提液与抗生素之间的最佳配比，为乌梅联合抗生素防治弧菌病提供实验依据。
1. 材料与方法
1.1 实验原料、试剂与仪器
乌梅购于海南源安隆药品超市；强力霉素、金霉素和土霉素购于宁波瑞源生物科技有限公司(粉剂，HPLC≥99.8%)；链霉素和新霉素购于北京拜尔迪生物技术公司(粉剂，HPLC≥99.8%)，四环素购于Sigma公司(粉剂，HPLC≥99.8%)；哈维氏弧菌为本实验室分离鉴定和保存。
液体培养基(g·L–1)为酵母粉1、蛋白胨5、氯化钠(NaCl ) 30、牛肉膏3，用1 mol·L–1的氢氧化钠(NaOH)或盐酸(HCl)调节pH至7.5；半固体培养基(上层培养基)由液体培养基中加入1%的琼脂粉制备而成；固体培养基(下层培养基)由液体培养基中加入2%的琼脂粉制备而成。
1.2 实验方法
1.2.1 乌梅水提液样品制备
乌梅在80 ℃烘箱中干燥2 h，去核，研钵研碎，过40目筛，称5.0 g于250 mL具塞三角瓶中，加50 mL去离子水，浸润30 min，沸水浴提取30 min，8 000 r·min–1离心10 min，取上清过0.22 μm微孔滤膜，制成药物质量浓度为1 g·mL–1的乌梅水提液样品。
1.2.2 体外抗哈维氏弧菌活性测定
菌悬液的制备：冻存的哈维氏弧菌转移至液体培养基中，30 ℃、 150 r·min–1培养24 h，按1‰接种量接入新液体培养基中，30 ℃、150 r·min–1培养16 h，按此条件再传一代，培养液3 000 g离心10 min，收集菌体，用无菌生理盐水重悬菌体并将其OD600 nm调整至0.8 (活菌数约为2.82×108 CFU·mL–1)，制成菌悬液。
抗哈维氏弧菌体外抑菌活性测定参考Tramer和Flower[21]。将固体培养基湿热灭菌后，趁热倒入培养皿中，每个培养皿15 mL，平放静置冷凝，按体积分数2%接种量将菌悬液接入低于50 ℃未冷凝的半固体培养基中，然后倒入含冷凝的固体培养基培养皿中，每个培养皿10 mL，摇匀，平放静置冷凝。用直径5 mm打孔器在双层培养基上均匀打3个孔，在每个孔中加60 μL样品液，30 ℃培养16 h，用游标卡尺测量抑菌圈直径，每个样品平行测3次，取平均值作为该样品的抑菌圈直径。
标准曲线绘制。按表1设计浓度，制备6个等比浓度梯度的乌梅水提液和抗生素标准溶液，琼脂扩散法测定其抑菌圈直径，以浓度对数为横坐标(C)，抑菌圈直径为纵坐标(Y，cm)，绘制标准曲线。
表 1 各药物的标准方程及其参数Table 1. Standard functions and parameters of each drug药物名称
drug标准曲线
standard curve质量浓度范围/mg·mL–1
range of concentrationR2 乌梅水提液 F. mume water extract Y=8.688 0lgC−5.799 0 20~100 0.939 6 四环素 tetracycline Y=7.088 0lgC+18.893 8 0.07~0.52 0.986 9 土霉素 oxytetracycline Y=5.400 1lgC+14.388 4 0.03~0.58 0.961 9 强力霉素 deoxytetracycline Y=3.927 2lgC+15.835 6 0.10~1.55 0.935 5 金霉素 aureomycin Y=3.667 4lgC+16.121 0 0.03~0.58 0.991 4 新霉素 neomycin Y=7.116 0lgC+15.598 0 0.10~0.80 0.941 0 链霉素 streptomycin Y=10.134 1lgC+15.950 4 0.15~0.65 0.927 4 1.2.3 全组合方法考察乌梅水提液与抗生素间交互作用
乌梅水提液与抗生素进行一一复合，乌梅和抗生素药物浓度与抑菌圈直径间的相关曲线回归方程分别为Y=A1lgC+B1和Y=A2lgC+B2，复合液中乌梅水提液和抗生素的浓度分别为C1和C2，未复合时，两种药物在该两个浓度下的抑菌圈直径分别为Y1=A1lgC1+B1和Y2=A2lgC2+B2，而乌梅水提液抑菌圈直径达Y2时其浓度为
