不同鹽度條件下葡萄糖對余氯等水質(zhì)的影響

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.廣東海洋大學水產(chǎn)學院，廣東湛江 524088；2.廣東高校海產(chǎn)無脊椎動物養(yǎng)殖工程技術研究中心，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行消毒，有效氯在一定時間與微生物、有機物、無機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，因其使用方便且價格低廉等原因，含氯消毒制劑被廣泛應用于水產(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定方面均存在一些問題，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家規(guī)定。此外，發(fā)達的農(nóng)副業(yè)、工業(yè)冷卻水和自來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，對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成了嚴重的污染[3]。我國《生活飲用水衛(wèi)生標準》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0.02 mg/L以上，則會對魚蝦黏膜造成強烈的腐蝕傷害，超過0.01 mg/L可能會使一些敏感的魚蝦致死[4]。研究表明，如果水體余氯含量為0.014～0.029 mg/L時，金魚在接觸96 h后有50%死亡；如果水中余氯達0.65～10.10 mg/L時，藻類在接觸5～10 min后生長明顯受到抑制，但因為醫(yī)院、工業(yè)等外排污水進入湖泊、水庫、魚塘，時有大量死魚的現(xiàn)象發(fā)生[5]。不僅如此，氯是一種活潑的氧化劑，殺死致病微生物時也容易與水中的有機物作用產(chǎn)生具有很強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題。當前對含氯消毒制劑的研究日益增多，但對余氯的去除研究鮮見報道。目前，余氯處理主要有2種方法，即化學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，其作用機理是吸附和化學反應的結(jié)果，且在去除余氯的過程中，接觸時間越長，去除余氯量越大。周建斌等[8]研究表明，竹炭對水中余氯有較好的去除效果。筆者選用化學氧化還原方法，研究余氯的去除效果，并分析水體中微生物的生長衰亡對水體中三氮的影響，以及余氯對水體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試驗材料葡糖糖(分析純)、生產(chǎn)用漂粉精、海水晶調(diào)配的各個鹽度海水。

1.2試驗方法使用12個50 L白桶，隨機將白桶分成鹽度0、10、20、30這4個組，每個鹽度設置3個平行組。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開始加入水中，不對水進行曝氣。

1.3測定項目與方法

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

1.3.2細菌。試驗水樣的總菌數(shù)目與弧菌數(shù)量的測定均采用平板計數(shù)法。用營養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基測定可培養(yǎng)細菌數(shù)量，弧菌數(shù)量的測定采用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)境化學試驗[10]，水體氨氮的測定采用靛酚藍分光光度法；硝酸鹽的測定采用鋅-鎘還原法分光光度法；亞硝酸鹽的測定采用鹽酸萘乙二胺分光光度法；總余氯的測定采用N，N-二乙基-1，4-苯二胺滴定法。

1.4數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件統(tǒng)計分析，用SPSS 17.0進行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1不同鹽度條件下葡萄糖對余氯的去除效果由圖1可知，4個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4個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)。當水體鹽度為0的試驗組中，0～6 h時，余氯降低率為12.41%；0～30 h時，余氯降低率為26.55%。當水體鹽度為10時，在0～6 h時，余氯降低率為70.00%；在0～30 h時，余氯降低率為91.84%。當水體鹽度為20時，在0～6 h時，余氯降低率為69.40%，在0 ～30 h時，余氯降低率為95.15%。當水體鹽度為30時，在0～6 h時，余氯降低率為67.72%，在30 h時，余氯含量為0，0 ～30 h時，余氯降低率為100%。

