"Green" Treatment to the chlorine in aquarium water


水族箱水体余氯的“绿色”转化效应探究

陈  力

指导老师 雍慧敏2 

上海师范大学第三附属中学九(2)班

 

摘要: 水族箱水体常以含有余氯的普通自来水为更换水源来维护水质状态,目前多用物理吸附或是化学转化方法除氯,其效果或是对环境安全上存在某些局限性。实验利用一种产氯氧化酶的海洋微生物将高化合价的活性氯有效地还原成为低价不活跃氯,从而减少余氯的危害性。试验结果表明: 0.10%的湿菌体对活性余氯的转化高于0.5g/L木炭吸附量,转化速率也高出4.7倍。而添加0.05g/L硫代硫酸钠虽然转化速度最快,但本身会对水体也产生了一定程度的污染。同时,微生物除氯还能有效抑制水体中氨氮、亚硝酸根和硝酸根浓度的增长,有利于改良水质。实验探究了一种环境友好型的余氯生物转化的新途径。

关键词:水族箱  有效余氯  水质污染  生物转化  环境友好

 

水族箱是一种小型观赏性养殖水体,有机物残留和中温环境易造成水体变质,常以普通自来水为更换水源来维护水质状态,而自来水中含有的活性余氯对鱼类有一定毒害作用。目前去除或转化水中余氯主要有物理吸附和化学还原处理两种方法。如:利用木炭、陶瓷等多孔物质的吸附除氯;通过阳光曝晒法分解氯;用通气的方法驱氯;硫代硫酸钠还原高价氯等。但这些方法或者是效果差,或者是太复杂,再或是增加了新的化学污染物质。

本课题尝试用一种海洋微生物生产的氯氧化酶催化的氧化还原反应来转化氯化物以消除水中活性氯。同时,针对转氯过程的特点利用活性微生物菌体,既高效消除余氯的危害,又不增加对环境的二次污染,实现余氯的绿色转化。对于水族箱等中小型水体而言,由于水更换率低,流动性差,有机物质污染多,水体自身净化能力弱等因素的影响,时常会因污染而影响水生生物的生长,甚至造成水质严重恶化,借助于微生物菌体的作用还可以有效改良水质环境。

 1 材料与方法

1.1 试剂

   邻联甲苯胺溶液、余氯标准比色溶液、0.00564 mol/L硫代硫酸钠标准溶液、5%碘化钾溶液、pH4醋酸缓冲液、0.5%淀粉溶液、0.0282 mol/L碘标准溶液。“渔经”牌氨氮、亚硝酸测试盒。

1.2 氯转化微生物  上海师大生物系发酵工程实验室提供的一株海洋真菌生产的氯氧化酶。

1.3 吸附基质  活性碳、硫代硫酸钠(化学纯 )

1.4 方法
1.4.1有效余氯的检测方法(碘标准溶液反滴定法)

(1) 原理:余氯在酸性溶液中能氧化碘化钾析出碘,用硫代硫酸钠滴定析出的碘量即可算出水样中的有效氯含量。

(2)仪器

250ml具塞三角烧瓶1个;研钵1个;100ml量液瓶1个;25ml容量吸管1支;2ml吸管2支;1ml吸管1支;碱性滴定管1支。

(3)试剂

0.71%漂白粉液;0.05n硫代硫酸钠;1%淀粉液;10%碘化钾;36%冰醋酸。

(4)操作步骤

取250ml三角烧瓶,加入10%KI2ml、80ml蒸馏水和36%冰醋酸2ml。

用容量吸管吸取漂白粉悬浮液25ml,放入上述三角烧瓶内。此时瓶内溶液立刻呈棕色,振荡均匀后,静置5分钟。

自滴定管加入0.05 N Na2S2O3标准液,不断振荡,直至出现淡黄色,然后加入1ml淀粉溶液,此时溶液呈蓝色。

继续滴加0.05 N Na2S2O3标准液至蓝色刚褪去为止,记录用量。

滴定时用去的0.05 N Na2S2O3的ml数,即代表该种漂白粉所含有效氯的百分数。

(5) 计算

blob.png 


 v——0.05N Na2S2O3溶液用量(ml)

