高铁酸钾在水产养殖中的应用

高铁酸钾是20世纪70年代以来开发的一种继臭氧、过氧化氢、二氧化氯之后一种新型水处理剂,它能快速杀灭水中的细菌和病毒,且不会生成三氯甲烷、氯代酚等次级衍生物。纯高铁酸钾是一种暗紫色、有金属光泽的粉末状晶体,其化学分子式为K2FeO4,热稳定性稍差,溶液的pH对其稳定性的影响很大,当pH值为10-11时非常稳定;当pH值为8-l0时,稳定性有所下降;而当pH<7.5时,稳定性明显下降,其溶液在微酸性(pH值为4-5)条件下很快分解,放出氧气,并析出具有高度吸附活性的无机絮凝剂Fe(OH)3。干燥或溶于强碱溶液的高铁酸钾,在室温下很稳定,高铁酸钾氧化还原电位在酸性条件下为2.20 V,碱性条件下为0.72 V,是一种比高锰酸钾(1.659 V)和次氯酸盐(1.49 V)更强的氧化剂。

作用机理

首先,从氧化还原电极电位值可以看出,高铁酸盐有很强的氧化能力,可以氧化多种无机、有机物质,如NH3、S2O42-、SCN-、H2S、醇、酸、胺、羟酮、氢醌、苯腙、肟等化合物,并且不会对人类和环境带来任何破坏,是理想、高效、高选择性的强氧化剂;其次,高铁酸根离子在水溶液中还能杀死大肠杆菌和一般细菌,能除去污水中的有害有机物、NO2-及剧毒CN-等;另外高铁酸根离子分解产生的Fe(OH)3可以作为吸附剂,吸附各种阴阳离子,起到很好的净水作用,比目前市场上使用的各种净水剂如明矾、聚合氯化铝、硫酸铁等具有很大的优越性,这些净水剂一般只具单纯的吸附、絮凝功能,脱色、除臭,难以有效降低水体的生物耗氧量(BOD)、化学耗氧量(COD)值,几乎不具备灭菌杀虫效能。

与环保方面通用的氧化剂二氧化锰、高锰酸钾、三氯化铬、重铬酸钾相比,高铁酸钾无重金属二次污染。与氯制剂相比,高铁酸钾无“三致”作用,不产生二氯甲烷、三氯甲烷化合物,也不产生有异味的氯酚化合物。高铁酸钾不仅可以消毒,而且对环境友好,是一种集氧化、吸附、絮凝、助凝、杀菌、杀虫、除臭为一体的新型高效多功能绿色水处理剂。

其杀菌机理是通过强烈的氧化作用,破坏细菌的某些结构(如细胞壁、细胞膜)以及细胞结构中的一些物质(如酶等),抑制和阻碍蛋白质及核酸的合成,使菌体的生长和繁殖受阻,起到杀死菌体的作用;净化机理主要是由于高铁离子在其被还原生成Fe3+过程中,经历了一系列由六价到三价带有不同电荷的中间状态,因而表现出独特的处理效果,与常规消毒剂相比,高铁酸钾作为新型水产消毒剂,具有杀菌效果好、用量少、作用快、功能性多、安全性好、使用方便、应用广泛等诸多优点。

在水产养殖中的应用

去除水中有机污染物

 朱启安等研究表明，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4mg/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。

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，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。其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。

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。刘乾甫等试验测定了高铁酸钾对8种常见鱼类病原菌的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 mg/L、9.6 mg/L；当各试验菌菌落数约为105 cfu/mL，高铁酸钾溶液的浓度为1.2 mg/L、2.4 mg/L、7.2 mg/L、12 mg/L时，对8种试验菌作用1h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组淡水亚组弧菌完全杀灭；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。

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、氰、砷等的无机物。高铁酸钾氧化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。当pH值为5.95，加入高铁酸钾溶液浓度为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，加入高铁酸钾溶液浓度为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。

去除水中重金属污染物

高铁酸盐去除水中重金属主要依靠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。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。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。廖蔚峰等研究表明，高铁酸钾对单一重金属离子极高，达94.5%以上。

杀菌消毒

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5 min即对细菌繁殖体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。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。然而许多化学消毒剂具有毒害作用，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、预氧化除藻等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。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。