超高壓海底充油電纜絕緣油的生物安全性研究

趙 剛 岑貞錦 何才豪

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局?？诜志郑Ｄ??？?70105）

0 引言

海南聯(lián)網(wǎng)工程跨越瓊州海峽，選用了運行經(jīng)驗豐富、技術(shù)先進的500kV自容式單芯海底充油電纜，這是世界上單根最長的海底電纜。瓊州海峽是連接海南和廣東最便捷的海上通道，也是通向我國內(nèi)地和世界各地的主要海上通道，該海域海洋活動和漁業(yè)生產(chǎn)活動繁忙，過往船只拋錨拖錨、漁業(yè)生產(chǎn)和海洋工程施工等均可能會對海底電纜產(chǎn)生破壞，導(dǎo)致電纜破裂或者斷裂而發(fā)生電纜溢油。溢油發(fā)生后，由于絕緣油的溶解性較弱，油類有一部分附著在海底沉積物中，部分在水體中向上擴散，最終以油膜的形式在海表面漂浮，油膜在風(fēng)及海流作用下發(fā)生漂移，與此同時不斷向四周擴展，使油膜面積不斷擴大。絕緣油膜掃過，對海洋生物成體、幼體和浮游生物等都將產(chǎn)生影響。因此，對這種超高壓海底充油電纜絕緣油的生物安全性研究是個很有意義的課題，而生物毒性和環(huán)境降解性則是評價海纜絕緣油生態(tài)毒性的2個關(guān)鍵指標(biāo)。

1 海纜絕緣油對小鼠的急性經(jīng)口毒性分析

評測海纜絕緣油對人體的安全性，可大致包括急性毒性、慢性毒性和致畸性（胚胎毒性）等一些指標(biāo)。海纜絕緣油主要用于海纜保護，并非人體直接接觸使用，人體安全性毒性研究以小白鼠急性經(jīng)口毒性實驗為參考。

實驗動物：SPF級KM小鼠40只，雌雄各半，體重約18～22 g。

實驗過程：

（1）量取1 m L海纜絕緣油，采用原液灌胃經(jīng)口給藥。5 000 m g/kg體重海纜油給藥體積為5.56 m L/kg體重。

（2）取6只小鼠，雌雄各半，分2籠飼養(yǎng)，給藥前禁食16 h，給藥后禁食3 h；按20 m L/kg體重進行經(jīng)口給藥，給藥后48 h內(nèi)均出現(xiàn)嚴重立毛情況，48 h后立毛情況消失，連續(xù)觀察14天，動物未出現(xiàn)死亡。

（3）預(yù)實驗證明海纜油毒性較低；用20只動物（雌雄各半），采用5.56 m L/kg體重劑量將海纜油原液經(jīng)口灌胃1次，給藥前禁食16 h，給藥后禁食3 h，觀察期為14天。

實驗結(jié)果：受試期間所有動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)及軀體運動、自主神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸和心血管系統(tǒng)等未觀察到異常。觀察期內(nèi)動物無死亡。受試期間，在給藥后約2.5 h，所有動物均出現(xiàn)立毛，給藥24 h后還剩2只動物出現(xiàn)少許立毛情況，其余未見異常。采用最大限量法計算LD50，海纜絕緣油對小鼠的急性經(jīng)口毒性劑量＞5 000 m g/kg體重，即5.56 m L/kg體重。

2 海纜絕緣油的水生毒性評估

海纜絕緣油的水生毒性是評估其水生態(tài)安全性的重要指標(biāo)。本研究選取6種占據(jù)不同生態(tài)位的水生生物作為實驗對象，通過具體實驗來初步評價海纜絕緣油對水生態(tài)系統(tǒng)的影響。

實驗動物：

（1）使用費氏弧菌（NRRLB－11177）LCK491凍干粉、菌粉活化液、NaOH溶液等制作發(fā)光細菌；

（2）采用牟氏角毛藻作為藻類實驗動物；

（3）采用同一批次鹵蟲無節(jié)幼體作為實驗生物；

（4）取蒙古裸腹溞Ⅰ齡幼體作為實驗生物；

（5）取凡納濱對蝦仔蝦用于實驗；

（6）取裸項櫛鰕虎魚6日齡仔魚用于實驗。

實驗過程：海纜絕緣油在自然條件下很難溶于水，因此本文另外采用半數(shù)效應(yīng)載荷作為海纜絕緣油在水中生物毒性的判定指標(biāo)，并采用載荷率來衡量海纜絕緣油與水的量化關(guān)系。

