葡萄糖、蔗糖和糖蜜對水體中余氯的消除效果

王 博，秦海鵬，廖栩崢，胡世康，孫成波

(廣東海洋大學水產學院，廣東湛江 524088)

在養殖水體的水處理過程中，通常用到氯制劑如漂白粉、漂粉精和強氯精等來消毒水體，去除水體的病原生物和病原的宿主生物，來切斷病害的水平傳播途徑[1]。使用氯制劑消毒后，水體中會產生余氯，余氯對養殖動物有十分嚴重的毒害作用[2]。養殖水體中的余氯高于0.02 mg·L-1，魚蝦的黏膜將會被強烈腐蝕，最后導致魚蝦的傷損或者死亡[3]。由此可見，余氯是養殖水體中的安全隱患之一。經消毒的室內水體中的余氯一般采用曝氣方法進行消除[4]，但是曝氣這種方法去除余氯的效率并不高而且容易導致余氯殘留在水體之中[5]。由于自然脫氯時間長，余氯含量過高，因此消毒后，養殖水體快速脫氯就十分必要了。消毒水體的脫氯方法主要用活性炭，這種方法目前使用都有一定困難；在養殖育苗生產中，通過添加硫代硫酸中和余氯[6]，這種方法添加量不好把控，并且容易對水體產生影響，進而影響育苗效果。

葡萄糖、蔗糖和糖蜜作為水產養殖生產中經常利用的3 種碳源，價格低廉，易于吸收，能補充能量和營養物質，為生物代謝和繁殖提供能量和營養物質，并作為基礎碳源，在養殖動物的生長過程中起著重要的作用。葡萄糖是生物最容易吸收的營養物質，是生命活動最主要的能量來源；蔗糖是還原性二糖，可以在酶的分解下產生葡萄糖和果糖，從而被生命體吸收。糖蜜中含有少量的粗蛋白質，用于動物飼養中可以刺激食欲，增強飼料的消化吸收率，此外，糖蜜中含有較多的礦物質元素，對水體中生物生長繁殖補充營養[7]。這些碳源對水產養殖動物沒有毒害作用，另外還可以調節水體中碳氮磷的比例，促使水體中營養物質的轉化[8]，可以在水產養殖的實際生產中運用并廣泛推廣。

在水產養殖的生產中，經過含氯消毒劑消毒的海水，自然曝氣需要的時間較長且不夠徹底，利用人工消除余氯來加快水處理的過程是非常有必要的。本實驗主要研究不同碳源：葡萄糖、蔗糖和糖蜜對水體中余氯的去除效果，并在3 種碳源的基礎上進行了不同濃度的試驗，進而探求可供提高脫氯的方法。

1 材料與方法

1.1 材料

實驗地點為廣東海洋大學東海島海洋生物研究基地，實驗海水為海區抽取，通過沉淀、砂濾后使用，水溫為(29.4±0.71) ℃，鹽度(28.5±0.26)；本實驗所選消毒劑為漂粉精，主要成分為次氯酸鈣，經實驗室碘量法測定有效氯為50%；葡萄糖、蔗糖、糖蜜來自山東容海谷物科技有限公司；50 L 白色小桶。

1.2 儀器和試劑

V-1600 型可見分光光度計、pH 計、鹽度計、滴定管、25 mL 具塞比色管、60 ml 廣口試劑瓶、50 L 白色小桶。

磺胺、鹽酸萘乙二胺、檸檬酸鈉、苯酚、次氯酸鈉、硫代硫酸鈉，實驗用水為蒸餾水。

1.3 方法

實驗在50 L 白色小桶中進行，每個小桶中加入1.5 g 漂粉精(15 mg·L-1的有效氯)，消毒24 h 后，不曝氣，分別加入葡萄糖、蔗糖和糖蜜3 種碳源，每種碳源設3 種不同的濃度梯度50、100、150 mg·L-1，每個濃度梯度設3 個平行，另外設置3 個空白對照組。

測試指標：余氯指標在加入碳源前測量初始余氯含量，加入碳源后，從0 h 開始1 h 測1 次；pH 指標1 d 測2 次(上午7：30 和下午4：00)，鹽度、溫度、氨態氮、亞硝酸氮和硝酸氮1 d 測1 次(上午8：00)，實驗周期7 d。

1.4 測定方法

氨態氮的濃度測定方法采用靛酚藍法，亞硝酸鹽采用重氮-偶氮光度法，硝酸氮采用鋅-鎘還原法測定，余氯采用N,N-二乙基-1,4-苯二胺滴定法測定，有效氯采用間接碘量法測定[9]。

