高铁酸钾在水产养殖中的应用前景(精)

高铁酸钾在水产养殖中的应用前景
摘要高铁酸钾是一种新型的环境友好型多功能水处理剂。

介绍了高铁酸钾
的特性,综述了高铁酸钾在水质的改善及废(污)水处理中的研究与实践所取得的成果,重点讨论了高铁酸钾在水产养殖方面的应用及前景。

关键词高铁酸钾;水处理剂;水产养殖;应用前景
AbstractPotassium ferrate(Ⅵ) is an environmentally friendlly multifunction water treatment agent. The properties of potassium ferrate(Ⅵ) was introduced. The achievements of research and practice in the field of improving the quality of drinking water and waste water treatment were reviewed. The application and prospects of potassium ferrate(Ⅵ) in the aquaculture were emphatically discussed.
Key wordspotassium ferrate(Ⅵ);water treatment
agent;aquaculture;prospects
高铁酸钾是20世纪70年代以来开发的新型水处理剂。

1841年美国学者Fremy首次合成了高铁酸钾,用于水处理中,可同时发挥氧化、吸附、絮凝、助凝、杀菌等作用。

高铁酸钾的氧化能力很强,在酸性和碱性条件下的氧化还原电位分别为2.20 V和0.72 V,分解产生的中间产物氢氧化铁胶体是高效吸附絮凝剂,最终产物是铁锈,因此被誉为“环境友好型氧化剂”[1]。

高铁酸钾的制备方法主要有:次氯酸盐氧化法、电解法和高温氧化法等。

次氯酸盐氧化法又称湿法氧化,此方法研究较早技术相对比较成熟,生产设备投资少,得到的产品纯度和产率都较高;但操作麻烦,工艺控制严格。

电解法是目前研究较多的一种方法,操作简单方便灵活;缺点是耗电多,能耗大,副产物较多,产品纯度不高。

高温氧化法即熔融法,其优点是反应物少,发反应少,最终高铁酸钾产品的纯度很高,而且反应的产率较高;但反应需在高温、密封、干燥的环境下进行,再加上反应有过氧化物参与,因而需严格控制操作条件,以免引起爆炸[2-3]。

高铁酸钾的固体为黑紫色晶体,极易溶于水,水溶液呈紫红色。

高铁酸钾为
正四面体结构,Fe原子位于四面体中心,4个氧原子位于四面体的4个顶角上,而且4个氧原子等价[4]。

干燥的高铁酸钾在常温下可长期稳定存在,198 ℃以上
开始分解。

但含水分的高铁酸钾热稳定性明显下降,80 ℃迅速分解为
Fe(OH)3[5]。

高铁酸钾中铁离子为+6价,处于铁元素的最高价态,氧化性较强,
高铁酸钾在整个pH值范围内都有很强的氧化性[6]。

1高铁酸钾在水处理中的应用
1.1去除水中有机污染物
高铁酸钾的氧化作用是去除有机污染物的首要功能。

朱启安等[7]研究表明,在反应温度为36 ℃、水的pH值约为7的条件下,对2,4,6-三氯酚浓度为10
mg/L的配水采用100 mg/L的高铁酸钾氧化处理5~8 min后,对2,4,6-三氯酚含量降为0.08 mg/L;曲久辉等[8]研究了高铁酸钾对水中微量邻氯苯酚的去除效果,结果表明,邻氯苯酚的质量浓度为4 mg/L时,加入60 mg/L的高铁酸钾氧化
处理10 min,对邻氯苯酚的去除率可达99.3%。

此外,高铁酸钾还可用于乙醇
胺、醇、羧酸、胺、羟酮、氢醌、苯胺、肟和SCN-等化合物的氧化去除。

化学需氧量(COD)是反映水的污染程度的重要综合性指标之一。

高铁酸钾有强氧化性,可氧化水中的还原性污染物降低COD值。

罗志勇等[9]研究了当生活污水中COD为136.1 mg/L,室温下高铁酸钾的投加量为10 mg/L时,COD的去除率为50%以上;当高铁酸钾的投加量为20 mg/L时,COD的去除率达96%以上;吴
小倩等[10]采用自制的高铁酸钾深度处理垃圾渗滤液二级生化处理出水,结果表明当pH值为6,高铁酸钾投量为110 mg/L,反应时间为30 min时,对COD的去除效果最好。