海纜絕緣油生物毒性實驗方法與判定終點如表1所示。

表1 海纜絕緣油生物毒性實驗方法與判定終點

所有實驗均設(shè)1個對照組和5個濃度組，發(fā)光細菌實驗中5個濃度組的濃度分別為3.12%、6.25%、12.5%、25%、50%；牟氏角毛藻實驗的5個濃度組濃度分別為0.39%、1.56%、6.25%、25%、100%；其余生物的毒性實驗均按6.25%、12.5%、25%、50%、100%的濃度系列進行。海纜絕緣油生物載荷率總表如表2所示。

表2 海纜絕緣油生物載荷率總表

實驗結(jié)果如表3所示，6種實驗生物中，海纜絕緣油對牟氏角毛藻、凡納濱對蝦和裸項櫛鰕虎魚等3種生物未表現(xiàn)出毒性影響，在50%飽和溶解濃度下未對費氏弧菌產(chǎn)生明顯的發(fā)光抑制作用。海纜絕緣油對另外2種小型甲殼類生物（鹵蟲、蒙古裸腹溞）則表現(xiàn)出明顯的毒性效應(yīng)，其對鹵蟲的毒性要略高于蒙古裸腹溞。

表3 海纜絕緣油生物毒性評估實驗結(jié)果總結(jié)表

3 海纜絕緣油的降解性研究

降解性表征海纜絕緣油在水環(huán)境中的殘留濃度。由于海纜多數(shù)埋藏于海床中，因而通過海纜油在底泥環(huán)境和海水中的降解實驗研究，推斷海纜油在海洋自然環(huán)境中的降解特性。

（1）取適量的海床底泥與潔凈海水混和配制成實驗組，對照組為潔凈海水；各樣本加入適量海纜油溶液進行實驗，定期測定混和液中海纜油濃度。實驗周期為70天。通過不同時間周期的海纜油濃度獲得海纜油在底泥環(huán)境的降解性。

（2）取海纜敷設(shè)海域海水。在實驗室內(nèi)一定溫度下加入標(biāo)準(zhǔn)海纜油溶液，測定其初始濃度、樣品水溫、p H值和實驗室空氣溫度。同時，對采樣海水空白樣進行海纜油濃度測定。在靜置條件下每隔12 h測定一次水樣中海纜油濃度，測定時段為192 h（共測定16次海纜油濃度）。通過實驗檢測數(shù)據(jù)確定實驗室海纜油海水降解系數(shù)。

數(shù)據(jù)處理：用每一時刻受試物處理組的溶解氧消耗量減去空白對照組的溶解氧消耗量，除以受試物處理組的受試物濃度，得到BOD（式（1）），再用此BOD除以ThOD就得到生物降解百分率（式（2））。ThOD（理論需氧量）的計算見式（3）。

式中，BOD為生化需氧量（mg/mg）；mt（0）為第0天受試物處理組的溶解氧含量（mg/L）；mt（x）為第x天受試物處理組的溶解氧 含 量 （mg/L）；mb（0）為 第 0 天 空 白 對 照 組 的 溶 解 氧 含 量（mg/L）；mb（x）為第x天空白對照組的溶解氧含量（mg/L）；c為受試物處理組的受試物質(zhì)濃度（mg/L）。

式中，D為降解率（%）；BOD為生化需氧量（mg/mg）；ThOD為理論需氧量（mg/mg）。

分子量為MW的化學(xué)物質(zhì)CcHhClclNnNanaOoPpSs的理論需氧量的計算：

式中，ThOD為理論需氧量（mg/mg），以每毫克化學(xué)品消耗的氧氣毫克數(shù)表示。

海纜絕緣油分子式為C17.8H29.6，分子量為243.165，計算得ThOD＝3.32。

4 結(jié)論

（1）海纜絕緣油對小鼠的急性經(jīng)口毒性劑量＞5 000 mg/kg體重，即5.56 m L/kg體重。通過小鼠急性經(jīng)口毒性實驗，海纜絕緣油按工業(yè)化學(xué)品毒性分級屬無急性毒性，按食品安全的毒性劑量分級為相對無毒。

（2）海纜絕緣油對海洋生物的效應(yīng)濃度值介于飽和溶解濃度的17.07%～100%，對發(fā)光細菌、海洋微藻、魚類、對蝦等生物的毒性影響甚微，對鹵蟲和溞類等小型甲殼類生物表現(xiàn)出一定的毒性。水體中海纜絕緣油濃度在飽和溶解濃度的6.25%以下時，不會對實驗生物的存活產(chǎn)生明顯可見的毒性影響。

（3）海纜絕緣油在天然海水中的7天降解度為13.2%，28天降解度為44.0%。海纜絕緣油在活性污泥菌的作用下7天生物降解度為50.9%，28天生物降解度為75.9%。