${C_3}=10^{[({Y_2} - {B_1})/{A_1}]}$ ；抗生素抑菌圈直径为Y1时药物浓度为C4=$ 10^{[({Y_1}-{B_2})/{A_2}]}$ ；假设乌梅水提液和抗生素复合后不存在交互作用，则其抑菌圈直径范围应该介于Y3=A1lg(C1+C3)+B1和Y4=A2lg(C2+C4)+B2区间，如果抑菌圈直径小于Min(Y3，Y4)，则乌梅水提液和抗生素间存在交相抑制作用；而其抑菌圈直径大于Max(Y3，Y4)，则A和B药物存在交互促进作用，促进率为[Y–Max(Y3,Y4)]/Max(Y3, Y4)×100%。1.2.4 CCD和RSM方法考察乌梅水提液与抗生素间交互作用
乌梅水提液与1.2.3筛出的与其存在协同作用的抗生素作为考察因素，进行CCD设计实验，然后以抑菌圈直径作为响应值，进行RSM分析，分析各因素对响应值的影响和各因素之间的交互作用，以寻找各因素之间的最优配比。
2. 结果
2.1 标准曲线的绘制
按照1.2.2的标准曲线绘制方法，绘制乌梅水提液、四环素、土霉素、强力霉素、金霉素、新霉素和链霉素的标准曲线，各标准曲线及其参数见表1。由表可知，各标准曲线的相关系数(R2)高于0.927 4，表明各药物的浓度对数与抑菌圈直径呈较好的线性关系，可根据标准曲线计算其浓度范围内各药物的抑菌圈直径。
2.2 全组合实验考察乌梅水提液与抗生素之间的交互作用
采用1.2.3全组合实验设计方法考察乌梅水提液与6种抗生素对哈维氏弧菌的交互作用，它们的复合方案、估算的抑菌圈直径范围和实际测量值见表2。由表可知乌梅水提液与四环素、土霉素、强力霉素和金霉素之间有显著的交互促进作用，与新霉素和链霉素之间有显著的交互抑制作用。
表 2 全组合实验结果Table 2. Experimental design and results of combination of F. mume water extract and antibiotics抗生素
antibiotics质量浓度/mg·mL–1
concentration抑菌圈直径范围/mm
inhibitory zone diameter相互促进效率/%
synergism efficiency乌梅水提液
F. mume water extract抗生素
antibiotics估算值
predicted value测量值
actual value四环素 tetracycline 50 0.13 13.43~13.83 15.47±0.06 11.88 土霉素 oxytetracycline 0.27 12.05~12.93 16.60±0.08 28.37 强力霉素 deoxytetracycline 0.20 13.23~14.18 16.27±0.09 14.73 金霉素 aureomycin 0.13 13.01~14.02 16.32±0.07 16.35 新霉素 neomycin 0.20 12.04~12.50 10.64±0.09 − 链霉素 streptomycin 0.20 11.53~11.96 8.35±0.04 − 注：− 表示无交互促进作用
Note: − indicates no synergism effect.2.3 响应面法考察乌梅水提液与抗生素间的交互作用
表2的结果显示对乌梅水提液抗菌活性的促进作用由高到低为土霉素>金霉素>强力霉素>四环素，选择促进效率最强的前3种抗生素(土霉素、金霉素和强力霉素)与乌梅水提液进行复合，进行四因素三水平的CCD实验，其因素水平见表3，设计方案与实验结果见表4。
表 3 乌梅水提液与抗生素复合CCD设计因素水平表Table 3. Factors and levels of CCD for combination of F. mume water extract and antibioticsmg·mL–1 水平
level乌梅水提液 (X1)
F. mume water extract土霉素 (X2)
oxytetracycline金霉素 (X3)
aureomycin强力霉素 (X4)
