葡萄糖、蔗糖和糖蜜对水体中余氯的消除效果

王 博，秦海鹏，廖栩峥，胡世康，孙成波

(广东海洋大学水产学院，广东湛江 524088)

在养殖水体的水处理过程中，通常用到氯制剂如漂白粉、漂粉精和强氯精等来消毒水体，去除水体的病原生物和病原的宿主生物，来切断病害的水平传播途径[1]。使用氯制剂消毒后，水体中会产生余氯，余氯对养殖动物有十分严重的毒害作用[2]。养殖水体中的余氯高于0.02 mg·L-1，鱼虾的黏膜将会被强烈腐蚀，最后导致鱼虾的伤损或者死亡[3]。由此可见，余氯是养殖水体中的安全隐患之一。经消毒的室内水体中的余氯一般采用曝气方法进行消除[4]，但是曝气这种方法去除余氯的效率并不高而且容易导致余氯残留在水体之中[5]。由于自然脱氯时间长，余氯含量过高，因此消毒后，养殖水体快速脱氯就十分必要了。消毒水体的脱氯方法主要用活性炭，这种方法目前使用都有一定困难；在养殖育苗生产中，通过添加硫代硫酸中和余氯[6]，这种方法添加量不好把控，并且容易对水体产生影响，进而影响育苗效果。

葡萄糖、蔗糖和糖蜜作为水产养殖生产中经常利用的3 种碳源，价格低廉，易于吸收，能补充能量和营养物质，为生物代谢和繁殖提供能量和营养物质，并作为基础碳源，在养殖动物的生长过程中起着重要的作用。葡萄糖是生物最容易吸收的营养物质，是生命活动最主要的能量来源；蔗糖是还原性二糖，可以在酶的分解下产生葡萄糖和果糖，从而被生命体吸收。糖蜜中含有少量的粗蛋白质，用于动物饲养中可以刺激食欲，增强饲料的消化吸收率，此外，糖蜜中含有较多的矿物质元素，对水体中生物生长繁殖补充营养[7]。这些碳源对水产养殖动物没有毒害作用，另外还可以调节水体中碳氮磷的比例，促使水体中营养物质的转化[8]，可以在水产养殖的实际生产中运用并广泛推广。

在水产养殖的生产中，经过含氯消毒剂消毒的海水，自然曝气需要的时间较长且不够彻底，利用人工消除余氯来加快水处理的过程是非常有必要的。本实验主要研究不同碳源：葡萄糖、蔗糖和糖蜜对水体中余氯的去除效果，并在3 种碳源的基础上进行了不同浓度的试验，进而探求可供提高脱氯的方法。

1 材料与方法

1.1 材料

实验地点为广东海洋大学东海岛海洋生物研究基地，实验海水为海区抽取，通过沉淀、砂滤后使用，水温为(29.4±0.71) ℃，盐度(28.5±0.26)；本实验所选消毒剂为漂粉精，主要成分为次氯酸钙，经实验室碘量法测定有效氯为50%；葡萄糖、蔗糖、糖蜜来自山东容海谷物科技有限公司；50 L 白色小桶。

1.2 仪器和试剂

V-1600 型可见分光光度计、pH 计、盐度计、滴定管、25 mL 具塞比色管、60 ml 广口试剂瓶、50 L 白色小桶。

磺胺、盐酸萘乙二胺、柠檬酸钠、苯酚、次氯酸钠、硫代硫酸钠，实验用水为蒸馏水。

1.3 方法

实验在50 L 白色小桶中进行，每个小桶中加入1.5 g 漂粉精(15 mg·L-1的有效氯)，消毒24 h 后，不曝气，分别加入葡萄糖、蔗糖和糖蜜3 种碳源，每种碳源设3 种不同的浓度梯度50、100、150 mg·L-1，每个浓度梯度设3 个平行，另外设置3 个空白对照组。

测试指标：余氯指标在加入碳源前测量初始余氯含量，加入碳源后，从0 h 开始1 h 测1 次；pH 指标1 d 测2 次(上午7：30 和下午4：00)，盐度、温度、氨态氮、亚硝酸氮和硝酸氮1 d 测1 次(上午8：00)，实验周期7 d。

