有機(jī)胍用作海生物抑制劑的性能評(píng)價(jià)

潘旭東，左 鵬，楊 喻，康宏磊

（中海油天津化工研究設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300131）

我國屬于淡水資源緊缺的國家，而工業(yè)用水占城市淡水資源消耗的70%以上，因此為了緩解濱海城市淡水資源短缺的問題，經(jīng)常采用海水冷卻水系統(tǒng)〔1〕：工業(yè)系統(tǒng)中，海水冷卻分為一次直接冷卻和循環(huán)冷卻，海水取用過程中面臨的突出問題包括海生物的污損問題、高鹽海水的腐蝕及結(jié)垢問題等，其中有效解決海生物對(duì)用水設(shè)備的污損是海水冷卻技術(shù)面臨的首要問題。目前，海生物控制技術(shù)以物理、化學(xué)方法相結(jié)合為主：物理方法主要是通過機(jī)械清除和物理過濾（旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)）；化學(xué)方法主要是指投加海生物抑制劑，包括氯類殺生劑配合非氧化型殺菌劑（季銨鹽、聚銨鹽等）的使用〔2-3〕。

有機(jī)胍類化合物的殺菌性能優(yōu)異，且兼具良好的環(huán)境友好性、穩(wěn)定性，因此近些年來廣泛應(yīng)用于日化、水產(chǎn)的消毒殺菌，但在海生物抑制領(lǐng)域少有探討。市面上的有機(jī)胍類產(chǎn)品主要包括聚六亞甲基胍、十二烷基胍等，其殺菌機(jī)理：有機(jī)胍聚合物分子的官能團(tuán)呈正電性，而水中的細(xì)菌、病毒細(xì)胞多攜帶負(fù)電荷，有機(jī)胍吸附于微生物表面后抑制了細(xì)菌、病毒的分裂，使其喪失繁殖能力，從而起到抑制殺菌的作用。

為探討有機(jī)胍在海生物控制領(lǐng)域應(yīng)用的可能性，筆者對(duì)有機(jī)胍的海生物抑制性能和生物毒理效應(yīng)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1 有機(jī)胍對(duì)污損海生物抑制性能評(píng)價(jià)

為考察有機(jī)胍殺菌劑對(duì)污損海生物的抑制性能，在某海水直冷電廠對(duì)比現(xiàn)有試劑進(jìn)行了中試評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)。

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

有機(jī)胍殺菌劑：主要成分為聚六亞甲基鹽酸胍復(fù)配物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%），自有產(chǎn)品；聚季銨鹽（質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%）：該電廠所使用的海生物抑制劑取自現(xiàn)場(chǎng)加藥間；漂液（NaClO，有效氯＞10%）：工業(yè)品，取自現(xiàn)場(chǎng)加藥間；污損海生物：海蛤，取自某海水直冷電廠取水口的旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)；新鮮海水：取自海水提升泵。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

海生物監(jiān)測(cè)箱（10 L）、增氧機(jī)、循環(huán)水泵、移液槍、pH 計(jì)等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將一定數(shù)量（100只）海蛤置于海生物監(jiān)測(cè)箱中（裝水10 L），加入一定濃度的不同試劑，并維持48 h，藥劑接觸期間每24 h 更換一次新鮮水，藥劑濃度不變；藥劑接觸結(jié)束后的觀察期間（48 h 之后），每24 h 更換一次新鮮海水（藥劑投加濃度和接觸時(shí)間模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際投加方式制定）。整個(gè)過程保持增氧機(jī)鼓泡增氧和循環(huán)水泵循環(huán)狀態(tài)，同時(shí)做不加藥的空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)期間，持續(xù)記錄海蛤的生存狀態(tài)，并統(tǒng)計(jì)累積死亡率。通過觀察海蛤的足絲狀態(tài)，計(jì)算抑制率，評(píng)價(jià)海生物殺生劑的抑制效果。抑制率的計(jì)算公式如下：抑制率(%)=(空白中出足絲個(gè)體數(shù)-試樣中出足絲個(gè)體數(shù))/試樣個(gè)體總數(shù)×100%。

實(shí)驗(yàn)編組情況見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)編組情況Table 1 Experimental marshalling

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1.4.1 海生物殺生劑對(duì)海蛤的殺滅率情況統(tǒng)計(jì)

海生物殺生劑對(duì)海蛤的殺滅情況見圖1。

由圖1 可知，藥劑接觸48 h 后，海蛤的死亡率開始明顯上升，72～96 h 間達(dá)到峰值，其中有機(jī)胍單獨(dú)使用的編組（5#）殺滅率最高42%，其次為有機(jī)胍與次氯酸鈉配合使用的編組（7#）38%，兩組均優(yōu)于聚季銨鹽和次氯酸鈉配合使用（6#）的殺滅率25%。

圖1 海生物殺生劑對(duì)海蛤的殺滅情況Fig.1 Killing of small clam by marine biocides

1.4.2 海生物殺生劑的抑制率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

海生物殺生劑的抑制率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 海生物殺生劑的抑制率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Test results of inhibition rate of marine biocide

