秦海鵬，許威威，王 博，廖栩崢，胡世康，劉雪婷，鄭義華，蘇玉芹，孫成波，2*

(1.廣東海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，廣東湛江 524088；2.廣東高校海產(chǎn)無(wú)脊椎動(dòng)物養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，廣東湛江 524025)

含氯消毒制劑起消毒作用的是含氯的離子、分子、自由基等。余氯就是用含氯消毒制劑進(jìn)行消毒，有效氯在一定時(shí)間與微生物、有機(jī)物、無(wú)機(jī)物等接觸作用消耗一部分氯量后水中所殘留的氯量，余氯可分為化合性余氯和游離性余氯，而總余氯即化合性余氯與結(jié)合性余氯之和[1]。作為一種有效的殺菌消毒手段，因其使用方便且價(jià)格低廉等原因，含氯消毒制劑被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖、食品加工、飲水、工業(yè)水處理、醫(yī)院、衛(wèi)生、防疫等領(lǐng)域[2]。只要水中保持一定量的余氯，就能有效地抑制微生物的繁殖。但在使用含氯消毒制劑后殘留的余氯出現(xiàn)的一些問(wèn)題也日益顯現(xiàn)。目前，各處醫(yī)院在污水處理、余氯保持量和余氯測(cè)定方面均存在一些問(wèn)題，有些醫(yī)院氯化消毒管理不完善，排放的污水中總余氯含量高于國(guó)家規(guī)定。此外，發(fā)達(dá)的農(nóng)副業(yè)、工業(yè)冷卻水和自來(lái)水處理使用的含氯消毒劑更是巨量，排放了大量的余氯。這種使用氯來(lái)處理的外排污水每升含有數(shù)毫克至數(shù)百毫克的余氯，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成了嚴(yán)重的污染[3]。我國(guó)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：氯與水在接觸30 min后不得低于0.3 mg/L，但在漁業(yè)用水中，如果余氯高達(dá)0.02 mg/L以上，則會(huì)對(duì)魚(yú)蝦黏膜造成強(qiáng)烈的腐蝕傷害，超過(guò)0.01 mg/L可能會(huì)使一些敏感的魚(yú)蝦致死[4]。研究表明，如果水體余氯含量為0.014～0.029 mg/L時(shí)，金魚(yú)在接觸96 h后有50%死亡；如果水中余氯達(dá)0.65～10.10 mg/L時(shí)，藻類(lèi)在接觸5～10 min后生長(zhǎng)明顯受到抑制，但因?yàn)獒t(yī)院、工業(yè)等外排污水進(jìn)入湖泊、水庫(kù)、魚(yú)塘，時(shí)有大量死魚(yú)的現(xiàn)象發(fā)生[5]。不僅如此，氯是一種活潑的氧化劑，殺死致病微生物時(shí)也容易與水中的有機(jī)物作用產(chǎn)生具有很強(qiáng)致突變性和致癌的物質(zhì)，如三氯甲烷等[6]。因此，在工農(nóng)業(yè)用水尤其是生活飲用水等余氯含量的控制顯得極為重要，降低余氯含量可解決很多問(wèn)題。當(dāng)前對(duì)含氯消毒制劑的研究日益增多，但對(duì)余氯的去除研究鮮見(jiàn)報(bào)道。目前，余氯處理主要有2種方法，即化學(xué)氧化還原和活性炭處理。張懷旭等[7]研究表明，活性炭能高效去除余氯，其作用機(jī)理是吸附和化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，且在去除余氯的過(guò)程中，接觸時(shí)間越長(zhǎng)，去除余氯量越大。周建斌等[8]研究表明，竹炭對(duì)水中余氯有較好的去除效果。筆者選用化學(xué)氧化還原方法，研究余氯的去除效果，并分析水體中微生物的生長(zhǎng)衰亡對(duì)水體中三氮的影響，以及余氯對(duì)水體pH的影響，旨在為水體余氯去除提供參考。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)材料葡糖糖(分析純)、生產(chǎn)用漂粉精、海水晶調(diào)配的各個(gè)鹽度海水。