1.5 數據處理

數據統計分析采用SPSS19.0 軟件進行處理。對數據運用單因素方差分析(ANOVA)，P＜0.05 為有顯著性差異，并用Excel 2010 繪制圖表。

2 結果與分析

2.1 碳源對水體中余氯的消除效果

2.1.1 葡萄糖

水體中余氯的濃度在加入葡萄糖之后的1 h，處理組的濃度顯著降低(P＜0.05)，150 mg·L-1處理組余氯消除效果最好，衰減率為68%，空白組余氯衰減率為6%。各處理組對水體中的余氯都產生了顯著的影響，不同濃度組中，濃度越大效果越明顯，余氯的衰減率也越大。3 種濃度下都可以在短時間內消除余氯，150 mg·L-1添加組最快(12 h 左右)，50 mg·L-1最慢(20 h 左右)。具體見表1。

表1 不同葡萄糖濃度下對余氯的衰減結果Tab.1 Attenuation results of residual chlorine at different glucose concentrations

2.1.2 蔗糖

由表2 可知，水體中余氯的量在加入蔗糖之后的1 h 內，呈現出明顯的變化。150 mg·L-1處理組余氯去除效果最好，衰減率達到37%；各處理組對水體中的余氯都產生了影響，不同濃度組中，濃度越大效果越明顯，余氯的衰減率也越高。

表2 不同蔗糖濃度下對余氯的衰減結果Tab.2 Attenuation results of residual chlorine at different sucrose concentrations

2.1.3 糖蜜

由表3 可知，水體中余氯的量在加入糖蜜之后的1 h 內，處理組的濃度顯著降低(P＜0.05)，150 mg·L-1處理組余率消除效果最好，衰減率達到95%；各處理組對水體中的余氯都產生了顯著的影響，不同濃度組中，濃度越大效果越明顯，余氯的衰減率也越高，3 種濃度下都可以在短時間內將余氯消除，150 mg·L-1添加組最快(8 h 左右)，50 mg·L-1最慢(12 h 左右)。

表3 不同糖蜜濃度下對余氯衰減的結果Tab.3 Attenuation results of residual chlorine at different molasses concentrations

不同碳源對余氯的作用，整體都呈下降趨勢，3 種碳源對中和余氯都有著明顯的作用。糖蜜效果最顯著，蔗糖效果最差，相比傳統的去除余氯的方法，3 種碳源都可以明顯縮短中和余氯的時間；同一碳源不同濃度下，去除余氯的效果隨碳源添加量成正比關系。具體如圖1 所示。

圖1 投加不同碳源后水體的余氯的變化趨勢Fig.1 The trend of residual chlorine in water bodies after adding different carbon sources

2.2 不同碳源對水體氨氮的影響效果

加入碳源的消毒海水氨態氮的變化明顯，各處理組氨態氮呈現先升高后降低的趨勢。在3～4 d 各組都出現最大值；不同碳源組對氨態氮的影響呈現一定的差異，葡萄糖和糖蜜引起的氨態氮變化較蔗糖更為明顯；糖蜜在150 mg·L-1的濃度下，氨態氮的濃度出現最高值1.456±0.004 mg·L-1，葡萄糖作用效果次之，比空白組的氨氮濃度(0.751 mg·L-1)增加了1 倍。具體如圖2所示。

圖2 水體中氨氮的變化趨勢Fig.2 Changes of ammonia nitrogen in water

2.3 不同碳源對水體亞硝酸鹽的影響效果

碳源對水體中亞硝酸鹽的影響，空白組與實驗組的亞硝酸鹽變化趨勢相同；第1 d 的亞硝酸鹽濃度0.13±0.01 mg·L-1，隨后逐漸升高，第4 d 達到最大值0.36±0.01 mg·L-1，之后又呈現下降的趨勢。具體如圖3所示。

圖3 水體中亞硝酸鹽的變化趨勢Fig.3 Changes of nitrite in water

2.4 不同碳源對硝酸鹽的影響效果

水體中硝酸鹽的變化趨勢見表4，各實驗組和空白組，在試驗期間硝酸態氮并沒有明顯的變化趨勢，而是維持在穩定水平，硝酸態氮濃度基本維持在0.37±0.02 mg·L-1。