deoxytetracycline–1 15 0.06 0.05 0.02 0 30 0.09 0.08 0.04 1 45 0.12 0.11 0.06 表 4 CCD设计方案及其实验结果Table 4. Design and results of CCD序号
No.X1 X2 X3 X4 Y/mm 序号
No.X1 X2 X3 X4 Y/mm 1 –1 –1 0 0 16.96±0.02 15 0 1 –1 0 17.06±0.07 2 –1 1 0 0 16.66±0.03 16 0 1 1 0 16.81±0.09 3 1 –1 0 0 16.51±0.14 17 –1 0 –1 0 16.53±0.16 4 1 1 0 0 17.20±0.13 18 –1 0 1 0 16.33±0.08 5 0 0 –1 –1 16.67±0.04 19 1 0 –1 0 16.85±0.05 6 0 0 –1 1 16.92±0.07 20 1 0 1 0 17.21±0.09 7 0 0 1 –1 16.72±0.05 21 0 –1 0 –1 15.83±0.04 8 0 0 1 1 17.01±0.04 22 0 –1 0 1 16.97±0.08 9 –1 0 0 –1 16.67±0.06 23 0 1 0 –1 17.33±0.12 10 –1 0 0 1 16.55±0.03 24 0 1 0 1 16.59±0.08 11 1 0 0 –1 16.87±0.08 25 0 0 0 0 16.61±0.08 12 1 0 0 1 16.79±0.07 26 0 0 0 0 16.68±0.05 13 0 –1 –1 0 16.55±0.09 27 0 0 0 0 16.66±0.04 14 0 –1 1 0 16.47±0.08 以抑菌圈直径作为响应值(Y)，各药物的浓度编码值作为变量，采用SAS RSREG程序对实验结果进行RSM分析实验，回归模型如式：
Y=16.648 3+0.142 5X1+0.197 8X2−0.001 3X3+0.063 0X4+0.064 9X12+0.246 3X1X2+0.139 0X1X3+0.008 8X1X4+0.040 6X22−0.042 5X2X3−0.473 3X2X4+0.063 4X32+0.008 0X3X4+0.039 4X42
模型的相关系数(R2)为0.827 6，说明响应值82.76%的信息量由所选变量引起，采用F检验法对模型进行显著性检验，其Pr>F值为0.009 4，表明模型显著可靠，采用F检验法对模型中各项系数进行显著性检验，结果见表5，由表可知，在设计的浓度范围内，乌梅水提液(X1)和土霉素(X2)的浓度对抑菌圈直径影响显著，土霉素的浓度对其影响为极显著，而金霉素(X3)和强力霉素(X4)在低浓度范围内对抑菌圈直径的影响并不显著。乌梅水提液与土霉素之间(X1X2)存在显著协同作用，而乌梅水提液与金霉素(X1X3)、强力霉素(X1X4)之间的相互促进作用不显著。土霉素与金霉素组合(X2X3)以及土霉素与强力霉素组合(X2X4)在模型中系数为负，表明土霉素与金霉素和强力霉素之间均存在拮抗作用，且X2X4的F检验结果呈极显著水平(Pr>F值小于0.01)，金霉素和强力霉素对响应值的促进作用并不显著(Pr>
$F_{(X_3)} $ 和Pr>$F_{(X_4)} $ 值均大于0.10)，所以考虑复合时不添加金霉素和强力霉素。图1~图6为两两药物之间的交互作用响应曲面图，可以直观地观察到两两药物对响应值的影响；由图1可知Y沿着(–1，–1)至(1，1)直线剧增，表明乌梅水提液与土霉素存在显著的交互促进作用，图2和图3也呈图1类似趋势，但它们两两因素之间的交互促进作用不如图1显著；图4和图5的响应曲面为凹曲面，且它们的至高点位于(–1，1)和(1，–1)区域，表明土霉素与金霉素、强力霉素之间存在交互抑制作用，图4的响应曲面相对平缓，表明土霉素和金霉素之间的交互抑制不是很显著，图5中(1，1)区域的响应值显著低于(–1，1)和(1，–1)区域，表明土霉素与强力霉素之间存在显著抑制作用；图6整个响应曲面都很平缓，表明金霉素和强力霉素对响应值的影响不显著。![]()
