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池塘里的那些事儿:总碱度之二(103、104、105)

发表时间:2021/1/22 20:23:24  
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林文辉,中国水产科学研究院珠江水产研究所研究员,并担任社会经济发展咨询委员会顾问。主要研究、探索健康养殖的环境问题,大力推广健康养殖,得到了行业的广泛认可。曾参与国家兽医协会《水产执业兽医考试指南》编写,翻译美国奥本大学池塘环境经典专著《池塘养殖水质》和《池塘养殖底质》,奠定了我国池塘生态研究理论基础。

以下文章来自于林文辉的QQ空间连载文章:池塘里的那些事儿!已出版成书,内容很多,西南渔业网经少许调整后将分批转载分享!

103总碱度(4)

如果水体中只有钙和碳酸两种离子,那么,这两种离子“相遇”的概率就很高,容易成双成对地牵手——沉淀。如果水体中有许许多多其它离子存在,钙离子和碳酸离子要“见面”就难一些,这样,想成双成对就不容易,沉淀的概率就小一些。离子之间的这种“见面”概率我们称为离子的“活度”。水体中离子的浓度越高,离子的活度就越低。

在盐度为零的稀溶液中,碳酸钙的饱和溶解度积为3.31·10^-9(钙离子和碳酸离子的活度高),而在盐度为3.5%的海水中,碳酸钙的饱和溶解度积为4.27·10^-7(钙离子和碳酸离子的活度低),后者是前者的128.97倍!可见,降低离子活度可以提高总碱度和总硬度。

假设我们在烧杯中装入的是0.5%的盐水,再加入碳酸钙粉末,在开放的条件下不断搅拌,使碳酸钙溶解,那么,最终的总碱度是多少?

饱和度从蒸馏水的接近50毫克碳酸钙/升提高到0.5%盐水的接近80毫克碳酸钙/升。

同样,总碱度也从蒸馏水的接近50毫克碳酸钙/升提高到0.5%盐水的接近80毫克碳酸钙/升。

溶解无机碳从蒸馏水的接近1毫摩尔/升提高到0.5%盐水的1.5毫摩尔/升。

pH则与蒸馏水的差不多。

很明显,少量的盐度有利于提高总碱度,即有利于提高池塘天然生产力。

104总碱度(5)

生石灰清塘的思考(1)

传统上池塘灌注后都会用大剂量的生石灰“清塘”和“消毒”。许多资料介绍都是按每亩多少公斤生石灰(如有的资料为75~100公斤/亩,有的资料为100~150公斤/亩)大多数资料要么来自经验,要么就是从其它资料上转抄过来的。如果生石灰用于“清除”野杂鱼和“消毒”杀死病原菌,就需要一个相对明确的浓度。由于不同的池塘底部土壤的性质与水的属性不同,加上水体的体积差异,生石灰的用量是不一样的。但是,必须给出一个最终标准。

查找过我国科技文献数据库,对使用生石灰有这么一段比较像样的描述:“泼洒生石灰后使池水的pH达11以上,并保持2h不下降,就能达到杀死病原体和敌害生物的目的。”(陆军“浅议使用生石灰清塘方法中的误区”水产科技情报:2010,37(5): 254-255)。

也就是说,使用生石灰的目标是水的pH达11以上,并保持2h不下降。至于需要多少剂量,那就要根据你的池塘底质、水质和深度来确定,而不是简单地“75~100公斤/亩”或“100~150公斤/亩”。

假设此时水体中的pH完全由氢氧化钙控制,那么,残余钙离子的浓度应该为:

[Ca] =(kW/10^-pH)/2 = 10^-14/10^-11/2 = 0.00050 (摩尔/升)或20毫克钙/升(不同温度、不同盐度下kW有所差异):

当温度为25℃、盐度等于~0‰时,残余钙离子浓度为 0.00050 (摩尔/升)或20.000毫克钙/升;

当温度为25℃、盐度等于0.5‰时,残余钙离子浓度为 0.00068 (摩尔/升)或27.301毫克钙/升;

当温度为25℃、盐度等于1.0‰时,残余钙离子浓度为 0.00077 (摩尔/升)或30.945毫克钙/升;

当温度为25℃、盐度等于2.0‰时,残余钙离子浓度为 0.00092 (摩尔/升)或36.769毫克钙/升;

当温度为25℃、盐度等于3.0‰时,残余钙离子浓度为 0.00105 (摩尔/升)或41.814毫克钙/升。

105总碱度(5)

生石灰清塘的思考(2)

添加生石灰导致pH上升,必然引起水体中碳酸缓冲系统向右移动而导致碳酸钙沉淀:

CaO + H2O —> Ca + 2OH

CO2 + OH → HCO3

HCO3 + OH → CO3 + H2O

CO3 + Ca → CaCO3↓

要使池塘水体中的残余钙离子浓度超过5.0 ·10^-4(摩尔/升),则碳酸的浓度应该小于:

[CO3] < kSPCaCO3/[Ca]

根据总溶解无机碳(DIC)与碳酸的关系:

[DIC] = ([CO2] + [HCO3] + [CO3] =[CO3](H^2 + Hk1 + k1k2)/(k1k2)

我们可以计算出生石灰水处理前后的DIC变化。即每减少一个DIC,必然伴随着一个钙离子被沉淀。因此,将水体用氧化钙处理使pH达到11以上需要的石灰的量大概可以按下列方程估计:

[CaO] = [(处理前DIC – 处理后DIC) – 处理前钙离子浓度 + 残余钙浓度]·56·1000(克生石灰/立方米)。

由于不同盐度、温度下,k1、k2、kW、kSPCaCO3都有所差异,因此,可以编写一个简单的软件,根据每个池塘的具体盐度、温度、钙硬度、总碱度,计算出相对精准的生石灰的用量。

利用几组水质参数来计算(暂时未考虑其他物质如碳酸镁、氢氧化镁的沉淀):

例1。总碱度(TA),10;钙硬度(HCa),10;盐度(S)~0‰;温度(t),25℃。计算结果:33.81克生石灰/立方米。

例2。TA,50;HCa,10;S,0.1‰;t ,25℃。计算结果:82.03克生石灰/立方米。

例3。TA,150;HCa,10;S,0.5‰;t ,25℃。计算结果:193.03克生石灰/立方米。

例4。TA,10;HCa,40;S,0.5‰;t ,25℃。计算结果:26.93克生石灰/立方米。

例5。TA,40;HCa,40;S,1‰;t ,25℃。计算结果:64.72克生石灰/立方米。

例6。TA,150;HCa,60;S,5‰;t ,25℃。计算结果:192.6克生石灰/立方米。

以上是假设两个小时内,水体与空气和底泥未发生反应,但在实际操作上很难做到。而且也假设氧化钙为纯品。因此,要达到两小时内 pH 高于11,生石灰的用量一定要大于上述这些理论值。根据上述计算结果,很明显,总碱度越高,生石灰的用量越大,钙离子浓度越高,生石灰用量越小。本文的数据只是用来说明问题的范例,与实际池塘还有一定的误差,希望有研究院所能够进行精确研究。


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