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表面活性劑提高養(yǎng)殖水體溶氧量原理初探
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目前表面活性劑一般在水產(chǎn)行業(yè)中可作為殺菌劑和消毒劑使用，還有一些表面活性劑應用于底質的改良等，但鮮有表面活性劑對水體溶氧影響的報道。
表面活性劑品種繁多，商品牌號已達20000多個，產(chǎn)量達1200萬噸，其用途非常廣泛，涉及工農業(yè)及人民生活的各個領域，有“工業(yè)味精”的美稱。而其中應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的很少，至于有關表面活性劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應用論文就更少了。
表面活性劑(surfactant)，是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質。表面活性劑的分子結構具有兩親性：一端為親水基團，另一端為憎水基團；親水基團常為極性的基團，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基、醚鍵等；而憎水基團常為非極性烴鏈，如8個碳原子以上烴鏈。
表面活性劑分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑等。表面活性劑由于具有潤濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等一系列物理化學作用及相應的實際應用，成為一類靈活多樣、用途廣泛的精細化工產(chǎn)品。
目前表面活性劑一般在水產(chǎn)行業(yè)中可作為殺菌劑和消毒劑使用，其殺菌和消毒作用歸結于它們與細菌生物膜蛋白質的強烈相互作用使之變性或失去功能，這些消毒劑在水中都有比較大的溶解度，如陽離子表面活性劑：季銨鹽類用于池塘的殺菌消毒。
還有一些表面活性劑應用于底質的改良等，但表面活性劑對水體溶氧的影響目前還沒有相關報道。我們對此進行了相關的研究，研究表明表面活性劑對養(yǎng)殖水體溶氧的濃度和持續(xù)時間具有顯著的影響，表面活性劑對氧在水體中溶解度及時間的變化如下：
表面活性劑能增加氧在水體中的溶解度，氧在養(yǎng)殖水體中飽和溶解度一般不超過9mg/L。在養(yǎng)殖水體中加入特定的一類表面活性劑后，能使水體中氧的飽和溶解度超過20 mg/L。整個過程需要的時間決定于不同的表面活性劑種類，差距非常大。
我們篩選了200多種的表面活性劑，選用了16個500mm×500mm×500mm的標準水泥池，充滿來自大面積湖泊（≧1Km2）的表層自然水體，使用精度為0.01mg/L的溶氧儀，在水溫25±1℃時，檢測池底水體的溶氧。使用表面活性劑前，池底水體的溶氧平均值4±0.3mg/L（n=16）。然后每池分別添加不同的表面活性劑，濃度為1mg/L。
以上的實驗結果表明部分表面活性劑增氧到6mg/L只需10分鐘而部分表面活性劑增氧到6mg/L需150分鐘，持續(xù)時間也各不相同，從只有8小時到最長的可達7天之久。相同時間時，不同表面活性劑對水體溶氧量的影響也差異顯著，如在 4小時時檢測池底水體溶氧最大的超過20mg/L，最小的僅有5mg/L。以上的實驗結果表明不同的表面活性劑均能增加氧在水體中的溶解度，差異在于表面活性劑的種類及用量、持續(xù)時間及溶氧量增加的大小。
根據(jù)以上所得到的實驗結果，表面活性劑對水體溶氧水平影響的作用機理進行了初步探討：
