竹炭对养殖水净化效果研究

戚伟尧，程晓云，陈作仁，孙高琴，张文标

（1.浙江省遂昌县林业局，浙江 遂昌 323300； 2.浙江农林大学工程学院，浙江 临安 311300）

竹炭是一种多孔性物质，具有特殊的孔隙结构、较大的比表面积和强吸附性，能够吸收水分及有机物分解的有害物质。它不仅是高级燃料、保鲜、调湿、除臭、土壤改良材料，而且在食品、饮用水、污水处理剂、发酵助剂、混合饲料、食品方面的应用业已崭露头角。目前还没有统一的竹炭分类标准，竹炭按用途可以分为净化水用炭、净化空气用炭、保健用炭、果品保鲜用炭等。净化水质用竹炭不仅可用来处理自来水，还用来处理污水、河道、渔场，是用自然物治理环境的极好例子[1～7]。

水产养殖与水质密切相关，只有符合渔业水域水质标准的水才能够用来进行水产养殖。近年来，由于经济的发展，工业废水、生活污水无序排放，造成内陆水域、内海水质富营养化越来越严重。在内海体现为频繁的赤潮，给沿海水产业带来严重损失。近年许多水库也报道出现大面积水华，使水面网箱养鱼遭受巨大损失。其次，大规模高密度集约化养殖模式，加深了江河湖海的富营养化、微生物大量繁殖、病害越来越多，而且其大排大灌的流水养鱼模式，造成疾病的传播越来越迅速，水源的卫生状况每况愈下。第三，工农业用水、生活用水的大量增加，与水资源的有限性之间的矛盾越来越突出，传统流水式养殖模式造成了水资源的大量浪费，已不适合形势的发展。养殖用水的重复多次利用将是将来水产养殖的主要模式。所有这些，都牵涉到水质处理技术。可以这么说，水处理在渔业中将扮演愈来愈重要的角色[8～14]。

竹炭应用于水产养殖水净化有利于改善水产养殖的环境[15～20]。本研究利用竹炭作为吸附剂，对鱼塘养殖水进行静态吸附，用竹炭吸附后，测定水样的浊度、氨氮等几个重要的水质指标。衡量水质好坏的标准是水质指标。水质指标是为了保障人体健康、生活用水和工农业用水等用水要求而提出的。根据我国地面水环境质量标准（GB3838-2002），本实验测定了水中的浊度、化学需氧量、氨氮 3个与水质有关的重要指标来衡量竹炭吸附后对水质改善的效果。其中，水的浊度可以间接反映竹炭对水中有机物的吸附效果，化学需氧量、氨氮这两个综合指标可以衡量竹炭对水中有机污染物的吸附效果。根据各种类竹炭对养殖水中有机物的吸附，可以选定何种竹炭最适合处理此类水体。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

取不同竹种烧制的竹炭：毛竹炭、雷竹炭、麻竹炭、斑竹炭；不同竹龄毛竹烧制的竹炭：2年生毛竹炭、4年生毛竹炭、6年生毛竹炭、8年生毛竹炭；不同工艺条件下烧制的竹炭：500、600、700、800℃。试验用竹炭均加工成粉状，过60目标准筛，烘干备用。

试验用水样：所取水样为遂昌县云峰镇西山下鱼塘养殖用水，浊度为 86度，其化学需氧量（COD）值为60.8 mg/L，氨氮含量为8.29 mg/L。

1.2 试验方法

室温下称取4 g竹炭试样，分别置于250 mL的锥形瓶中，再加入一定量水样，在室温下置于振荡器中，振荡频率为150次/min，振荡时间为3 h，使竹炭吸附平衡；静置后用滤纸过滤，用COD测定仪和浊度计等测试滤液的水质指标，检测竹炭的吸附净化效果。

2 结果与分析

2.1 竹炭吸附后水样浊度的变化

浊度是表示水中悬浮物对光线通过时所发生的阻碍程度。它与水样中存在颗粒物的含量、粒径大小、形状及颗粒表面对光散射特性有关。由于水中含有的泥沙、粘土及有机物等能够使水浑浊，所以浊度是天然水和饮用水的一项重要水质指标。这种浑浊对水的透明度有影响，当浑浊度较高时，将引起水中生物生态发生变化，如浑浊来自生活污水和工业废水的排放则往往是有害的，控制水的浊度是水化学处理的一项重要内容。我国采用1 L蒸馏水中含有1 mg SiO2所产生的浊度为1度[21～23]。实验分别采用不同竹种的竹炭、不同竹龄的毛竹炭、不同炭化终点温度的毛竹炭吸附3 h后测其浊度，结果如表1所示。

由表1可知，对比不同竹种竹炭对试验水样吸附净化效果，毛竹炭对养殖水浊度的处理效果最好，麻竹炭和斑竹炭次之，雷竹炭相对较差。

对于不同竹龄的毛竹炭来说，从2年生到8年生的毛竹材烧制得的毛竹炭，随着毛竹竹龄的增大，毛竹炭对养殖水浊度的处理效果明显提高，6年生毛竹炭明显比4年生毛竹炭的净化效果好，8年生毛竹炭与6年生的相近且略有下降。