圖1 不同鹽度條件下葡萄糖對余氯的去除效果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，在0、24、48、72、96、120、144 h時，弧菌數(shù)量均為0，弧菌無法生長。在鹽度為10時，在0、24、48 h時，弧菌數(shù)量為0，在48 h后，弧菌開始出現(xiàn)，并在96 h達到頂峰，此時弧菌數(shù)量為(23±10)CFU/mL；在96 h后弧菌數(shù)量陡降。在鹽度為20時，在0、24、48 h時弧菌數(shù)量也為0，在48 h后弧菌開始出現(xiàn)，并在96 h達到頂峰，在96 h后弧菌開始消亡，96 h時弧菌數(shù)量為(33±15)CFU/mL。在鹽度為30時，在0、24、48 h時未檢測到弧菌，在48 h后弧菌開始出現(xiàn)，并在96 h弧菌數(shù)量達到最大，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，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個不同鹽度梯度下的總菌數(shù)目在24 h后不同程度的增長，經(jīng)過一段時間后開始減少。在鹽度為0時，細菌在24 h后開始出現(xiàn)但增長速度緩慢，直到120 h才達到頂峰，此時細菌總數(shù)為(3 100±361)CFU/mL。在鹽度為10時，細菌數(shù)目在120 h時達到最大，為(32 667±5 508)CFU/mL。在鹽度為20時，細菌在24 h后開始出現(xiàn)，并經(jīng)過24～72 h的緩慢增長，在72～96 h時暴發(fā)式增長，在96 h總菌量最大，為(28 667±2 516)CFU/mL。在鹽度為30時，細菌在24 h開始出現(xiàn)，然后緩慢增長并在120 h達到最大，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個時間點內(nèi)鹽度為0時水體的pH比其他3個鹽度梯度的pH均高，鹽度10、20、30這3個鹽度梯度的水體pH在各個時間點上均較接近，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，pH在7個時間點上保持為9.00左右。在鹽度為10時，在24 h時pH比0 h降低了11.58%，在24 h后5個時間點pH在7.79左右微小波動，趨勢平緩。在鹽度為20時，0、24 h的pH分別為8.67±0.064和7.68±0.050，24 h時的pH比0 h降低了11.41%，在24 h后的5個時間點pH波動很小。鹽度為30時，0、24 h時的pH分別為8.63±0.010和7.70±0.031，24 h時的pH比0 h降低了10.77%，在96 h時pH為試驗過程中最小值，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個時間內(nèi)4個鹽度梯度的氨氮變化趨勢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達到最大，其他3個鹽度梯度的氨氮濃度則在120 h達到最大。在鹽度為0時，120 h時氨氮濃度比0 h升高了97.58%，144 h時的氨氮濃度比120 h時降低了13.06%。鹽度為10時，120 h氨氮濃度比0 h升高了229.65%，144 h時的氨氮濃度比120 h時降低了11.92%。鹽度為20時，120 h時氨氮濃度比0 h升高了213.93%，144 h的氨氮濃度比120 h時降低了13.12%。鹽度為30時，96 h的氨氮濃度比0 h升高了160.50%，120 h時的氨氮濃度比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個時間內(nèi)4個鹽度梯度的硝酸鹽變化趨向于平緩，波動不大，4個組之間差異不顯著(P>0.05)。在鹽度為0時，在0 h后的6個時間點，硝酸鹽的濃度與0 h相差不大。在鹽度為10時，各時間點的硝酸鹽濃度差異微小。在鹽度為20時，與0 h時硝酸鹽濃度相比，之后的6個時間點均比其大，但差異微小。在鹽度為30時，各時間點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個時間點內(nèi)4個鹽度梯度的亞硝酸鹽含量在0～72 h出現(xiàn)微小波動，但72 h后開始略有升高且在升高后保持穩(wěn)定。在鹽度為0時，亞硝酸鹽濃度在72 h后有所升高；在鹽度為10時，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，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，96 h后亞硝酸鹽濃度開始有所上升并保持穩(wěn)定。方差分析結(jié)果表明，4個組之間差異不顯著(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個羥基和1個醛基，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，當它溶于水中時生成次氯酸[11]。具有還原性的葡萄糖與具有強氧化性的次氯酸接觸會發(fā)生氧化還原反應，從而使水體中的次氯酸物質(zhì)減少，達到去除目的。隨著反應的進行，葡萄糖與次氯酸的濃度減少，化學反應速度變得緩慢。比較4個鹽度梯度各個時間點的余氯濃度，鹽度30時的余氯濃度各時間點均最小，且最先降至0。在這4個鹽度梯度中，在30 h時，鹽度0、10、20、30的降低率分別為26.55%、91.84%、95.15%、100%，可見鹽度為30時，葡萄糖對余氯的去除效果最佳。

漂粉精的強氧化特性，使其能夠高效消毒且能殺死水中的藻類及其他生物，高濃度的有效氯更是能滅殺水體中所有生物[12]。該試驗中，0 h時4個鹽度梯度中余氯最小的濃度為21.4 mg/L，足以將試驗水體的生物滅殺。因此，在0、24、48 h沒有細菌或數(shù)量極少。由于海水中有殘留下來的有機物質(zhì)，為后來細菌的滋生提供了可能性，因此在48 h后細菌開始暴發(fā)式增長，在達到最大容納量后細菌開始消亡?；【某霈F(xiàn)與增長規(guī)律與測得的總菌數(shù)據(jù)近似。水體中殘留的余氯使細菌的生長受限，由于鹽度0時余氯衰減緩慢，水中保留的余氯使得細菌難以滋生，在試驗過程中鹽度為0的水體未測出細菌。此外，鹽度10和鹽度20的海水中細菌生長也受余氯的影響。高鹽度的海水能抑制某些細菌的生長，低鹽度的海水更適合許多細菌的生長，鹽度為30時的海水細菌數(shù)量少于鹽度10和20時的細菌數(shù)量[13]。

漂粉精的主要成分是次氯酸鈣，同時還含有少量氯化鈣或氫氧化鈣等。次氯酸鈣是強堿弱酸鹽，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，降低了堿性。在鹽度為0時，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，從氮的來源及去向2條途徑分析，含氮有機物通過氨化作用轉(zhuǎn)化為氨氮，氨氮在有氧條件下通過硝化作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和硝酸鹽，亞硝酸鹽和硝酸鹽在

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