應(yīng)用于冷水魚養(yǎng)殖的臭氧—氨氮反應(yīng)塔設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

曹廣斌，程啟云、2，韓世成，周煊亦、2，蔣樹義，陳忠祥

(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，黑龍江 哈爾濱150070;2.上海海洋大學(xué) 工程學(xué)院，上海201306)

在冷水魚工廠化養(yǎng)殖中，氨氮是養(yǎng)殖魚類的主要排泄物之一，鮭鱒魚類每增長(zhǎng)1 kg 就會(huì)產(chǎn)生33 g 氮［1-2］，如不及時(shí)進(jìn)行處理，水中氨氮積累到一定濃度就會(huì)對(duì)養(yǎng)殖魚類產(chǎn)生毒害作用。工廠化養(yǎng)殖水體的氨氮總量一般不應(yīng)超過(guò)1 mg/L，非離子氨不應(yīng)超過(guò)0.05 mg/L［3］。由于冷水魚養(yǎng)殖水溫較低(8 ～20 ℃)，常用的生物處理效率會(huì)大大降低［4］，很難滿足處理氨氮的要求。臭氧氧化具有氧化氨氮、凝聚懸浮物、消毒殺菌、脫色、除臭等水處理作用［5］，是處理養(yǎng)殖水體中氨氮的有效方法之一。用臭氧直接氧化氨氮其去除效率約為25.8%［6］，在加入催化劑的條件下，氧化效率可以大幅度提高［7］。但是，臭氧在水中超過(guò)一定濃度時(shí)又會(huì)對(duì)水生生物產(chǎn)生毒害，臭養(yǎng)對(duì)養(yǎng)殖魚類的安全濃度為0.008 ～0.060 mg/L［8］。在利用臭氧氧化過(guò)程中，必須使臭氧在水中能充分混合、反應(yīng)并減少殘留，以確保應(yīng)用過(guò)程的安全性。鼓泡塔能夠使氣液兩相或氣液固三相均勻地接觸流動(dòng)，促進(jìn)各相間的傳質(zhì)、溶解和反應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)中的加氫、空氣氧化和費(fèi)-托反應(yīng)等［9］，也用于對(duì)水體的臭氧消毒［10］。但是，鼓泡塔體積龐大，安裝、搬運(yùn)困難，不適宜水產(chǎn)養(yǎng)殖中使用。

1 反應(yīng)塔的設(shè)計(jì)

為減小設(shè)備高度，增加易用性，促進(jìn)臭氧與水體的氣液兩相流的傳質(zhì)與溶解，提高臭氧氧化氨氮的效率，降低水體中殘留的臭氧，本研究中，根據(jù)工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理的實(shí)際情況，應(yīng)用氣泡流體力學(xué)的設(shè)計(jì)方法和鼓泡塔工作原理，設(shè)計(jì)了雙層逆流臭氧氧化反應(yīng)塔。

1.1 結(jié)構(gòu)原理

反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。工作時(shí)，養(yǎng)殖水體在循環(huán)水泵的作用下從進(jìn)水管高速流入，臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧通過(guò)臭氧入口管和微孔擴(kuò)散器進(jìn)入內(nèi)筒與水體混合，并在內(nèi)筒錐形部分受到水流沖擊而破碎，變成小氣泡，形成氣泡流。氣泡在內(nèi)筒體隨水流向下流動(dòng)，并隨著壓力的增大，溶解度不斷升高，形成混合、溶解和反應(yīng)過(guò)程。在內(nèi)筒體底部設(shè)置4 個(gè)對(duì)稱排水槽，水氣混合體通過(guò)排水槽進(jìn)入外部環(huán)形筒體內(nèi)，在外筒體內(nèi)以同樣的速度上升，并進(jìn)行臭氧氧化氨氮的充分反應(yīng)。反應(yīng)后的水體從外筒體上部排出管排出，再用于水產(chǎn)養(yǎng)殖。未被溶解和反應(yīng)的臭氧從廢氣排出管排出，并進(jìn)行無(wú)害化處理。在此過(guò)程中，養(yǎng)殖水體完成了臭氧氧化氨氮的處理過(guò)程，達(dá)到了去除氨氮的目的。