不同炭化终点温度的毛竹炭对养殖水浊度的处理效果基本上随温度的升高而增强，经 500℃烧制的竹炭处理的养殖水的浊度由原来的86度降至41度，而经800℃烧制的竹炭处理的养殖水的浊度由原来的86度降至19.5度。也就是说炭化温度越高的竹炭对浊度降低越明显。

随炭化时间的增加毛竹炭对养殖水浊度的降低呈上升趋势。炭化8 h后的毛竹炭可以使试验水的浊度由86度降低至17度，效率达到80%左右，而炭化2 h的毛竹炭对浊度的处理效率为57%左右。

2.2 竹炭吸附后水样化学需氧量（COD）的变化

化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度，水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐等，水被有机物污染是很普遍的。化学需氧量是有机物相对含量的指标之一，测定时间短，不受水质限制[24～25]。

由表2可知，对比不同竹种竹炭对试验水样吸附净化效果，毛竹炭和麻竹炭对养殖水 COD的去除率高，而且优势明显，斑竹炭次之，雷竹炭相对较差。这与浊度处理效果一致。

对于不同竹龄的毛竹炭来说，从2年生到8年生的毛竹材烧制得的毛竹炭，随着毛竹竹龄的增大，毛竹炭对养殖水COD的去除率显著提高，6年生与8年生的变化不大。这与浊度处理效果相近，说明用于水质净化的竹炭适宜选用4年生以上的毛竹竹炭，但也不宜过老。

不同炭化终点温度的毛竹炭对养殖水 COD去除率随温度的升高而呈下降的趋势。炭化终点温度 500℃的毛竹炭对养殖水COD的去除率可达到58.55%，有效地优化了水质。

毛竹炭对养殖水 COD去除率随炭化时间的增加而明显增大。炭化8 h后的毛竹炭对COD去除率能达到60%左右，是炭化2 h竹炭的2倍。

表1 竹炭吸附后水样浊度的变化Table1 Changes of turbidity in water treated by charcoal

表2 竹炭吸附后水样的化学需氧量（COD）的变化Table2 Changes of COD in water treated by charcoal

2.3 竹炭吸附后水样氨氮（NH3-N）的变化

水体中氮元素的存在形式主要有硝酸氮(NO3－)、亚硝酸氮（NO2－）、总氨氮（包括分子态 NH3和离子态NH4＋）和氮气（N2）。一般认为，硝酸氮、氮气对水生生物是无毒的；亚硝酸氮是有毒的、不稳定的中间产物。因此，对水生生物有危害的是总氨氮中的氨氮含量，水体中的氨态氮（NH3）过高不仅阻止生物体内的氨向体外排出，还能从水中向其体内渗透，使水生生物代谢减少或停滞，损害包括鳃在内的一些重要器官，抑制其生长发育，甚至造成死亡。因此有必要控制水体中的氨氮含量。

由表3可知，对比不同竹种竹炭对试验水样吸附净化效果，毛竹炭对养殖水氨氮的去除率最好，而且优势明显，麻竹炭和斑竹炭次之，雷竹炭相对较差。这与浊度、COD的处理效果一致。

对于不同竹龄的毛竹炭来说，从2年生到8年生的毛竹材烧制得的毛竹炭，随着毛竹竹龄的增大，毛竹炭对养殖水氨氮的去除率显著提高，6年生与8年生的变化不大。这也与浊度、COD的处理效果相近，说明用于水质净化的竹炭适宜选用4年生以上的毛竹竹炭，但也不宜过老。

表3 竹炭吸附后水样氨氮（NH3-N）的变化Table3 Changes of ammonia nitrogen in water treated by charcoa

不同炭化终点温度的毛竹炭对养殖水氨氮去除率随温度的升高略有增强。毛竹炭对养殖水氨氮去除率均较高，效果明显。

毛竹炭对养殖水氨氮去除率随炭化时间的增加有明显的上升趋势。炭化8h后的毛竹炭对氨氮去除率能达到90%左右，对养殖水的水质优化起到了明显的效果。

3 结论与建议

综上所述，竹炭对养殖水净化效果是可行的，经竹炭吸附处理后的养殖水体的浊度、COD、氨氮等都有明显的的改善。

（1）不同竹种对养殖水净化后对水体的浊度、COD去除率、氨氮去除率的影响情况基本相近。在浊度方面，毛竹炭、麻竹炭和斑竹炭的去除效果比较好，基本使水质达到澄清，雷竹炭的处理效果不佳；对于COD的去除率，毛竹炭和麻竹炭的吸附净化效果较好，雷竹炭和斑竹炭对水质中COD的去除率相对较低，达不到指标要求；不同竹种的竹炭吸附净化养殖水后，氨氮去除率基本符合要求，毛竹炭的处理效果最好，去除率达到90%以上。

（2）不同竹龄竹炭对鱼塘养殖水的净化处理对比，随着竹龄的增大，处理效果增强，6年生和8年生的毛竹炭的处理效果相近，因此选用6年生的毛竹炭用于水质净化较适宜。

（3）不同炭化终点温度竹炭对鱼塘养殖水的浊度降低和氨氮去除率两个指标，随温度的升高总体呈增强趋势，对COD的去除率则相反。在实际应用中可以根据水质的指标选择适宜的竹炭。

（4）炭化时间越长，竹炭对鱼塘养殖水的吸附净化效果越好。

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