1.2試驗(yàn)方法使用12個(gè)50 L白桶，隨機(jī)將白桶分成鹽度0、10、20、30這4個(gè)組，每個(gè)鹽度設(shè)置3個(gè)平行組。每組葡萄糖和漂粉精用量均為50 mg/kg。漂粉精在投放葡萄糖前24 h開(kāi)始加入水中，不對(duì)水進(jìn)行曝氣。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1總余氯?？傆嗦乳_(kāi)始測(cè)定是在加入葡萄糖0 h進(jìn)行，此后每隔1 h采集水樣測(cè)定白桶水中的總余氯含量，直到其中一個(gè)鹽度條件下的總余氯濃度降至0。其余各項(xiàng)指標(biāo)在添加葡萄糖后各測(cè)定1次，此后每隔24 h定點(diǎn)測(cè)定1次，連續(xù)測(cè)定7 d。

1.3.2細(xì)菌。試驗(yàn)水樣的總菌數(shù)目與弧菌數(shù)量的測(cè)定均采用平板計(jì)數(shù)法。用營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基測(cè)定可培養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量，弧菌數(shù)量的測(cè)定采用TCBS培養(yǎng)基[9]。

1.3.3水質(zhì)因子。水質(zhì)理化性質(zhì)的測(cè)定包括總余氯、pH、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽。根據(jù)養(yǎng)殖水環(huán)境化學(xué)試驗(yàn)[10]，水體氨氮的測(cè)定采用靛酚藍(lán)分光光度法；硝酸鹽的測(cè)定采用鋅-鎘還原法分光光度法；亞硝酸鹽的測(cè)定采用鹽酸萘乙二胺分光光度法；總余氯的測(cè)定采用N，N-二乙基-1，4-苯二胺滴定法。

1.4數(shù)據(jù)處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件統(tǒng)計(jì)分析，用SPSS 17.0進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1不同鹽度條件下葡萄糖對(duì)余氯的去除效果由圖1可知，4個(gè)不同鹽度梯度下水體中的余氯含量均不同程度的降低，在0 h時(shí)4個(gè)鹽度梯度的余氯濃度表現(xiàn)為鹽度0>鹽度10>鹽度20>鹽度30，但在0 h后鹽度30的余氯濃度顯著低于其他3組(P<0.05)。當(dāng)水體鹽度為0的試驗(yàn)組中，0～6 h時(shí)，余氯降低率為12.41%；0～30 h時(shí)，余氯降低率為26.55%。當(dāng)水體鹽度為10時(shí)，在0～6 h時(shí)，余氯降低率為70.00%；在0～30 h時(shí)，余氯降低率為91.84%。當(dāng)水體鹽度為20時(shí)，在0～6 h時(shí)，余氯降低率為69.40%，在0 ～30 h時(shí)，余氯降低率為95.15%。當(dāng)水體鹽度為30時(shí)，在0～6 h時(shí)，余氯降低率為67.72%，在30 h時(shí)，余氯含量為0，0 ～30 h時(shí)，余氯降低率為100%。

圖1 不同鹽度條件下葡萄糖對(duì)余氯的去除效果Fig.1 Removal effects of glucose on residual chlorine under the different salinities