1.2 基于氣泡流體理論的反應(yīng)塔設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)計(jì)算反應(yīng)塔的各項(xiàng)尺寸，涉及到氣泡流體內(nèi)部的流動(dòng)狀態(tài)、氣泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程的質(zhì)量變化及其尺寸變化，須建立運(yùn)動(dòng)、質(zhì)量擴(kuò)散和尺寸變化數(shù)學(xué)模型。

圖1 逆流型雙層反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structure chart of counter－flow reaction column

1.2.1 氣泡運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方程 反應(yīng)塔中的水流是確定速度的定常流，根據(jù)氣泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程的受力情況，氣泡在反應(yīng)塔流體中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程為

其中:mg為氣泡的質(zhì)量;u 為氣泡運(yùn)動(dòng)的速度;t為氣泡運(yùn)動(dòng)的時(shí)間;Fb為氣泡的浮力;Fg為氣泡的重力;Fd為阻力;Fa為附加質(zhì)量力;Fh為Basset 殘留阻力。由于氣體的密度ρg遠(yuǎn)小于水的密度ρf，且在污染較少的水體中殘留阻力非常小，氣泡的質(zhì)量、氣泡的重力和氣泡運(yùn)動(dòng)的殘留阻力可忽略不計(jì)。整理后的運(yùn)動(dòng)方程如下［11］:

當(dāng)水流向下流動(dòng)時(shí)，浮力與運(yùn)動(dòng)的方向相反，令u=u1，可以得到

當(dāng)水流向上流動(dòng)時(shí)，浮力與運(yùn)動(dòng)的方向相同，令u=u2，可以得到

其中:k 為附加質(zhì)量系數(shù)(球形氣泡為0.5);V 為氣泡的體積;Ab為氣泡的截面積;CD為運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)［12］，且

式中:Re 為Reynolds 數(shù)，Re=(d·u)/ν;d 為流管直徑，ν 為水的運(yùn)動(dòng)黏度系數(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)條件下ν=1.003 ×106m2/s。

1.2.2 氣泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的溶解方程在臭氧氣泡溶解于水的過(guò)程中，任意時(shí)間氣泡的質(zhì)量變化等于氣泡界面的質(zhì)量擴(kuò)散［11］。其關(guān)系表達(dá)式為

式(5)的左邊是氣泡質(zhì)量隨時(shí)間的變化率，右邊是任意半徑的氣泡界面向水中擴(kuò)散的氣泡質(zhì)量。其中:R 為氣泡半徑;ρg為臭氧氣泡的密度(標(biāo)準(zhǔn)條件下為2.144 g/L);D 為臭氧在水中的擴(kuò)散系數(shù);C 為擴(kuò)散界面臭氧的濃度;Cs為氣泡表面臭氧的濃度(20 ℃時(shí)的飽和濃度為30 mg/L);C∞為水體中無(wú)窮遠(yuǎn)處的臭氧濃度，即水體的臭氧濃度;r 為擴(kuò)散界面的半徑;s 為與擴(kuò)散半徑垂直的界面;θ 為擴(kuò)散界面的方向角;sh(Sherwood Number)為質(zhì)量轉(zhuǎn)移系數(shù)，且

式中:Pe為Peclet 系數(shù)，且Pe=(2R·u)/D，D為臭氧擴(kuò)散系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)條件下(T=293 K，P=1.013 ×105Pa，下同)，D=1.3 ×10-9m2/s［13］。

式(5)中，氣泡表面的臭氧濃度Cs可認(rèn)為是臭氧在水中的飽和濃度，其計(jì)算公式可根據(jù)亨利定律表示為

其中:H 為隨著溫度變化的亨利常數(shù)(pH 為7、溫度為293 K 的標(biāo)準(zhǔn)條件下H=4.6 ×108Pa·g/L);P 為氣泡表面的壓力。H 也可按下式計(jì)算［14］:

式中，［OH-］表示OH-濃度，T表示溫度(K)。

1.2.3 氣泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中氣泡尺寸的變化方程 研究表明，當(dāng)氣泡直徑和運(yùn)動(dòng)的速度較小時(shí)，氣泡在水中保持球形形狀，氣泡內(nèi)外壓力應(yīng)保持平衡，其內(nèi)外壓力平衡關(guān)系如下［15］:

即

其中:Pg為氣泡內(nèi)部的壓力;P0為大氣壓;S 為氣泡離水面的距離;˙R 為氣泡直徑的變化速度，˙R=dR/dt。

當(dāng)臭氧氣泡半徑R ＞0.001 mm和水深S0＜10 m 時(shí)，氣泡內(nèi)壓力遠(yuǎn)小于其臨界壓力Pc(Pc=5.05 ×106Pa)［16］，氣泡內(nèi)的臭氧氣體可視為理想氣體，其變化規(guī)律符合熱力學(xué)方程，即

其中，R0為氣泡的起始半徑。

1.3 水流速度的確定

在氣泡流運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其向下流動(dòng)的速度應(yīng)該遠(yuǎn)大于氣泡上升速度，才能確保氣泡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不會(huì)聚集變成大氣泡，進(jìn)而影響氣泡流體的均勻一致性。根據(jù)氣泡流體力學(xué)理論［12］，在氣流速度較大(約1 m/s)的密集鼓泡條件下，氣液混合物可形成大小相當(dāng)均勻的小氣泡，其上升的速度用下式估算:

其中:uc為氣泡上升的速度(m/s);σ 為液體的表面張力(N/m);g 為重力加速度(m/s2);μf為水的動(dòng)力黏性系數(shù)(N·s/m3);ρf為水的密度(kg/m3)。

把水在20 ℃時(shí)的一些物理參數(shù):g=9.8 m/s2，ρf=1000 kg/m3，σ=0.0728 N/m，μf=1002 N·s/m3，代入式(12)可計(jì)算出氣泡由于浮力而引起的上升速度uc=0.02 m/s，取氣泡流體速度為uf=0.05 m/s。

1.4 反應(yīng)塔內(nèi)外筒直徑的計(jì)算

反應(yīng)塔內(nèi)筒直徑的計(jì)算公式為

其中:d 為內(nèi)筒直徑(m);Q 為循環(huán)泵的流量(m3/s);uf為流體的速度(m/s)。為了使氣泡流流動(dòng)均勻穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)過(guò)程中使氣泡流上、下流速相同，內(nèi)筒截面積與內(nèi)外筒之間的環(huán)形面積相等，可以得到外筒直徑。

1.5 反應(yīng)塔高度的設(shè)計(jì)計(jì)算

反應(yīng)塔選擇Ⅰ型微孔鈦板作為擴(kuò)散器，其孔徑≤10 μm，氣泡平均直徑為0.33 mm［17］;在氧氣作為氣源產(chǎn)生臭氧的情況下，假設(shè)氧氣由電暈生成的100%臭氧。理想條件下的反應(yīng)塔高度應(yīng)該滿足如下要求:氣泡在內(nèi)筒向下流動(dòng)和經(jīng)過(guò)內(nèi)外筒之間的空間向上流動(dòng)到塔頂部的過(guò)程中，臭氧氣泡全部溶解，充分反應(yīng)沒有殘留。

利用氣泡流體理論建立的(2)、(3)、(5)和(10)式微分方程，進(jìn)行反應(yīng)塔高度尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算中運(yùn)動(dòng)時(shí)間t 與距離S 的計(jì)算公式為

當(dāng)R=0，S2=0 時(shí)，S=S1即為設(shè)計(jì)反應(yīng)塔高度。

1.5.1 計(jì)算的邊界條件 氣泡在水下開始上升時(shí)，其邊界條件:t0=0，R0=0.33 mm，u0=0.05 m/s。其中t0為起始時(shí)間，R0為氣泡的起始半徑;u0為氣泡流體的開始速度。計(jì)算方程中的常系數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)條件下的數(shù)值;由于氣泡在水中，可認(rèn)為氣泡內(nèi)的溫度等于水的溫度，且水溫保持不變。