图 1 Y=f$({X_1},{X_2})$ 的响应面图和等高线图Figure 1. Responsive surfaces and contours of Y=f$({X_1},{X_2})$ ![]()
图 2 Y=f$({X_1},{X_3})$ 的响应面图和等高线图Figure 2. Responsive surfaces and contours of Y=f$({X_1},{X_3})$ ![]()
图 3 Y=f$({X_1},{X_4})$ 的响应面图和等高线图Figure 3. Responsive surfaces and contours of Y=f$({X_1},{X_4})$ ![]()
图 4 Y=f$({X_2},{X_3})$ 的响应面图和等高线图Figure 4. Responsive surfaces and contours of Y=f$({X_2},{X_3})$ ![]()
图 5 Y=f$({X_2},{X_4})$ 的响应面图和等高线图Figure 5. Responsive surfaces and contours of Y=f$({X_2},{X_4})$ 表 5 RSM统计分析结果Table 5. Statistical results of RSM analysis来源
source自由度
df平方和
SS均方差
MSF Pr>F X1 1 0.243 7 0.243 7 6.953 8 0.021 7 X2 1 0.469 7 0.469 7 13.402 7 0.003 3 X3 1 0.000 0 0.000 0 0.000 6 0.980 7 X4 1 0.047 6 0.047 6 1.359 2 0.266 3 X12 1 0.022 4 0.022 4 0.640 6 0.439 1 X1X2 1 0.242 6 0.242 6 6.921 9 0.021 9 X1X3 1 0.077 3 0.077 3 2.205 5 0.163 3 X1X4 1 0.000 3 0.000 3 0.008 7 0.927 1 X22 1 0.008 8 0.008 8 0.251 2 0.625 3 X2X3 1 0.007 2 0.007 2 0.206 2 0.657 9 X2X4 1 0.895 9 0.895 9 25.565 5 0.000 3 X32 1 0.021 4 0.021 4 0.611 3 0.449 5 X3X4 1 0.000 3 0.000 3 0.007 3 0.933 3 X42 1 0.008 3 0.008 3 0.236 0 0.635 9 模型 model 14 2.018 1 0.144 1 4.113 6 0.009 4 线性项 linear 4 0.761 0 0.190 3 5.429 1 0.009 9 平方项 quadratic 4 0.033 6 0.008 4 0.239 6 0.910 5 交互项 cross product 6 1.223 5 0.203 9 5.819 2 0.004 8 残差 error 12 0.420 5 0.035 0 失拟项 lack of fit 10 0.417 6 0.041 8 28.793 5 0.034 0 净误差 pure error 2 0.002 9 0.001 5 总和 total 26 2.438 6 ![]()
图 6 Y=f$({X_3},{X_4})$ 的响应面图和等高线图Figure 6. Responsive surfaces and contours of Y=f$({X_3},{X_4})$ 综上所述，采用模式搜索法对响应模型最优化配方进行搜索，结果显示，在模型可预测范围内，V(乌梅水提液)∶m(土霉素)∶m(金霉素)∶m (强力霉素)的最佳配比为45∶0.12∶0.00∶0.00 (mg·mL–1)，在此最佳复合配比方案下，模型预测其抑菌圈直径(Y )为18.54 mm。
2.4 验证实验