1.2去除水中无机污染物
相对有机污染物而言,高铁酸钾的强氧化性更容易氧化含硫(S6+、S4+、S2-)、氰(CN-)、砷(As3+)等无机物。

高铁酸钾氧化水和废水中的无机还原物的反应时间较短,一般以分钟计,有些反应甚至几秒钟之内完成[11]。

当pH值为
5.95,加入高铁酸钾浓度为45 mg/L时,水中S2-浓度从25.33 mg/L降至0.33 mg/L[12-13]。

高铁酸钾对废水中CN-这种毒性极强的物质去除效果也十分显著,当pH值为11.20,加入高铁酸钾浓度为75 mg/L时,水中CN-浓度从10.00 mg/L 降至0.085 mg/L[12-14]。

另外,曲久辉等[15]研究表明高铁酸钾对饮用水中的氨氮也有一定的去除作用,当二者摩尔比为4∶1时,对高浓度的氨氮(8~10 mg/L)去除率在60%左右;对较低浓度的氨氮(2.5~3.0 mg/L)去除率在40%左右。

1.3去除水中重金属污染物
高铁酸钾对水中重金属离子有很强的去除能力。

高铁酸盐去除水中重金属
主要是由于其在水中分解后产生的氢氧化铁胶体沉淀的吸附和共沉作用。

铁氧化物对铅和镉的吸附容量要高于铜和锌,试验结果表明,高铁酸钾预处理铅和镉表现出更高的去除率,说明高铁酸钾分解后的水解产物对铅、镉的吸附作用较好,其吸附性质与铁氧化物相近。

溶液的pH值是重金属去除率的一个重要影响因素,酸性条件(pH值为4)下的去除率都比较低,而碱性条件下的去除率要比酸性条件下高得多[11]。

廖蔚峰等[16]研究表明,高铁酸钾对单一重金属离子Cu2+、
Pb2+、Cd2+、Cr2+的脱除效率分别为98.0%、98.9%、98.6%、94.5%。

1.4用于杀菌消毒
关于高铁酸钾用于杀菌消毒作用的研究,国内已有很多报道。

高铁酸钾的强氧化性能够破坏细菌的细胞壁、细胞膜以及细胞结构中的酶,抑制蛋白质及核酸的合成,阻碍菌体的生长和繁殖,起到杀死细菌的作用。

高铁酸钾溶液浓度为
10~40 mg/L时,接触时间为5 min即对细菌繁殖体,如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有较强的杀灭作用,杀灭率达100%;对真菌也有一定的杀灭作用,杀灭率达99.50%以上[17]。

覃长森等[18]在37 ℃,加高铁酸钾到水样中至浓度为
5.6~
6.0 mg/L时,其消毒杀菌效率为99.95%~99.99%。

1.5去除藻类物质
苑宝玲等[19]研究表明高铁酸钾氧化藻类时,可直接使其细胞断裂,影响颤藻的正常段殖体繁殖方式,且还原产物的强大絮凝作用,使小球藻收缩聚集成团,细长的颤藻之间交联成絮体支架网扑小球藻,从而起到共沉淀去除藻类的作用。

试验表明,水样藻类总数为2.4×107个/L时,投加高铁酸钾1.2 mg/L,与PAC联用,藻类总数降为5.2×105个/L,达到饮用水标准[20]。

此外,高铁酸钾也可用于脱味除臭,去除浊度、色度,以及用于治理放射性废水。

可见高铁酸钾作为一种多功能高效水处理剂,集氧化、杀菌、吸附、絮凝、
助凝、脱色、除臭等功能于一体,在处理工业污水、生活污水以及自然水体上,以其独特的化学性质显示出优越的性能和功效。

2高铁酸钾在水产养殖中的应用
2.1高铁酸钾对微囊藻毒素的去除
自20世纪90年代以来,淡水水体富营养化现象日益严重,水体的富营养化往往导致藻类疯长形成水华,在其过度繁殖时,不仅会造成水味腥臭、透明度下降、消耗水体中溶解氧、影响水产品的养殖。

