竹炭對(duì)養(yǎng)殖水凈化效果研究

戚偉堯，程曉云，陳作仁，孫高琴，張文標(biāo)

（1.浙江省遂昌縣林業(yè)局，浙江 遂昌 323300； 2.浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江 臨安 311300）

竹炭是一種多孔性物質(zhì)，具有特殊的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和強(qiáng)吸附性，能夠吸收水分及有機(jī)物分解的有害物質(zhì)。它不僅是高級(jí)燃料、保鮮、調(diào)濕、除臭、土壤改良材料，而且在食品、飲用水、污水處理劑、發(fā)酵助劑、混合飼料、食品方面的應(yīng)用業(yè)已嶄露頭角。目前還沒(méi)有統(tǒng)一的竹炭分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，竹炭按用途可以分為凈化水用炭、凈化空氣用炭、保健用炭、果品保鮮用炭等。凈化水質(zhì)用竹炭不僅可用來(lái)處理自來(lái)水，還用來(lái)處理污水、河道、漁場(chǎng)，是用自然物治理環(huán)境的極好例子[1～7]。

水產(chǎn)養(yǎng)殖與水質(zhì)密切相關(guān)，只有符合漁業(yè)水域水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水才能夠用來(lái)進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖。近年來(lái)，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)廢水、生活污水無(wú)序排放，造成內(nèi)陸水域、內(nèi)海水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化越來(lái)越嚴(yán)重。在內(nèi)海體現(xiàn)為頻繁的赤潮，給沿海水產(chǎn)業(yè)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失。近年許多水庫(kù)也報(bào)道出現(xiàn)大面積水華，使水面網(wǎng)箱養(yǎng)魚(yú)遭受巨大損失。其次，大規(guī)模高密度集約化養(yǎng)殖模式，加深了江河湖海的富營(yíng)養(yǎng)化、微生物大量繁殖、病害越來(lái)越多，而且其大排大灌的流水養(yǎng)魚(yú)模式，造成疾病的傳播越來(lái)越迅速，水源的衛(wèi)生狀況每況愈下。第三，工農(nóng)業(yè)用水、生活用水的大量增加，與水資源的有限性之間的矛盾越來(lái)越突出，傳統(tǒng)流水式養(yǎng)殖模式造成了水資源的大量浪費(fèi)，已不適合形勢(shì)的發(fā)展。養(yǎng)殖用水的重復(fù)多次利用將是將來(lái)水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要模式。所有這些，都牽涉到水質(zhì)處理技術(shù)?？梢赃@么說(shuō)，水處理在漁業(yè)中將扮演愈來(lái)愈重要的角色[8～14]。

竹炭應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖水凈化有利于改善水產(chǎn)養(yǎng)殖的環(huán)境[15～20]。本研究利用竹炭作為吸附劑，對(duì)魚(yú)塘養(yǎng)殖水進(jìn)行靜態(tài)吸附，用竹炭吸附后，測(cè)定水樣的濁度、氨氮等幾個(gè)重要的水質(zhì)指標(biāo)。衡量水質(zhì)好壞的標(biāo)準(zhǔn)是水質(zhì)指標(biāo)。水質(zhì)指標(biāo)是為了保障人體健康、生活用水和工農(nóng)業(yè)用水等用水要求而提出的。根據(jù)我國(guó)地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002），本實(shí)驗(yàn)測(cè)定了水中的濁度、化學(xué)需氧量、氨氮 3個(gè)與水質(zhì)有關(guān)的重要指標(biāo)來(lái)衡量竹炭吸附后對(duì)水質(zhì)改善的效果。其中，水的濁度可以間接反映竹炭對(duì)水中有機(jī)物的吸附效果，化學(xué)需氧量、氨氮這兩個(gè)綜合指標(biāo)可以衡量竹炭對(duì)水中有機(jī)污染物的吸附效果。根據(jù)各種類(lèi)竹炭對(duì)養(yǎng)殖水中有機(jī)物的吸附，可以選定何種竹炭最適合處理此類(lèi)水體。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

取不同竹種燒制的竹炭：毛竹炭、雷竹炭、麻竹炭、斑竹炭；不同竹齡毛竹燒制的竹炭：2年生毛竹炭、4年生毛竹炭、6年生毛竹炭、8年生毛竹炭；不同工藝條件下燒制的竹炭：500、600、700、800℃。試驗(yàn)用竹炭均加工成粉狀，過(guò)60目標(biāo)準(zhǔn)篩，烘干備用。

試驗(yàn)用水樣：所取水樣為遂昌縣云峰鎮(zhèn)西山下魚(yú)塘養(yǎng)殖用水，濁度為 86度，其化學(xué)需氧量（COD）值為60.8 mg/L，氨氮含量為8.29 mg/L。