1.4 测定方法

氨态氮的浓度测定方法采用靛酚蓝法，亚硝酸盐采用重氮-偶氮光度法，硝酸氮采用锌-镉还原法测定，余氯采用N,N-二乙基-1,4-苯二胺滴定法测定，有效氯采用间接碘量法测定[9]。

1.5 数据处理

数据统计分析采用SPSS19.0 软件进行处理。对数据运用单因素方差分析(ANOVA)，P＜0.05 为有显著性差异，并用Excel 2010 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 碳源对水体中余氯的消除效果

2.1.1 葡萄糖

水体中余氯的浓度在加入葡萄糖之后的1 h，处理组的浓度显著降低(P＜0.05)，150 mg·L-1处理组余氯消除效果最好，衰减率为68%，空白组余氯衰减率为6%。各处理组对水体中的余氯都产生了显著的影响，不同浓度组中，浓度越大效果越明显，余氯的衰减率也越大。3 种浓度下都可以在短时间内消除余氯，150 mg·L-1添加组最快(12 h 左右)，50 mg·L-1最慢(20 h 左右)。具体见表1。

表1 不同葡萄糖浓度下对余氯的衰减结果Tab.1 Attenuation results of residual chlorine at different glucose concentrations

2.1.2 蔗糖

由表2 可知，水体中余氯的量在加入蔗糖之后的1 h 内，呈现出明显的变化。150 mg·L-1处理组余氯去除效果最好，衰减率达到37%；各处理组对水体中的余氯都产生了影响，不同浓度组中，浓度越大效果越明显，余氯的衰减率也越高。

表2 不同蔗糖浓度下对余氯的衰减结果Tab.2 Attenuation results of residual chlorine at different sucrose concentrations

2.1.3 糖蜜

由表3 可知，水体中余氯的量在加入糖蜜之后的1 h 内，处理组的浓度显著降低(P＜0.05)，150 mg·L-1处理组余率消除效果最好，衰减率达到95%；各处理组对水体中的余氯都产生了显著的影响，不同浓度组中，浓度越大效果越明显，余氯的衰减率也越高，3 种浓度下都可以在短时间内将余氯消除，150 mg·L-1添加组最快(8 h 左右)，50 mg·L-1最慢(12 h 左右)。

表3 不同糖蜜浓度下对余氯衰减的结果Tab.3 Attenuation results of residual chlorine at different molasses concentrations

不同碳源对余氯的作用，整体都呈下降趋势，3 种碳源对中和余氯都有着明显的作用。糖蜜效果最显著，蔗糖效果最差，相比传统的去除余氯的方法，3 种碳源都可以明显缩短中和余氯的时间；同一碳源不同浓度下，去除余氯的效果随碳源添加量成正比关系。具体如图1 所示。

图1 投加不同碳源后水体的余氯的变化趋势Fig.1 The trend of residual chlorine in water bodies after adding different carbon sources

2.2 不同碳源对水体氨氮的影响效果

加入碳源的消毒海水氨态氮的变化明显，各处理组氨态氮呈现先升高后降低的趋势。在3～4 d 各组都出现最大值；不同碳源组对氨态氮的影响呈现一定的差异，葡萄糖和糖蜜引起的氨态氮变化较蔗糖更为明显；糖蜜在150 mg·L-1的浓度下，氨态氮的浓度出现最高值1.456±0.004 mg·L-1，葡萄糖作用效果次之，比空白组的氨氮浓度(0.751 mg·L-1)增加了1 倍。具体如图2所示。

图2 水体中氨氮的变化趋势Fig.2 Changes of ammonia nitrogen in water

2.3 不同碳源对水体亚硝酸盐的影响效果

碳源对水体中亚硝酸盐的影响，空白组与实验组的亚硝酸盐变化趋势相同；第1 d 的亚硝酸盐浓度0.13±0.01 mg·L-1，随后逐渐升高，第4 d 达到最大值0.36±0.01 mg·L-1，之后又呈现下降的趋势。具体如图3所示。

图3 水体中亚硝酸盐的变化趋势Fig.3 Changes of nitrite in water

2.4 不同碳源对硝酸盐的影响效果

水体中硝酸盐的变化趋势见表4，各实验组和空白组，在试验期间硝酸态氮并没有明显的变化趋势，而是维持在稳定水平，硝酸态氮浓度基本维持在0.37±0.02 mg·L-1。