按照2.3中的乌梅水提液与抗生素复合配比方案V (乌梅水提液)∶m (土霉素)∶m (金霉素)∶m (强力霉素)=45∶0.12∶0.00∶0.00 (mg·mL–1)，模型预测最佳配比的复合物抑菌圈直径为18.54 mm，琼脂扩散法3次平行检测最佳复合物的抑菌圈直径为(19.03±0.07) mm，相对误差2.6%，表明该方法确实可行。
3. 讨论
据报道，乌梅提取液有显著的体外抗哈维氏弧菌活性[18-20]，其最小抑菌浓度(MIC)为12.5~25.0 mg·mL–1，本研究采用琼脂扩散法检测其MIC低于20 mg·mL–1(乌梅水提液标准曲线最低浓度值)，与文献报道基本相符。中草药与抗生素协同防治水产动物疾病，可降低病原菌耐药机率及药物残留风险和毒副作用，然而必须在全面了解两者间交互作用的基础上，才可以将两者科学合理地联合应用[22-23]。目前常采用的方法有棋盘法、时间-杀菌曲线(time-killing)法和琼脂扩散法。棋盘法因采用微孔板作为病原菌培养容器，培养容量小，病原菌生长受外界因素干扰大，结果准确度难以得到保障，且仅限于考察两两药物之间的交互作用[24-25]；而时间-杀菌曲线法则较为费时费力[12,26]。为此本研究采用操作简便、结果可靠的琼脂扩散法首先考察两两药物之间的交互作用[27]，结果显示四环素类抗生素土霉素、金霉素和强力霉素均对乌梅水提液的体外抗哈维氏弧菌活性具有促进作用，而氨基糖苷类抗生素链霉素和新霉素对乌梅水提液的体外抗哈维氏弧菌活性存在拮抗作用。
采用CCD结合RSM法考察乌梅水提液、土霉素、金霉素和强力霉素复合后两两药物间的交互作用。姚远等[28]成功采用RSM方法考察了乳酸钠、茶多酚与壳聚糖抑制铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)的交互作用，发现三者对铜绿假单胞菌的抑制效果(从大到小)为乳酸钠＞壳聚糖＞茶多酚；乳酸钠和茶多酚存在明显的拮抗作用；乳酸钠和壳聚糖存在明显的协同作用；而茶多酚和壳聚糖之间交互作用不显著，并获得乳酸钠 (mg) 和壳聚糖 (mL) 最佳复合配比为62.5∶3.17。本研究结果显示土霉素、金霉素和强力霉素均与乌梅水提液在哈维氏弧菌的体外抑制活性上存在显著的协同促进作用，而土霉素分别与金霉素和强力霉素在体外抗哈维氏弧菌活性上存在显著的交互抑制作用。经过CCD结合RSM优化，获得乌梅水提液、金霉素、土霉素和强力霉素的最佳配比并根据模型给出预测值，在最佳配比方案下进行了验证实验，表明该方法确实可行。
研究表明，乌梅主要抑菌成分为柠檬酸等有机酸类，其抗菌机制主要包括：通过破坏菌质膜内侧的磷脂酰丝氨酸，从而破坏其细胞膜系统，使细胞内容物外泄而导致细菌死亡；阻滞DNA的合成进而抑制细胞分裂；柠檬酸从转录水平降低细菌荚膜多糖生物合成从而达到抑杀菌效果[29]。四环素类抗生素通过与细菌胞内核糖体30S亚基形成可逆结合体，抑制蛋白质合成；也可通过结合线粒体70S亚基，抑制线粒体蛋白质的合成[30]。乌梅与四环素类抗生素作用机制和靶位不同，这可能是两者之间存在协同抗哈维氏弧菌的原因，然而两者的协同抗菌机制仍需进一步研究。虽然本研究结果表明乌梅水提液与四环素类抗生素具有体外协同抗哈维氏弧菌作用，但应用于防治哈维氏弧菌引发的动物疾病还需结合药物动力学与药效学等多因素进行研究。
-
![]()
图 1 实验采用的循环水养殖系统装置组成及工艺示意图
Figure 1. Device composition and process diagram of recirculating aquaculture system in this study
![]()
图 4 水解法臭氧处理对循环水养殖系统水质指标的影响
注：A. 养殖池；B. 生物填料池；C. 臭氧曝气池；D. 清水沉淀清水池。
Figure 4. Effect of hydrolysis ozone treatment on water quality of recirculating aquaculture system
Note: A. Aquaculture tank; B. MBBR filler tank; C. O3 mix tank; D. Sedimentation tank.