2.2不同鹽度條件下弧菌數(shù)目的變化由圖2可知，鹽度為0時(shí)，在0、24、48、72、96、120、144 h時(shí)，弧菌數(shù)量均為0，弧菌無(wú)法生長(zhǎng)。在鹽度為10時(shí)，在0、24、48 h時(shí)，弧菌數(shù)量為0，在48 h后，弧菌開(kāi)始出現(xiàn)，并在96 h達(dá)到頂峰，此時(shí)弧菌數(shù)量為(23±10)CFU/mL；在96 h后弧菌數(shù)量陡降。在鹽度為20時(shí)，在0、24、48 h時(shí)弧菌數(shù)量也為0，在48 h后弧菌開(kāi)始出現(xiàn)，并在96 h達(dá)到頂峰，在96 h后弧菌開(kāi)始消亡，96 h時(shí)弧菌數(shù)量為(33±15)CFU/mL。在鹽度為30時(shí)，在0、24、48 h時(shí)未檢測(cè)到弧菌，在48 h后弧菌開(kāi)始出現(xiàn)，并在96 h弧菌數(shù)量達(dá)到最大，為(46±9)CFU/mL，弧菌在96 h后逐漸消亡。方差分析結(jié)果表明，在96 h時(shí)，4組之間差異顯著(P<0.05)。

圖2 不同鹽度條件下弧菌數(shù)目的變化Fig.2 Changes in the number of vibriones under the different salinities

2.3不同鹽度條件下總菌數(shù)目的變化由圖3可知，4個(gè)不同鹽度梯度下的總菌數(shù)目在24 h后不同程度的增長(zhǎng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后開(kāi)始減少。在鹽度為0時(shí)，細(xì)菌在24 h后開(kāi)始出現(xiàn)但增長(zhǎng)速度緩慢，直到120 h才達(dá)到頂峰，此時(shí)細(xì)菌總數(shù)為(3 100±361)CFU/mL。在鹽度為10時(shí)，細(xì)菌數(shù)目在120 h時(shí)達(dá)到最大，為(32 667±5 508)CFU/mL。在鹽度為20時(shí)，細(xì)菌在24 h后開(kāi)始出現(xiàn)，并經(jīng)過(guò)24～72 h的緩慢增長(zhǎng)，在72～96 h時(shí)暴發(fā)式增長(zhǎng)，在96 h總菌量最大，為(28 667±2 516)CFU/mL。在鹽度為30時(shí)，細(xì)菌在24 h開(kāi)始出現(xiàn)，然后緩慢增長(zhǎng)并在120 h達(dá)到最大，為(4 300±149)CFU/mL。

圖3 不同鹽度條件下總菌數(shù)目的變化Fig.3 Changes in the number of total bacteria under the different salinities

2.4不同鹽度條件下pH的變化由圖4可知，在7個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)鹽度為0時(shí)水體的pH比其他3個(gè)鹽度梯度的pH均高，鹽度10、20、30這3個(gè)鹽度梯度的水體pH在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上均較接近，鹽度0與另外3組差異顯著(P<0.05)，鹽度10、20、30之間差異不顯著(P>0.05)。在鹽度為0時(shí)，pH在7個(gè)時(shí)間點(diǎn)上保持為9.00左右。在鹽度為10時(shí)，在24 h時(shí)pH比0 h降低了11.58%，在24 h后5個(gè)時(shí)間點(diǎn)pH在7.79左右微小波動(dòng)，趨勢(shì)平緩。在鹽度為20時(shí)，0、24 h的pH分別為8.67±0.064和7.68±0.050，24 h時(shí)的pH比0 h降低了11.41%，在24 h后的5個(gè)時(shí)間點(diǎn)pH波動(dòng)很小。鹽度為30時(shí)，0、24 h時(shí)的pH分別為8.63±0.010和7.70±0.031，24 h時(shí)的pH比0 h降低了10.77%，在96 h時(shí)pH為試驗(yàn)過(guò)程中最小值，為7.51±0.047。