表4 水體中硝酸鹽的變化趨勢Tab.4 Changes of nitrate in water

2.5 水體中pH 的變化情況

實驗前水體水溫為27.2±0.5 ℃、pH 為8.4±0.04，加入不同碳源后pH 有明顯的變化，pH 整體呈先降低后升高的趨勢，3 種碳源有明顯降低pH 的效果，糖蜜、葡萄糖和蔗糖在150 mg·L-1濃度下，pH 分別降低到7.42±0.03、7.5±0.03 和7.6±0.04，空白組pH 只降低了0.8。在同樣的濃度下，糖蜜對pH 的影響最大，持續時間最長。具體變化如圖4 所示。

圖4 加入不同碳源后水體pH 的變化情況Fig.4 Changes in pH of water bodies after addition of different carbon sources

3 討論

目前普遍認為影響余氯在水中反應的因素主要有溫度[10-11]、初始氯質量濃度[12]、水中有機物的質量濃度[13-14]和pH[15-16]等。余氯在主體水中主要與有機、無機物反應，水中的無機物主要與余氯發生化學和電化學反應，水中有機物與余氯發生的反應比較復雜，主要和水中有機物(NOM)的組分有關。通過給消毒水體中添加不同濃度的有機碳源，水體中余氯量呈現出明顯的變化。由以上實驗結果可以看出添加不同的碳源對余氯的影響效果不同，同一碳源組，碳源的添加濃度與余氯衰減呈正相關。

漂粉精的消毒作用來自次氯酸鈉的強氧化性，水體中的余氯也是來自氧化消毒之后殘留的次氯酸，而3 種不同的碳源均可以與水體中的次氯酸發生氧化還原反應，從而產生中和余氯的作用。葡萄糖與糖蜜在中和余氯這一作用上強于蔗糖，且碳源的濃度越高，中和余氯的效果越快。葡萄糖作為單糖和醛糖，易于發生氧化反應，被具有氧化性的物質氧化成糖酸，作為水體中余氯來源的次氯酸鈉，具有強氧化性，與葡萄糖的氧化反應易于發生[17]。蔗糖屬于非還原性二塘，較難發生氧化還原反應，但是在水體中次氯酸鈉這種強氧化劑的氧化性，仍然能使作為酮糖的蔗糖發生較慢的氧化還原反應。糖蜜是由多種蔗糖發酵處理之后的產物，糖蜜中還添加油大量的硫酸或鹽酸，發生氧化還原的能力較強，與水體中的次氯酸鈉發生氧化反應[15]。在水產養殖的生產中，經過含氯消毒劑消毒的海水，自然曝氣需要的時間較長且不夠徹底，利用人工消除余氯來加快水處理的過程是非常有必要的。

空白組的海水pH 在7 d 內維持在一個較為穩定的范圍內，由于空白組的海水經過漂粉精的消毒之后，殺死了水體中原有的藻類和原生動物以及各種微生物。加入3 種碳源的水體pH 有明顯的變化，這是因為葡萄糖屬于醛糖，蔗糖、糖蜜屬于酮糖，在水體中能被氧化物次氯酸鈉氧化變為酸，且葡萄糖最容易被氧化為葡萄糖酸[18]。由于糖蜜中雜菌生長旺盛，在糖蜜的的加工中，需要加硫酸或者鹽酸酸化來防止雜菌的生長，并且有效調節酸度，為養殖中使用提供便利[19]。因此，3 種碳源對水體中pH 的影響效果不一，其中，糖蜜對pH 的影響最大，葡萄糖稍差，蔗糖最弱。

水體中亞硝酸鹽、硝酸鹽和氨態氮的變化情況，可以看到實驗組和對照組是有差異的。實驗水體用漂粉精的消毒，水體中的微生物基本上被殺死。水體中亞硝化細菌、硝化細菌和反硝化細菌等微生物對三氮的轉化影響不大；葡萄糖屬于單糖，比蔗糖更易于微生物吸收，加快代謝，促進含氮有機物到氨態氮的轉化[20]。而糖蜜中含有大量的含氮有機物、各種雜質和添加物，富含微生物生長所需的各種營養元素，微生物能夠更快的生長繁殖，從而加快含氮有機物到氨態氮的分解過程[21]。水體中殘余的含氮有機物經過分解之后變為氨態氮，使水體中氨氮的濃度升高，然而由于亞硝化細菌的繁殖，水體中的一部分氨態氮被轉化為亞硝酸氮，且水體中有機氮的總量減少，氨態氮的濃度又逐漸降低[20]。