由圖2 可知，各實(shí)驗(yàn)編組在投加藥劑后6～24 h，絕大部分個(gè)體處于閉合惰性狀態(tài)，但仍有活體爬痕出現(xiàn)；48 h 后，絕大部分個(gè)體處于閉合惰性狀態(tài)，基本無爬痕出現(xiàn)，出足絲情況也減少；72 h 后，基本無個(gè)體出足絲情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：48 h 后，各編組試劑對(duì)海蛤的抑制率均達(dá)到92%以上，而有機(jī)胍鹽對(duì)海蛤的抑制率達(dá)到95%以上，優(yōu)于其他實(shí)驗(yàn)編組。

2 有機(jī)胍對(duì)海洋生物的影響評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)

在一定實(shí)驗(yàn)濃度下檢測(cè)有機(jī)胍殺菌劑對(duì)海生物毒理效應(yīng)，以判斷使用有機(jī)胍后對(duì)海洋生物的影響。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料

試劑：有機(jī)胍殺菌劑，主要成分為聚六亞甲基鹽酸胍復(fù)配物（質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%），自有產(chǎn)品。

受試生物：菲律賓簾蛤（Ruditapes philippinarum），雙殼貝類營濾食性生活，代謝率低，對(duì)海洋環(huán)境中污染物有很強(qiáng)富集作用，常被作為海洋環(huán)境污染的指示生物。

實(shí)驗(yàn)用水：采自天津渤海灣，鹽度為（3±0.01）%，pH 為7.88，經(jīng)沉淀和篩絹過濾分別去除過量的泥沙和大個(gè)體生物。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

采用飼養(yǎng)缸（400 mm×450 mm×300 mm 的玻璃缸），每缸設(shè)置獨(dú)立的通氧裝置。

2.3 實(shí)驗(yàn)條件

溫度為18～23 ℃（室溫），pH 為7.5～8.5，光照周期（L∶D）=12 h∶12 h，光照強(qiáng)度為3 000～10 000 Lx，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為96 h。

2.4 實(shí)驗(yàn)方法

2.4.1 貝類的馴化

實(shí)驗(yàn)所用的菲律賓簾蛤清洗干凈后按照實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行馴化5 d。馴養(yǎng)密度：每缸80只，每天更換新鮮海水，溫度（18±1）℃，鹽度（3±0.01）%，pH為7.5～8.0，溶氧≥60%，光照周期（L∶D）=12 h∶12 h，光照強(qiáng)度為3 000 Lx。實(shí)驗(yàn)開始前24 h 停止喂食。選擇健康、反應(yīng)靈敏的蛤仔隨機(jī)分組，實(shí)驗(yàn)個(gè)體長(zhǎng)為（2.5±0.2）cm。

2.4.2 梯度設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)6 個(gè)梯度（10 mg/L、25 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、空白對(duì)照組），每個(gè)實(shí)驗(yàn)濃度設(shè)置3 個(gè)平行。將馴化后簾蛤分成6 組，每組60 只，暴露于不同濃度的殺生劑樣品水溶液中96 h，持續(xù)鼓泡通氧，實(shí)驗(yàn)過程不投餌，每天換水50%。在5 h、24 h、48 h、72 h 和96 h 時(shí)分別記錄菲律賓簾蛤的狀態(tài)和死亡數(shù)，確定實(shí)驗(yàn)96 h 菲律賓簾蛤死亡50%的樣品濃度，用96 h-LC50表示。

2.4.3 貝類的死亡判定

簾蛤拿出后，輕微觸碰后兩側(cè)殼體不能馬上閉合，斧足異常伸展于體外，外套膜萎縮。

2.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

有機(jī)胍使用濃度對(duì)貝類死亡率影響見圖3。

由圖3 可知，在試劑質(zhì)量濃度＜100 mg/L 的處理組，24 h 蛤仔活動(dòng)與對(duì)照組一樣，無明顯異常，斧足伸縮自如，水管噴水較活躍。24 h 后個(gè)別蛤仔進(jìn)出水管較少伸出，濾食活動(dòng)基本停止，死亡率逐漸升高。

圖3 有機(jī)胍使用濃度對(duì)貝類死亡率影響Fig.3 Effect of organic guanidine concentration on shellfish mortality

運(yùn)用SPSS25.0 分析得出在有機(jī)胍殺菌劑暴露下菲律賓簾蛤的96 h-LC50為76.17 mg/L，其95%可信區(qū)間為43.63～108.71 mg/L。有機(jī)胍殺菌劑濃度與菲律賓簾蛤96 h 的回歸曲線y=-196.467x-22.06。

3 結(jié)果與討論

（1）有機(jī)胍殺菌劑在使用質(zhì)量濃度為10 mg/L 時(shí)對(duì)海蛤的殺滅率為45%，同時(shí)抑制率達(dá)到95%以上，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)使用的聚季銨鹽類和次氯酸鈉殺生劑，效果更優(yōu)。

（2）生物毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：菲律賓簾蛤在質(zhì)量濃度為10 mg/L 有機(jī)胍殺菌劑的海水中暴露24 h 死亡率為0，其96 h-LC50為76.17 mg/L，而有機(jī)胍的使用質(zhì)量濃度僅為10 mg/L，排放后經(jīng)擴(kuò)散及降解濃度持續(xù)降低，且停留時(shí)間較短。因此，有機(jī)胍用作海生物抑制劑對(duì)自然海域生物影響較小。

綜上，有機(jī)胍殺菌劑對(duì)污損海生物具有良好的抑制性能，同時(shí)對(duì)海域環(huán)境影響較小，可以用于海水冷卻系統(tǒng)的污損海生物控制。