表 1 不同水解法臭氧通气时长下循环水养殖系统水质净化效果
Table 1 Water purification effect of recirculating aquaculture system with different hydrolysis ozone treatments
臭氧曝气时间
O3 treatment duration/min处理方式
Treatment method去除率 Removal rate/% 化学需氧量
COD氨氮
NH3-N总氮
TN硝酸盐
Nitrate亚硝酸盐
Nitrite10 B 20.48 4.79 2.47 −8.89 18.18 B+C 27.71 2.40 3.09 −13.33 37.58 B+C+D 24.10 5.59 1.86 −5.56 46.06 30 B 11.24 −3.56 −1.32 5.71 40.44 B+C 24.72 2.94 −0.44 −5.71 57.38 B+C+D 24.72 2.31 −1.32 −3.30 55.19 90 B 14.77 2.48 1.93 −18.09 19.69 B+C 46.59 65.01 0.86 −13.83 69.29 B+C+D 44.32 36.85 1.93 −0.35 79.27 注：B. 生物填料池；B+C. 生物填料池+臭氧曝气池；B+C+D. 生物填料池+臭氧曝气池+清水沉淀清水池。 Note: B. MBBR filler tank; B+C. MBBR filler tank+O3 mix tank; B+C+D. MBBR filler tank+O3 Mix tank+sedimentation tank. 
下载: 导出CSV
-
[1] 任广义. 工厂化水产养殖循环水处理技术研究进展[J]. 南方农业, 2022, 16(24): 186-188. [2] 胡海燕. 水产养殖废水氨氮处理研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2007: 16-35. [3] MOOK W T, CHAKRABARTI M H, AROUA M K et al. Removal of total ammonia nitrogen (TAN), nitrate and total organic carbon(TOC) from aquaculture wastewater using electrochemical technology: a review[J]. Desalination, 2012, 285: 1-13. doi: 10.1016/j.desal.2011.09.029
[4] 杨岳, 关成立, 张水梅, 等. 水产养殖废水处理技术及研究进展[J]. 当代化工研究, 2017(8): 73-75. doi: 10.3969/j.issn.1672-8114.2017.08.040 [5] 庞朝晖, 彭彩红, 周书葵. 短程电极生物膜处理养殖废水中高氨氮的试验研究[J]. 工业水处理, 2015, 35(7): 43-46. doi: 10.11894/1005-829x.2015.35(7).043 [6] 黄晓婷. O3-BAC工艺在封闭循环水养殖水处理中的应用研究[D]. 广州: 华南理工大学, 2011: 22-37. [7] 张海耿. 生物滤池及人工湿地净化工厂化海水养殖废水效果研究[D]. 上海: 上海海洋大学, 2011: 14-30. [8] 王芬, 程云生, 侯冠军, 等. 电化学降解技术在水产养殖废水处理的研究现状及应用前景[J]. 水处理技术, 2018, 44(7): 6-9. [9] SCHROEDER J P, CROOT P L, Von DEWITZ B. Potential and limitations of ozone for the removal of ammonia, nitrite, andyellow substances in marine recirculating aquaculture systems[J]. Aquac Eng, 2011, 45(1): 35-41. doi: 10.1016/j.aquaeng.2011.06.001
[10] WEI C H, ZHANG F Z, HU Y, et al. Ozonation in water treatment: the generation, basic properties of ozone and its practical application[J]. Rev Chem Eng, 2016, 33(1): 49-89.