1、增加氧在水中飽和溶解度
表面活性劑的增溶作用促使氧氣分子在水體溶液中過飽和，相當于增加了氧在水體中飽和溶解度。氧在養(yǎng)殖水體中飽和溶解度一般不超過9mg/L，在養(yǎng)殖水體中加入表面活性劑后，能使養(yǎng)殖水體中的氧的飽和溶解度增大。根據(jù)水合物形成理論和雙膜理論，由于氧氣在水中的溶解度很小，所以在水體中水--氧合物一般首先在氣--液界面形成，然后慢慢從氣相向液相擴散。在含有表面活性劑的水體中，由于表面活性劑的增溶作用，水溶液中形成的表面活性劑膠束中溶解有大量的氧氣，這樣在表面活性劑水溶液中水--氧合物的形成不僅可以在氣--液界面發(fā)生，也同時可以在水體內部發(fā)生，降低了水--氧合物形成時間，提高了氧在水體中溶解度。
2、表面活性劑的起泡作用
表面活性劑在水體中具有良好的起泡作用。由于泡沫是氣體分散與液體中的分散體系，氣體是分散相，液體是分散介子。含表面活性劑的水體在風、水流、水生動物游動等作用下會產(chǎn)生許多氣泡，由于表面活性劑分子能夠吸附在氣--液界面上，定向排列形成一層堅固的膜使氣泡保持穩(wěn)定，同時表面活水體性劑具有分散性可使氣泡均勻分散于液體中。在水體的擾動時產(chǎn)生泡沫的過程中，使得大量含有豐富氧的空氣泡進入水體，加快氧在水體中的溶解，從而使水體溶氧達到一個較高的水平。
特別是在沒有光照的夜晚表面活性劑對水體中溶氧的提高具有明顯的效果，如果此時有增氧機的攪拌，加上上下水層的對流，使得水體不至于底部和生物的大量耗氧而急劇缺氧，從而防止養(yǎng)殖對象的泛塘。
3、表面活性劑對水密度的影響
在水產(chǎn)上一般使用親水（疏油）碳氫原子團表面活性劑，當表面活性劑分子進入水溶液后表面活性劑的親油基為了盡可能地減少與水接觸，有逃離水相的趨勢，但由于表面活性劑分子中親水基的存在，又無法完全逃離水相，其平衡的結果是表面活性劑分子在溶液的表面上富集，即親油基朝向空氣，而親水基插入水相，這樣由原來水和空氣形成的界面逐漸由表面活性劑的親油基和空氣形成的界面所替代，水的表面張力降低，空氣更易進入水體。
由于使用濃度較低無法形成膠束使得表層水體的密度低于底層水，在表面活性劑的分散作用下形成上下水體循環(huán)將空氣帶入池底。
特別是在白天，由于浮游植物的光合作用而使養(yǎng)殖水體補償深度以上的水層中的氧達到過飽和，而補償濃度以下水層特別是底部水層的氧由于生物呼吸、有機物氧化等的耗氧而導致氧含量過低甚至無氧。
將表面活性劑在白天潑灑進入養(yǎng)殖水體中后，表面活性劑開始分布于養(yǎng)殖水體上層，這使得養(yǎng)殖水體上層的密度增大，將帶動上層富氧水向下層水體運動，將使整個養(yǎng)殖水體的上下層發(fā)生對流，加大底層水體的氧含量，減少下層水質和底質的惡化。
4、表面活性劑的除油膜作用
在高密度養(yǎng)殖水體中平時投入大量飼料等被水生動物消化后排泄大量廢物，經(jīng)過微生物分解，浮游生物新陳代謝等多種因素在水體表面形成油膜阻隔了空氣與水體接觸，增大了水體的表面張力。而表面活性劑可以使油膜逐漸卷縮成油珠被水流脫離、滾動、集中至下風口出，表面活性劑用量較大時可使其乳化以微粒形態(tài)懸浮于水體中。
水體表面張力減少，使得空氣中的氧更容易進行水體中，加快氧在水體中的溶解，同時透明度增加使藻類光合作用增強從而增加水體中氧的含量。
綜合上述，表面活性劑具有的一系列物理化學，都能或多或少增加氧在水體中的分布，這在實際應用中也得到驗證。目前對于表面活性劑在水體增氧方面，各公司開發(fā)的產(chǎn)品不多，以武漢天辰生物科技有限公司的“納米氧”等為這方面的代表。隨著對表面活性劑作用機理的研究越來越深入，將來會有越來越多的表面活性劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖上發(fā)揮重要作用。