1.5.2 計(jì)算方法 運(yùn)用C++語(yǔ)言編寫基于EULER ROMBERG 微分方程計(jì)算方法的優(yōu)化程序，應(yīng)用方程(2)、(3)、(5)和(10)進(jìn)行臭氧溶解過(guò)程中氣泡的速度(u)、密度(ρg)和尺寸半徑(R)的數(shù)值計(jì)算。根據(jù)公式(14)～(16)計(jì)算氣泡上升的時(shí)間(t)和距離(S)。時(shí)間變量的步長(zhǎng)取為0.0001 s，計(jì)算控制的相對(duì)誤差為≤0.0001。計(jì)算的初始數(shù)據(jù)和常系數(shù)如下:溫度T=293 K，氣泡表面的起始?jí)毫0=1.013 ×105Pa，氣泡的起始半徑R0=0.165 mm，氣泡流體的開始速度u0=0.05 m/s，水的運(yùn)動(dòng)黏度系數(shù)ν=1.003 ×106m2/s，臭氧擴(kuò)散系數(shù)D=1.3 ×10-9m2/s，臭氧亨利常數(shù)H=4.6 ×108Pa·g/L，液體的表面張力σ=0.0728 N/m，水的動(dòng)力黏性系數(shù)μf=1002 N·s/m3。計(jì)算流程圖如圖2所示。

圖2 臭氧氣泡溶解數(shù)值計(jì)算流程圖Fig.2 The flowing diagram of numerical calculation for ozone bubbles

1.6 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)工廠化養(yǎng)殖循環(huán)量的需要，選擇系統(tǒng)水泵型號(hào)為50JYWQ25 -10，流量為25 t/h。由此計(jì)算得到反應(yīng)塔的主要尺寸:內(nèi)徑d=0.42 m，外徑Dw=0.70 m，高度S=3.00 m。

2 反應(yīng)塔應(yīng)用性能試驗(yàn)

根據(jù)計(jì)算結(jié)果研制雙層逆流臭氧氧化反應(yīng)塔，并進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用效果試驗(yàn)，以檢驗(yàn)反應(yīng)塔氧化氨氮的能力和氧化過(guò)程中臭氧在水體中的殘留濃度。

2.1 材料與方法

2.1.1 試驗(yàn)設(shè)備系統(tǒng) 試驗(yàn)在冷水魚工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(圖3)中進(jìn)行。系統(tǒng)工作過(guò)程中，從養(yǎng)魚池底部排出的養(yǎng)殖廢水經(jīng)過(guò)溢流槽后，經(jīng)微濾機(jī)過(guò)濾后進(jìn)入回水槽，由水泵抽到鼓泡塔內(nèi)筒。同時(shí)，由臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧也進(jìn)入鼓泡塔內(nèi)筒，并在鼓泡塔內(nèi)外筒中混合、反應(yīng)，氧化水體中的氨氮，經(jīng)氧化處理過(guò)的水體返回養(yǎng)殖池，進(jìn)行循環(huán)利用。試驗(yàn)系統(tǒng)共有直徑1.8 m、高1.5 m 的圓形養(yǎng)殖池8 個(gè)，其中7 個(gè)設(shè)定為試驗(yàn)池，1 個(gè)為對(duì)照池;采用XY-19 型臭氧發(fā)生器，額定氣體流量為8 m3/h，額定臭氧產(chǎn)量為100 g/h。

圖3 臭氧氧化試驗(yàn)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)流程圖Fig.3 Flowing chart of a recirculating aquaculture system for ozone oxidation

2.1.2 材料 試驗(yàn)魚為虹鱒Oncrhynchus mykiss，體質(zhì)量為(249 ±36)g，每個(gè)養(yǎng)殖池放養(yǎng)60 尾，約15 kg;按魚體質(zhì)量的1%每天9:00、14:00和19:00 投喂蛋白質(zhì)含量為45%的智利進(jìn)口鮭鱒魚飼料(Salmofood);氧氣，純度不少于95%，流量為0.2 m3/h，臭氧產(chǎn)量為0.12 m3/h;臭氧氧化催化劑NaBr(分析純)，含量不少于99.0%;鼓泡塔內(nèi)水體為1.5 m3，水力停留時(shí)間為3.6 min;試驗(yàn)池、沉淀池等整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)水體為9.1 m3，對(duì)照池水體為1.3 m3。

2.1.3 方法 試驗(yàn)在黑龍江水產(chǎn)研究所工廠化養(yǎng)殖試驗(yàn)車間進(jìn)行，試驗(yàn)水溫為12 ℃。7 個(gè)試驗(yàn)池在圖3所示的整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)照池不參與系統(tǒng)循環(huán)，通過(guò)水泵在原池循環(huán)增氧。