高铁酸钾是一种强氧化剂,通过攻击微囊藻毒素adda基团中的共轭双键而使MC毒性消失,从而提高水产品质量及改善养殖水质。

雷庆铎等[21]研究了高铁酸钾对微囊藻毒素(MC-LR)的去除效果,探讨不同反应影响因素(反应时间、高铁酸钾质量浓度、温度、pH值)对去除率的影响。

结果表明,高铁酸钾能够有效地去除水中的MC-LR。

高铁酸钾对MC-LR 的去除率与高铁酸钾投加质量浓度、反应时间成正相关,其中高铁酸钾质量浓度对去除效果的影响较为明显;反应温度对去除率的影响不显著;pH值对去除率也有重要影响,当pH值为2和10时去除率分别为94.51%和87.96%。

2.2高铁酸钾对鱼类病原菌的杀菌效果
鱼类细菌性疾病是目前危害渔业生产最严重的一类疾病。

刘乾甫等[22]试验测定了高铁酸钾也对8种(温和气单胞菌、鲁克氏耶尔森菌、嗜水气单胞菌、河弧菌、点状产气单胞菌点状亚种、荧光假单胞菌、弧菌Ⅰ组淡水亚组弧菌、肠型点状产气单胞菌)常见鱼类病原菌的MIC和MBC,并研究了不同浓度的高铁
酸钾溶液对几种病原菌的杀灭效果。

结果显示,高铁酸钾对2种弧菌的抑制效果良好,测得的MIC、MBC也比较低,分别为1.2、9.6 mg/L;当各试验菌菌落数约
为105 cfu/mL,高铁酸钾消毒液的浓度为1.2、2.4、7.2、12 mg/L时,对以上8种试验菌作用1 h后杀菌效果也差别很大。

2.4 mg/L的消毒液对温和气单胞菌、河弧菌、弧菌Ⅰ组淡水亚组弧菌就能达到95 %以上的杀菌率;在低于或等
于7.2 mg/L浓度时,更能将河弧菌、弧菌Ⅰ组淡水亚组弧菌杀灭完全;而杀菌时间相同,对嗜水气单胞菌、点状产气单胞菌点状亚种、荧光假单胞菌则需要7.2 mg/L的消毒液才能达到95%以上的杀菌率;对鲁克氏耶尔森菌、肠型点状产气单胞菌的杀灭效果要差一些。

3高铁酸钾在水产养殖领域的应用前景展望
鱼类病害、渔业水质是影响养殖鱼类产量和质量的重要因素。

在水产养殖生产过程中,常用化学消毒剂对池水进行杀菌消毒以达到防治水产动物病害的目的。

然而,向池水泼洒化学消毒剂会打破池水微生物群落结构,影响生物间的平衡关系,直接或间接地对水产养殖动物产生不利影响;有些化学消毒剂在消毒作用过程中的分解产物具有致突变、致癌的效应,可对水生动物及人体健康产生严重危害。

在重视无公害水产品生产的新形势下,采用新的高效低毒低残留药剂来防治病害或改善养殖水体生态环境已越来越受到广泛地重视。

目前,高铁酸钾在水处理方面的应用研究较为成熟,这对使用高铁酸钾改善养殖水体具有借鉴和指导意义。

前人的研究表明,高铁酸钾具有比氯氧化剂更强的氧化性能,在杀菌消毒、预氧化除藻、氧化絮凝去除氨氮方面表现出了理想的效能,且高铁酸钾本身及其在应用过程中并不产生致癌、致畸、致突变性副产物,具有高度的安全性。

因此,高铁酸钾在水产养殖领域中具有广阔的应用前景,是替代氯氧化剂的理想选择[23-25]。

高铁酸钾在水产养殖领域还没有得到应有的重视,其应用研究开展的并不是
很多,随着人们认识水平的提高,众多专家学者的通力协作,高铁酸钾这种无机水处理剂在水产养殖领域中必将发挥重要的作用。

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