[11] 李海云, 龚春河, 邓橙, 等. 低压电解水制备臭氧及其杀菌性能评价[J]. 水处理技术, 2022, 48(5): 48-52. [12] 刘永霞. 臭氧水的制备及杀菌效果研究[D]. 天津: 天津科技大学, 2020: 3-15. [13] 乔彩云, 李建科, 惠伟, 等. 臭氧技术及其在消毒杀菌和果蔬保鲜方面的应用研究进展[J]. 食品工业科技, 2012, 33(10): 432-435. [14] 毛艳萍, 蔡兰坤, 韩菲菲, 等. PEM式臭氧消毒在地上游泳池水处理中的应用[J]. 环境工程学报, 2010, 4(7): 1561-1565. [15] 朱世斌, 方根满. PEM低压电解臭氧技术的优势及在制药工艺用水中的应用[J]. 机电信息, 2012(5): 8-14. [16] 方敏, 沈月新. 臭氧及其在水产品保鲜中的应用[J]. 水产科学, 2003(4): 35-37. doi: 10.3969/j.issn.1003-1111.2003.04.011 [17] 郭恩彦, 谭洪新, 罗国芝, 等. 臭氧/ 生物活性炭深度处理循环养殖废水[J]. 环境污染与防治, 2009, 31(10): 6-9. doi: 10.3969/j.issn.1001-3865.2009.10.002 [18] 陆洪宇, 马文成, 张梁, 等. 臭氧催化氧化工艺深度处理印染废水[J]. 环境工程学报, 2013, 7(8): 2873-2876. [19] 黄滨, 马腾, 刘宝良, 等. 不同浓度臭氧对循环水养殖系统生物膜活性及其净化效能的影响[J]. 渔业科学进展, 2016, 37(3): 143-147. doi: 10.11758/yykxjz.20150309003 [20] 李海云. 低压电解法制备臭氧技术研究[D]. 天津: 天津工业大学, 2021: 6-13. [21] 彭洪江, 卢鑫, 芦伟. 电解法臭氧生产技术原理及研究进展[J]. 科技资讯, 2019, 17(5): 87-89. [22] 魏征. 电解法臭氧发生装置的制备与性能研究[D]. 武汉: 华中科技大学, 2009: 8-32. [23] 王兴国, 张延青, 李贤, 等. 海水中臭氧总残留氧化物三种检测方法的比较研究[J]. 海洋科学, 2015, 39(12): 21-27. doi: 10.11759/hykx20150506002 [24] 王海姮, 侯昊晨, 刘鹰. 循环水养殖系统的研究进展及发展趋势[J]. 水产科学, 2023, 42(4): 735-741. [25] 卢咏梅, 艾健, 杨军, 等. 池塘工程化循环水养殖加州鲈试验[J]. 水产养殖, 2019, 40(7): 43-48. [26] 刘海英, 曲克明, 马绍赛. 养殖水体中溶解氧的变化及收支平衡研究概况[J]. 海洋水产研究, 2005, 26(2): 79-84. doi: 10.3969/j.issn.1000-7075.2005.02.015 [27] 韩世成, 戚翠战, 曹广斌, 等. 臭氧消毒杀菌技术在工厂化水产养殖中的应用[J]. 水产学杂志, 2015, 28(6): 44-52. doi: 10.3969/j.issn.1005-3832.2015.06.010 [28] 黄安妮, 马海霞, 邓建朝, 等. 高浓度臭氧冰的制备及贮藏条件探究[J]. 南方水产科学, 2023, 19(6): 134-141. doi: 10.12131/20230084 [29] 周晓见, 黄文章, 白希尧. 臭氧活化水养殖尼罗罗非鱼的实验研究[J]. 大连海事大学学报, 2002, 28(2): 63-65. doi: 10.3969/j.issn.1006-7736.2002.02.017 [30] 宋奔奔, 倪琦, 张宇雷, 等. 臭氧对大菱鲆半封闭循环水养殖系统水质净化研究[J]. 渔业现代化, 2011, 38(6): 11-15. doi: 10.3969/j.issn.1007-9580.2011.06.003 [31] SPILIOTOPOULOU A, ROJAS-TIRADO P, CHHETRI R K, et al. Ozonation control and effects of ozone on water quality in recirculating aquaculture systems[J]. Water Res, 2018, 133(15): 289-295.