表4 水体中硝酸盐的变化趋势Tab.4 Changes of nitrate in water

2.5 水体中pH 的变化情况

实验前水体水温为27.2±0.5 ℃、pH 为8.4±0.04，加入不同碳源后pH 有明显的变化，pH 整体呈先降低后升高的趋势，3 种碳源有明显降低pH 的效果，糖蜜、葡萄糖和蔗糖在150 mg·L-1浓度下，pH 分别降低到7.42±0.03、7.5±0.03 和7.6±0.04，空白组pH 只降低了0.8。在同样的浓度下，糖蜜对pH 的影响最大，持续时间最长。具体变化如图4 所示。

图4 加入不同碳源后水体pH 的变化情况Fig.4 Changes in pH of water bodies after addition of different carbon sources

3 讨论

目前普遍认为影响余氯在水中反应的因素主要有温度[10-11]、初始氯质量浓度[12]、水中有机物的质量浓度[13-14]和pH[15-16]等。余氯在主体水中主要与有机、无机物反应，水中的无机物主要与余氯发生化学和电化学反应，水中有机物与余氯发生的反应比较复杂，主要和水中有机物(NOM)的组分有关。通过给消毒水体中添加不同浓度的有机碳源，水体中余氯量呈现出明显的变化。由以上实验结果可以看出添加不同的碳源对余氯的影响效果不同，同一碳源组，碳源的添加浓度与余氯衰减呈正相关。

漂粉精的消毒作用来自次氯酸钠的强氧化性，水体中的余氯也是来自氧化消毒之后残留的次氯酸，而3 种不同的碳源均可以与水体中的次氯酸发生氧化还原反应，从而产生中和余氯的作用。葡萄糖与糖蜜在中和余氯这一作用上强于蔗糖，且碳源的浓度越高，中和余氯的效果越快。葡萄糖作为单糖和醛糖，易于发生氧化反应，被具有氧化性的物质氧化成糖酸，作为水体中余氯来源的次氯酸钠，具有强氧化性，与葡萄糖的氧化反应易于发生[17]。蔗糖属于非还原性二塘，较难发生氧化还原反应，但是在水体中次氯酸钠这种强氧化剂的氧化性，仍然能使作为酮糖的蔗糖发生较慢的氧化还原反应。糖蜜是由多种蔗糖发酵处理之后的产物，糖蜜中还添加油大量的硫酸或盐酸，发生氧化还原的能力较强，与水体中的次氯酸钠发生氧化反应[15]。在水产养殖的生产中，经过含氯消毒剂消毒的海水，自然曝气需要的时间较长且不够彻底，利用人工消除余氯来加快水处理的过程是非常有必要的。

空白组的海水pH 在7 d 内维持在一个较为稳定的范围内，由于空白组的海水经过漂粉精的消毒之后，杀死了水体中原有的藻类和原生动物以及各种微生物。加入3 种碳源的水体pH 有明显的变化，这是因为葡萄糖属于醛糖，蔗糖、糖蜜属于酮糖，在水体中能被氧化物次氯酸钠氧化变为酸，且葡萄糖最容易被氧化为葡萄糖酸[18]。由于糖蜜中杂菌生长旺盛，在糖蜜的的加工中，需要加硫酸或者盐酸酸化来防止杂菌的生长，并且有效调节酸度，为养殖中使用提供便利[19]。因此，3 种碳源对水体中pH 的影响效果不一，其中，糖蜜对pH 的影响最大，葡萄糖稍差，蔗糖最弱。

水体中亚硝酸盐、硝酸盐和氨态氮的变化情况，可以看到实验组和对照组是有差异的。实验水体用漂粉精的消毒，水体中的微生物基本上被杀死。水体中亚硝化细菌、硝化细菌和反硝化细菌等微生物对三氮的转化影响不大；葡萄糖属于单糖，比蔗糖更易于微生物吸收，加快代谢，促进含氮有机物到氨态氮的转化[20]。而糖蜜中含有大量的含氮有机物、各种杂质和添加物，富含微生物生长所需的各种营养元素，微生物能够更快的生长繁殖，从而加快含氮有机物到氨态氮的分解过程[21]。水体中残余的含氮有机物经过分解之后变为氨态氮，使水体中氨氮的浓度升高，然而由于亚硝化细菌的繁殖，水体中的一部分氨态氮被转化为亚硝酸氮，且水体中有机氮的总量减少，氨态氮的浓度又逐渐降低[20]。