五、化学过滤

五、化学过滤

与生物过滤类似，化学过滤也是去除溶解于水中的物质。这些物质包括营养物质如氨等，而且还能去除一些硝化菌无法有效去除的物质。

（一）泡沫分馏

泡沫分馏的原理比较简单，将空气注入养殖水体中，产生泡沫，水中的一些疏水性溶质黏附于泡沫上，当泡沫从水表面溢出时，水中的溶解物质也随之得以去除（图2-5）。有时泡沫形成不明显，但位于泡沫分馏的表层水中所含的溶质浓度比底层高得多，可以适当排除以达到过滤效果。影响泡沫分馏的因素很多，如水的化学性质（pH、温度、盐度），溶质的化学性质（稳定性、均衡性、相互作用、浓度等），分馏装置的设计（形状、深度）等，另外充气量、气泡大小等都会影响泡沫分馏的效果。

（二）活性炭过滤

活性炭过滤是日常生活中常见的水过滤方法，也用于小型或室内水产养殖系统的水处理。一般是将活性炭颗粒放置在一个柱形、鼓形的塑料或金属容器中，水从容器的一端进入，在活性炭的作用下得以净化，贮留一定时间后再流入养殖池。活性炭的作用主要是去除浓度较低的非极性有机物以及吸附一些重金属离子，尤其是铜离子。用酸处理的活性炭也可以去除氨氮，但几乎不会用于水产养殖。

当水从活性炭过滤床的一端进入，靠近进水端的活性炭可以迅速吸附水中溶质分子，随着水流继续进入，很快进水口端的活性炭逐渐失去了吸附能力，吸附作用需要离进水口稍远的滤材，这样逐步向出水口转移，直至整个滤床的吸附趋于饱和，净化能力迅速衰减，此时系统处于临界点（2-6），已无法继续净化水质，除非对活性炭进行重新处理或更换新滤床。

活性炭过滤通常与生物过滤系统联合使用，起到净化完善作用。如果经过生物过滤的水中仍含有较高浓度的氨氮或亚硝酸氮，则细菌会很快在活性炭表面附着生长，堵塞活性炭表面微孔，从而降低其吸附作用。

活性炭的材料来源很广，可以是木屑、锯粉、果壳、优质煤等，将这些原料用一定的工艺设备精制而成。其生产过程大致可分为炭化→冷却→活化→洗涤等一系列工序。活性炭净化水的原理是通过吸附水中的溶质起净化作用，因此活性炭的表面积越大，吸附能力越强，净化效果越好。在活化过程中，使活性炭颗粒表面高度不规则，形成大量裂缝孔隙，大大增加表面积，一般l g活性炭的表面积可达500～1400 m2。

活性炭的吸附能力与许多因素相关。首先取决于溶质的特性尤其是其在水中的溶解度，越疏水，就越容易被吸附。其次是溶质颗粒对活性炭的亲和力（化学、电、范德华力）。另外与活性炭表面的已吸附的溶质数量直接相关，越是新活性炭滤床，具有更多的空隙，吸附能力越强。pH由于能对溶质的离子电荷发生作用，因此也影响活性炭吸附能力。温度对活性炭的吸附能力也起作用。温度升高，分子活动加强，就会有更多的分子从活性炭表面的吸附状态逃离。

（三）离子交换

离子是带电荷的原子或原子团。有的带正电荷，如称为阳离子；有的带负电荷，如F-、称为阴离子。

离子交换的材料通常是一类多孔的颗粒物，通称树脂。在加工成过滤材料时，有许多离子结合在其中。将树脂如同活性炭一样，放置在一个容器中制成滤床，当水流入树脂滤床时，原先与树脂结合的一些离子被释放出来，而原来水中一些人们不需要的离子与树脂结合，水中的离子和树脂中的离子实现了交换（图2-7），这一过程就称为离子交换。树脂可以根据需要制成阳离子交换树脂或阴离子树脂。树脂交换的能力有限，由于海水中各种阴、阳离子浓度太高，树脂无法用于海水，一般只用于淡水养殖系统。

在水产养殖中使用最多的离子交换树脂是沸石。沸石是一种天然硅铝酸盐矿石，富含钠、钙等。沸石通常是用于废水处理，软化水质等，有些沸石如斜发沸石可以去除氨氮。各种树脂、沸石对于离子的交换有其特有的选择性，如斜发沸石对离子的亲和力从高到低依次是：Ca2+、Mg2+。离子交换的能力也受pH的影响。

如果水体有机质含量较高的话，在离子交换之前先进行活性炭处理或者泡沫分馏，因为有机质很容易附着在树脂表面阻碍离子交换进行。被有机质附着的树脂滤床也可以用NaOH或盐酸清洗，但处理过程一定要谨慎，清洗不当很可能影响其离子交换功能。

在经过一段时间的水处理后，离子交换树脂会达到一种饱和状态，此时，需要进行更新处理。每一种树脂材料都需要有特殊的方法来处理。如斜发沸石的再处理方法是在pH为11～12的条件下，将沸石置于2%的NaCl溶液中，用钠离子取代结合在树脂中的铵离子。