[32] 管崇武, 张宇雷, 宋红桥, 等. 臭氧对循环水养殖水体水质的净化效果及机理研究[J]. 渔业现代化, 2018, 45(6): 14-18. doi: 10.3969/j.issn.1007-9580.2018.06.003 [33] 周煊亦, 房燕, 曹广斌, 等. 臭氧处理技术在工厂化水产养殖中的应用研究[J]. 水产学杂志, 2012, 25(1): 49-57. doi: 10.3969/j.issn.1005-3832.2012.01.012 [34] SCHROEDER J P , KLATT S F , SCHLACHTER M, et al. Impact of ozonation and residual ozone-produced oxidants on the nitrification performance of moving-bed biofilters from marine recirculating aquaculture systems[J]. Aquac Eng, 2015, 65: 27-36.
[35] EDWARDS M, BOLLER M, AND BENJAMIN M M. Effect of pre-ozonation on removal of organic matter during water treatment plant operations[J]. Water Sci Technol, 1993, 27(4): 37-45.
[36] AIKEN A. Use of ozone to improve water quality in aquatic exhibits[J]. Int Zoo Yearbook, 1995, 34(1): 106-114. doi: 10.1111/j.1748-1090.1995.tb00668.x
[37] SENGCO M. Mitigation of effects of harmful algal blooms, shellfish safety and quality[M]. London: Woodhead Food Ser, 2009: 175-199.
[38] WESTERHOFF P, NALINAKUMARI B, PEI P. Kinetics of MIB and geosmin oxidation during ozonation[J]. Ozone: Science & Engineering, 2006, 28(5): 277-286.
[39] 管崇武, 杨菁, 单建军, 等. 工厂化循环水养殖中臭氧/紫外线反应系统的水处理性能[J]. 农业工程学报, 2014, 30(23): 253-259. doi: 10.3969/j.issn.1002-6819.2014.23.032 [40] 贾岚月. 臭氧/改性生物炭系统处理海水养殖废水的研究[D]. 阜新: 辽宁工程技术大学, 2021: 26-35. [41] 黄滨, 马腾, 刘宝良, 等. 不同浓度臭氧对循环水养殖系统生物膜活性及其净化效能的影响[J]. 渔业科学进展, 2016, 37(3): 143-147. doi: 10.11758/yykxjz.20150309003 [42] SUN Y, LU J, QIU T L, et al. The dissolution of total suspended solids and treatment strategy of tailwater in a Litopenaeus vannamei recirculating aquaculture system[J]. J Oceanol Limnol, 2023, 41(3): 1197-1205. doi: 10.1007/s00343-022-1405-x
[43] 朱明瑞, 曹广斌, 蒋树义, 等. 工厂化水产养殖水体的pH值在线自动控制系统[J]. 水产学报, 2007, 31(3): 335-342. [44] 王振华, 谷坚, 管崇武, 等. 几种碱性试剂对循环水养殖系统中pH调节的研究[J]. 中国农学通报, 2010, 26(1): 308-311. -
期刊类型引用(0)
其他类型引用(1)
计量
- 文章访问数: 0
- HTML全文浏览量: 0
- PDF下载量: 0
- 被引次数: 1
粤公网安备 44010502001741号
