基于物联网的水产养殖臭氧灭菌设备【字数:19098】
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引言
在很早以前,人们就已经发现了臭氧的存在,只是当时的人们并没有刻意得去认知这种常温下以气体形态存在的物质。每当天空之中出现雷声,人们就能够闻到一种比较特殊的、略带腥臭气息的味道,发出这种味道的气体就是臭氧。打雷时会产生闪电,闪电是高压放电,这种高压放电电离了空气中的氧气,从而形成了臭氧。
在十八世纪八十年代中期,荷兰有一位叫马丁努斯的化学家,最早制得了臭氧。他将氧气放置于水银之上,又将水银放置于密闭的玻璃管内,通电之后,他发觉有一股十分强烈的臭味,只是当时他并没有对这个发现进行深入的研究。
在十九世纪四十年代初期,德国有一位叫舍恩拜因的化学家,在实验室中进行点解稀硫酸的实验时,也呼吸道了这种难闻的味道,这一次,这位化学家没有简单得放过这个发现,而是进行了更加深入的研究。经过了反反复复很多次的实验之后,舍恩拜因果然收集到一种新的气体。他把这种新发现的气体命名为OZEIN,意思是会发臭的物质,自此,臭氧的概念第一次被提出。
继舍恩拜因之后,很多物理学家,化学家以及气象学家通过在实验室内做实验和光谱观测的方法,都证实了臭氧作为一种物质的存在。从那时候起,臭氧就彻底被人们所发现并逐渐被世人所熟知。
二、臭氧物理性质
臭氧,也被人们称为超氧。在化学知识的学习中,我们知道了臭氧的分子结构式为O3,它是氧气即O2的同素异形体的其中一种。
臭氧处于气态的时候,明显地呈现出蓝色,处于液态的时候,则呈现出暗蓝色,处于固态的时候,又会呈现出蓝黑色。臭氧的微观分子结构是三角形状。臭氧不会在液态四氯化碳及液态氧中溶解,但是在水中的溶解度相对于氧比较大,可以达到氧的溶解度的十四倍左右,比相同条件下臭氧在空气中的溶解度高二十五倍左右。在零摄氏度,一个标准大气压的环境下,一体积的水可溶解零点四九四体积的臭氧。臭氧的微观分子结构是三角形,这样的结构是不稳定的,这就导致了臭氧在水中的时候比在空气中的时候更容易自行分解,而且臭氧溶于水之后得到的溶液的稳定性较差,在其中,臭氧会自行分解为氧且速度较快,相对的,臭氧在纯水中会分解得慢一些。
下面的表格11中列出了臭氧的一些基本物理性质及其相应的数据。
表11 臭氧的基本物理性质
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ble 11 The basic physical properties of ozone
性质
数据
性质
数据
分子量
47.99828
临界压力
92.3atm
熔点
193摄氏度
沸点
111.9摄氏度
临界温度
5摄氏度
等张比容
75.7(90.2K)
生成热
144千焦每摩尔
在水中的溶解度
49.4ml/100ml
三、臭氧的化学性质
臭氧其实是很不稳定的,在常温常压下就可以分解成为氧气。臭氧、二氧化氢和氯的还原电位即氧化势分别是2.07伏特,1.28伏特和1.36,伏特。由此可以知道,臭氧在平常的水处理中是自然界氧化能力最强的一种物质之一,目前人们对于臭氧的应用主要是利用了臭氧的这一个性质。
因为臭氧存在极强的氧化性和氧化作用,所以会破坏大部分不饱和的有机分子。破坏有机分子之后生成的臭氧化物很容易自行分解,所以臭氧具有讲解水中有机物以及其他有毒物质的功能。
1.1.2臭氧应用于水产养殖
一、臭氧应用于水产养殖的原理和作用
臭氧在常态下呈现出气体的形态,具有特殊偏臭的气味,臭氧的分子式是O3。臭氧相对氧比较易溶于水,但是本身极其不稳定,在水中易分解。臭氧具有很强的杀菌消毒的能力,臭氧在水中的灭菌消毒过程属于生物化学范畴的氧化反应,其方式主要有以下几种:
臭氧具有很强的氧化作用,可以氧化细菌细胞结构内部的酶,并且将其分解。这些酶是葡萄糖所需要的,所以臭氧可以使细菌或者病毒灭活死亡;
作用于细菌或者病毒细胞内的核物质,破坏它们的DNA、RNA和其他的必要组织结构,使细菌或者病毒的新陈代谢受到破坏,从而可以达到达到消毒灭菌的目的;
臭氧还可以消除养殖水中的有机物和有害物质。养殖水中包含的亚硝酸盐,氨态氮等物质会对鱼类和其他水产品造成较大的危害,臭氧可以将这些物质氧化为四氧化硫离子、氮气等无机物,同时,臭氧还会将这些无机物中的绝大部分降解为无毒物质,从而降低养殖水中的耗氧量,改善鱼类和其他水产品的生存环境,提高它们的生存质量[1,2]。
二、国外臭氧用于水产养殖的发展研究
在二十世纪中期,美国,澳大利亚等发达国家已经稳定使用臭氧技术,但是利用范围并不是很大。从八十年代中期之后,各个国家才开始在开发并且利用臭氧技术上下功夫。
上世纪七十年代后半期,美国一部分学者开始了使用臭氧对水产养殖用水进行消毒灭菌的研究。他们最后给出的报告,研究出了臭氧浓度为0.008至0.028毫克每升之间则对鱼类会产生一定的毒性。如果想让鱼类能够正常生存并且繁殖发育,臭氧浓度必须低于0.003毫克每升。但是,如果想要杀死鱼类及其他水产品之后中各种传染性细菌与病毒,臭氧浓度应该控制在0.01毫克每升左右,处理时间大约为六十秒。
日本在他们的水产试验场也做了同样的实验,该试验场是以虹鳟鱼和银鲛鱼为主要鱼类的水产养殖厂。在该次实验中,日本科学家用散气管将低浓度的臭氧直接吹入鱼类生存的水中,想借此杀菌消毒来改善水的品质。在这整个过程中,考虑上臭氧的衰减度和臭氧与养殖水的气液混合率之后,养殖水中的臭氧浓度被控制在0.005毫克每升左右,在水中保持这个浓度的臭氧杀菌消毒的效果并不是很好,但是臭氧在水中形成自发的分解,生成了很多氧气和氨氮物质,水质因此得到改善,对于鱼类的生存明显有利。
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