(1)反應(yīng)塔臭氧催化氧化氨氮的效果。臭氧催化氧化氨氮由兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)完成:一個(gè)是臭氧催化氧化的反應(yīng)，主要去除水中的離子銨NH+4，如反應(yīng)式(17)～(19)，另一個(gè)是臭氧直接氧化反應(yīng)，主要把水中的非離子氨NH3氧化為硝酸鹽，如反應(yīng)式(20)、(21)［7］。

NaBr 作為催化劑加入試驗(yàn)水體，以Br/N 的比值為0.4 計(jì)算添加量，根據(jù)檢測(cè)的氨氮濃度，每天加入1 mg/L;每天8:00 第一次投喂餌料前，在鼓泡塔排水口即試驗(yàn)池的入水口取2 個(gè)水樣、1 個(gè)平行樣;在對(duì)照池取1 個(gè)水樣、1 個(gè)平行樣。通過(guò)檢測(cè)養(yǎng)殖池和對(duì)照池水樣的氨氮、亞硝酸鹽、硝酸鹽，確定氧化氨氮的效果。分別采用納氏試劑比色法(GB7481 - 87)、酚二磺酸分光光度法(GB7480 -87)、N-(1 -萘基)-乙二胺分光光度法(GB7493 -87)測(cè)定氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽的濃度，采用玻璃電極法(GB6920 -86)測(cè)定pH 值。

(2)養(yǎng)殖池水中臭氧濃度的控制。養(yǎng)殖池水中臭氧的安全濃度為0.01 mg/L，選用HACH 9185sc在線臭氧檢測(cè)儀檢測(cè)池水中臭氧濃度，并將檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換后送給PLC 進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和控制，調(diào)整臭氧發(fā)生器電壓，控制臭氧產(chǎn)量。在設(shè)定的臭氧發(fā)生器電壓下，檢測(cè)鼓泡塔內(nèi)筒水體的臭氧濃度。

2.2 結(jié)果與討論

2.2.1 氨氮氧化表1 為臭氧氧化過(guò)程中試驗(yàn)組與對(duì)照組氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽和pH 值的變化情況。由于試驗(yàn)5 d 后對(duì)照組水質(zhì)惡化，魚類攝食明顯減少而停止水質(zhì)檢測(cè)。從表1可知:試驗(yàn)組氨氮濃度與對(duì)照組相比，從第2天開始有明顯減少，第5天降低了54%，第5天臭氧催化氧化的效果比臭氧直接氧化(25.8%［6］)高1 倍多，表明產(chǎn)生了很好的催化氧化反應(yīng)，使水體中的大部分離子銨轉(zhuǎn)化成了氮?dú)?，達(dá)到了去除氨氮的目的。在pH值為7 左右的環(huán)境中，大部分氨氮是以離子銨存在，在反應(yīng)過(guò)程中主要進(jìn)行的是催化氧化反應(yīng)。試驗(yàn)組硝酸鹽有積累現(xiàn)象，表明反應(yīng)過(guò)程也存在臭氧直接氧化的反應(yīng)，但是由于pH 值為7 左右，氨氮以非離子氨NH3存在的量非常少，直接氧化的效率很低。

試驗(yàn)表明，試驗(yàn)組仍存在氨氮積累的現(xiàn)象，證明臭氧還不能完全把氨氮氧化。主要原因:一是受到養(yǎng)殖水體pH 值中性的限制，不能充分發(fā)揮直接氧化的效能;二是受到養(yǎng)殖水體臭氧殘留濃度的限制，鼓泡塔內(nèi)臭氧濃度較低，反應(yīng)動(dòng)力較小。試驗(yàn)中亞硝酸鹽有所增加，但變化幅度較小，這是因?yàn)閬喯跛猁}是反應(yīng)的中間產(chǎn)物，殘留不會(huì)過(guò)高。試驗(yàn)中pH 值呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，是加入催化劑NaBr后產(chǎn)生了溴酸HBrO 的原因，pH 值的降低影響了臭氧直接氧化的結(jié)果。

表1 臭氧氧化氨氮試驗(yàn)的水質(zhì)變化Tab.1 The change in water quality for ammonia oxidation by ozone