（文章來源：《海洋與漁業(yè)：水產(chǎn)前沿》2011年 第1期 作者：姜鷹 孫軍 武漢天辰生物科技有限公司）
表面活性劑品種繁多，商品牌號已達20000多個，產(chǎn)量達1200萬噸，其用途非常廣泛，涉及工農業(yè)及人民生活的各個領域，有“工業(yè)味精”的美稱。而其中應用于水產(chǎn)養(yǎng)殖的很少，至于有關表面活性劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應用論文就更少了。
表面活性劑(surfactant)，是指具有固定的親水親油基團，在溶液的表面能定向排列，并能使表面張力顯著下降的物質。表面活性劑的分子結構具有兩親性：一端為親水基團，另一端為憎水基團；親水基團常為極性的基團，如羧酸、磺酸、硫酸、氨基或胺基及其鹽，也可是羥基、酰胺基、醚鍵等；而憎水基團常為非極性烴鏈，如8個碳原子以上烴鏈。
表面活性劑分為離子型表面活性劑和非離子型表面活性劑等。表面活性劑由于具有潤濕或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗滌、防腐、抗靜電等一系列物理化學作用及相應的實際應用，成為一類靈活多樣、用途廣泛的精細化工產(chǎn)品。
目前表面活性劑一般在水產(chǎn)行業(yè)中可作為殺菌劑和消毒劑使用，其殺菌和消毒作用歸結于它們與細菌生物膜蛋白質的強烈相互作用使之變性或失去功能，這些消毒劑在水中都有比較大的溶解度，如陽離子表面活性劑：季銨鹽類用于池塘的殺菌消毒。
還有一些表面活性劑應用于底質的改良等，但表面活性劑對水體溶氧的影響目前還沒有相關報道。我們對此進行了相關的研究，研究表明表面活性劑對養(yǎng)殖水體溶氧的濃度和持續(xù)時間具有顯著的影響，表面活性劑對氧在水體中溶解度及時間的變化如下：
表面活性劑能增加氧在水體中的溶解度，氧在養(yǎng)殖水體中飽和溶解度一般不超過9mg/L。在養(yǎng)殖水體中加入特定的一類表面活性劑后，能使水體中氧的飽和溶解度超過20 mg/L。整個過程需要的時間決定于不同的表面活性劑種類，差距非常大。
我們篩選了200多種的表面活性劑，選用了16個500mm×500mm×500mm的標準水泥池，充滿來自大面積湖泊（≧1Km2）的表層自然水體，使用精度為0.01mg/L的溶氧儀，在水溫25±1℃時，檢測池底水體的溶氧。使用表面活性劑前，池底水體的溶氧平均值4±0.3mg/L（n=16）。然后每池分別添加不同的表面活性劑，濃度為1mg/L。
以上的實驗結果表明部分表面活性劑增氧到6mg/L只需10分鐘而部分表面活性劑增氧到6mg/L需150分鐘，持續(xù)時間也各不相同，從只有8小時到最長的可達7天之久。相同時間時，不同表面活性劑對水體溶氧量的影響也差異顯著，如在 4小時時檢測池底水體溶氧最大的超過20mg/L，最小的僅有5mg/L。以上的實驗結果表明不同的表面活性劑均能增加氧在水體中的溶解度，差異在于表面活性劑的種類及用量、持續(xù)時間及溶氧量增加的大小。
根據(jù)以上所得到的實驗結果，表面活性劑對水體溶氧水平影響的作用機理進行了初步探討：
1、增加氧在水中飽和溶解度