1.2 試驗(yàn)方法

室溫下稱(chēng)取4 g竹炭試樣，分別置于250 mL的錐形瓶中，再加入一定量水樣，在室溫下置于振蕩器中，振蕩頻率為150次/min，振蕩時(shí)間為3 h，使竹炭吸附平衡；靜置后用濾紙過(guò)濾，用COD測(cè)定儀和濁度計(jì)等測(cè)試濾液的水質(zhì)指標(biāo)，檢測(cè)竹炭的吸附凈化效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 竹炭吸附后水樣濁度的變化

濁度是表示水中懸浮物對(duì)光線通過(guò)時(shí)所發(fā)生的阻礙程度。它與水樣中存在顆粒物的含量、粒徑大小、形狀及顆粒表面對(duì)光散射特性有關(guān)。由于水中含有的泥沙、粘土及有機(jī)物等能夠使水渾濁，所以濁度是天然水和飲用水的一項(xiàng)重要水質(zhì)指標(biāo)。這種渾濁對(duì)水的透明度有影響，當(dāng)渾濁度較高時(shí)，將引起水中生物生態(tài)發(fā)生變化，如渾濁來(lái)自生活污水和工業(yè)廢水的排放則往往是有害的，控制水的濁度是水化學(xué)處理的一項(xiàng)重要內(nèi)容。我國(guó)采用1 L蒸餾水中含有1 mg SiO2所產(chǎn)生的濁度為1度[21～23]。實(shí)驗(yàn)分別采用不同竹種的竹炭、不同竹齡的毛竹炭、不同炭化終點(diǎn)溫度的毛竹炭吸附3 h后測(cè)其濁度，結(jié)果如表1所示。

由表1可知，對(duì)比不同竹種竹炭對(duì)試驗(yàn)水樣吸附凈化效果，毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水濁度的處理效果最好，麻竹炭和斑竹炭次之，雷竹炭相對(duì)較差。

對(duì)于不同竹齡的毛竹炭來(lái)說(shuō)，從2年生到8年生的毛竹材燒制得的毛竹炭，隨著毛竹竹齡的增大，毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水濁度的處理效果明顯提高，6年生毛竹炭明顯比4年生毛竹炭的凈化效果好，8年生毛竹炭與6年生的相近且略有下降。

不同炭化終點(diǎn)溫度的毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水濁度的處理效果基本上隨溫度的升高而增強(qiáng)，經(jīng) 500℃燒制的竹炭處理的養(yǎng)殖水的濁度由原來(lái)的86度降至41度，而經(jīng)800℃燒制的竹炭處理的養(yǎng)殖水的濁度由原來(lái)的86度降至19.5度。也就是說(shuō)炭化溫度越高的竹炭對(duì)濁度降低越明顯。

隨炭化時(shí)間的增加毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水濁度的降低呈上升趨勢(shì)。炭化8 h后的毛竹炭可以使試驗(yàn)水的濁度由86度降低至17度，效率達(dá)到80%左右，而炭化2 h的毛竹炭對(duì)濁度的處理效率為57%左右。

2.2 竹炭吸附后水樣化學(xué)需氧量（COD）的變化

化學(xué)需氧量反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度，水中還原性物質(zhì)包括有機(jī)物、亞硝酸鹽等，水被有機(jī)物污染是很普遍的?；瘜W(xué)需氧量是有機(jī)物相對(duì)含量的指標(biāo)之一，測(cè)定時(shí)間短，不受水質(zhì)限制[24～25]。

由表2可知，對(duì)比不同竹種竹炭對(duì)試驗(yàn)水樣吸附凈化效果，毛竹炭和麻竹炭對(duì)養(yǎng)殖水 COD的去除率高，而且優(yōu)勢(shì)明顯，斑竹炭次之，雷竹炭相對(duì)較差。這與濁度處理效果一致。

對(duì)于不同竹齡的毛竹炭來(lái)說(shuō)，從2年生到8年生的毛竹材燒制得的毛竹炭，隨著毛竹竹齡的增大，毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水COD的去除率顯著提高，6年生與8年生的變化不大。這與濁度處理效果相近，說(shuō)明用于水質(zhì)凈化的竹炭適宜選用4年生以上的毛竹竹炭，但也不宜過(guò)老。

不同炭化終點(diǎn)溫度的毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水 COD去除率隨溫度的升高而呈下降的趨勢(shì)。炭化終點(diǎn)溫度 500℃的毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水COD的去除率可達(dá)到58.55%，有效地優(yōu)化了水質(zhì)。

毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水 COD去除率隨炭化時(shí)間的增加而明顯增大。炭化8 h后的毛竹炭對(duì)COD去除率能達(dá)到60%左右，是炭化2 h竹炭的2倍。

表1 竹炭吸附后水樣濁度的變化Table1 Changes of turbidity in water treated by charcoal

表2 竹炭吸附后水樣的化學(xué)需氧量（COD）的變化Table2 Changes of COD in water treated by charcoal

2.3 竹炭吸附后水樣氨氮（NH3-N）的變化

水體中氮元素的存在形式主要有硝酸氮(NO3－)、亞硝酸氮（NO2－）、總氨氮（包括分子態(tài) NH3和離子態(tài)NH4＋）和氮?dú)猓∟2）。一般認(rèn)為，硝酸氮、氮?dú)鈱?duì)水生生物是無(wú)毒的；亞硝酸氮是有毒的、不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物。因此，對(duì)水生生物有危害的是總氨氮中的氨氮含量，水體中的氨態(tài)氮（NH3）過(guò)高不僅阻止生物體內(nèi)的氨向體外排出，還能從水中向其體內(nèi)滲透，使水生生物代謝減少或停滯，損害包括鰓在內(nèi)的一些重要器官，抑制其生長(zhǎng)發(fā)育，甚至造成死亡。因此有必要控制水體中的氨氮含量。

由表3可知，對(duì)比不同竹種竹炭對(duì)試驗(yàn)水樣吸附凈化效果，毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水氨氮的去除率最好，而且優(yōu)勢(shì)明顯，麻竹炭和斑竹炭次之，雷竹炭相對(duì)較差。這與濁度、COD的處理效果一致。

對(duì)于不同竹齡的毛竹炭來(lái)說(shuō)，從2年生到8年生的毛竹材燒制得的毛竹炭，隨著毛竹竹齡的增大，毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水氨氮的去除率顯著提高，6年生與8年生的變化不大。這也與濁度、COD的處理效果相近，說(shuō)明用于水質(zhì)凈化的竹炭適宜選用4年生以上的毛竹竹炭，但也不宜過(guò)老。

表3 竹炭吸附后水樣氨氮（NH3-N）的變化Table3 Changes of ammonia nitrogen in water treated by charcoa

不同炭化終點(diǎn)溫度的毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水氨氮去除率隨溫度的升高略有增強(qiáng)。毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水氨氮去除率均較高，效果明顯。

毛竹炭對(duì)養(yǎng)殖水氨氮去除率隨炭化時(shí)間的增加有明顯的上升趨勢(shì)。炭化8h后的毛竹炭對(duì)氨氮去除率能達(dá)到90%左右，對(duì)養(yǎng)殖水的水質(zhì)優(yōu)化起到了明顯的效果。

3 結(jié)論與建議

綜上所述，竹炭對(duì)養(yǎng)殖水凈化效果是可行的，經(jīng)竹炭吸附處理后的養(yǎng)殖水體的濁度、COD、氨氮等都有明顯的的改善。

（1）不同竹種對(duì)養(yǎng)殖水凈化后對(duì)水體的濁度、COD去除率、氨氮去除率的影響情況基本相近。在濁度方面，毛竹炭、麻竹炭和斑竹炭的去除效果比較好，基本使水質(zhì)達(dá)到澄清，雷竹炭的處理效果不佳；對(duì)于COD的去除率，毛竹炭和麻竹炭的吸附凈化效果較好，雷竹炭和斑竹炭對(duì)水質(zhì)中COD的去除率相對(duì)較低，達(dá)不到指標(biāo)要求；不同竹種的竹炭吸附凈化養(yǎng)殖水后，氨氮去除率基本符合要求，毛竹炭的處理效果最好，去除率達(dá)到90%以上。

（2）不同竹齡竹炭對(duì)魚(yú)塘養(yǎng)殖水的凈化處理對(duì)比，隨著竹齡的增大，處理效果增強(qiáng)，6年生和8年生的毛竹炭的處理效果相近，因此選用6年生的毛竹炭用于水質(zhì)凈化較適宜。

（3）不同炭化終點(diǎn)溫度竹炭對(duì)魚(yú)塘養(yǎng)殖水的濁度降低和氨氮去除率兩個(gè)指標(biāo)，隨溫度的升高總體呈增強(qiáng)趨勢(shì)，對(duì)COD的去除率則相反。在實(shí)際應(yīng)用中可以根據(jù)水質(zhì)的指標(biāo)選擇適宜的竹炭。

（4）炭化時(shí)間越長(zhǎng)，竹炭對(duì)魚(yú)塘養(yǎng)殖水的吸附凈化效果越好。

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