NaBr 的加入和產(chǎn)生的HBrO可能在水體中產(chǎn)生溴酸鹽，從而對(duì)養(yǎng)殖魚類健康帶來(lái)不利影響。有研究表明，在Br/N 值選擇合理的條件下，Br 優(yōu)先反應(yīng)的是N，不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多其他形式的溴化物［7］;同時(shí)，氨氮的存在可大幅減少HBrO 產(chǎn)生溴化物的可能性［18］，這也是盡管海水中存在大量Br 元素，臭氧仍然在海水養(yǎng)殖水處理中被廣泛應(yīng)用的原因［19-20］。

2.2.2 養(yǎng)殖池水中的臭氧濃度圖4 為應(yīng)用PLC在線監(jiān)測(cè)技術(shù)得到的養(yǎng)殖水體中臭氧濃度的變化情況。在檢測(cè)過(guò)程中，水體中溶解的臭氧濃度開始逐步上升，2 個(gè)多小時(shí)后基本穩(wěn)定在0.01 mg/L 附近，此時(shí)PLC 控制的臭氧發(fā)生器電壓為72 kV。這一結(jié)果表示，基于PLC 的養(yǎng)殖水體臭氧殘留濃度控制技術(shù)安全可靠，在魚類安全濃度0.008 ～0.060 mg/L［8］的范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)養(yǎng)殖魚類造成損傷。

圖4 5天內(nèi)養(yǎng)殖水體中臭氧殘留隨時(shí)間的變化Fig.4 Variation in dissolved ozone concentration in 5 days

2.2.3 鼓泡塔內(nèi)筒水體中的臭氧濃度 試驗(yàn)表明，養(yǎng)殖池水體臭氧的安全濃度被穩(wěn)定控制時(shí)，臭氧發(fā)生器的電壓為72 kV，在該電壓條件下PLC在線檢測(cè)到的鼓泡塔內(nèi)筒水體臭氧濃度變化如圖5所示。內(nèi)筒水體的臭氧濃度在開始工作1 h 后逐漸上升，2 h 后臭氧濃度在0.09 mg/L 附近上下波動(dòng)，波動(dòng)趨勢(shì)比較穩(wěn)定。表明通過(guò)檢測(cè)養(yǎng)殖池水體的臭氧殘留濃度，進(jìn)而用控制臭氧發(fā)生器電壓來(lái)控制臭氧產(chǎn)量的方法達(dá)到了設(shè)計(jì)要求;同時(shí)，與養(yǎng)殖池臭氧殘留濃度比較，內(nèi)筒水體臭氧濃度明顯高于安全濃度，水體中的臭氧在流經(jīng)鼓泡塔的過(guò)程中，89%的溶解臭氧與氨氮進(jìn)行了氧化反應(yīng)，從而使水體到達(dá)養(yǎng)殖池時(shí)臭氧的濃度能夠符合安全濃度的要求。

圖5 鼓泡塔內(nèi)養(yǎng)殖水體臭氧濃度隨時(shí)間的變化Fig.5 Variation in dissolved ozone concentration in aquaculture water in reaction column water

3 結(jié)論

(1)根據(jù)氣泡運(yùn)動(dòng)、氣泡溶解和尺寸變化方程而設(shè)計(jì)的臭氧雙層反應(yīng)塔，設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕，適應(yīng)于低溫下魚類養(yǎng)殖水體的氨氮處理。

(2)利用雙層臭氧反應(yīng)塔進(jìn)行低溫氨氮催化氧化處理，可以達(dá)到去除水體中54%氨氮的效果，為冷水性魚類養(yǎng)殖水體的氨氮處理開辟了新途徑;

(3)由控制系統(tǒng)控制產(chǎn)生的臭氧和氨氮在反應(yīng)塔內(nèi)可以充分反應(yīng)，殘留在水體中的臭氧濃度不高于0.01 mg/L，符合魚安全類養(yǎng)殖的要求。

(4)由于低溫氨氮催化氧化處理還不能完全消除氨氮，實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)結(jié)合低溫生物處理技術(shù)，進(jìn)行分步處理，才能達(dá)到解決養(yǎng)殖過(guò)程氨氮積累的問題。

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