1.4.2  模拟余氯水样配制

    利用漂白粉(有效氯含量在15%以上)分别按自来水(大于0.30mg/L)、游泳池(0.30-0.50mg/L)中规定的含氯量配制水样用来作为实验材料。

称取0.01g漂白粉置于研钵中,加蒸馏水少许,研磨后倒入100ml量筒内,加蒸馏水稀释至100ml。此溶液有效氯含量约1.5mg/mL。

将2个5L容器加入5L水样。用吸管吸取0.01%漂白粉溶液0.5、1.0、1.5、2.0、2.5ml,分别依次加入以上各杯中。用玻棒搅拌均匀,静置半小时,测定各杯中余氯含量。选择余氯在0.3mg/l左右的一杯,计算此杯中的漂白粉加入量,即为消毒水样所需的加入量。

1.4.3 微生物菌体的制备

   平板培养基上生长的菌落以打孔(0.5 cm2)的方法接种到装有50 ml马铃薯发酵培养基的250 ml的锥形瓶中,每瓶接种2片,25 240 rpm,摇瓶培养8 d。过滤出菌体备用。

2   实验结果

2.1余氯的生物转化效果测试

2L水样分别添加0.05%、0.10%和0.15%的新鲜菌体,30分钟后测定水样中余氯含量,计算去除或转化率。

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图1 水样中余氯含量测定

  图1结果表明0.10%的湿菌对水中余氯分别下降到0.14mg/ml,0.20mg/ml,与对照相比,有明显除氯效果。说明微生物对余氯有效。

2.2 几种转氯除氯方法对比试验

分别以0.5g/L木炭,0.2g/L硫代硫酸钠和0.10%菌体加入含氯水体,30分钟后测定水样中余氯含量,结果如表1所示。

表1 活性余氯转氯除氯对比试验(mg/L)

blob.png

    表1显示,0.10%的湿菌体对活性余氯的转化率高于0.5g/L木炭吸附量,转化速率也高出4.7倍。而添加0.05g/L硫代硫酸钠转化速度最快,但硫代硫酸钠本身对水体也产生了一定程度的污染。结果也表明了微生物除氯具有一定的实用价值。

2.3 余氯的微生物转化效果应用试验

分别在模拟自来水中加入养鱼(10条/5l水,10g/条金鱼)、毛发(5g/l水)铁块(5cm2/l水),同时添加0.10%的湿菌体,间隔2天,目视观察实验现象。结果如表2所示。

 

表2 余氯的微生物转化效果应用试验

试验样

不添加菌体

0.10%菌体

水族箱养鱼

不安静,上下窜游

活泼,安静,缓游

对毛发的侵蚀

不明显

不明显

对铁块的锈蚀

稍有锈迹

几乎无锈迹

对细菌的生长

稍有雾状混浊

澄清,稍有菌丝悬浮物

2.4 微生物菌丝对氨氮和亚硝酸的转化作用

 用0.10%菌丝球对水族箱水体作处理实验,测定其净水指标,结果如图2所示。

blob.png

图2 微生物菌丝对转氮的影响

图2表明:微生物菌丝对水体中的氨氮转化有明显下降作用,至25 h 时水体中的氨氮含量明显降低,36 h 跌至不能检出。亚硝酸含量12 h 达到最高值,但36 h 起逐步降低,至48 h 不能检出,说明除氯过程中微生物还能有效调节水体中的氨氮等有害物质的浓度,有利于水体生态环境的改善。

3 讨论

试验表明,本实验探究了一种环境友好型的余氯生物转化的新途径。微生物作用不仅能有效除氯,还能有效抑制水体中氨氮、亚硝酸根和硝酸根浓度的增长,有利于改良水质。但是由于实验转化过程受较多环境因素影响,实验结果的稳定性需要进一步改进,而且应用性实验还需要有更多的数据积累,以证明余氯的绿色转化效应。微生物转化后的余氯分子虽然活性明显消失,从现象上观察对生物的毒害和腐蚀作用减小,但形成的分子状态不确定,潜在的进一步反应不能判断。

主要参考文献

1. 高振宏,李长宝,孙群,等.游离余氯的致突变性研究[J].现代预防医学,2000,27(4):468—469.

2. 王静斌.水中余氯现场快速测定方法研究[J].环境污染与防治,2002,24(24):222—223,235.

3. 张怀旭,刘婉冬,李冰.璨活性炭去除水中余氯的研究[J].环境污染与防治. 2008,30(5):63-68.

4. 曹瑞钰.氯消毒机理、危害及脱氯[J].中国给水排水。1995,11(4):36-39.

5. 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水检测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002.

6. 曾江宁,陈全震,郑平.余氯对水生生物的影响[J].生态学报, 2005,25(10)2717-2724.

 

 Final research report.doc

 Presentation PPT.ppt

 余氯的绿色转化效应探究(英特尔创新) Report for contest.doc


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