圖4 不同鹽度條件下pH的變化Fig.4 Changes of pH value under the different salinities

2.5不同鹽度條件下氨氮濃度的變化由圖5可知，在7個(gè)時(shí)間內(nèi)4個(gè)鹽度梯度的氨氮變化趨勢(shì)是緩慢升高然后上升速度逐漸變快，最后快速下降，鹽度為30的氨氮濃度在96 h達(dá)到最大，其他3個(gè)鹽度梯度的氨氮濃度則在120 h達(dá)到最大。在鹽度為0時(shí)，120 h時(shí)氨氮濃度比0 h升高了97.58%，144 h時(shí)的氨氮濃度比120 h時(shí)降低了13.06%。鹽度為10時(shí)，120 h氨氮濃度比0 h升高了229.65%，144 h時(shí)的氨氮濃度比120 h時(shí)降低了11.92%。鹽度為20時(shí)，120 h時(shí)氨氮濃度比0 h升高了213.93%，144 h的氨氮濃度比120 h時(shí)降低了13.12%。鹽度為30時(shí)，96 h的氨氮濃度比0 h升高了160.50%，120 h時(shí)的氨氮濃度比96 h降低了14.83%。

圖5 不同鹽度條件下氨氮濃度的變化Fig.5 Changes of ammonia concentration under the different salinities

2.6不同鹽度條件下硝酸鹽濃度的變化由圖6可知，在7個(gè)時(shí)間內(nèi)4個(gè)鹽度梯度的硝酸鹽變化趨向于平緩，波動(dòng)不大，4個(gè)組之間差異不顯著(P>0.05)。在鹽度為0時(shí)，在0 h后的6個(gè)時(shí)間點(diǎn)，硝酸鹽的濃度與0 h相差不大。在鹽度為10時(shí)，各時(shí)間點(diǎn)的硝酸鹽濃度差異微小。在鹽度為20時(shí)，與0 h時(shí)硝酸鹽濃度相比，之后的6個(gè)時(shí)間點(diǎn)均比其大，但差異微小。在鹽度為30時(shí)，各時(shí)間點(diǎn)的硝酸鹽濃度變化不大，差異微小。

圖6 不同鹽度條件下硝酸鹽濃度的變化Fig.6 Changes of nitrates concentration under the different salinities

2.7不同鹽度條件下亞硝酸鹽濃度的變化由圖7可知，在7個(gè)時(shí)間點(diǎn)內(nèi)4個(gè)鹽度梯度的亞硝酸鹽含量在0～72 h出現(xiàn)微小波動(dòng)，但72 h后開(kāi)始略有升高且在升高后保持穩(wěn)定。在鹽度為0時(shí)，亞硝酸鹽濃度在72 h后有所升高；在鹽度為10時(shí)，亞硝酸鹽濃度在72 h后升高，之后保持穩(wěn)定；在鹽度為20時(shí)，亞硝酸鹽濃度在96 h后明顯升高并保持穩(wěn)定；在鹽度為30時(shí)，96 h后亞硝酸鹽濃度開(kāi)始有所上升并保持穩(wěn)定。方差分析結(jié)果表明，4個(gè)組之間差異不顯著(P>0.05)。

圖7 不同鹽度條件下亞硝酸鹽濃度的變化Fig.7 Changes of nitrate concentration under the different salinities

3 結(jié)論與討論

葡萄糖是一種具有還原性的單糖，它的結(jié)構(gòu)式中有5個(gè)羥基和1個(gè)醛基，分子上的醛基決定其還原性。漂粉精的主要成分是次氯酸鈣，當(dāng)它溶于水中時(shí)生成次氯酸[11]。具有還原性的葡萄糖與具有強(qiáng)氧化性的次氯酸接觸會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而使水體中的次氯酸物質(zhì)減少，達(dá)到去除目的。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，葡萄糖與次氯酸的濃度減少，化學(xué)反應(yīng)速度變得緩慢。比較4個(gè)鹽度梯度各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的余氯濃度，鹽度30時(shí)的余氯濃度各時(shí)間點(diǎn)均最小，且最先降至0。在這4個(gè)鹽度梯度中，在30 h時(shí)，鹽度0、10、20、30的降低率分別為26.55%、91.84%、95.15%、100%，可見(jiàn)鹽度為30時(shí)，葡萄糖對(duì)余氯的去除效果最佳。