表面活性劑的增溶作用促使氧氣分子在水體溶液中過飽和，相當于增加了氧在水體中飽和溶解度。氧在養(yǎng)殖水體中飽和溶解度一般不超過9mg/L，在養(yǎng)殖水體中加入表面活性劑后，能使養(yǎng)殖水體中的氧的飽和溶解度增大。根據(jù)水合物形成理論和雙膜理論，由于氧氣在水中的溶解度很小，所以在水體中水--氧合物一般首先在氣--液界面形成，然后慢慢從氣相向液相擴散。在含有表面活性劑的水體中，由于表面活性劑的增溶作用，水溶液中形成的表面活性劑膠束中溶解有大量的氧氣，這樣在表面活性劑水溶液中水--氧合物的形成不僅可以在氣--液界面發(fā)生，也同時可以在水體內部發(fā)生，降低了水--氧合物形成時間，提高了氧在水體中溶解度。
2、表面活性劑的起泡作用
表面活性劑在水體中具有良好的起泡作用。由于泡沫是氣體分散與液體中的分散體系，氣體是分散相，液體是分散介子。含表面活性劑的水體在風、水流、水生動物游動等作用下會產(chǎn)生許多氣泡，由于表面活性劑分子能夠吸附在氣--液界面上，定向排列形成一層堅固的膜使氣泡保持穩(wěn)定，同時表面活水體性劑具有分散性可使氣泡均勻分散于液體中。在水體的擾動時產(chǎn)生泡沫的過程中，使得大量含有豐富氧的空氣泡進入水體，加快氧在水體中的溶解，從而使水體溶氧達到一個較高的水平。
特別是在沒有光照的夜晚表面活性劑對水體中溶氧的提高具有明顯的效果，如果此時有增氧機的攪拌，加上上下水層的對流，使得水體不至于底部和生物的大量耗氧而急劇缺氧，從而防止養(yǎng)殖對象的泛塘。
3、表面活性劑對水密度的影響
在水產(chǎn)上一般使用親水（疏油）碳氫原子團表面活性劑，當表面活性劑分子進入水溶液后表面活性劑的親油基為了盡可能地減少與水接觸，有逃離水相的趨勢，但由于表面活性劑分子中親水基的存在，又無法完全逃離水相，其平衡的結果是表面活性劑分子在溶液的表面上富集，即親油基朝向空氣，而親水基插入水相，這樣由原來水和空氣形成的界面逐漸由表面活性劑的親油基和空氣形成的界面所替代，水的表面張力降低，空氣更易進入水體。
由于使用濃度較低無法形成膠束使得表層水體的密度低于底層水，在表面活性劑的分散作用下形成上下水體循環(huán)將空氣帶入池底。
特別是在白天，由于浮游植物的光合作用而使養(yǎng)殖水體補償深度以上的水層中的氧達到過飽和，而補償濃度以下水層特別是底部水層的氧由于生物呼吸、有機物氧化等的耗氧而導致氧含量過低甚至無氧。
將表面活性劑在白天潑灑進入養(yǎng)殖水體中后，表面活性劑開始分布于養(yǎng)殖水體上層，這使得養(yǎng)殖水體上層的密度增大，將帶動上層富氧水向下層水體運動，將使整個養(yǎng)殖水體的上下層發(fā)生對流，加大底層水體的氧含量，減少下層水質和底質的惡化。
4、表面活性劑的除油膜作用
在高密度養(yǎng)殖水體中平時投入大量飼料等被水生動物消化后排泄大量廢物，經(jīng)過微生物分解，浮游生物新陳代謝等多種因素在水體表面形成油膜阻隔了空氣與水體接觸，增大了水體的表面張力。而表面活性劑可以使油膜逐漸卷縮成油珠被水流脫離、滾動、集中至下風口出，表面活性劑用量較大時可使其乳化以微粒形態(tài)懸浮于水體中。
水體表面張力減少，使得空氣中的氧更容易進行水體中，加快氧在水體中的溶解，同時透明度增加使藻類光合作用增強從而增加水體中氧的含量。
綜合上述，表面活性劑具有的一系列物理化學，都能或多或少增加氧在水體中的分布，這在實際應用中也得到驗證。目前對于表面活性劑在水體增氧方面，各公司開發(fā)的產(chǎn)品不多，以武漢天辰生物科技有限公司的“納米氧”等為這方面的代表。隨著對表面活性劑作用機理的研究越來越深入，將來會有越來越多的表面活性劑在水產(chǎn)養(yǎng)殖上發(fā)揮重要作用。
（文章來源：《海洋與漁業(yè)：水產(chǎn)前沿》2011年 第1期 作者：姜鷹 孫軍 武漢天辰生物科技有限公司）
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