漂粉精的強(qiáng)氧化特性，使其能夠高效消毒且能殺死水中的藻類(lèi)及其他生物，高濃度的有效氯更是能滅殺水體中所有生物[12]。該試驗(yàn)中，0 h時(shí)4個(gè)鹽度梯度中余氯最小的濃度為21.4 mg/L，足以將試驗(yàn)水體的生物滅殺。因此，在0、24、48 h沒(méi)有細(xì)菌或數(shù)量極少。由于海水中有殘留下來(lái)的有機(jī)物質(zhì)，為后來(lái)細(xì)菌的滋生提供了可能性，因此在48 h后細(xì)菌開(kāi)始暴發(fā)式增長(zhǎng)，在達(dá)到最大容納量后細(xì)菌開(kāi)始消亡。弧菌的出現(xiàn)與增長(zhǎng)規(guī)律與測(cè)得的總菌數(shù)據(jù)近似。水體中殘留的余氯使細(xì)菌的生長(zhǎng)受限，由于鹽度0時(shí)余氯衰減緩慢，水中保留的余氯使得細(xì)菌難以滋生，在試驗(yàn)過(guò)程中鹽度為0的水體未測(cè)出細(xì)菌。此外，鹽度10和鹽度20的海水中細(xì)菌生長(zhǎng)也受余氯的影響。高鹽度的海水能抑制某些細(xì)菌的生長(zhǎng)，低鹽度的海水更適合許多細(xì)菌的生長(zhǎng)，鹽度為30時(shí)的海水細(xì)菌數(shù)量少于鹽度10和20時(shí)的細(xì)菌數(shù)量[13]。

漂粉精的主要成分是次氯酸鈣，同時(shí)還含有少量氯化鈣或氫氧化鈣等。次氯酸鈣是強(qiáng)堿弱酸鹽，溶于水后呈堿性[14]。加入葡萄糖后水體中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，降低了堿性。在鹽度為0時(shí)，由于水體中只有漂粉精，水體的pH保持在9.00左右。鹽度10、20、30均在加入葡萄糖后pH降低，然后保持穩(wěn)定。

根據(jù)氮循環(huán)的規(guī)律，從氮的來(lái)源及去向2條途徑分析，含氮有機(jī)物通過(guò)氨化作用轉(zhuǎn)化為氨氮，氨氮在有氧條件下通過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，亞硝酸鹽和硝酸鹽在

缺氧條件下通過(guò)反硝化作用可轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈁15]。該試驗(yàn)7 d中，4個(gè)鹽度梯度的氨氮濃度曲線走勢(shì)相似，先升高再略降低；亞硝酸鹽濃度曲線的走勢(shì)在試驗(yàn)前期平緩波動(dòng)，在試驗(yàn)后期有所升高；硝酸鹽濃度曲線的走勢(shì)在0.25 mg/L處平緩波動(dòng)。細(xì)菌是在24 h后開(kāi)始出現(xiàn)，水體中的含氮有機(jī)物開(kāi)始被分解，隨著細(xì)菌數(shù)量遞增氨氮被釋放，在細(xì)菌開(kāi)始消亡后，氨氮的濃度受到制約，不再增長(zhǎng)。亞硝酸鹽濃度在初期變化不大，是受到亞硝化菌的制約，之后隨著細(xì)菌數(shù)量增大，也出現(xiàn)波動(dòng)有略微的升高，但可能細(xì)菌中含有的亞硝化細(xì)菌數(shù)量只有很少部分，導(dǎo)致亞硝酸鹽濃度變化不顯著。硝酸鹽是經(jīng)過(guò)硝化作用轉(zhuǎn)化而來(lái)，由于亞硝酸鹽只含少量以及缺少足夠的硝化細(xì)菌，導(dǎo)致亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝化鹽的通道缺失，因此水體中的硝酸鹽濃度無(wú)明顯的變化[16]。